2022中国激光设备行业研究报告.pdf
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1、2022年中国激光设备行业研究报告名词解释激光:是指原子受激辐射产生的光,是一种能量密度高、方向性和单色性好的相干光辐射。激光器:产生、输出激光的器件,是激光加工设备的核心器件。激光设备:实现激光加工的工具,具有输出能量集中、稳定的特点,能够较好地处理传统工艺方法较难处理的硬度大、熔点高的材料。激光加工:利用高强度的激光束,经光学系统聚焦后,通过激光束与加工工件的相对运动来实现对材料(包括金属与非金属)进行加工的一门技术,广泛应用于切割、刻蚀、焊接及精细微处理等诸多工业生产领域。泵浦源:对激光工作物质进行激励,将粒子从基态抽运到高能级,以实现粒子数反转。固体激光器:用固体材料作为增益介质的激光
2、器。气体激光器:用气体作为增益介质的激光器。半导体激光器:用半导体材料作为增益介质的激光器。光纤激光器:用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。光学谐振腔:由激光光学镜片组成,用于为激光振荡提供正反馈的结构。增益介质:用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系,亦称激光增益媒质,可以为固体、气体、液体、半导体等。激光打标、激光标记:利用高能激光束在产品表面进行标记的工艺。激光焊接:激光通过高功率密度激光束加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池,熔化物在冷却凝固形成焊接区域,完成对材料的焊
3、接。激光切割:利用高功率密度激光束照射被切割材料,使材料很快被加热至汽化温度,同时随着光束相对于材料的移动,形成实际需要的切缝,完成对材料的切割。激光清洗:激光通过其具有的高能量密度的光束与需要去除的材料表面相互作用,通过控制激光输出参数,保证不损伤基底材料的同时去除涂覆层,完成对材料的清洗。行业概述Industry overview第一章激光设备是实现激光加工的工具,按用途分为打标设备、焊接设备、切割设备等2021年激光设备市场规模已达到822亿元,预计2026年将达到1877.65亿元因激光切割、焊接、打标等设备的通用性较强,中国激光设备市场竞争格局分散激光设备是实现激光加工的工具,使用较
4、多品种为打标设备、焊接设备、切割设备等定义与分类激光是指原子受激辐射产生的光,是一种能量密度高、方向性和单色性好的相干光辐射。激光的良好性能使其在工业、通信、医学、军事等领域具备较高的应用高价值。激光设备是实现激光加工的工具,具有输出能量集中、稳定的特点,能够较好地处理传统工艺方法较难处理的硬度大、熔点高的材料。常见的激光设备主要包括激光切割设备、激光打标设备、激光焊接设备、激光雕刻设备、激光快速成型设备,其它激光设备包括激光美容、激光医疗、激光显示、激光照明、激光测量、激光熔覆、激光通信、激光微加工等。常见激光设备种类激光打标设备激光焊接设备激光切割设备激光雕刻设备激光快速成型设备图片工作原
5、理利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记。利用高能量密度的激光束照射材料,使材料在吸收激光后产生物态变化,从而实现焊接。利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而将工件割开。激光照射材料表面,材料吸收能量后瞬间熔化或者气化,形成刻线。采用铺粉辊将一层粉末平铺在工件表面,激光束按照粉末层的轮廓截面扫描粉层,使粉末熔化后烧结,实现工件粘接。优势为非接触加工,可在任何异型表面标刻,工件不会变形和产生内应力,加工精度高,加工速度快,清洁环保,成本低廉。焊接
6、性变小,不受磁场影响,空间限制小,无电极污染,适用于自动高速焊接,可焊接不同属性的金属,可在封闭空间工作。切割精度高、速度快,表面光滑美观,一次性加工,工件变形小,无工具磨损,清洁污染小。自动跳号,热影响区域小,线条精细,耐清洗耐磨损,环保节能,节省材料。加工工艺简单,可加工材料广泛,加工精度高,无需支撑结构,材料利用率高。激光的发光原理是受激辐射,通过激光器才能产生激光,激光器是激光设备的核心技术原理激光是原子受激辐射产生的光,发光原理是受激辐射激光产生的原理是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级的时候,所释放的能量以光子的形式放出。产生激光的跃迁过程有自发辐射
7、、受激辐射、受激吸收,它们是产生激光的必要过程。光子光子光子自发辐射共振吸收受激辐射谐振腔全反射镜输出反射镜激光输出工作介质激励源升降调节轴振镜场镜激光器工作台水箱显示屏开关控制箱固定脚架键盘伸缩梯激光的发光原理激光器的结构组成激光设备结构图(常见激光打标设备)激光器是产生激光的核心装置,也是激光设备的核心激光器是产生激光的核心装置,主要由激励源、工作介质、谐振腔三部分组成,工作时激励源作用于工作介质之上,使多数粒子处于高能级的激发态,形成粒子数反转,之后光子入射,高能级粒子跃迁到低能级,并发射大量与入射光子完全相同的光子。传播方向与谐振腔横轴线不同的光子将逃逸出腔体,方向相同的光子则在谐振腔
8、内往返,使受激辐射过程持续下去,并形成激光光束。工作介质:也称为增益介质,是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质,工作介质决定了激光器能够辐射的激光波长,根据形态的不同可分为固体(晶体、玻璃)、气体(原子气体、离子气体、分子气体)、半导体和液体等介质。泵浦源:对工作介质进行激励,将激活粒子从基态抽运到高能级,以实现粒子数反转,从能量的角度看。泵浦过程就是外界提供能量(如光、电、化学、热能等)给粒子体系的过程。可分为光学激励、气体放电激励、化学激励、核能激励等。谐振腔:最简单的光学谐振腔是在激活介盾两端恰当地放置两个高反射率的反射镜。其中一块是全反射镜,将光全部反射回介质中继续放
9、大;另一块是部分反射、部分透射的反射镜,作为输出镜。按照能否忽略侧面边界,谐振腔分为开腔、闭腔以及气体波导腔。连续光纤激光器脉冲光纤激光器紫外纳秒激光器谐振腔脉冲激光器泵浦源理论发展阶段应用拓展阶段快速发展阶段 激光的发明可以追溯到20世纪早期,在激光相关产业的发展过程中,欧美地区作为激光技术、激光设备的起源与发展的重要区域,在激光及激光产业领域具有领先地位,激光产品应用的技术先进程度、渗透优势更为明显,并涌现出一批知名的激光领域企业。中国激光产业起步较晚,但随着中国装备制造业的迅猛发展,需求的迅速提升对生产效能、生产工艺提出了更高的要求,中国激光产业因而迎来了持续和健康的成长。1917年爱因
10、斯坦提出光的受激辐射概念1947年受激辐射被实验验证1950年Kastler提出光学泵浦的方法1958年红外和光学激射器发表,标志激光时代开启1960年第一台红宝石激光器研制成功激光与激光设备发展进程1960-1966年 1960第一台氟氖激光器 1961年第一台光纤激光器1968年激光用于遥感探测1974年超市条形扫码器出现1975年IBM商用激光打印机1978年飞利浦制造第一台激光盘播放机法国神经外科学家使用广导纤维激光和激光微创手术技术治疗脑瘤2010年NASA表示,通过使用192束激光来束缚核聚变的反应原料,氢的同位素氘和氚,解决了核聚变的一个关键困难2008年发展历程激光技术起源于欧
11、美,经过多年发展已广泛应用于多个领域第一台氨分子Master建成,首次实现粒子数反转1954年 1962年GaGs半导体激光器 1963年液体激光器 1964年CO2激光器,离子激光器,YAG固体激光器 1965年HCL化学激光器 1966年生物染料激光器1982年第一台紧凑型碟片播放机出现1983年里根“星球大战”演讲,描绘了基于太空的激光武器1990年激光用于制造业,包括集成电路和汽车制造1991年第一次用激光治疗近视,海湾战争第一次用激光制造导弹1996年东芝推出数字多用途光盘(DVD播放机)激光设备的下游应用领域非常广泛,涉及电子信息、装备制造、通讯、交通设备、医疗设备、航空航天、石油
12、管道、增材制造等诸多重要工业领域。激光技术是中国制造业转型升级的关键支撑技术之一,因此中国政府历来高度重视发展激光产业,已出台多项政策支持激光设备及其核心部件激光器的发展。优先发展以下高技术产业化重点领域:光集成和光电集成器件,半导体激光器件,光纤激光器件,高性能全固态激光器件;新型多功能激光治疗设备;激光光谱仪等光谱分析仪器;性能稳定的大功率激光器及其晶体,大功率光纤激光器,大型轧辊激光表面强化设备,激光精密加工技术和设备,激光切割技术和设备,激光焊接技术和设备,激光热处理和熔覆技术及设备,激光强化技术和装备,激光复合加工技术和装备,激光加工基础装置和系统,激光测量仪器和校准标准仪器。行业政
13、策激光技术是中国制造业转型升级的关键支撑之一,政府大力支持激光设备发展国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定现阶段重点培育和发展节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等产业。当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年度)电子基础材料和关键元器件“十二五”规划重点发展大功率半导体激光器、高功率气体激光器、光纤激光器、紫外激光器产业结构调整指导目录(2013年修订)明确重点鼓励发展:“20、集成电路装备制造;21、新型电子元器件(片式元器件、频率元器件、混合集成电路、电力电子器件、光电子器件、敏感元器件及传感器、新型机电元件、高密度印刷电路板和柔性电
14、路板等)制造;30、智能焊接设备,激光焊接和切割、电子束焊接等高能束流焊割设备“。战略性新兴产业重点产品和服务指导目录2016版战略性新兴产业重点产品:高性能激光器,准分子激光退火设备,半导体激光器件,高性能全固态激光器件,光纤激光器件,固体激光材料、稀土激光晶体,超小型片式元件生产设备,高端电子专用测量仪器,具有一些特殊性能的新型光纤。2017年1月“十三五”国家战略性新兴产业发展规划打造增材制造产业链。研制推广使用激光、电子束、离子束及其他能源驱动的主流增材制造工艺装备。加快研制高功率光纤激光器、扫描振镜、动态聚焦镜及高性能电子枪等配套核心器件和嵌入式软件系统。2016年12月国家增材制造
15、产业发展推进计划(2015-2016年)加快发展增材制造装备及核心器件:金属材料增材制造装备:激光/电子束高效选区熔化、大型整体构件激光及电子束送粉/送丝熔化沉积等增材制造装备。非金属材料增材制造装备:光固化成形、熔融沉积成形、激光选区烧结成形、无模铸型以及材料喷射成形等增材制造装备。增材制造装备核心器件:高光束质量激光器及光束整形系统、高品质电子枪及高速扫描系统、大功率激光扫描振镜、动态聚焦镜等精密光学器件、阵列式高精度喷嘴/喷头等。2015年2月2010年10月2011年6月2012年2月2013年2月市场规模2021年激光设备市场规模已达到822亿元,预计2026年将达到1877.65亿
16、元预计2026年中国激光设备市场规模将达到1877.65亿元激光技术的应用比许多传统制造技术更具成本效益,使得激光设备应用得以迅速普及,中国激光设备市场收入保持较快增长。2021年中国激光设备市场销售收入822亿元,较2020年增长17.43%。随着疫情防控政策的调整和制造业的发展,预计2026年中国激光设备市场规模将达到1877.65亿元。长期来看,随着中国经济结构向先进制造业的升级转变,工业用的大功率激光设备需求将长期保持较高景气度。切割和焊接是激光设备的主流,2021年占比达到57%激光在工业上的应用主要体现在利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行加工处理,激光加工按激光束对材料的作用
17、效果可划分为激光切割、激光焊接、激光打标、激光熔覆等。2021年激光切割设备和激光焊接设备的市场占比分别为38.1%和18.9%,合计占比57%,是激光的主流应用方式。2016年至2026年中国激光设备市场规模及预测397.00500.00610.00660.00700.00822.00920.00 1104.00 1313.76 1569.94 1877.6525.94%22.00%8.20%6.06%17.43%11.92%20.00%19.00%19.50%19.60%2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022E2023E2024E2025E2026E市场规模(
18、亿元)增速(%)2021年中国激光设备细分市场占比情况(按销售额)激光切割设备,38.10%激光焊接设备,18.90%激光熔覆设备,3.20%其它,39.80%数据来源:亿渡数据竞争格局因激光切割、焊接、打标等设备的通用性较强,中国激光设备市场竞争格局分散中国激光设备市场竞争格局较分散,集中度较低中国激光加工设备制造行业近年来得到了迅速发展,但与国际同行相比,还存在很大差距,目前行业集中度较低,整体竞争格局极为分散。若以国内激光设备销售额为基准,2021年大族激光的激光加工设备实现收入111.78亿元,在中国激光设备市场的占有率约为13.6%;华工科技2021年激光设备销售额26.07亿元,在
19、中国激光设备市场的占有率约为3.17%。其它企业市场占有率均较低,未超过3%。产生这种情况主要是因为中国激光设备以工业加工切割、焊接、打标等为主,而这些设备的通用性较强,门槛较低,本土中小企业众多,从而导致行业竞争较为激烈。行业壁垒包括技术壁垒、人才壁垒、品牌与客户资源壁垒2020年至2021年中国激光设备市场竞争格局数据来源:亿渡数据13.60%3.17%2.41%1.53%1.13%1.70%0.84%0.49%0.23%大族激光华工科技海目星帝尔激光光韵达联赢激光亚威股份德龙激光金运激光第一梯队第二梯队第三梯队大族激光,华工科技海目星,光韵达,联赢激光,帝尔激光亚威股份,金运激光,德龙激
20、光激光设备制造业属于技术密集型行业,涵盖光学、电子技术、机械设计与制造、自动化控制、计算机软件开发与数字图像处理、精密光学设计、视觉图像处理、运动控制、光和材料作用机理等多学科领域,技术壁垒较高。此外,激光设备应用领域广泛,且受经济、行业等因素变化波动较大,只有掌握多种激光设备生产技术和加工工艺的生产商才具有市场竞争力,这也进一步抬高了行业进入门槛。技术壁垒激光设备制造业属学科交叉、知识密集型行业,对专业人才要求较高。虽然近年来中国已经逐步培养出了一批优秀的激光专业人才,但相较于欧美发达国家,中国激光产业化时间较短,具有产业经验的技术及管理人员,尤其是高端人才仍较为紧缺。将一名初级从业人员培养
21、成为一名资深的技术骨干需要较长的时间,这一较高的人才培养成本也提高了本行业的进入门槛。人才壁垒激光加工设备的质量和效率直接影响到下游客户的生产质量与效率,因此客户对供应商所能提供的激光设备的性能指标、设备的稳定性以及维修保养服务有着严格的要求。下游客户对供应商品牌的认可是建立在双方长时间合作的基础之上的,下游的客户更倾向于选择在行业内具有良好的口碑、长期开展激光设备制造业务、设备售后服务完善的供应商。因此,行业激光设备行业形成了较高的品牌和客户资源壁垒。品牌与客户资源壁垒汽车、电子、光伏、锂电、航空航天、造船、通信、科研、医疗激光晶体特种光纤芯片材料激光二极管光学镜片光纤合束器数控系统伺服电机
22、主控制板I/O设备加工台机械臂机柜机器人产业链结构中游激光设备环节市场分散,上游环节核心零部件以进口为主激光设备产业链光学材料光学元件和器件数控机械激光器光纤激光器 CO2激光器 YAG激光器半导体激光器 超快激光器 碟片激光器激光设备电源连续电源脉冲电源散热器辅助分析仪能量计防护镜终端应用光纤切割激光焊接激光打标激光钻孔激光雕刻激光医疗激光美容激光显示激光照明激光测量激光熔覆激光通信增材制造激光微加工上游中游下游应用产业链主要企业企业领域上游光库科技激光器件炬光科技激光器件贰陆光学激光器件锐科激光光纤激光器杰普特激光器创鑫激光光纤激光器英诺激光固体激光器IPG激光器柏楚电子运控系统中游大族激
23、光激光设备华工科技激光设备帝尔激光激光设备海目星激光设备联赢激光激光设备亚威股份激光设备通快激光设备下游比亚迪造车企业隆基绿能光伏企业 产业链上游主要包括激光器、数控、机械、电源、辅助等。上游激光器环节是利用激光芯片及光电器件、模组、光学元件等进行各类激光器的制造与销售。上游激光器环节,国内生厂商主要是锐科激光、创鑫激光以及杰普特;运控系统中,柏楚电子、维宏股份、奥森迪科占据中低功率激光切割控制系统的90%,高功率激光控制系统市场国际厂商仍占据绝对优势。中游为激光设备集成,国内厂商除大族激光、华工科技两大行业龙头外,各细分板块有较多的参与者,而由于细分板块的整体市场规模相对较小,大部分的激光企
24、业均在科创板以及新三板挂牌上市。激光设备产品最终应用于先进制造、医疗健康、科学研究、汽车应用、信息技术、光通信、光存储等众多领域,是推动中国制造业升级的关键。2021年中国激光器市场规模达到126.8亿美元,在全球市场占比超过60%产业链上游(1)2021年中国激光器市场规模达到126.8亿美元现阶段,得益于激光器产品性能的突出优势以及广泛的应用领域,全球激光器市场处于稳步增长的趋势,市场容量逐步扩大。2014-2020年间,全球激光器市场销售收入已由93.6亿美元增长至165亿美元,年化复合增长率达9.36%.。2021年全球激光器销售总额继续取得15%左右的增长,达到约186亿美元。中国激
25、光器行业发展迅速、竞争优势明显。在全球激光器市场中所占的比重也持续提升。2020年中国激光器市场规模达到109.1亿美元,占全球激光器市场66.12%的份额。2021年中国激光器市场规模增长至126.8亿美元,同比增长16.22%。预计2022年市场规模将进一步增长,达到150亿美元。光纤激光器性能优越,将成为未来激光器的主流2017年至2022年中国激光器市场规模及预测(单位:亿美元)数据来源:亿渡数据激光器根据增益介质的不同,主要分为固体激光器、液体激光器、气体激光器。随着技术的不断进步与革新,固体激光器又进一步细分为YAG激光器、半导体激光器、光纤激光器等。常见激光器的具体属性及应用特点
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