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激光加工势头强劲,中高功率光纤激光器有望变身行业新引擎

来源:华控投资

  发布:cici

关键词:激光加工 光纤激光器

2018-06-27

    摘要:

 

目前,中国制造业全面转型升级,电动汽车、消费电子高速发展,依托这一背景,激光加工产业发展势头强劲;同时,受益于国产技术持续突破、应用场景拓展以及对传统加工工艺的替代,预计中高功率光纤激光器市场规模在未来5年内将持续增长。其中,随着这一市场的重新洗牌,本土生产企业将迎来发展机遇。

 

 

 

根据《2018中国激光产业发展报告》数据显示,2017年中国激光加工产业产值达439亿人民币,过去5年平均增速达到20.4%,同期,全球工业加工激光器产业也在经济大环境不振的情况下逆势增长(图1)。

 

图1:工业加工激光产业市场规模 摘自《2018中国激光产业发展报告》

 

 

一.光纤激光器综合表现较为突出

 

激光器是激光加工设备的核心器件,用于产生激光光源。一个典型的激光器由泵浦源、增益介质和谐振腔组成;根据增益介质的不同,可分为液体激光器、光纤激光器、固体激光器、半导体激光器和气体激光器。气体和液体激光器于1960年代就开始应用,光纤与半导体直接激光器在2000年才开始被使用。其中,半导体激光器的光电转换效率尽管更高,但由于其光束质量较差,目前多应用于医美和熔覆行业。

综合来看,最终光纤激光器在实际应用领域表现比较突出,这是由于它的光电转换效率显著优于其他类型激光器,且寿命长、后期维护成本较低(表1),因此,虽然面世时间不长,但发展势头却很迅猛,在越来越多的领域里得到应用。

 

 

 

表1:光纤激光器具有明显优势 (数据来源:企业实践访谈和华控行业研究部测算)

 

 

二.两大良机促动光纤激光器市场拓展

 

第一,新能源汽车电池焊接应用,为中高功率光纤激光器创造出广阔的发展空间。2012年国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》,目标到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。

2017年4月,工信部、发改委和科技部联合印发《汽车产业中长期发展规划》,明确了到2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆,以及到2025年新能源汽车销量占总销量的比例达到20%以上的发展目标,这意味着到2025年,我国新能源汽车的产量将超过700万辆。

在政策的大力推动下,作为新能源汽车核心部件的动力电池,预计到2020年的市场需求量可达361Gwh,相比2016年69Gwh的需求量,4年CAGR可达51%,并有望持续快速增长至2025年。在动力电池尤其是锂电池的生产过程中,电芯中段的极耳焊接、封口焊接以及PACK工艺的正负极焊接,均需使用500~6000瓦光纤激光器。

根据测算,1Gwh动力电池生产线对应激光设备投资6000~7000万元人民币,折合光纤激光器约2000万元。据此计算,到2020年,应用于动力电池加工用光纤激光器市场规模将超过70亿元人民币。由此可见,这一新兴应用,将为中高功率光纤激光器生产厂商带来风口机会,创造出广阔的发展空间。

 

第二,光纤激光器助推传统钣金切割和焊接领域升级发展,国产化程度提高,解决用户痛点,预计将释放出近900亿级市场空间。随着制造业升级,在钣金、五金等传统制造领域,下游客户对加工精细度和加工效率的要求不断提高。光纤激光器相对YAG固体激光器,拥有光电转换效率高、寿命长、后期维护成本低等优势(前文已介绍),针对冲床切割和电阻电弧焊,光纤激光器能够加工更厚的板材,且加工形变小、速度更快,具有相当强的竞争优势(表2)。

 

 

 

 

表2:激光加工相比传统冲床切割和电阻电弧焊的优势

 

(数据来源:企业实践访谈和华控行业研究部测算)

 

 目前市场上普遍采用IPG等国外厂商的激光器,价格高,且国外厂商的激光器一旦出现问题,必须运回本国进行维修和保养,极大影响客户的正常生产运营。这一状况将随着中高功率光纤激光器国产化程度的提高而明显改善,激光器价格预计将降低20%~40%(图5),且国内厂商的技术服务更加快速有效,在一定程度上解决了用户的使用痛点,非常利于中高功率光纤激光器进一步普及,预计可释放市场空间近900亿。

图2:

中功率光纤激光器进口和国产销量 摘自《2018中国激光产业发展报告》

 

 

 

三.重新洗牌,国产光纤激光器迎来发展机遇

 

随着政策的鼓励和大力支持,随着关键元器件的技术突破和创新,未来5~10年高功率光纤激光器市场面临重新洗牌,发展制胜的良机也随之增多。2016年国务院和科技部出台的《国家重点基础研究发展计划》、《“十三五”国家科技创新规划》和《2017年度增材制造重点专项项目》明确指出:“加快研制具有自主知识产权的大功率光纤激光器”和“开发研究大功率光纤激光关键器件、关键技术;发展工业化大功率光纤激光器系统集成和模块化组装技术”。

目前,国产高功率光纤激光器(1.5kW以上)的市场占有率依然较低,在船舶、重型机械、汽车、增材制造领域,依然以IPG、通快等进口厂商为主导。由于高功率光纤激光器加工速度快、精度高、综合成本低,欧美汽车制造公司已经普及激光的应用。伴随着轻量化的需求,未来汽车制造将采用高强度材料,激光加工的优势更加明显,预计该市场空间将超100亿。

此外,激光清洗、激光熔覆、金属3D打印也在拓展高功率光纤激光器的应用场景。在需求和政策的双重动力驱使下,目前国内企业在高功率光纤激光器核心器件、激光器封装和设备方面均出现突破和创新,一些厂商已经推出具有代表性的产品:

1)在半导体泵浦源方面,华芯光电、北京凯普林、西安炬光、武汉锐科、大族天成已形成规模化;

2)武汉睿芯、中电23所、46所、长飞光纤光缆已具有增益光纤的研发和生产能力;

3)上海光机所、长飞光纤光缆、聚科光电等企事业单位具有双包层光纤光栅生产能力;

4)武汉锐科、深圳创鑫、山东海富和上海飞博也在2013~2016年相继推出1.5kW以上单模和高达万瓦多模连续光纤激光器。

 

相信在未来5~10年内,随着光纤激光器相关产品和设备的研发和推出,随着各相关产业需求的不断涌现,中高功率光纤激光器市场将重新洗牌,国产中高功率光纤激光器将迎来深入发展的利好机遇,有望成为行业新引擎,驱动着相关产业的进一步拓展。