（報告出品方/作者：東北證券，劉軍）

1. 從科學設想到星火燎原：激光的前世今生

1917 年，愛因斯坦從理論上指出，當光與物質(zhì)相互作用時，除了吸收和自發(fā)輻射之 外，還存在第三種過程——受激輻射，不過愛因斯坦并沒有想到利用受激輻射來實 現(xiàn)光的放大，因此在愛因斯坦提出受激輻射理論后的許多年內(nèi)，這個理論并沒有太 多運用。1954 年，基于受激輻射理論，美國科學家湯斯發(fā)明了微波激射器（Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation，MASER），MASER 可以產(chǎn)生放大 的微波束，但一方面由于 MASER 產(chǎn)生的微波束不夠穩(wěn)定，另一方面受限于微波自 身的性質(zhì)，使得 MASER 至今僅在天文領域得到少量應用。1960 年，美國科學家梅 曼利用一個高強的螺旋形閃光燈管作為泵浦源，紅寶石作為增益介質(zhì)，并通過在紅 寶石兩側(cè)鍍銀及一側(cè)開孔，使其內(nèi)部產(chǎn)生諧振腔，首次制成了光波激射器（（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，LASER）），LASER 能夠發(fā)出受激 輻射放大的光波，這種光波后被我國科學家錢學森譯為激光。泵浦源+增益介質(zhì)+諧 振腔至今仍是激光器的核心構成。紅寶石激光器的發(fā)明，標志著激光時代的到來。此后數(shù)年間，科學家又嘗試用不同的增益介質(zhì)研制出了各類不同的激光器，激光開 始登上歷史舞臺。

激光與原子能，計算機，半導體并稱為二十世紀四大發(fā)明。作為“世紀之光”，激光 甫一出現(xiàn)便迅速得到運用。激光最初被應用于醫(yī)療領域，用來進行一些較為精密的 手術治療，后來又被應用到測距，掃碼器，打印機等。作為最早發(fā)明激光的國家， 美國為激光技術的研究投入了大量的資源，這一方面是因為其過去與蘇聯(lián)“冷戰(zhàn)” 促使其研制激光武器，另一方面是因為其“保持世界科技領先”的戰(zhàn)略思想。早在 1986 年美國用于激光技術研究與發(fā)展費用就高達 17 億美元，一定程度上加快了激 光技術的發(fā)展。為什么激光如此有用？這主要得益于激光的三大特性，即單色性、方向性、相干性， 正是因為這三大特性，使得激光可被聚集成非常小的光斑，獲得極高的功率密度。這種功率密度極高的光很快被工業(yè)界注意到，而激光大放異彩正是始于其被應用于 制造業(yè)中。從 20 世紀 60 年代開始，各種激光加工技術如激光切割、激光鉆孔、激 光打標、激光焊接等不斷發(fā)展成熟，顯著提高了工業(yè)界的材料加工水平。

激光技術自身也仍然在持續(xù)發(fā)展，不斷突破科學邊界。在激光誕生后的 60 年間，一 共有 12 項諾貝爾物理學獎與諾貝爾化學獎與激光技術直接相關，這充分體現(xiàn)出了 激光技術在推動基礎科學研究與促進科學技術進步方面發(fā)揮著不可替代的作用。

在激光技術發(fā)展初期，由于激光器功率普遍較低，激光主要被用于通信領域和光儲 存領域，Laser Focus World 數(shù)據(jù)顯示，2009 年激光器在通信和光儲存領域的應用占 比達到 55.2%，而材料加工僅占 25.7%。隨著高功率激光器技術的不斷突破，激光 越來越多地被運用到材料加工領域，2020 年，激光的下游應用中材料加工與光刻占 比達到 39.6%，其中光刻實質(zhì)上屬于材料加工的一種形式。2016 年以來激光在材料 加工領域的應用始終占有著 40%左右的比例，顯示出材料加工已取代通信與光儲存 成為激光最重要的應用領域。

我們將用于材料加工中的激光設備定義為激光加工設備（Laser Material Processing System）。Optech Consulting 從 1986 年起對全球激光加工設備市場規(guī)模進行追蹤， 其最新數(shù)據(jù)顯示，2021 年全球激光加工設備市場規(guī)模達到 213 億美元，2011-2021 間 10 年 CAGR 達 7.9%，2016-2021 間 5 年 CAGR 達 11.1%。進一步考慮到隨著激 光技術的逐漸成熟，激光加工設備單機價格近年存在大幅降低的情況，因此設備出 貨量的增速應高于市場規(guī)模的增速，充分體現(xiàn)出激光加工設備在制造業(yè)中加速滲透 的態(tài)勢。

激光加工技術正不斷擴展應用場景，而激光加工技術的重要性恰恰體現(xiàn)在于其對下 游產(chǎn)業(yè)的帶動作用。據(jù)美國科學和技術政策辦公室統(tǒng)計，美國 2010 年 GDP 的 50% (約 7.50 萬億美元)與激光在相關領域的市場應用及不斷拓展相關，其中與激光在交 通運輸以及制造業(yè)中擴展相關的 GDP 達到 1 萬億美元。如今，大到飛機小到芯片， 都離不開激光加工技術。經(jīng)過 60 年的發(fā)展，激光從最初的星星之火，漸成燎原之 勢。

2. 乘時代東風而起，激光助力中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級

激光加工技術作為當今世界最先進的制造加工技術之一，其發(fā)展水平直接體現(xiàn)出一 個國家制造業(yè)的實力。歐美主要發(fā)達國家均十分重視激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已形成 了較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，誕生了以德國通快（TRUMPF）、美國阿帕奇（IPG）、相干 （Coherent）、貳陸（II-VI）、恩耐（nLIGHT）、瑞士百超（Bystronic）、意大利普瑞 瑪（Prima）等為代表的國際激光巨頭。1961 年長春光機所研制成功了我國第一臺紅 寶石激光器，僅比美國晚一年，但此后產(chǎn)業(yè)化進程較為緩慢。1971 年，世界范圍內(nèi) 首次出現(xiàn) 1000W 商用二氧化碳激光器，上世紀 70 年代末期，中國首次直接進口激 光器。此后在國外廠商的技術壟斷下，中國激光器長期依賴進口，技術更是落后于 世界。1990 年就已經(jīng)在發(fā)達國家實現(xiàn)商業(yè)化的光纖激光器，直到 2005 年才有國內(nèi) 廠商進入市場。進入新世紀，激光加工技術精度高、速度快、變形小、無材料損耗、 易于自動化集成等優(yōu)點日益凸顯，符合智能制造與綠色制造等先進制造大趨勢。在 新的時代背景下，中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級刻不容緩，激光加工產(chǎn)業(yè)則是推動這一進 程的重要引擎。

2.1. 政策利好頻出，四大產(chǎn)業(yè)集群規(guī)模初顯

我國制造業(yè)正處于由大變強的關鍵階段。只有抓住工業(yè) 4.0 的契機，推動制造業(yè)向 高端制造和智能制造轉(zhuǎn)型，才能始終保持國際競爭力。激光加工設備產(chǎn)業(yè)是先進制 造的典型代表，契合國家發(fā)展戰(zhàn)略，，國家不斷出臺相關政策對行業(yè)的發(fā)展進行支持。以 2006 年我國發(fā)布《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020 年)》首次將 激光技術列為我國重點發(fā)展的前沿技術為起點，國家在在政策上給予激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展 的支持力度逐年增強。從歷年政策來看，我國不僅注重激光技術的突破，也注重激 光對下游產(chǎn)業(yè)的帶動作用，致力打造完善的產(chǎn)業(yè)鏈與規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)集群。

目前，我國激光產(chǎn)業(yè)已形成珠三角地區(qū)（代表城市深圳、廣州等）、長三角地區(qū)（代 表城市蘇州、上海等）、華中地區(qū)（代表城市武漢、長沙等）和環(huán)渤海地區(qū)（代表城 市北京、沈陽等）四大產(chǎn)業(yè)集群，全國共有規(guī)模以上產(chǎn)業(yè)園區(qū) 54 個，其中珠三角地 區(qū) 11 個，長三角地區(qū) 9 個，華中地區(qū) 9 個，環(huán)渤海地區(qū) 20 個。2021 年四大產(chǎn)業(yè)集 群的激光產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值占全國之比超過 80%。

再具體到地方產(chǎn)業(yè)政策上，四大產(chǎn)業(yè)集群地區(qū)的主要省市均出臺了相關政策支持激 光產(chǎn)業(yè)發(fā)展，湖北省對激光產(chǎn)業(yè)鏈 2025 年有明確的收入指標，提出到 2025 年，東 湖科學城規(guī)模以上激光企業(yè)產(chǎn)值達到 1000 億元，帶動激光產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)總收 入超過 5000 億元；廣東省、浙江省、河北省等主要聚焦于發(fā)展激光加工設備；北京市、山東省、湖北省做出了對發(fā)展激光器的規(guī)劃；上海市、江蘇省、湖南省則重點 發(fā)展激光器芯片、特種光纖等光電元器件。

據(jù)企查貓數(shù)據(jù)，在一系列政策利好推動下，截至 2022 年 10 月，全國從事激光相關 業(yè)務的企業(yè)已超過 5 萬家。激光加工產(chǎn)業(yè)的資本化也在如火如荼進行，當前國內(nèi)處 于激光加工設備產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的上市公司已達 20 家，而在 2006 年激光技術被列為重點 發(fā)展的前沿技術之前，僅華工科技和大族激光兩家上市公司。從銳科激光 2018 年 6 月上市開始，最近短短 4 年間新上市公司達 13 家，此外還有逸飛激光、宏石激光、 森峰科技、波長光電等公司正在沖刺 IPO，充分體現(xiàn)出了激光加工設備產(chǎn)業(yè)快速發(fā) 展的態(tài)勢。

2.2. 先進制造大勢所趨，激光加工順應時代

2.2.1. 制造業(yè)是立國之本，先進制造景氣度長期向好

全局來看，制造業(yè)是立國之本、強國之基，制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，是我國經(jīng)濟高質(zhì)量 發(fā)展的重中之重。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2021 年我國制造業(yè)增加值達到 9.8%，制造 業(yè)增加值占 GDP 比重達到 27.4%，規(guī)模達到 4.23 萬億美元，連續(xù) 12 年位居世界首 位。此外，近年來，我國高技術制造業(yè)（包含計算機及辦公設備制造業(yè)、電子及通 信制造業(yè)、航空航天器及設備制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)）發(fā)展迅速，占規(guī)模以上工業(yè)增 加值的比重逐年上升，2020 年和 2021 年比重均超過 15%，表明我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結 構不斷優(yōu)化升級。從宏觀經(jīng)濟指標來看，PMI 指數(shù)經(jīng)歷了今年 3 月以來上海疫情和 全國限電等不利因素擾動后，在 9 月重回榮枯線以上。而制造業(yè)固定資產(chǎn)投資完成 額在 2020 年疫情初期出現(xiàn)較大幅度的下降后，2021 年以來始終維持在較高增速水 平，這些均表明制造業(yè)整體景氣度呈現(xiàn)復蘇態(tài)勢。此外，高技術制造業(yè) PMI 指數(shù)在 大部分時間均高于 PMI 指數(shù)，且無懼外部不利因素擾動，長期處于榮枯線以上，表 明我國先進制造景氣度持續(xù)向好。

將國內(nèi)激光加工產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)上市公司納入激光加工設備板塊，并將激光加工設備板塊 近 3 年營收同比增速與 SW 機械設備板塊和全部 A 股進行對比，可以看出激光加工 設備板塊在大部分時間里均保持了相對較高的營收增速，行業(yè)成長性凸顯。

相比于傳統(tǒng)的機床加工，激光加工是一種柔性化的加工技術，其先進性主要在體現(xiàn) 其易于與精密機械、精密測量技術和電子計算機相結合，進而能夠與工業(yè)機器人等 進行集成，實現(xiàn)高度自動化和智能化，從而大幅提高加工精度與加工效率。激光加 工設備的發(fā)展與工業(yè)機器人的發(fā)展有密切聯(lián)系，由于激光加工設備的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù) 不夠完善，可以從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢一窺國內(nèi)先進制造發(fā)展的整體情況。中國是世界上工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅猛的國家。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR） 數(shù)據(jù)，2021 年我國新安裝工業(yè)機器人數(shù)量已超過世界其它國家總和，達 26.8 萬臺。2016-2021 年間我國新安裝工業(yè)機器人數(shù)量 CAGR 達到 23%，大幅領先制造強國日 本、德國、美國、韓國。然而，雖然近年我國工業(yè)機器人產(chǎn)量呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢， 2021 年已達 31.8 萬臺，但是工業(yè)機器人長期以來貿(mào)易逆差的情況并未發(fā)生改變， 2021 年達到 11.9 億美元，這主要是由于在高端工業(yè)機器人方面我國依然依賴進口。根據(jù) IFR 數(shù)據(jù)，2021 年我國出口工業(yè)機器人平均單價僅 0.63 萬美元，但進口工業(yè) 機器人平均單價達到 1.34 萬美元，超過出口單價的 2 倍，高端裝備的發(fā)展依然任重 道遠。

2.2.2. 跨過劉易斯拐點，工程師紅利賦能中國先進制造

改革開放以來，中國經(jīng)濟雖然快速增長，但長期依賴廉價勞動力帶來的人口紅利， 制造業(yè)也多集中在中低端領域。有關報導顯示，2010 年左右，中國迎來劉易斯拐點， 在這以后，人口紅利逐漸消失，勞動力由過剩轉(zhuǎn)向短缺，保持經(jīng)濟持續(xù)增長將更多 依賴于技術進步與科技創(chuàng)新，制造業(yè)則需要由勞動密集型產(chǎn)業(yè)向技術密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn) 移。我國高等教育已全面鋪開，據(jù) Photonics Views 報導，目前中國每年新產(chǎn)出大約 600 萬名工程師，這一數(shù)字是美國的 6 倍。當前，中國擁有世界上最龐大的科研人 員隊伍和工程師隊伍，這是發(fā)展技術密集型產(chǎn)業(yè)的基石。根據(jù)國家統(tǒng)計局社科文司 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國創(chuàng)新指數(shù)常年保持穩(wěn)定增長，但具體到指標上仍有強弱之分，其中 與科學技術人員相關性較強的創(chuàng)新產(chǎn)出指數(shù)在 2010 年之后明顯呈現(xiàn)加速增長的態(tài) 勢，而與科技成果轉(zhuǎn)換相關性較強的創(chuàng)新成效指數(shù)增長率則基本維持不變，表明我 國人員和技術的儲備較為充足，而技術產(chǎn)業(yè)化則是今后的突破點。激光加工設備產(chǎn) 業(yè)是典型的技術密集型產(chǎn)業(yè)，也是高新技術中產(chǎn)業(yè)化較為成熟的一個領域，發(fā)展過 程中將充分受益于中國的工程師紅利，有助于在研發(fā)-生產(chǎn)-銷售-服務全環(huán)節(jié)打造完 備的生態(tài)鏈。

2.2.3. 中國激光加工產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機遇期

工業(yè)是中國激光下游應用占比最高的領域，2021 年達到了 62%，激光加工設備產(chǎn)業(yè) 是激光技術發(fā)展中受益最大的領域。中國是全球最大的激光加工設備市場，根據(jù) Optech Consulting 統(tǒng)計，2021 年中國激光加工設備市場占全球之比達到 35%，遠 超美國和歐洲。

隨著中國高端產(chǎn)品市場不斷突破以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸興起，激光加工設備的集成平 臺將在中國工業(yè)領域扮演愈發(fā)重要的角色。但同時，我國激光加工設備所需的激光 芯片、特種光纖、激光頭、運控系統(tǒng)等核心零部件依然部分依賴進口，國內(nèi)整體工 業(yè)體系發(fā)展的基礎薄弱導致國產(chǎn)產(chǎn)品在耐用性、性能穩(wěn)定性以及大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)水 平上與國際發(fā)達國家還有差距，核心競爭力缺乏也使得產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，一些領域 的激光企業(yè)陷入了漫長的價格戰(zhàn)，蠶食了企業(yè)利潤空間，對產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展較為不利。此外，美國在高科技領域?qū)ξ覈闹撇贸掷m(xù)加碼，多家激光企業(yè)曾被美國列入制裁 名單，也一定程度上考驗著國內(nèi)供應鏈。在新的歷史時期，機遇與挑戰(zhàn)并存，隨著 我國制造業(yè)整體水平提升以及市場逐步出清，我國激光加工設備產(chǎn)業(yè)將具備長期向 好的趨勢，在先進制造領域大有可為。

3. 國產(chǎn)替代加速，全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控可期

3.1. 激光加工設備產(chǎn)業(yè)鏈梳理

以激光加工設備為產(chǎn)品的視角來看，激光加工產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要為光學元器件，包 括激光二極管（泵浦源主要構成）、激光晶體（固體激光器增益介質(zhì)）、有源光纖（光 纖激光器增益介質(zhì)）、光纖光柵（用作諧振腔）、合束器、準直鏡（多用于 CO2激光 器）等。中游的激光器廠家將各種光學元器件進行組裝制造出激光器，除激光器外， 將激光加工頭和運控系統(tǒng)納入中游范疇。以人體類比激光加工設備，激光器為激光 加工設備之心，提供能量來源；運控系統(tǒng)為激光加工設備之腦，指揮設備的動作；激光加工頭為激光加工設備之手，進行具體的加工操作。下游的激光加工設備廠商 將激光器、激光頭、運控系統(tǒng)以及一些機械和電氣輔助部件進行集成，即制造出了 不同種類的激光加工設備，這些激光加工設備最終被各個領域的客戶使用以生產(chǎn)出 面向消費者的終端產(chǎn)品。

我國的激光加工企業(yè)主要集中在下游設備端，尤其是通用激光加工設備參與玩家數(shù) 量很多，這是因為以激光切割機和激光打標機為代表的通用激光加工設備技術已經(jīng) 發(fā)展較為成熟，下游廠商只需進行簡單的系統(tǒng)集成即可產(chǎn)出設備，進入門檻相對較 低。而在技術壁壘更高的光學元器件、激光器、運控系統(tǒng)和激光加工頭領域國內(nèi)參 與廠商則相對較少。國外激光加工設備產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了較長時間的發(fā)展，整體格局更為 集中，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)份額均集中于少數(shù)廠商。

3.2. 上游：光學材料及元器件

根據(jù)國內(nèi)激光器上市公司披露的數(shù)據(jù)，直接材料成本占光纖激光器成本之比在 80% 以上，占固體激光器成本之比在 70%以上。創(chuàng)鑫激光主要生產(chǎn)光纖激光器，其在招股說明書中披露了 2016-2019H1 公司 1000W 連續(xù)光纖激光器直接材料成本構成數(shù)據(jù)，綜合該時間段數(shù)據(jù)計算出各部分成本占比。其中光學類原材料占直接材料的比值接近 80%，而泵浦源和有源光纖的成本占比分 別為 47.82%和 14.36%，是光纖激光器主要的材料成本來源。

英諾激光主要生產(chǎn)固體激光器，其原材料均為外購，根據(jù)招股說明書中披露的 2018- 2020 年原材料采購情況，綜合測算出固體激光器中光學類原材料占直接材料的比值 超過 50%，其中泵浦源和晶體的成本占比分別為 22.05%和 15.28%，是固體激光器 主要的材料成本來源。

當下，我國已具備激光器所需的光學材料和元器件自產(chǎn)能力，但一些高端零部件（主要是高功率半導體激光芯片和有源光纖）仍部分依賴進口。

3.2.1. 半導體激光泵浦源及激光芯片

目前，工業(yè)激光器多使用激光二極管進行泵浦。激光二極管由高功率半導體激光芯 片、熱沉、相關結構件等封裝而成，工作時，電流注入二級管有源區(qū)，電子受激輻 射產(chǎn)生激光，但由于其產(chǎn)生光束質(zhì)量差，所能直接應用的領域受限，因此除少部分 以直接半導體激光器的形式進行應用外，多數(shù)作為工業(yè)激光器（主要是光纖激光器 和固體激光器）泵浦源的組成部分。

激光芯片是激光二極管中的核心發(fā)光元件。激光芯片根據(jù)諧振腔制造工藝的不同分 為邊發(fā)射激光芯片 （Edge Emitting Lasers，EEL）和面發(fā)射激光芯片（Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL）兩種。邊發(fā)射激光芯片是在芯片的兩側(cè)鍍光學膜形 成諧振腔，沿平行于襯底表面發(fā)射激光，而面發(fā)射激光芯片是在芯片的上下兩面鍍 光學膜，形成諧振腔，由于光學諧振腔與襯底垂直，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于芯片表面發(fā)射 激光。VCSEL 芯片主要應用于激光雷達、傳感、VR 及生物醫(yī)學等領域，而 EEL 芯 片則主要用于工業(yè)、激光雷達和光通信等領域。

用于工業(yè)領域的 EEL 芯片為高功率半導體激光芯片，按芯片數(shù)量又可分為單管芯片 及巴條芯片。單管芯片只有一個發(fā)光單元，巴條芯片是由多個發(fā)光單元并成直線排 列的激光芯片，巴條芯片經(jīng)過鈍化、鍍膜后，可解理為單個發(fā)光單元的單管芯片。目前單管芯片的輸出功率最高可以達到 30W 以上，武漢銳晶已能夠生產(chǎn) 50W 以上 的單管芯片。巴條芯片的并形結構使其具有更高的輸出功率，但巴條芯片因此存在 熱密度高，熱應力較大等問題，技術難度更高。單管芯片和巴條芯片分別通過 COS 封裝和表面貼片封裝的方式制出激光二級管，將激光二級管發(fā)出的光進行光學整形 合束耦合并再次封裝后即可得到半導體激光泵浦源。

中國作為全球最大的工業(yè)激光應用市場，也是最大的半導體激光泵浦源市場。目前 全球半導體激光泵浦源市場主要存在兩類市場參與者,一類是為工業(yè)激光器生產(chǎn)企 業(yè)提供高功率半導體激光芯片和泵浦源產(chǎn)品的專業(yè)供應商，包括可以自主生產(chǎn)激光 芯片的企業(yè)長光華芯和武漢銳晶等以及外購激光芯片自主封裝成激光二極管和泵 浦源的炬光科技、星漢激光和凱普林光電等；另一類是既生產(chǎn)工業(yè)激光器又自主生 產(chǎn)半導體激光泵浦源的企業(yè)，如 IPG、Coherent、銳科激光和創(chuàng)鑫激光等，但 IPG 和 Coherent 已實現(xiàn)泵浦源完全自產(chǎn)，而銳科和創(chuàng)鑫僅能夠自主進行泵浦源封裝，激光 芯片依然需要外部采購。激光芯片在整個激光加工設備中的價值占比雖然很小，卻 是產(chǎn)業(yè)鏈中容易被“卡脖子”環(huán)節(jié)。根據(jù)國內(nèi)工業(yè)激光器主要上市公司招股說明書 中披露的數(shù)據(jù)，各家公司此前均從國外進口一定數(shù)量的泵浦源或激光芯片。

近年隨著國內(nèi)高功率半導體激光芯片企業(yè)的快速發(fā)展，以及泵浦源封裝技術的進步， 國內(nèi)激光器廠商所用的激光芯片和泵浦源國產(chǎn)化率逐漸提高。以龍頭銳科激光為例， 國內(nèi)主要的半導體激光芯片企業(yè)長光華芯和武漢銳晶均為銳科激光的關聯(lián)方，我們 根據(jù)銳科激光和長光華芯相關公告中披露的數(shù)據(jù)統(tǒng)計了 2015 年以來銳科激光向長 光華芯和武漢銳晶采購半導體激光泵浦源和激光芯片的金額，可以看出采購金額逐 年提高，且 2020 年之后呈現(xiàn)快速上升的態(tài)勢。銳科激光 2022 年 6 月在深交所平臺 答投資者問時表示目前長光華芯占公司激光芯片產(chǎn)品的采購比例約為 30-40%，據(jù)此 可以得知銳科激光向長光華芯和武漢銳晶采購激光芯片產(chǎn)品合計已超過 50%，即公 司自產(chǎn)泵浦源所需的激光芯片已超半數(shù)實現(xiàn)國產(chǎn)替代。

參考長光華芯招股說明書中對我國激光芯片市場規(guī)模的測算方法對我國工業(yè)用高 功率激光芯片的市場規(guī)模進行測算，該測算中假設半導體激光泵浦源占激光器材料 成本 50%，我們認為該數(shù)值僅考慮了泵浦源在連續(xù)光纖激光器中的占比情況，因此 對其重新進行了計算。半導體激光泵浦源占連續(xù)光纖激光器的成本比重較高，接近 50%，而在脈沖光纖激光器和固體激光器中占比較小，根據(jù)英諾激光和杰普特招股 說明書中披露的數(shù)據(jù)為 20%左右，直接半導體激光器未查詢到相關數(shù)據(jù)，但其通過 半導體激光泵浦源合束直接輸出激光器，故泵浦源價值占比較高，假設為 80%，氣 體激光器主要使用電泵浦，假設半導體激光泵浦源價值占比為 0。以連續(xù)光纖激光 器/脈沖光纖激光器/固體激光器/直接半導體激光器/氣體激光器占工業(yè)激光器比值 分別為 40%/13%/15%/17%/15%進行近似測算，則半導體激光泵浦源在工業(yè)激光器 中總價值占比為 40%*50%+13%*20%+15%*20%+17%*80%+15%*0=39.2%，近似為 40%。此外，2018-2020 光纖激光器市場規(guī)模占比由公開數(shù)據(jù)得到，并假設 2021 和 2022 年光纖激光器占工業(yè)激光器的比值維持在 53%，參考長光華芯招股說明書假設 工業(yè)激光器和泵浦源平均毛利率分別為 30%和 15%，激光芯片占泵浦源成本比值為 10%。最終計算得出 2022 年中國工業(yè)用半導體激光泵浦源和高功率半導體激光芯片 市場規(guī)模分別為 72.91 億元和 6.2 億元。

由于國內(nèi)較多激光元器件及激光器廠商已掌握半導體激光泵浦源封裝技術，因此高 功率激光芯片的國產(chǎn)化是產(chǎn)業(yè)鏈上游實現(xiàn)自主可控最為關鍵的環(huán)節(jié)。對工業(yè)用高功 率半導體激光芯片整體的國產(chǎn)化情況進行測算，國內(nèi)有能力自主生產(chǎn)工業(yè)用高功率 半導體激光芯片的公司主要有長光華芯、武漢銳晶，華光光電、瑞波光電和度亙激 光等。長光華芯在其招股說明書中披露 2020 年高功率半導體激光芯片收入約 0.71 億元，約占當年總收入的 29%，假設長光華芯高功率半導體激光芯片收入占比保持 穩(wěn)定；武漢銳晶與銳科激光的控股股東相同，其生產(chǎn)的激光芯片幾乎均供給銳科并 由銳科進行封裝，假設銳晶的高功率半導體激光芯片收入與銳科披露的關聯(lián)方交易 金額一致。由于長光華芯和武漢銳晶的快速崛起，我國的高功率半導體激光芯片國 產(chǎn)化率提升顯著。若假設華光光電、瑞波光電和度亙激光等其余企業(yè)在高功率半導 體激光芯片上的市占率為 5-10%，則 2021 年我國的高功率半導體激光芯片國產(chǎn)化 率達到 40%左右。長光華芯于 2022 年上市，募資的一部分用于高功率半導體激光 芯片的擴產(chǎn)，度亙激光也于 2022 年完成 PreIPO 融資并進行了大規(guī)模擴產(chǎn)。我們認 為今后工業(yè)高功率半導體激光芯片的國產(chǎn)化率還將進一步提升，在該關鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn) 自主可控。

3.2.2. 有源光纖

光纖激光器主要使用有源光纖作為增益介質(zhì)。光纖是光導纖維的簡稱，由纖芯和包 層組成，光纖使用的主要的原材料為石英（SiO2），因此其成本較低。未摻雜稀土元 素的光纖被稱為無源光纖，主要用來傳導光，而在纖芯中摻雜稀土元素等激活離子 后，光纖受泵浦源的激勵作用后便可發(fā)出放大的光，這種能夠發(fā)光的摻雜光纖被稱 為有源光纖。根據(jù)在纖芯中摻雜稀土元素的不同，能夠制成不同輸出波長的有源光 纖。目前使用的稀土元素有釹(Nd)、鐿(Yb)、鉺(Er)、銩(Tm)、鈥(Ho)、鏑(Dy)、鐠 (Pr)等，主要的摻雜方法為氣相沉積法。

2018 年以前，我國國產(chǎn)光纖激光器中所用的光纖，特別是有源光纖大量依賴進口。國內(nèi)主要的光纖激光器廠商中，銳科激光和杰普特主要向 Nufern 采購光纖，創(chuàng)鑫激 光主要向 Nufern 和 nLIGHT 采購光纖。根據(jù)各激光器公司招股說明書中披露的數(shù)據(jù) 對有源光纖進口比例進行測算可知，2015-2018 年間國內(nèi)激光器廠商的有源光纖進 口比例均在 80%以上。

2018 年后，光纖國產(chǎn)化進程加速。銳科激光于 2017 年收購武漢睿芯開始自主進行 工業(yè)激光器用光纖的研制與生產(chǎn)，睿芯 2017 年開始進行量產(chǎn)并向銳科供貨，根據(jù)銳 科激光歷年年報中披露的數(shù)據(jù)，睿芯營收逐年增長，且 2021 年以來產(chǎn)能擴張明顯。銳科激光2022年4月在深交所平臺答投資者問時表示公司生產(chǎn)所用的特種光纖70% 來自于睿芯的自供。此外創(chuàng)鑫激光 2018 年底起開始導入國產(chǎn)光纖，并且與長飛光 纖建立了戰(zhàn)略合作關系，2019 上半年長飛光纖已成為公司第一大供應商。據(jù)《2022 中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，2022 年我國激光器用特種光纖市場規(guī)模將達到 14.9 億， 2021 年武漢睿芯和長飛光纖在我國激光器用特種光纖中的市占率分別為 26.8%和 14.2%。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，預計 2021 年我國激光器用特種光纖國產(chǎn)化率已在 50%以 上。

3.2.3. 其他光學材料及元器件

除激光芯片和有源光纖外，激光加工設備產(chǎn)業(yè)鏈上游的光學材料和元器件已基本實 現(xiàn)國產(chǎn)替代。比如在固體激光器所用的激光晶體和非線性光學晶體方面，我國的福 晶科技始終保持國際領先地位，核心晶體產(chǎn)品被國際業(yè)界譽為“中國牌”晶體，其 中非線性光學晶體 LBO、BBO 全球市場占有率第一，被國內(nèi)外知名激光器公司廣 泛使用。福晶科技的產(chǎn)品還包括各種精密光學器件和激光器件，幾乎實現(xiàn)了上游光 學部分除半導體激光泵浦源和光纖以外的全覆蓋。此外，炬光科技、騰景科技等光 學元器件廠商也能夠提供大部分的激光器件，頭部激光器廠商如銳科激光、創(chuàng)鑫激 光均實現(xiàn)了部分激光器件自制。

3.3. 中游：激光器+運控系統(tǒng)+激光加工頭

3.3.1. 激光器——激光加工設備之心

激光器的基本結構為泵浦源、增益介質(zhì)和諧振腔，不同種類的激光器結構略有不同， 但原理均為泵浦源激勵增益介質(zhì)產(chǎn)生光，并通過諧振腔對光進行調(diào)整后輸出激光。

工業(yè)激光器按照增益介質(zhì)、工作方式、輸出功率、輸出波長等的不同，可以分為不 同種類。

激光器按增益介質(zhì)的不同可分為氣體激光器、半導體激光器、光纖激光器和固體激 光器。根據(jù)長光華芯招股說明書，2009 年的光纖激光器在全球工業(yè)激光器市場中的占比僅為 14%。在以 IPG 為代表的光纖激光器廠商的持續(xù)優(yōu)化及推廣下，光纖激光 器以其輸出激光光束質(zhì)量好、能量密度高、電光效率高、使用方便、可加工材料范 圍廣、綜合運行成本低等諸多優(yōu)勢快速搶占工業(yè)激光器市場。據(jù) Optech Consulting， 10 年間光纖激光器在工業(yè)激光器中的占比由 15%增長到 50%以上。光纖激光器因 其高功率的特點主要被應用于宏觀加工，而固體激光器憑借其短波長（紫外、深紫 外）、短脈寬（皮秒、納秒）、高峰值功率的特點被主要應用于薄性、脆性等金屬和 非金屬材料的精密微加工領域。

激光器按輸出波長的不同可分為紅外激光器、紫外激光器和可見光激光器。不同結 構的物質(zhì)可吸收的光波長范圍不同，因此需要各波長的激光器應用于不同材料的加 工，比如用典型的光纖激光器（輸出波長為 1064nm 的近紅外光）加工高反材料時， 吸收率極低，常溫下紫銅對 1064nm 激光的吸收率只有不到 5%，如此低的吸收率使 得一般的光纖激光器很難用于加工紫銅、鋁合金等高反材料。對于高反材料的加工 需要使用短波長激光器，如可見光范圍里的綠光/藍光激光器。而對于一些非金屬玻 璃、塑料和 PCB 板等材料的加工，就需要用更短波長的紫外激光器。

激光器按輸出頻率的不同可分為連續(xù)激光器、準連續(xù)激光器和脈沖激光器。脈沖激 光器又可按每段脈沖時間的長短分為微秒激光器、納秒激光器、皮秒激光器和飛秒 激光器，其中皮秒激光器和飛秒激光器通常被稱為超快激光器或超短脈沖激光器。連續(xù)激光器的工作特點是激光輸出可以在一段較長的時間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù) 進行，大部分光纖激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器均 屬于此類，連續(xù)激光器工作穩(wěn)定、熱效應高，適合于金屬材料的連續(xù)高速切割、焊 接，以及表面熱處理、激光熔覆、激光快速成形等宏觀加工；準連續(xù)激光器一般是 在連續(xù)激光器的電路上加載一個調(diào)制電路來控制激光的開關，從而產(chǎn)生毫秒量級的 脈沖，因此其輸出的峰值功率就是連續(xù)狀態(tài)的峰值功率，多用于鉆孔；脈沖激光器 的主要特點是峰值功率高、熱效應少、可控性好、光束精細發(fā)散小，適合于打標、 鉆孔、硅片及玻璃劃片、精密加工等領域。對于不同脈寬的脈沖激光器而言，脈沖 時間越短，單一脈沖能量越高，加工速度越快；波長越短，作用半徑越小，加工精 度可以越高。超快激光器產(chǎn)生的超短脈沖與材料相互作用時間極短，通過將能量極 快地注入很小的作用區(qū)域，避免了能量的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化以及熱能的存在和熱擴散造成 的影響，從根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用機制，又被稱為“冷加工”。

從光纖激光器出發(fā)分析工業(yè)激光器的市場規(guī)模。2014 年以來，全球光纖激光器市場 規(guī)模從 9.6 億美元增長到 32.8 億美元，CAGR 達到 19.2%；中國光纖激光器市場規(guī) 模從 28.6 億元增長到 124.8 億元，CAGR 達到 23.4%，高于全球市場增速，目前中 國光纖激光器市場規(guī)模占全球之比已達到約 60%。按照光纖激光器占工業(yè)激光器之 比約 53%進行測算，則 2021 年全球工業(yè)激光器市場規(guī)模約 62 億美元，中國工業(yè)激 光器市場規(guī)模約 235 億元。

中國光纖激光器的市場集中度較高，2018-2021 年 CR3 維持在 70%以上，且市場份 額前三名均為 IPG，銳科激光和創(chuàng)鑫激光。隨著國內(nèi)光纖激光器廠商的崛起，IPG 在 中國市場的市占率逐年萎縮，2021 年已基本和銳科激光持平。

根據(jù)觀研報告網(wǎng)數(shù)據(jù)，到 2019 年，我國 100W 以下的低功率激光器已基本完全實現(xiàn) 國產(chǎn)替代，100W 以上的中高功率激光器國產(chǎn)化率也達到 60%左右。具體到光纖激 光器上，2021 年 6kW 以下國產(chǎn)光纖激光器出貨比例達到 90%左右，6kW 以上國產(chǎn) 光纖激光器出貨比例達到 50%左右。整體來看，我國工業(yè)激光器的國產(chǎn)化比例逐年 提高。公開數(shù)據(jù)顯示，國產(chǎn)工業(yè)激光器的價格約為進口的 70%-80%，具有明顯的價 格優(yōu)勢，今后的國產(chǎn)替代將聚焦于高功率激光器領域。

除光纖激光器外，近年超快激光器成為激光器市場中受關注較多的一個細分領域。這是因為如今各個行業(yè)的產(chǎn)品都向更小的體積，更強大的功能方向發(fā)展，帶動了生 產(chǎn)工藝精細化和微納化。超快激光器具有超短脈沖寬度和超高峰值功率密度，可提 供可靠、高質(zhì)量的精密“冷加工”，這種“冷加工”無沖擊，熱量幾乎不會傳遞到材 料中，可以減少熔化區(qū)和熱影響區(qū)，微裂紋較少，能夠?qū)崿F(xiàn)對敏感材料的一致、受 控加工。

超快激光的工業(yè)應用始于 2003 年，至今不到 20 年，此前市場參與者主要是以 TRUMPF、Coherent、Spectra-Physics 等為代表的國外企業(yè)。2012 年前后我國開啟超 快激光的產(chǎn)業(yè)化推進，涌現(xiàn)出了國神光電（銳科激光子公司）、貝林激光（德龍激光 子公司）、英諾激光、華日激光、安揚激光、奧創(chuàng)光子等國產(chǎn)品牌。從德龍激光招股 說明書中統(tǒng)計的國內(nèi)外超快激光器性能數(shù)據(jù)來看，國產(chǎn)超快激光器與國外的差距正 在縮小，但在一些關鍵指標，比如最大輸出功率上仍落后于國外。此外，高功率的 國產(chǎn)超快激光器多為近期研發(fā)成功，尚未得到充分市場驗證，與國外產(chǎn)品相比仍不 成熟。比如，國外企業(yè)的設備運轉(zhuǎn) 2 萬小時無需維保，而國內(nèi)企業(yè)的設備可持續(xù)運 轉(zhuǎn)能力較差，中間需要快速響應的售后維保服務來補齊和縮小差距。

我國超快激光器出貨量從 2015 年的 40 臺快速增加到 2021 年的 2400 臺，2020 年中 國超快激光器市場規(guī)模約為 27.4 億元，在全球市場占比約為 24%，遠小于光纖激光 器 60%的占比，表明超快激光器在我國應用得相對較少。此外，超快激光器市場規(guī) 模的增速遠小于出貨量的增速，這是因為我國超快激光器下游應用市場尚未完全打 開，但國內(nèi)外參與廠商數(shù)量較多，競爭激烈，使得超快激光器價格逐年下降。根據(jù) 中國科學院武漢文獻情報中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015-2020 年，超快激光器的平均價格從 2015 年的 725 萬元/臺下降至 2020 年的 129 萬元/臺，5 年間降價幅度超過 80%。

根據(jù) Photonics Views 數(shù)據(jù)，目前超快激光器在我國主要還是被應用在非金屬材料切 割方面，而在 OLED/半導體等市場較為廣闊的領域應用極少，體現(xiàn)出我國超快激光 加工技術整體水平還不高。從出貨量來看，2021 年國產(chǎn)激光器在中國的銷量占比已 達 55%，但進口激光器卻以 45%的銷量瓜分了 70%的銷售收入，這主要是因為國產(chǎn) 超快激光器主要為 50W 以內(nèi)的低功率產(chǎn)品，單機價格較低，而進口的超快激光器多為單機價格高的高功率產(chǎn)品。

具體到公司的市占率。從銷售量口徑進行統(tǒng)計，根據(jù)銳科激光 2021 年報，2021 年 國神光電銷售皮/飛秒超快激光器約 600 臺，占當年中國超快激光器銷量的 25%，市 場占有率國內(nèi)第一；德龍激光在招股說明書中披露其 2020 年超快激光器出貨量為 235 臺，當年市占率約 11.19%；英諾激光在招股說明書中披露其 2020 年超快激光 器銷量為 40 臺，當年市占率約 1.9%。此外，華日激光已建成國內(nèi)規(guī)模最大的超快 激光器生產(chǎn)線，月產(chǎn)能可達 200 臺，并向高功率超快激光器領域進軍，有望加速高 功率超快激光器的國產(chǎn)替代進程。

3.3.2. 運控系統(tǒng)——激光加工設備之腦

運控系統(tǒng)約占激光加工設備價值的 5%，雖占比較小，但卻極為重要。運動控制系統(tǒng) 由硬件和軟件兩部分集成，硬件即工業(yè)控制板卡，包括主控單元、信號處理等部分， 軟件是控制算法。硬件部分一般從市場上采購各類通用元器件，然后組裝加工得到；基于硬件的架構，將軟件算法集成其中，形成最終的運動控制器。硬件的質(zhì)量、結 構，算法的優(yōu)劣，共同決定了運動控制系統(tǒng)的精度、效率。激光切割設備的通用性較強，且下游設備廠商眾多，對運控系統(tǒng)的需求量較大，因 此專業(yè)的激光運控系統(tǒng)廠商主要產(chǎn)品多為激光切割運控系統(tǒng)，而對于激光焊接、激 光清洗、行業(yè)專機等定制化較強的設備，下游設備廠商多自行開發(fā)運控系統(tǒng)。以激光切割運控系統(tǒng)為例，運控系統(tǒng)涉及的關鍵技術包括計算機輔助設計技術 （CAD）、計算機輔助制造技術（CAM）、數(shù)字控制技術（NC）、傳感器技術、電路 板等硬件設計技術。

每項技術實現(xiàn)的基礎功能如下：1）CAD 技術：通過計算機建模或從圖紙讀取數(shù)字模型，進行圖形識別、編輯和優(yōu) 化處理，生成零件并將零件通過計算機輔助在板材或型材上進行排版，并輸出待加 工模型。（通過 CAD 了解用戶“我要切什么”）。2）CAM 技術：在加工模型的基礎上，根據(jù)激光切割相關的工藝要求，通過計算機 輔助生成所需的刀路軌跡以及光路、氣路、焦點等控制參數(shù)和自動化加工模型，并 生成可被數(shù)控系統(tǒng)(NC)執(zhí)行的指令。（通過 CAM 了解用戶“我要怎么切”）。3）NC 技術：NC 技術可以實現(xiàn)根據(jù)生成的機床代碼指令執(zhí)行具體加工工序的功能， 具體涉及加工過程中的運動控制、加工控制、切割頭和激光器等外部設備控制等。（通過 NC 最終把用戶想要的產(chǎn)品切出來）。4）傳感器技術：通過傳感器技術實現(xiàn)切割過程中溫度、濕度、壓力、光電、視覺、 氣壓、激光加工頭與被切割板材之間的間距等因素的控制，從而優(yōu)化激光加工效率， 提高智能化水平。5）硬件設計技術：通過嵌入式軟件及硬件電路設計技術，針對激光行業(yè)特殊需求， 定制開發(fā)相應硬件產(chǎn)品，合理的硬件設計和專業(yè)的檢測手段可以起到提高切割穩(wěn)定 性及抗干擾能力的作用。

激光切割運控系統(tǒng)的技術壁壘和客戶粘性均較高，因此市場份額較為集中。中低功 率激光切割運控系統(tǒng)方面國產(chǎn)廠商柏楚電子、維宏股份和奧森迪科合計占到了 90% 的市場份額，其中柏楚電子占比達 60%。高功率激光切割運控系統(tǒng)此前主要被以德 國 PA、Beckhoff 和 SIEMENS 為代表的國外廠商占據(jù)，國內(nèi)僅柏楚電子一家實現(xiàn)高 功率系統(tǒng)的量產(chǎn)，隨著柏楚電子在高功率系統(tǒng)上的持續(xù)耕耘，其在高功率激光切割 運控系統(tǒng)上的市占率已從 2018 年的 10%左右提高到了 2021 年的 22%。

根據(jù)柏楚電子招股說明書對激光切割系統(tǒng)的預期單價以及近年的激光切割機銷量 對激光切割運控市場規(guī)模進行測算，2022 年中國激光切割運控系統(tǒng)市場規(guī)模超過 16億元，若粗略假設激光切割運控系統(tǒng)占所有激光加工運控系統(tǒng)的比例與激光切割設 備占激光加工設備的比例一致（約 40%），則 2022 年整個激光加工運控系統(tǒng)市場規(guī) 模約 40 億元。

從運控系統(tǒng)涉及的原材料來看，除 FPGA 芯片和 ARM 芯片外，基本已實現(xiàn)了國產(chǎn) 替代。根據(jù)柏楚電子招股說明書，其使用的 FPGA 芯片主要通過代理商向美國 Altera 公司采購，ARM 芯片主要通過代理商向瑞士 ST 公司采購，采購金額約占 總采購金額的 10%左右。FPGA 和 ARM 芯片的全球市場份額集中于少數(shù)國外廠商 之手，國內(nèi)替代品的性能尚有差距，因此運控系統(tǒng)的完全自主可控依然有賴于國內(nèi) 芯片制造水平的進一步提升。

3.3.3. 激光加工頭——激光加工設備之手

激光加工頭是將激光光束引入工作臺的關鍵部件。在激光加工過程中，激光加工頭 將激光器生成的發(fā)散光聚焦到材料表面，高能量密度的光束與材料發(fā)生相互作用， 從而完成對材料的加工。根據(jù)用途的不同，激光加工頭可分為激光切割頭、激光打 標頭、激光焊接頭和激光熔覆頭等。激光切割設備通用性較強，其對應的激光切割 頭的需求量大，構造相對簡單。典型的光纖激光切割頭的組成部分主要包括光纖連 接塊、準直組件、聚焦組件、保護鏡盒、傳感器及控制盒、割嘴等。

激光焊接頭的構造則更為復雜，除了與激光切割頭中相似的組件外，還需要光斑擺 動控制、焊縫跟蹤、光斑整形、實時影像分析，并配備了通信接口，是一個融合了 光學、機械、傳感、影像、控制、通信、態(tài)勢感知和算法等多種功能集于一體的、 具備前端智慧的子系統(tǒng)。

激光加工頭是激光加工設備的標配，設備出廠時均為一機配一頭，且在激光加工設 備的生命周期內(nèi)約需要更換 1 到 2 次。若粗略假設每年激光切割頭的需求量約為當 年激光切割設備的銷量（增量市場）+30%前一年銷量（存量更換市場），則 2022 年 中國激光切割頭的需求量超過 10 萬套。進一步假設中低功率激光切割頭的平均價 格為 1 萬元，高功率激光切割頭的平均價格為 6 萬元，則 2022 年中國激光切割頭 的市場空間約 27 億元?！?022 中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》中預計 2022 年激光切割頭 市場規(guī)模約為 12.6 億元，我們認為該數(shù)字較低是因為僅按激光切割頭的市場銷售口 徑進行了統(tǒng)計，而未將設備廠家自制的激光切割頭價值考慮在內(nèi)。

從競爭格局來看，激光切割頭的主要廠商有德國 Precitec、德國 LT、深圳萬順興、 上海嘉強和柏楚電子等。根據(jù)柏楚電子公告，國產(chǎn)激光切割頭主要應用于 6kW 以 下的設備，國產(chǎn)化率已達到 80%，6kW 以上的激光切割頭幾乎被德國 Precitec 壟 斷，國產(chǎn)化率不足 10%，德國 LT 則幾乎壟斷了三維五軸激光切割頭。柏楚電子于 2019 年收購波刺自動化打入智能切割頭領域，憑借其自身在控制系統(tǒng)方面的技術積累以及人才優(yōu)勢，迅速在該領域站穩(wěn)腳跟，2021 年出貨 2000 套左右，公司在 2022 年上半年完成定增進行智能切割頭擴產(chǎn)，設計產(chǎn)能 14800 套，是在高端切割頭領域 最有望實現(xiàn)國產(chǎn)替代的廠商。

對于結構更為復雜，定制化程度更高的激光加工頭（如激光焊接頭和激光熔覆頭） 來說，整體市場較為分散。專業(yè)激光加工頭廠商如德國 Precitec、德國 LT、深圳萬 順興和上海嘉強等公司均有激光焊接頭和激光熔覆頭產(chǎn)品，而由于高端激光加工頭 價值量較高（如聯(lián)贏激光 2019 年從國外進口的激光焊接頭平均價格超過 18 萬元）， 實力較強的激光加工設備龍頭廠商也傾向于自主研發(fā)激光加工頭，如德國 TRUMPF、 大族激光、聯(lián)贏激光等均自主生產(chǎn)激光加工頭并集成到其生產(chǎn)的各類激光加工設備 上。整體來看，我國高端激光加工頭依然部分依賴進口，但技術差距已逐漸縮小。

3.4. 下游：激光加工設備

設備商將激光器、運控系統(tǒng)、激光加工頭、冷卻系統(tǒng)、機械件以及電源等零部件進 行集成，即可生產(chǎn)出激光加工設備。

根據(jù) Optech Consulting 數(shù)據(jù)，2021 年全球激光加工設備市場規(guī)模達到 213 億美元， 2011-2021 間 10 年 CAGR 為 7.7%，2016-2021 間 5 年 CAGR 為 10.8%。中國是激光 加工設備最大的應用市場，根據(jù)《2022 中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，2021 年中國激光 設備市場規(guī)模達到 821 億元（包含工業(yè)、信息、商業(yè)、醫(yī)學和科研領域的激光設備）， 2011-2021 間 10 年 CAGR 達到 21.5%，2016-2021 間 5 年 CAGR 達到 16.4%，遠高 于全球市場增速。按照 2021 年中國激光設備中工業(yè)占比 62%計算，2021 年中國激 光加工設備市場規(guī)模約為 509 億元，占全球之比接近 40%。根據(jù)機電之家數(shù)據(jù)， 2002 年中國激光加工設備市場規(guī)模占全球之比不足 4%，20 年間占比提高 10 倍。

從激光加工設備產(chǎn)量來看，2021 年中國激光加工設備產(chǎn)量達到 20.19 萬臺，2016- 2021 間 5 年 CAGR 達到 29.3%，增速遠高于市場規(guī)模，這主要是由于激光器價格的 下降帶動設備價格不斷降低所致。激光加工設備產(chǎn)量最高的是激光切割設備、激光 焊接設備和激光打標設備，三者合計占比達到 80.6%。

從終端應用規(guī)模來看，占比較多的同樣為激光打標設備、激光切割設備和激光焊接 設備。早年間受限于激光器功率，激光打標設備占據(jù)了主要市場份額，但隨著激光 技術的發(fā)展，激光打標設備的占比從 2002 年的 49%萎縮到了 2021 年的 13%，激 光切割設備的占比從 2002 年的 23%增長到了 2021 年的 40%，成為激光加工設備 最大的終端應用領域。

按照各公司 2021 年激光加工設備銷售收入與當年激光加工設備市場規(guī)模計算各公 司在激光加工設備市場中的份額。其中 2021 中國激光加工設備市場規(guī)模取 509 億 元，大族激光等上市公司市場份額以其 2021 年報中披露的激光加工設備銷售收入 為依據(jù)，宏石激光等非上市公司主營業(yè)務為激光切割設備，市場份額以《2022 激光 產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》中的中國激光切割設備銷售收入與各公司占切割設備市場之比的乘 積為依據(jù)。從計算結果看，我國激光加工設備的整體市場格局相對分散。大族激光 作為老牌激光加工設備企業(yè)，在通用激光加工設備以及鋰電、光伏、消費電子等行 業(yè)的專用激光加工設備領域廣泛布局，在激光加工設備市場份額一家獨大，占到 21.9%，其他企業(yè)的市場份額均較低，CR3 為 31.6%，CR10 為 51.3%。這主要系激 光切割設備和激光打標設備通用性較強，下游設備集成商門檻較低，本土中小企業(yè) 眾多所致。中國依靠工程師紅利，在設備集成方面具有顯著優(yōu)勢，當前中國的激光 加工設備市場幾乎完全由國產(chǎn)設備占據(jù)，全球最大的激光加工設備廠商 TRUMPF 公 司 2021 年在中國激光加工設備市場份額僅為 3.1%（該份額依據(jù) TRUMPF 最新在華 銷售收入及激光設備收入占其銷售收入之比計算出）。在一些新興的行業(yè)專機領域， 動力電池激光加工設備廠商聯(lián)贏激光和海目星以及光伏激光加工設備廠商帝爾激 光的技術水平均處于全球領先地位，其中帝爾激光在 PERC 光伏激光加工設備領域 幾乎壟斷了全球市場。

下游設備分散的市場格局帶來了激烈的市場競爭。激光制造網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，目前一臺 3kW 的國產(chǎn)激光切割設備價格已下探到 20 萬元以內(nèi)，而同等功率的歐洲設備報價 在百萬元以上。在設備端已經(jīng)完成國產(chǎn)替代的背景下，中國的激光加工設備未來還 需走出國門，更多地參與到國際競爭中去。但同時，雖然我國的激光加工機床從 2019 年開始由貿(mào)易逆差轉(zhuǎn)為貿(mào)易順差，但出口設備的平均單價遠低于進口設備，表明我 國處于出口低端產(chǎn)品進口高端產(chǎn)品的情況，產(chǎn)品的國際競爭力需要提升。

3.5. 垂直整合是國際激光巨頭普遍選擇的進階之路

從國外激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程來看，在激光產(chǎn)業(yè)剛剛起步之時，呈現(xiàn)出較為明顯的國 際化分工的態(tài)勢，即各廠商往往聚焦于產(chǎn)業(yè)鏈中的某一環(huán)節(jié)。而隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 產(chǎn)業(yè)鏈由分散開始走向垂直整合。激光廠商采用垂直整合戰(zhàn)略的原因有二：一是降 低生產(chǎn)成本，這主要通過向上游材料領域延申，擺脫供應商依賴來實現(xiàn)；二是拓展 新市場，這主要通過向中下游部件及設備領域延申，完善產(chǎn)品矩陣來實現(xiàn)。而垂直 整合的手段則主要包括了自主研發(fā)以及兼并收購，隨著激光相關產(chǎn)品的個性化以及 技術壁壘的逐步提高，并購作為能夠快速進入新領域的手段受到了激光廠商的青睞。2010 年以來，主要激光巨頭的兼并收購呈現(xiàn)出愈演愈烈的態(tài)勢，不僅大公司并購小 公司的案例層出不窮，大公司和大公司之間的合并也時有發(fā)生，比如 2022 年上半年 II-VI 公司完成對 Coherent 公司的并購就是最典型的案例。

選取激光加工設備產(chǎn)業(yè)鏈上游代表性企業(yè) II-VI，中游代表性企業(yè) IPG 以及下游代 表性企業(yè) TRUMPF，分析他們在激光業(yè)務上垂直整合的歷史。可以看到三家公司雖 然在創(chuàng)立之初分別專注于產(chǎn)業(yè)鏈的上游、中游和下游，但經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，通過 自主研發(fā)以及兼并收購，均基本打通了材料元器件——激光器——激光加工設備這 一整條激光加工產(chǎn)業(yè)鏈。

國際激光巨頭通過打通激光產(chǎn)業(yè)鏈，大大加強了自身的技術實力以及產(chǎn)品質(zhì)量，同 時也擁有了對終端需求快速響應的能力，因此這些巨頭公司在國際競爭中始終保持 著優(yōu)勢。雖然國內(nèi)激光企業(yè)的崛起分走了一部分這些激光巨頭在中國的市場份額， 但高端產(chǎn)品上國產(chǎn)替代仍顯乏力，這使得進口產(chǎn)品能夠以相對較低的市場份額賺取 大部分的利潤。國內(nèi)激光企業(yè)若要實現(xiàn)突破，需要進一步加強產(chǎn)業(yè)協(xié)作，持續(xù)深化 產(chǎn)業(yè)鏈布局，構建差異化壁壘，打入高端藍海市場，避免在紅海市場做無謂的同質(zhì) 化競爭，而在這個過程中擁有資金及技術優(yōu)勢的龍頭企業(yè)有望脫穎而出。

4. 終端應用遍地開花，激光加工設備市場潛力無限

無論從短期，中期還是長期的視角來看，激光加工設備都有廣闊的應用前景與市場 空間，具有較高的成長性。

4.1. 短期視角：激光切割堆土筑基，鋰電光伏添磚加瓦

短期來看，激光切割設備仍將是激光加工設備市場的第一大組成部分，而鋰電池和 光伏的持續(xù)擴產(chǎn)將為激光加工設備帶來可觀的增量市場。

4.1.1. 激光切割設備仍為市場主力軍，替代市場和迭代市場助力規(guī)模穩(wěn)中有升

從宏觀加工視角來看，工業(yè)中主要的切割設備包括激光切割機、火焰切割機、等離 子切割機、水射流切割機、線切割機以及剪切機床等。隨著工業(yè)的發(fā)展，對切割的 質(zhì)量、精度和效率要求不斷提高，在所有的切割方式中，激光切割的綜合優(yōu)勢最為 明顯。以往制約激光切割機在下游應用的主要障礙是其價格過于高昂，但是近幾年 國產(chǎn)激光器的價格持續(xù)下降帶動激光切割機價格降低后，激光切割機成為了越來越 多廠商的選擇。激光切割機可以部分替代金屬成形機床中的沖床和剪切機床，我國 激光切割機銷量與金屬成形機床的產(chǎn)量之比從 2013 年的 0.76%快速提升到 37.5%， 充分反映出激光切割機在下游快速滲透的態(tài)勢。

激光切割機的市場可分為替代市場和迭代市場。替代市場主要為激光切割機對傳統(tǒng) 切割設備的替代，而迭代市場主要為市場存量激光切割機的更新?lián)Q代。

從替代市場來看，激光切割的替代對象為傳統(tǒng)的數(shù)控切割機床（手工切割設備如手 工火焰/等離子切割無法替代，不在考慮范圍）。其中線切割的高精度使其有其特定 的應用場景，激光切割難以替代；剪切機床/沖床大多用于加工薄板（<3mm），少量 用于加工中板（3-20mm），可用于加工薄板和中板的中低功率的激光切割機在市場 中已穩(wěn)定發(fā)展多年，可以認為基本完成滲透。進一步考慮到水射流切割機由于切割 速度慢且存在水污染，在工業(yè)中已應用得較少，2017 年以來我國每年進口水射流切 割機僅 30-80 臺，我們認為激光切割當前主要的替代對象為在厚板（>20mm）切割 領域替代數(shù)控火焰/等離子切割機?！冬F(xiàn)代焊接》雜志曾在 2013 年報導了國外對幾種 不同切割方式經(jīng)濟性的測算情況，結果表明光纖激光切割機的運行成本遠低于其他 切割方式，且當前 2kW 光纖激光切割機的價格從報導時的 40 萬美元降到了如今的 20 萬人民幣以內(nèi)，已與數(shù)控火焰/等離子切割機的一次投入相差不大?！督饘偌庸ぃ簾峒庸ぁ冯s志也曾在 2018 年報導了我國研究人員對不同切割方式成本的對比，測算 中綜合考慮了時間成本、電力成本、氣體成本、配件成本和材料損耗成本，結果表 明火焰切割、等離子切割、激光切割的成本分別約為每米 2.5 元、3.2 元和 1.7 元， 激光切割明顯更優(yōu)。

近年光纖激光切割機的功率大幅提高，如今已有 40kW 商業(yè)化產(chǎn)品問世，最高切割 厚度可達 200mm，對 40mm 的厚板切割速度可達 2300mm/min，而且激光切割機幾 乎不存在環(huán)境污染，符合綠色制造的理念。基于以上原因，我們認為今后激光切割 機對數(shù)控火焰/等離子切割機的存量市場替代力度將越來越大。

根據(jù)《2022 中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，2021 年我國激光切割設備市場規(guī)模達 280.1 億元，預計 2022 年將達到 300 億元。近年激光切割設備價格的大幅下降使得 2018 年以來激光切割設備的市場規(guī)模增速趨緩。由于目前激光器的降價空間已比較小， 且激光切割設備的替代市場和迭代市場依然巨大，我們認為通用激光切割設備短期 內(nèi)仍是激光加工設備中的第一大市場，市場規(guī)模保持穩(wěn)健增長的趨勢。

4.1.2. 鋰電光伏擴產(chǎn)趨勢仍存，行業(yè)專用激光加工設備貢獻重要增量

4.1.2.1. 鋰電專用激光加工設備

鋰電池加工過程中使用到的激光加工技術如下：前道環(huán)節(jié)：正負極的激光極耳切割成型、激光極片切割、激光極片分條，以及 隔膜的激光切割。? 中道環(huán)節(jié)：極片/極耳激光清洗，殼體、頂蓋、密封釘、極耳等的激光焊接。后道環(huán)節(jié)：電池 PACK 模組時的連接片激光焊接，電池激光打標。激光加工所特有的無耗材、無毛刺粉塵、柔性自動化集成、生產(chǎn)效率高、工藝穩(wěn)定 性好等優(yōu)點使其在鋰電池生產(chǎn)中難以被其他加工方式替代。

對鋰電領域激光加工設備市場規(guī)模進行測算。中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電 池應用分會與電池中國網(wǎng)（CBEA）最新發(fā)布的《全球鋰電產(chǎn)業(yè)供需白皮書》顯示， 2022 年全球動力+儲能鋰電池需求量達到 570GWh，2025 年需求量將達 1606GWh， 3 年內(nèi)新增需求量達到 1036GWh。假設整體產(chǎn)能利用率為 50%-70%，則未來 3 年需新增產(chǎn)能 1480-2072GWh；根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，假設單 GWh 設備投資額約為 1.8 億，則未來 3 年的全球動 力+儲能鋰電池設備投資額將達到 2664-3728 億元；聯(lián)贏激光在招股說明書中披露激光焊接設備占鋰電設備投資額的 5%-15%，考 慮到激光切割/打標/清洗在鋰電制造中均有應用，粗略假設激光加工設備占設備 投資的比例為 20%，則未來 3 年的全球動力+儲能鋰電池激光設備的投資額將達 到 533-746 億元；按近年中國鋰電池市場規(guī)模大約占全球 60%計算，則未來 3 年中國動力+儲能 鋰電池激光加工設備的投資額將達到 320-448 億元，平均一年 107-150 億元。

4.1.2.2. 光伏專用激光加工設備

激光加工技術在各種光伏電池技術路線中均有應用。根據(jù)光伏激光設備龍頭帝爾激光的相關公告及投資者調(diào)研紀要，激光加工技術在各種光伏電池中的主要應用如下：PERC：SE 激光磷摻雜和激光消融已成為 PERC 電池工藝標配設備；TOPCon：SE 激光一次硼摻雜技術正在 5-6 家客戶處驗證，穩(wěn)定在 0.2%-0.3% 效率提升，預計 2022 年底前會實現(xiàn)量產(chǎn)訂單；HJT：LIA 激光修復技術已取得客戶量產(chǎn)訂單，激光轉(zhuǎn)印技術在 2022 年三季度 取得客戶訂單；IBC：激光開槽技術已經(jīng)取得近 40GW 訂單；鈣鈦礦：P1-P4 的四道激光加工技術已有技術積累。激光轉(zhuǎn)印的柵線更細，因此漿料節(jié)省更多，低溫銀漿也同樣適用，激光轉(zhuǎn)印為非接 觸式印刷，可以避免擠壓式印刷存在的隱裂、破片、污染、劃傷等問題，因此激光 轉(zhuǎn)印技術在 PERC、TOPCon、HJT、IBC 等電池工藝上都可以應用。

根據(jù)國際能源署消息，2021 年底全球光伏裝機量達到 942GW；另據(jù)國家能源局消 息，2021 年底我國光伏裝機量達到 306GW。按照 CPIA《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖 （2021 年版）》中對未來全球新增光伏裝機量及中國新增光伏裝機量的中性假設， 2025 年全球光伏裝機量將達到 1976GW，中國光伏裝機量將達到 670GW。對光伏領域激光加工設備市場規(guī)模進行測算。根據(jù) CPIA 對全球光伏新增裝機量的 中性假設， 2025 年全球各類光伏電池新增裝機量將達到 299GW，其中 PERC、 TOPCon、HJT、IBC 電池的占比分別為 60%，20%，15.5%和 2.5%，對應裝機量分 別為 179GW、60GW、46GW 和 8GW。新電池產(chǎn)線的產(chǎn)能爬坡需要一個過程，假設 PERC、TOPCon、HJT 和 IBC 電池 2025 年的整體產(chǎn)能利用率分別為 70%、40%、 35%和 30%，則未來 3 年 PERC、TOPCon、HJT 和 IBC 分別新增產(chǎn)能 8GW、160GW、 164GW 和 27GW。進一步根據(jù)各種激光加工設備在不同電池技術路線中的價值量以 及技術滲透率假設，測算出未來 3 年新增的光伏激光加工設備投資額可達 119.8 億 元，平均每年約 40 億元。

4.2. 中期視角：激光焊接薪火相傳，激光清洗整裝待發(fā)

中期來看，工業(yè)焊接市場和工業(yè)清洗市場龐大，而激光焊接和激光清洗在下游的滲 透率仍然較低，有望接棒激光切割設備成為激光加工設備市場的主要增長極。

4.2.1. 激光焊接技術趨于成熟，全能“工業(yè)裁縫”放量在望

焊接素有“工業(yè)裁縫”之稱，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段。公開資料顯示，全世界年產(chǎn)量 45%的鋼和大量的有色金屬均需要通過焊接加工形成最終產(chǎn)品，幾乎 所有的工業(yè)部門均會涉及焊接技術。焊接技術可分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類，激光焊屬于熔化焊的一種。電弧焊 和電阻焊均誕生于 19 世紀末，至今仍是工業(yè)領域應用最多的焊接技術。相比于這些 傳統(tǒng)焊接技術，激光焊接具有效率高、變形小、可達性好等一系列優(yōu)勢，而且激光 焊接幾乎是唯一一種在宏觀和微觀兩個維度均能進行高效焊接的技術。激光開始被 用于焊接的時間和切割相近，但此前市場規(guī)模遠小于切割，這一方面是因為激光焊 接的工藝復雜程度遠高于切割，技術難度和設備集成難度均較高；另一方面是早期 激光器的功率普遍較低，加工能力有限，加之激光設備成本過高，廠商更偏愛技術 更為成熟、一次投入顯著更低的傳統(tǒng)焊接設備，使得激光焊接設備的下游需求量非 常有限。這些阻礙激光焊接下游滲透的因素正在逐漸消失，一方面近年激光器功率 大幅升高且價格大幅降低，性價比逐漸顯現(xiàn)，激光切割設備的快速放量是最佳佐證；另一方面激光焊接技術已越發(fā)成熟，從近 10 年的激光加工專利來看，激光焊接的 專利數(shù)量上升明顯，在科研領域激光焊接相關的論文數(shù)量也顯著高于其他焊接技術， 激光焊接已有了足夠的技術積累。

近年激光焊接市場已悄然起量。中科院武漢文獻情報中心發(fā)布的《2022 中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》統(tǒng)計，2021 年我國激光焊接成套設備銷售收入為 66.5 億元，但該數(shù)據(jù) 未將激光焊接機器人、手持激光焊機等考慮在內(nèi)；中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國激 光行業(yè)市場前景及投資機會研究報告》則統(tǒng)計 2021 年我國激光焊接設備市場規(guī)模 為 162.5 億元?？梢钥闯鰺o論統(tǒng)計口徑如何，2018-2021 的 3 年間激光焊接設備的市 場規(guī)模均實現(xiàn)了翻倍左右的增長，相比之下激光切割設備 3 年間市場規(guī)模僅增長了 16.3%。

4.2.1.1. 自動化激光焊接設備

從整個大工業(yè)制造領域來看，自動化激光焊接可以被應用到了汽車、高鐵、船舶、 飛機、火箭等各種產(chǎn)品的生產(chǎn)中。以激光焊接最主要的應用領域汽車為例，激光焊 接 20 世紀 80 年代就被用在了汽車白車身制造中。21 世紀初，以奔馳、寶馬、奧 迪、大眾等為首的德系品牌汽車制造商，率先在國內(nèi)合資公司的車身制造領域應用 激光焊接工藝，如奔馳 E class-L 轎車白車身上激光焊縫達 422 條，總長度超過為 10.5 m，一汽大眾 Golf A6 激光焊縫總長度超過 50 米。如今，激光焊接生產(chǎn)線已成 為車身焊裝車間的標配。

激光焊接可以給汽車制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。和車身裝配中使用最多的電阻點 焊相比，激光焊的主要優(yōu)點如下：降低車身重量。電阻點焊需要把兩個焊頭夾在工件邊緣上進行焊接，凸緣寬度 需要 16mm，而激光焊接是單邊非接觸焊接，凸緣寬度只需要 5mm，若把點焊 更換為激光焊，每輛車可以減重 40kg；大幅提高生產(chǎn)效率。用傳統(tǒng)點焊焊接兩片 0.8mm 的鋼板沖壓件，平均是 20 點 /min，焊距是 25mm，即速度為 0.5m/min，用激光焊速度可以達到 5m/min 以上；節(jié)約生產(chǎn)成本。電阻點焊在生產(chǎn)過程中需要消耗電極帽、電極桿、刀具等配件， 而激光焊幾乎無配件消耗。

激光焊應用在車身制造中雖然具有諸多優(yōu)勢，但目前的滲透率依然較低，前文所述 的設備投資大+技術尚未成熟是主因。根據(jù)汽車輕量化在線的報告，我國全鋼車身 應用激光焊接的比例為 2%，鋼鋁車身為 4%，全鋁車身約 2.5%，鋁+碳纖維車身 約 7.4%。根據(jù)我們的草根調(diào)研，某國際汽車巨頭已不再對電阻點焊工藝進行開發(fā)，并將全面推廣激光焊接工藝，可以預見未來激光焊接在車身制造中的應用比例將大 幅提高。對汽車車身自動化激光焊接設備的市場空間進行測算。智研咨詢數(shù)據(jù)顯示，我國汽 車整車制造業(yè)固定資產(chǎn)投資的 50%以上一般用于購買制造裝備，其中，整車制造中 焊裝工藝裝備的投入占比一般為 25%，則焊裝工藝裝備的投資在汽車整車制造業(yè)固 定投資中的占比約為 12.5%。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2015-2017 年我國汽車整車制造 業(yè)固定資產(chǎn)投資額穩(wěn)定在 2700 億左右，假設未來每年固定資產(chǎn)投資額為 3000 億元， 則每年車身焊接設備投資額為 375 億元。若激光焊接設備滲透率能達到 30%，則每 年汽車車身激光焊接設備市場規(guī)模超過 100 億元；若達到 50%，則每年汽車車身激 光焊接設備市場規(guī)模將接近 200 億元。此前我國的車身激光焊接產(chǎn)線幾乎全部依賴 進口，如今以大族激光和華工科技為代表的國內(nèi)廠商已能夠提供完整的車身激光焊 接產(chǎn)線解決方案，并在國內(nèi)多條汽車生產(chǎn)線上得到應用。激光焊接特別適用于汽車車身薄板焊接的場合，與該場景類似的還包括軌道列車、 飛機等，比如空客 A350 中有 18 塊壁板使用到了激光焊接，焊縫總長度達 1000m。在以往激光焊不適合的厚板領域，激光焊目前也能通過與傳統(tǒng)弧焊進行復合焊接， 獲得比單一弧焊更好的焊接接頭，激光-電弧復合焊技術已在船舶制造中得到應用。今后在大型金屬構件的制造中，激光焊接將打開更為廣闊的市場。而在微型結構焊 接領域，激光焊非接觸、高精密、柔性化的特點也使其能實現(xiàn)各類 3C 產(chǎn)品的精細 微焊接，進一步擴充激光焊接市場。

4.2.1.2. 手持激光焊接設備

除自動化激光焊接設備之外，手持激光焊接技術的進步也為激光焊接帶來了更多應 用場合。過去手工焊接的主要方式為電弧焊，包括焊條電弧焊、MIG 焊和 TIG 焊等。手工電弧焊在焊接時會產(chǎn)生極高的熱量，導致熱影響區(qū)較大，材料扭曲變形；在焊 前焊后均需進行處理，降低生產(chǎn)率；更重要的是，手工電弧焊依賴有經(jīng)驗的焊工， 大大增加了人工成本。自動化激光焊接設備占地面積大、設備成本高、使用不靈活， 這使得手持激光焊接設備應運而生，成為金屬加工制造商的理想解決方案。

手持激光焊機經(jīng)過了多年的發(fā)展，逐漸克服了此前手持激光焊機體積大、對配合精 度要求高、操作安全性有隱患等痛點。目前的風冷手持激光焊機體積已和傳統(tǒng)手工 弧焊機近似，擺動光斑技術使得焊機對工件配合間隙的要求大大降低，傳感器的加 入使得設備安全性大大提高，最重要的是手持激光焊機的價格從早年的十幾萬一臺 下降到了如今的三萬多元，這使得手持激光焊對廣告、模具修補、不銹鋼衛(wèi)浴、鈑 金機柜、電箱電柜、不銹鋼門窗和衣柜家具等行業(yè)有極高的吸引力。近年我國手持 激光焊機的產(chǎn)量迅猛增長，2021 年產(chǎn)量接近 3 萬臺，按每臺價格 3.87 萬元計算， 2021 年我國手持激光焊機的市場規(guī)模已超過 10 億元。

對手持激光焊接設備的市場空間進行測算。根據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會電焊機分會數(shù)據(jù)， 2021 年我國全年生產(chǎn)手工電弧焊機數(shù)量為 477 萬臺，因此手持激光焊機的滲透率僅 為 0.63%。若未來手持激光焊機的滲透率能夠達到 10%，即約 50 萬臺，并按一臺 焊機價格降低至 2 萬元計算，手持激光焊機在中國每年的市場規(guī)模可達 100 億元。目前，IPG、大族激光、華工科技、光惠激光等公司均有較為成熟的手持激光焊產(chǎn)品。

4.2.2. 激光清洗國標出臺，綠色技術劍指千億市場

工業(yè)清洗市場龐大，根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預測，2021 年我國工業(yè)清洗市場規(guī)模達到 995.8 億元，其中清洗設備市場規(guī)模為 433.5 億元。另據(jù)中研網(wǎng)資訊，2021 年我國激 光清洗設備市場銷售額在 5.1 億元左右，因此激光清洗在我國的市場滲透率僅為 1.18%。從全球范圍來看，中科院姚建銓院士在 2022 年 6 月召開的激光清洗在線技 術研討會上表示，歐美發(fā)達國家應用激光清洗已有近 30 年的歷史，激光清洗市場表 現(xiàn)穩(wěn)定，但由于市場空間有限，并沒有表現(xiàn)出爆發(fā)性增長，真正的大市場在中國以 及一些新興工業(yè)國家。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計 2021 年全球激光清洗市場規(guī)模為 6.67 億美元，據(jù)此計算我國激光清洗市場僅占全球市場的 12%，這與我國激光加工設備 市場規(guī)模占全球接近 40%的比例極不匹配。

傳統(tǒng)的工業(yè)清洗方法包括機械清洗、化學清洗、干冰清洗、噴丸清洗、超聲清洗等。與其他清洗方式對比，激光清洗在工件損傷、清洗效率、耗材費用、清洗效果等方 面具有明顯優(yōu)勢，更重要的是它不需要任何破壞臭氧層的 CFC 類有機溶劑，無污 染，無噪聲，對人體和環(huán)境無害，是一種“綠色”清洗技術。此前工業(yè)界對激光清 洗這種新工藝方法認識不足，2022 年 10 月，首份激光清洗國家標準——《綠色制 造·激光表面清洗技術規(guī)范》（標準號：GB/T 41735-2022）由全國綠色制造技術標 準化技術委員會歸口發(fā)布，該標準填補了國內(nèi)外激光清洗的標準空白，將大大提高 各行各業(yè)對激光清洗技術的認可度，促進激光清洗技術產(chǎn)業(yè)化。

激光清洗設備與激光焊接設備類似，相比于激光切割和激光打標，下游應用場景復 雜多樣，對設備更多個性化需求，設備的推廣有賴于技術的進步。近年激光加工設 備的行業(yè)的快速發(fā)展同樣帶動了激光清洗技術的進步以及設備價格的降低，大型自 動化激光清洗設備和手持激光清洗設備均有較多的成功應用場景。在“雙碳”戰(zhàn)略 下，隨著國家對碳排放的要求越來越嚴格，激光清洗設備的滲透率必將逐步提高。若激光清洗設備滲透率能達到 20%，僅中國就有 100 億的市場規(guī)模。

4.3. 長期視角：微納加工方興未艾，3D 打印星辰大海

可以預見，激光加工技術在未來相當長的時間里都會是主流的材料加工技術之一， 科學界和工業(yè)界對激光加工技術的各種探索也從未停止。在激光的前沿應用方面， 我們認為細觀制造領域的激光微納加工以及宏觀制造領域的激光 3D 打印均能夠在 未來進一步打開激光加工設備的市場空間。

4.3.1. 細微之處見真章，激光雕琢微觀世界

激光作為一種非接觸式加工手段，在微納加工方面具備獨特優(yōu)勢。激光在半導體光 刻領域一直至關重要，比如 DUV 光刻機所用的光源由準分子激光器提供，而 EUV 光刻機則需要使用 CO2 激光器作為初始光源。隨著半導體和顯示等行業(yè)對細觀領域的精密加工要求越來越高，激光加工技術或?qū)?持續(xù)提供最佳解決方案。以顯示行業(yè)為例，從 20 世紀 50 年代開始，顯示技術經(jīng)歷 了從 CRT 技術到 LCD 技術到 LED 技術再到 OLED 技術的發(fā)展，而今 MicroLED 技術被認為是未來最具成長潛力的新型顯示技術方向。制約 MicroLED 技術產(chǎn)業(yè)化最 關鍵的挑戰(zhàn)在于如何高效地將數(shù)十萬至數(shù)百萬顆尺寸在 100μm 以下的 LED 芯片由 襯底轉(zhuǎn)移至承載基板，即 LED 芯片的巨量轉(zhuǎn)移。對于微米級 LED 的的巨量轉(zhuǎn)移， 傳統(tǒng)固晶技術已難以實現(xiàn)，針對該需求目前已發(fā)展出了精準拾取轉(zhuǎn)移技術自對準滾 輪轉(zhuǎn)印技術、自組裝轉(zhuǎn)移技術、激光輔助轉(zhuǎn)移技術等多種巨量轉(zhuǎn)移技術。在眾多技 術中，激光巨量轉(zhuǎn)移技術利用界面區(qū)域材料吸收光束能量引起快速物理變化或化學 反應產(chǎn)生驅(qū)動力來調(diào)控界面狀態(tài), 以克服表層材料與 MicroLED 的黏附力, 在合適 的工藝參數(shù)下可達到較高的良率、精度和轉(zhuǎn)移速率，是最有前景的巨量轉(zhuǎn)移技術。目前大族激光、德龍激光和海目星等公司均研發(fā)出了 MicroLED 激光巨量轉(zhuǎn)移設備， 效率可達 100kk/h，位置精度達到±1um，良率可達 99.99%以上。隨著未來 MicroLED 在顯示行業(yè)滲透率的提升，將給設備端帶來巨大的市場空間。

4.3.2. 激光 3D 打印將推動新一輪制造業(yè)變革

材料的加工制造從原理上可分為三類：減材制造、等材制造和增材制造。減材制造：即使用車、銑、刨、磨等設備對材料進行切削加工，以達到設計形 狀。等材制造：即通過鑄、鍛、焊等方式生產(chǎn)制造產(chǎn)品，材料重量基本不變。增材制造：即通過光固化、選擇性激光燒結、熔融堆積等技術，使材料一點一 點累加，形成需要的形狀。增材制造也被稱作 3D 打印。國標《增材制造術語》（GB∕T 35351-2017）根據(jù)增材制造技術的成形原理，將增材 制造工藝分成七種基本類別，包含多種工藝技術路線。其中 SLM、SLS、LENS/LMD 和 SLA 技術均與采用激光作為加工能量源。

艾瑞咨詢發(fā)布的報告顯示，中國的 3D 打印設備市場中與激光相關的設備（SLS、 SLM、SLA、LMD）占比達到 52%，其中 SLM 是工業(yè)領域金屬 3D 打印最為常用 的設備。3D 打印的工業(yè)級應用占比達到 65%-70%，目前有超半數(shù)應用在航空航天 領域，這是一方面是因為一些航空航天零部件結構復雜，傳統(tǒng)方式很難實現(xiàn)加工制 造；另一方面是因為航空航天整機產(chǎn)品價值量高，對單個零部件價格敏感度較低， 對 3D 打印這種加工方式的接受程度高。目前的 3D 打印較為適合航空航天等領域 小批量、定制化生產(chǎn)特點，能夠解決輕量化、功能化等設計要求，但隨著 3D 打印 技術發(fā)展與成本控制，其未來有望應用到更大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中。

從全球范圍來看，增材制造市場近 10 年來發(fā)展態(tài)勢顯著增強。2001-2011 的 10 年 間全球增材制造市場CAGR為12.2%，但2011-2021的10年間CAGR達到了24.5%。2021 年全球增材制造產(chǎn)值達到 152.44 億美元，其中增材制造設備銷售收入為 31.74 億美元，設備占比為 20.8%。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021 年我國增材制造市場 規(guī)模約為 262 億元，若設備占比與全球市場一致，則 2021 年我國增材制造設備市 場規(guī)模約 54.5 億元，進一步按照激光增材制造設備占比 52%計算，則 2021 年我國 激光增材制造設備市場為 28.34 億元。

由于規(guī)模化生產(chǎn)制造成本較高，當前增材制造仍然是作為減材制造和等材制造之外 的一種補充，用于傳統(tǒng)加工方式難以解決的制造場景。中國工程院盧秉恒院士曾多 次提到，未來“增材，減材，等材”三種加工方式將形成三足鼎立，創(chuàng)造的價值和 財富逐步實現(xiàn)三分天下。雖然增材制造暫時無法達到減材制造和等材制造的生產(chǎn)效 率，但鑒于其主要制造高價值產(chǎn)品，在總價值量上必將持續(xù)攀升。作為增材制造最 主要的組成部分，激光增材制造設備未來的市場空間十分可觀。