12月8日凌晨2時,中國將“嫦娥四號”探測器送上太空的成功舉措再度引起全球矚目。與以往不同的是,此次應(yīng)用的激光測距、激光三維成像技術(shù)更加準確探測月球的狀況,為科研人員提供大量可靠性驗證和有效的數(shù)據(jù)。
激光技術(shù)是20世紀現(xiàn)代四項重大發(fā)明之一,也是影響全球未來發(fā)展的重大關(guān)鍵技術(shù),21世紀廣泛應(yīng)用于民用和軍用領(lǐng)域,相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)已逐漸成為多國政府重點扶持并由科研院所和企業(yè)共同主導(dǎo)的國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。民用方面,在機械加工、汽車制造、飛天航空、電子制造、醫(yī)療美容等產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用;軍用方面,隨著激光技術(shù)的發(fā)展及研發(fā)應(yīng)用不斷成熟,激光定向能武器成為各國重點支持和發(fā)展的新概念武器,而光纖激光器綜合性能優(yōu)異,兼具高光束質(zhì)量和高功率、散熱性好,結(jié)構(gòu)簡單可規(guī)模化生產(chǎn)等諸多優(yōu)勢,已成為新一代先進武器的首選光源之一,并成為激光市場主流選擇并有望繼續(xù)高增長。
光纖激光器技術(shù)淺析
光纖激光器屬于高精密度機器,需要在特殊的環(huán)境下通過精密的制造工藝完成。常見的光纖激光器主要由光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)四個部分組成,其中,光學(xué)系統(tǒng)由泵浦源、增益光纖、光纖光柵、信號/泵浦合束器及激光傳輸光纜等光學(xué)器件材料通過熔接形成全光纖激光器,并在電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的驅(qū)動和監(jiān)控下實現(xiàn)激光輸出。光纖激光器工藝設(shè)計和流程管理需在長期生產(chǎn)過程中摸索和積累,并經(jīng)管理環(huán)節(jié)長期磨合才能達到預(yù)期的效果。
圖1 典型光纖激光器光學(xué)系統(tǒng)
光纖激光器作為新一代的工業(yè)激光器,已廣泛應(yīng)用于激光雕刻、激光打標、激光切割、激光焊接、激光醫(yī)療及增材制造等領(lǐng)域,并在等高端裝備制造領(lǐng)域需求旺盛。近年來,隨著激光加工替代傳統(tǒng)制造工藝進程的不斷加快,下游行業(yè)對于光纖激光器的需求不斷上升,增材制造產(chǎn)業(yè)的不斷擴張也加速推動了光纖激光器的發(fā)展。
利好政策持續(xù)推進 光纖激光器國產(chǎn)替代增長顯著
為支持光纖激光器行業(yè)發(fā)展,近十多年來,國務(wù)院、國家發(fā)改委、工信部、科技部等部門陸續(xù)頒布了一系列支持政策:
2018年4月,工信部發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范》提出,加快激光雷達核心零部件企業(yè)加快科技創(chuàng)新。
2017年12月,工信部聯(lián)合12部委共同發(fā)布的《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2017-2020年)》確定,提升激光/電子束高效選區(qū)熔化、大型整體構(gòu)件激光及電子束送粉/送絲熔化沉積、液態(tài)金屬噴墨打印等增材制造裝備質(zhì)量性能及可靠性。提升高光束質(zhì)量激光器及光束整形系統(tǒng)、高品質(zhì)電子槍及高速掃描系統(tǒng),大功率激光掃描振鏡……等器件質(zhì)量性能。
2017年11月,工信部發(fā)布的《高端智能再制造行動計劃(2018-2020年)》提出,鼓勵應(yīng)用激光、電子束等高技術(shù)含量的再制造技術(shù),面向大型機電裝備開展專業(yè)化、個性化再制造技術(shù)服務(wù),培育一批服務(wù)型高端智能再制造企業(yè)。
2017年5月,科技部聯(lián)合多部委共同發(fā)布的《“十三五”國家基礎(chǔ)研究專項規(guī)劃》提出,在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級方面,圍繞網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、3D打印和激光制造、智能機器人、重點基礎(chǔ)材料與先進電子材料研究等,解決產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)問題,為培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供科學(xué)支撐。
2017年4月,科技部發(fā)布的《“十三五”先進制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》要求,研究激光器動力學(xué),掌握激光晶體/光學(xué)晶體、半導(dǎo)體激光芯片等激光器關(guān)鍵功能部件的國產(chǎn)化。針對高端制造用激光器的迫切需求,開展工業(yè)化光纖/半導(dǎo)體大功率激光器制造技術(shù)、工業(yè)化超快(飛秒、皮秒)激光器制造技術(shù)、工業(yè)化短(紫外、深紫外)波長激光器制造技術(shù)等方面的研究,開展激光器標準建設(shè),實現(xiàn)高性能激光器及核心關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化與產(chǎn)業(yè)化。
2016年10月,科技部發(fā)布的《2017年度增材制造重點專項項目申報指南》要求,針對激光制造/增材制造裝備需求,開發(fā)傳輸組件、功率合束器等大功率光纖激光關(guān)鍵器件;開展光束質(zhì)量控制、非線性抑制、光譜控制、多路光纖激光功率合成等關(guān)鍵技術(shù)研究;研究高功率泵浦、散熱、輸出功率穩(wěn)定性及光致暗化等關(guān)鍵技術(shù);發(fā)展工業(yè)化大功率光纖激光器系統(tǒng)集成和模塊化組裝技術(shù)。
2016年7月,國務(wù)院發(fā)布《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出,要加快研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大功率光纖激光器。
2016年2月,科技部發(fā)布的《國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃》明確將“激光器的研制”列入國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃。
2015年5月,國務(wù)院提出《中國制造2025》將智能制造作為主攻方向,推進制造過程智能化,在重點領(lǐng)域重點試點建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間,加快人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。
2014年2月,科技部發(fā)布的《“十二五”科技支撐計劃》要求將“工業(yè)激光器及其成套設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范”項目納入“十二五”國家科技支撐計劃項目。
2011年7月,工信部、社科院聯(lián)合發(fā)布了《中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)政策報告》,報告提出,“十二五”時期,我國工業(yè)發(fā)展的主題將由“調(diào)整和振興”向“轉(zhuǎn)型與升級”轉(zhuǎn)變。工業(yè)發(fā)展方向呈現(xiàn)重化工業(yè)進一步深化、先進制造業(yè)加速發(fā)展、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速培育、信息化和工業(yè)化深度融合的顯著特征。
2011年6月,國家發(fā)改委聯(lián)合多部委發(fā)布的《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南(2011年度)》,將激光加工技術(shù)及設(shè)備列入先進制造領(lǐng)域,進行優(yōu)先發(fā)展、重點發(fā)展。
2010年10月,國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,規(guī)劃提到“掌握戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)”,提出發(fā)展激光應(yīng)用及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。
2009年10月,科技部《國家火炬計劃優(yōu)先發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域》將“激光器”和特種光纖等列入國家火炬計劃優(yōu)先發(fā)展技術(shù)。
2006年2月,國務(wù)院發(fā)起的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》提出,將激光列為重點發(fā)展的高新技術(shù)和關(guān)鍵支撐技術(shù),明確光纖激光器及激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)屬于國家重點支持項目。
在利好政策的引領(lǐng)和大力推動下,近年來我國激光器國產(chǎn)化程度得到了顯著提升。展望未來,預(yù)計在產(chǎn)業(yè)政策持續(xù)推動下,國內(nèi)激光器技術(shù)將逐漸接近國外一流水平,并憑借著更為出色的性價比替代進口光纖激光器。
光纖激光器行業(yè)市場發(fā)展概況
近年來,光纖激光器憑借優(yōu)異的綜合性能受到眾多下游客戶青睞,具體來看,光纖激光器具備光束質(zhì)量好、輸出功率高、散熱性好、穩(wěn)定性優(yōu)異、重量體積小、結(jié)構(gòu)簡單易于工業(yè)化生產(chǎn)等諸多優(yōu)勢。
憑借出色的綜合性能,光纖激光器迅速在工業(yè)激光器市場得到了放量,再加上傳統(tǒng)替代和新興應(yīng)用場景的不斷開發(fā),光纖激光器在全球的市場占比提升加快,2017年已經(jīng)占據(jù)了工業(yè)激光器市場半壁江山。據(jù)OFweek行業(yè)研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,從全球范圍來看,2013年光纖激光器的工業(yè)市場份額占比約為1/3,但到2017年其市場份額已達到47%以上,2014-2017市場占有率平均每年增長3.4個百分點。2017年,全球工業(yè)激光器銷售額較2016年超26%,其中,光纖激光器同比增長約34%。
國內(nèi)市場方面,近年來,光纖激光器在工業(yè)應(yīng)用加大,早期國外光纖激光器占絕大多數(shù)份額,2015年僅IPG一家國外光纖激光器企業(yè)在中國市場份額高達73%,國產(chǎn)化率僅27%;但隨著國內(nèi)激光技術(shù)的提升,到了2017年,國外光纖激光器企業(yè)市場份額下降到60%左右,國產(chǎn)化率提高到約40%,通過加緊研發(fā)技術(shù)追趕,國產(chǎn)光纖激光器市場份額有望進一步擴大。
此外,隨著以材料加工市場為例,光纖激光器憑借高功率高光質(zhì)特性逐漸在宏觀材料加工市場得到重用;另一方面憑借自身極高的光源質(zhì)量,其在微觀材料加工領(lǐng)域也有望逐漸放量。綜上,光纖激光器憑借自身優(yōu)異特性推動其全球市場份額進一步放大,成為名副其實的第三代激光技術(shù)。
國內(nèi)外光纖激光器巨頭對比
光纖激光器的市場具有較高的技術(shù)壁壘,海外主要光纖激光器企有IPG、Coherent、Trumpf、nLight等,其中,IPG無疑是全球光纖激光器的龍頭,近年來隨著激光技術(shù)的應(yīng)用廣泛,其營收增長飛速,從2006年收入1.43億美元,到2017年實現(xiàn)14.09億美元,復(fù)合增長率23.1%,截至2018年9月底實現(xiàn)總營收11.3億美元,同比增長7.82%;凈利潤6.33億美元,同比增長7.72%。
IPG在光纖激光器研發(fā)方面擁有頂尖的技術(shù),IPG的垂直整合實現(xiàn)了半導(dǎo)體二極管、有源光纖、無源光纖和特種光學(xué)元件的自制,目前擴張到光束開關(guān),光纖輸送電纜,某些光學(xué)加工頭,電源供應(yīng)器,印刷電路板和機械部件。IPG目前已經(jīng)完成了全球的布局,公司目前的銷售重點市場包括中國、北美、歐洲、日本市場,其光纖激光器占據(jù)約60%市場份額。IPG在中國的銷售額增速一直高于其他國家的增速以及其總的銷售增速,是其收入增長的主要來源。2015年中國市場正式超過歐洲市場,成為其全球第一大市場。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2017年其在中國的銷售額為6.21億美元,占比44.1%,2009年~2017年其在中國銷售收入復(fù)合增長率為52.7%。
國內(nèi)主要光纖激光器企業(yè)有銳科激光、創(chuàng)鑫激光、杰普特等,其中,銳科激光是國內(nèi)光纖激光器龍頭企業(yè),全球市場份額約為7%。銳科激光2018年6月實現(xiàn)上市,2015年-2017年,銳科激光分別實現(xiàn)營業(yè)收入3.12億元、5.23億元、9.52億元,截至2018年9月底實現(xiàn)總營收10.85億元,較上年同期增長66.16%;歸屬于上市公司股東的凈利潤為3.64億元,較上年同期增長68.94%。
近年來通過不斷的技術(shù)追趕,銳科激光研制的光纖激光器產(chǎn)品從低到高不斷突破,已逐步實現(xiàn)批量化銷售。光纖激光器在工業(yè)激光器中的市場份額從2013年的33.82%增加至2017年的47.26%,占據(jù)國內(nèi)市場主導(dǎo)地位。與IPG相比,目前以銳科激光為首的國產(chǎn)企業(yè)在中/低功率光纖激光器已占據(jù)主導(dǎo)地位,國內(nèi)市場占有率從2013年的16.67%/72.22%提升至2017年的54.05%/97.11%;銳科激光的高功率產(chǎn)品在國內(nèi)企業(yè)中處于主導(dǎo)地位,與IPG相比正處于加速追趕替代的階段,國內(nèi)市場占有率從2013年的0.80%提升至2017年的8.70%。根據(jù)銳科激光的半年報數(shù)據(jù),2018上半年高功率取得更大的突破,3300W半年單品銷量為去年的2倍,6000W也實現(xiàn)批量銷售。
未來中國將是全球最大的光纖激光器應(yīng)用市場,如何在市場中占據(jù)優(yōu)勢呢?鑒于光纖激光器具備較高的采購頻次和較低的產(chǎn)線自動化率兩大生意特質(zhì),這兩大生意特質(zhì)決定了貼近客戶的快速響應(yīng)能力和更低人力成本是核心競爭力。就目前來說,IPG在技術(shù)上仍有絕對的優(yōu)勢,但其在中國沒有生產(chǎn)線,而銳科激光扎根在中國,有很大的區(qū)位優(yōu)勢。此次“嫦娥四號”的應(yīng)用充分展現(xiàn)了我國激光技術(shù)的快速提高,因此隨著國產(chǎn)光纖激光器技術(shù)的提升,國內(nèi)激光器廠商將有極大的發(fā)展空間。
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原文標題:激光潛力巨大,光纖激光器市場概況及國內(nèi)外巨頭對比分析
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