明星分析师深藏多年的分享收藏,激光产业链研究框架(收藏)

来源: 东单智造
2018-10-12 16:45
研究逻辑:核心跟踪销量、价格与器件 目前市场对激光产业链的研究重心集中在激光器和激光装备两大领域,...

研究逻辑:核心跟踪销量、价格与器件

目前市场对激光产业链的研究重心集中在激光器和激光装备两大领域,对应标的为锐科激光和大族激光。通过历时六个月,十二次激光产业链系统调研,我们走访了激光产业链上中下游主要激光企业,系统建立了激光产业链数据库,撰写了多篇深度报告,在此基础上提出了激光产业链的研究框架。本篇为激光器篇,核心追踪的三个变量为销量、价格与核心器件。

销量维度:有效加工范围决定渗透率,宏观需求和经济性制约渗透速度

激光器销量取决于有效空间和渗透率两个维度,有效加工范围决定渗透率,宏观需求和经济性制约渗透速度。激光器主要用于下游的切割、焊接领域,替代传统冲床、等离子切割、氩弧焊等传统工艺。根据我们估计,仅切割领域的存量设备超过30万台,按照未来50%的激光渗透率估算,有效空间为15万台,按照10年的替代周期计算,年均替代规模1.5万台。预计2013~2018年,国内1.5kw以上光纤激光切割机存量规模在1.89万台,其中预计2018年需求量7200台,年需求量仍有翻番的空间。如果考虑激光器3~5年的寿命和激光焊接机的潜在空间,激光替代高峰并没有完全到来。研究的重心由空间转为驱动力,我们找出了跟踪激光器下游需求的月度/季度高频指标,将激光器下游需求分为景气和非景气区间,根据指标显示,2018下半年以来进入非景气区间。非景气区间下,奔腾激光等大客户的突破是锐科激光的潜在机会。

器件维度:器件自产率提升与高功率结构升级对冲降价影响

下游需求放缓情况下,IPG与锐科之间的价格战会影响到订单和毛利率。但是通过比较锐科激光和IPG的成本结构,我们认为锐科激光原材料采购价格还有至少一半的下降空间。这是因为锐科激光成本结构中,直接材料占比84%,而IPG由于全产业链布局,直接材料占成本比重在10%~15%之间。随着国内激光产业链上游器件的成熟和锐科的全球化布局展开,同时考虑3kw以上产品占比提升,我们认为价格战下锐科激光的毛利率压力不大。

投资建议

预计2018~2020年,锐科激光收入分别为14.30、20.57和29.73亿元,实现的归属于母公司股东的净利润4.66、6.50和8.92亿元;EPS分别为3.64、5.08和6.97元/股,对应PE分别为39、28和20倍,维持“推荐”评级。

风险提示

宏观需求进一步下滑;激光器价格战超预期;核心器件国产化不及预期。

正文内容

一、激光产业链研究思路

(一)研究框架

目前市场对激光产业链的研究重心集中在激光器和激光加工设备两大领域,对应的标的为锐科激光和大族激光。通过历时六个月,十二次激光产业链系统调研,我们调研走访了激光产业链上中下游大部分激光企业,系统建立了激光产业链数据库,在此基础上深化了激光产业链的研究框架。激光产业链研究框架分激光器篇、装备篇等,本篇是激光器篇。

我们以激光器为切入视角,重点抓住激光器的销量、价格和核心器件三个核心变量,层层分解。

(1)销量:激光器的销量取决于市场空间和渗透率两个维度。市场空间的维度取决于激光切割、激光焊接和增材制造等其他激光三大应用场景的存量替代。渗透率的维度取决于激光加工设备对传统冲床、等离子切割机、火焰切割机、氩弧焊和电子焊替代效率,与激光加工设备的经济性密切相关。需要强调的一点是,激光切割机对传统切割工艺替代要受到加工板材厚度和成本的双重制约,决定了渗透率的范围。渗透率提升的速度受到宏观需求的制约,我们挖掘出了激光器下游需求的月度和季度高频跟踪指标。

(2)价格:下游需求放缓情况下,IPG与锐科之间的价格战会影响到订单和毛利率。激光器价格的下降一定程度上会影响毛利率,但是同时也会加快不同场景激光加工设备成本拐点的到来,打开更高功率的渗透空间。对价格的跟踪量化比较困难,原因在于激光器厂商对不同激光加工装备厂商给到的出厂价和价格优惠不同,更涉及到商业敏感信息,因此,激光器价格战跟踪不必求全,可简化为对重点下游客户的价格跟踪和同一客户价格的对比跟踪两个维度。

(3)核心器件:市场一直对激光器的价格战较为担忧,隐含的是对激光器企业高毛利率的担忧。激光器及其上游核心零部件本质是电子产品,符合摩尔定律,每年会呈现不同程度的降价。因此,降价对激光器公司的毛利率分析要建立在三个基础之上:上游核心器件自身的降价、高功率产品结构升级、核心器件自产或国产化率的跟踪。

通过比较锐科激光和IPG的成本结构,我们认为锐科激光原材料采购价格还有至少一半的下降空间。这是因为锐科激光成本结构中,直接材料占比84%,而IPG由于全产业链布局,直接材料占成本比重在10%~15%之间。随着国内激光产业链上游器件的成熟和锐科的全球化布局展开,同时考虑3kw以上产品占比提升,我们认为价格战下锐科激光的毛利率压力不大。

(二)产业链构成

激光涉及光、电、通信、机械等多学科,产业链自上而下包括光学材料及光电元器件、激光器、激光加工设备和下游激光应用领域。

(1)最上游光学材料包括激光晶体、特种光纤、激光芯片,代表公司如福晶科技、高意光学、瀚宇光纤(外贸代销)、贰陆、nufern、长光华芯等;

(2)光电元器件包括泵浦源、巴条、振镜、光纤耦合器、波分复用器、光栅、光纤放大器等,代表公司如Finisar、JDSU、光迅科技、光库科技、凯普林等;

(3)激光器包括光纤激光器、二氧化碳激光器、固体激光器以及其他激光器等,代表公司IPG、相干、锐科、创鑫、飞博、大科、华日、安扬等;

(4)激光加工设备包括激光切割机、激光焊接机、激光清洗、激光熔覆、激光增材制造、激光显示、激光医疗美容、激光测量等,代表公司包括通快、百超、AMADA、大族、华工、奔腾、宏石、海目星、亚威、雷鸣、光峰光电、中视迪威、巨星科技等;

(5)激光切割机、激光焊接机的下游应用主要包括专业钣金加工、钢材配送、工程机械、新能源锂电池、电力电器、健身器材、厨具行业等。

二、销量维度:存量替代的空间和效率

(一) 有效加工范围决定渗透率

1、官方统计:到2020年中国接近120亿激光器市场规模

从市场规模看,根据《2018中国激光产业报告》,预计2018年全球激光加工装备市场规模131亿美元(折合890亿元),中国激光加工装备市场规模600亿元(统计口径不一样,以中国口径为主),其中切割与焊接市场规模300亿元。按照30%的成本占比(激光器占激光加工装备成本35%~60%),激光器的市场规模在90亿元左右。按照此推算方法,到2020年,中国激光器市场规模接近120亿元(暂没有考虑激光器的整体降价幅度)。

从竞争格局看,去年中国区74亿激光器市场规模里,IPG占52%,锐科占13%,创鑫占10%。从行业格局看,IPG基本占据国内3kw以上的高功率市场,并与下游高功率客户绑定了强相关关系,锐科则以1kw中功率起家,逐步蚕食IPG的高功率市场,如绑定了华工科技、宏石激光、天正科技等客户,创鑫则主要致力于开拓中低功率市场。

(二) 宏观需求和经济性制约渗透速度

关于激光切割机和焊接机渗透率的思考,要研究激光切割机的有效加工范围,这决定了激光切割机的渗透率范围;激光切割机渗透的速度则依赖宏观需求及自身经济性。目前激光加工装备主要是激光切割机和激光焊接机,激光切割机占比最高。激光切割机主要替代的是传统冲床、等离子切割机、火焰切割机等。激光焊接机替代的主要是氩弧焊和电子焊等传统焊接方式。我们以激光切割为例重点讨论。

(一)需求跟踪

宏观需求监测指标:激光产业链中激光切割与焊接机下游客户主要是离散型中小企业,与宏观经济需求相关性较强。为了便于跟踪激光器行业下游景气度高频变化,我们以永康五金市场交易景气指数(机械设备:机床与金属加工设备)和IPG单季收入变化作为衡量下游景气的两个核心指标,一个是月度跟踪,一个是季度跟踪。

月度指标:永康五金市场在国内五金行业地位举足轻重,该交易景气指数用来反映国内五金市场景气度。该指数主要由要素供给、市场需求、经营效益以及总体经营判断等四方面指标组成,涵盖门及配件、车及配件、健身器材、厨用五金、机床与金属加工设备等众多细分领域的景气指数。一是这些细分领域均是激光金属切割的重要领域,可综合来比较,相互印证;二是重点选用观察机械设备:机床与金属加工设备指数来跟踪激光器下游景气度。指数取值为0-200之间,100为荣枯线;指数值大于100,表明景气处于扩张状态,其值越趋近于200,表明景气越繁荣;指数值小于100,表明景气处于回落状态,其值越趋近于0,表明景气越萧条。

由永康五金市场景气度指数,我们提出2013年以来激光器下游景气区间为:2013年7月~2014年3月;2014年9月~2014年12月;2015年7月~2015年9月;2016年10月~2018年5月。激光器下游非景气区间为2014年4月~2014年8月;2015年1月~2015年6月;2015年10月~2016年9月;2018年6月~现在。

季度指标: IPG垄断了全球70%、中国52%的光纤激光器市场份额,其收入端的变化、不同功率结构占比和增速的变化可以很大程度上反映出市场需求变动的结果。其每季度更新的季报情况,对于观察全球范围内光纤激光器行业景气度具有重要参考价值。

结论:对比永康五金市场景气区间与IPG中国区单季收入增速变化,景气区间与非景气区间几乎呈现一一对应的关系。因此,我们认为,永康五金市场(机械设备:机床与金属加工设备)景气指数是跟踪激光器下游需求的有效跟踪指标,较大程度上反映了激光切割机和焊接机渗透率提升的速度问题。

注意1:在运用IPG季度指标跟踪国内需求变化时,需要坚持结构胜于总量思维,这是因为IPG的收入结构中,中国区收入变化(中国区占比45%)和高功率收入变化(1kw以上高功率占比64%,6kw以上高功率占比20%)比较能够反映中国市场目前的需求变动情况,但是近年来随着国产高功率激光器产品的成熟,也要考虑其在中国市场份额的丢失,尤其是IPG中国区重点客户份额的丢失会是国内激光器厂商的重要机会。

注意2:在运用IPG季度收入指标时,要剔除汇率变动对收入端的影响,更加具有真实意义。如由于汇率波动影响,2018年Q1欧洲区表观收入增速为35%,实际收入增速为17%2018年Q1中国区表观收入增速为29%,实际收入增速为17%。

(二)渗透率问题

1、激光切割机

激光切割机替代传统的切割工艺的渗透率取决于切割板材的经济性。从切割板材厚度角度来看,激光切割机在切割25mm以下碳钢、22mm以下黄铜和铝板、30mm以下不锈钢具有较高的经济性。在切割30mm以上板材,尤其是切割40mm以上金属板材,经济性优势体现尚不明显(切割效果和成本制约)。目前这些40mm以上板材切割还是以等离子切割、火焰切割为主,被激光切割机取代的进程较慢。

目前主流的激光切割机功率区间在1kw~6kw。根据IPG收入结构,6kw以上激光切割机的收入比例在20%(=64%*30%)左右,1kw~6kw占比超过40%。

存量规模

据我们不完全估算,激光切割机的存量替代空间超过30万台,如果按照50%的渗透率,有超过15万台的传统的冲床、等离子切割、火焰切割机、二氧化碳激光切割机要被替代成光纤激光切割机,假设按照10年的替换周期,每年的年均替代空间为1.5万台。根据《2018年中国激光产业报告》统计,2013~2018年期间,1.5kw以上的光纤激光器国内存量规模在1.89万台,预计2018年需求量7200台,年需求量仍有翻番的空间。从这个意义上来讲,激光切割机的替代高峰并没有过去。

(1)冲床:根据海关总署的数据,2000~2015年从海外进口的冲床(含数控冲床)存量7.57万台;向海外出口的冲床(含数控冲床)数量为8.66万台。中国作为全球最大的制造业生产基地,我们认为中国的冲床存量规模不会低于15万台(=7.57/50%)。

(2)等离子切割、水流切割机:根据海关总署的数据,2000~2013年从海外进口的等离子切割、水流切割机的数量为2.74万台。我们认为中国的等离子切割机存量规模不会低于5万台(=2.74/50%)。

(3)二氧化碳激光切割机:截止到2015年,国内CO2激光切割 机的存量规模在5万台左右。

(4)火焰切割机:假设存量数量与等离子切割机相当,为5万台。

综上,国内激光切割机潜在的存量替代规模为15+5+5+5=30万台,如果按照50%的渗透率,有超过15万台的传统的冲床、等离子切割、火焰切割机、二氧化碳激光切割机要被替代成高功率光纤激光切割机。假设按照10年的替换周期,暂不考虑激光器3~5年的更换周期,每年的年均替代空间为1.5万台。

根据《2018年中国激光产业报告》统计,2013~2018年期间,1.5kw以上的光纤激光器国内存量规模在1.89万台,预计2018年需求量7200台,年需求量仍有翻番的空间。从这个意义上来讲,激光切割机的替代高峰并没有过去。

2、激光焊接机

理论上,激光焊接市场规模要比激光切割的规模要大,产品毛利率更高,但是激光焊接市场目前存在几个关键的问题限制了该市场的发展:一是焊接机为非标产品,相比而言,激光切割机是标准化的产品,可以快速大规模复制并进行市场推广,而焊接机需要针对客户需求进行定制化制造,目前仅仅在锂电池和新能源汽车特定场景下的应用比较广泛;二是,激光焊接机所需要的激光器功率要比激光切割机要高,往往需要3kw及以上更高功率,成本拐点尚未到来。目前激光焊接机的成本要远远高于电子焊、氩弧焊以及手工焊的焊接方式。

从海外进口和主要企业应收数据可以看到,目前激光焊接的市场空间有限。根据海关数据,2014~2018年2月,中国从国外进口的激光焊接机器人数量合计259台,均价286万元。从国内主要激光焊接企业,联赢激光、大族激光、无锡创科源等激光焊接企业的应收规模看,目前这个市场的规模预计在20亿元左右,远低于激光切割机市场。

但是随着高功率光纤激光器价格的快速下降,激光焊接的成本拐点会加速到来,我们预计激光焊接是接替激光切割下一个激光应用的大市场,未来2020年以后将广泛应用在船舶、C919大飞机、新能源汽车等领域。

三、核心器件维度:原材料采购价格尚有一半以上的降低空间

(一)特种光纤和泵浦源是核心器件

从激光器成本结构中可以看到,特种光纤、泵浦源和光学器件是激光器成本的主要构成,占比超过80%,其中泵浦源和特种光纤又是光纤激光器原材料成本的核心来源,一般地,特种光纤占比约20%、泵浦源占比约30%。

在分析激光器核心零部件时,最重要的跟踪激光器核心零部件的自产(或国产)程度,该比例越高,对应的采购成本下降的会越快。在跟踪激光器企业核心零部件时,主要跟踪特种光纤、激光芯片、光栅等核心零部件的进展。

(二)长光华芯与睿芯光纤助力锐科释放利润弹性

创鑫激光激光器核心零部件成本拆分过程:参考创鑫激光招股说明书披露的2014~2016年激光器核心零部件结构占比数据,我们得出以下创鑫激光结构性结论:

第一,光纤占比20%,泵浦源占比9%,COS芯片占比15%,电子元器件占10%,光学元器件占30%,五金件占16%。

第二, 原材料采购成本是营业成本的主要构成。

第三, 2014年以来,泵浦源的成本占比下降最快,由2014年的占比27%下降到2016年的9%,我们认为这可能与公司解决了泵浦源封装问题相关。

我们对锐科激光成本占比进行了拆分。

假设一:原材料占营业成本占比维持84%不变。

假设二:光纤占比19%,泵浦源占比11%,COS芯片占比10%,电子元器件占比10%,光学元器件占比20%,五金件占比15%。

根据以上假设,我们做出了两种情形下采购成本的对比,来量化今年核心零部件国产化对公司采购成本的降低空间。

第一种情形,不考虑上半年降价对毛利率影响,假设今年的毛利率与2017年全年持平,即保持46.60%水平,可以得出今年的采购成本为7.69亿元。

第二种情形,以2018年H1的毛利率50.79%为标准,假设该毛利率全年可以保持,则对应今年的成本为7.09亿元,按照84%的原材料采购占比,原材料成本为5.96亿元。

结论:两者之差对应今年核心零部件国产化带来的采购成本降低带来的5000万元(含所有核心零部件的降价),同时考虑睿芯光纤为锐科激光的子公司,锐科激光特种光纤采购成本自产化(睿芯光纤上半年实现营业收入4361万元,产生2459万元的净利润,对应56%的利润率,这表明睿芯光纤已经具备大批量规模化生产并实现高盈利的能力,并给上市公司贡献业绩)降低采购成本的同时,将部分采购成本转化为自己公司的利润,预计该部分利润全年可以达到5000万,两者合计超过1亿元。

(三)主要元器件进口替代趋势加速

泵浦源封装、合束器、隔离器、中功率光纤光栅、激光传输组件等激光器零部件已经基本国产化,泵浦源芯片、增益光纤、光栅等是国产化的关键。

1、泵浦源(成本占比30%)

(1)原理:泵浦源是光纤激光器的光源,作用是对激光工作物质进行激励,将激活粒子从基态抽运到高能级,以实现粒子数反转。根据工作物质和激光器运转条件的不同,分为以下4种:光学激励(光泵浦)、气体放电激励、化学激励、核能激励。据此对应的激光器类型分别为光纤激光器、二氧化碳激光器、固体激光器等。

(2)成本:泵浦源在光纤激光器的成本占比在30%左右,是光纤激光器最重要的核心零部件,其中泵浦源内部结构中,激光芯片和二极管是最核心的部件,占比超过80%。

3)热互扰难题:热互扰通过影响光电转换效率影响激光器的稳定性,传统的泵浦源封装基本上都是使用bar条通过光束整形来制造的,光电转化效率只有25%~35%,产生的大量的热量需要进行主动冷却,影响单模块的使用寿命和稳定性。解决方案:一是IPG的单发射泵技术,光电转换效率为50%~60%;二是nlight基于 emitter的结构,光电转换效率可以达到70%~80%。

(4)包层侧面泵浦技术:指三个二极管泵浦模块围成一圈组成泵浦源,每个泵浦模块又由3个二极管线阵组成,每个线阵的输出功率平均为20W,通过玻璃管形成泵浦腔和制冷通道。半导体泵浦源发出的光经过三对光束整形透镜会聚到这三条增透膜区域内,透过玻璃管壁被晶体吸收。由于玻璃管大部分区域镀有高反射膜,使得泵浦光进入泵浦腔后来回反射,直至倍晶体吸收并在晶体横截面上形成均匀的增益分布。

竞争格局:

(1)IPG泵浦二极管分三个系列:PLD-10、PLD-40、PLD-80。提供采用 1、3、6 和 12 芯片配置的离散单发射器激光二极管封装,光纤线芯直径为 110 μm。中心波长选项包括 445、465、915、940、960 和 980 nm。三个系列的单模块输出功率分别为10W、30W和59W。

(2)Oclaro(奥兰若)是全球高功率激光二极管市场最大的供应商,泵浦二极管中心波长从405nm一直到1470nm,功率从微瓦级一直到千瓦级。在德国慕尼黑激光展上,公司新推出一款BMU8080W单管光纤耦合泵浦激光器,光纤芯径105um,激光器芯片的功率上限可以由25w升级到30W。

(3)长光华芯单管COS(激光芯片)功率可以做到8~15W,波长792~1060nm;裸Bar条封装20个激光芯片,功率可以达到100W。

总结:单管光纤耦合泵浦激光器的功率(也就是激光芯片功率)决定了合束后的高功率激光器的稳定性和成本,同时也决定了锐科激光6kw高功率产品的成熟度和降低成本的空间。

国产跟踪:长光华芯介绍:2012年成立,国内首家从事高功率半导体激光芯片及相关光电器件和应用系统的研发,拥有从芯片设计、MOCVD(外延)、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合、激光系统等完整工艺平台和量产线,是全球少数几家、国内唯一一家研发和量产高功率半导体激光器芯片的公司。2018年7月,完成B轮1.5亿元融资。

长光华芯是锐科激光芯片国内的主要供应商之一。根据泵浦源在激光器成本占比30%计算,我们预计上半年公司外采的泵浦源金额8000万以上。2018上半年最重要的进展是,公司从长光华芯采购的激光芯片金额合计2327万元(包括1328万元已付+999万元应付账款,同比增长178%),减少了对贰陆等海外厂商的外采比例。我们预计长光华芯在锐科供货比例超过20%。展望全年,我们预计锐科将从长光华芯采购超过5000万的国产激光芯片和二极管,直接为公司降低约2000万的采购成本。

2、特种光纤(成本占比20%)

概念:特种光纤区别于普通光纤的核心特征是在特定波长上使用,掺镱光纤用于光纤激光器和光纤放大器的增益介质,无源光纤用于耦合器,尾纤等其它光器件。

格局:大双包层掺镱光纤及双包层无源光纤特种光纤长期被国外垄断,限制了国产高功率激光器的进展。如美国Nufern公司等。国内以睿芯光纤、长飞光纤等为代表实现国产化的重要突破。睿芯光纤的特种光纤产品分为双包层大模场有源光纤(掺镱铒等稀有金属)、双包层大模场无源光纤、椭圆包层型保偏光纤、熊猫型保偏光纤等。长飞双包层20/400掺镱光纤在中功率的转换效率达到67%,1400w输出的功率波动极其稳定。

睿芯光纤:2018H1,睿芯光纤营收4361万元,产生2459万元的净利润,对应56%的利润率,这表明睿芯光纤已经具备大批量规模化生产并实现高盈利的能力,并给上市公司贡献业绩。展望全年,我们预计公司全年有望直接采购睿芯光纤9000万左右的特种光纤,从而降低2000万以上的采购成本,并产生5000万左右的净利润。根据我们前面的模型测算,今年睿芯光纤的自供率有望接近60%。

锐科激光2017年~2018年H1核心供应商采购额如下表所示。创鑫激光2014~2016年核心零部件采购额如下表。

(四)锐科激光原材料价格还有至少一半的下降空间

激光器原材料价格降幅对冲部分激光器市场售价的降幅。以锐科激光2016和2017年对连续型光纤激光器核心器件的采购价格为例,年均降幅分别为29%和12%。随着IPG与国产激光器价格战的继续,国产激光器厂商通过采取多家供应商供应和加大自产比例的机制,可以转移部分降价压力。

通过比较锐科激光和IPG的成本结构,锐科激光原材料价格还有至少一半的下降空间。锐科激光成本结构中,直接材料占比84%,而IPG由于全产业链布局,直接材料占成本比重在10%~15%之间。

四、 量价预测模型

结论:根据我们动态监测6~9月份下游订单变化,受宏观经济环境影响,激光器下游景气度在变差是不争的事实,但是我们依然看好激光器行业未来渗透率的提升和进口替代的方向。随着外围因素的弱化和缓解,国内经济内生动力的释放,激光器必然会跟随宏观经济预期的向好而重新进入替代正轨。前期受宏观压制的更换需求,会迎来新一轮的释放。

根据我们的模型评估结果,假设锐科激光整体价格每年10%的降幅,到2020年, 1.5kw以上激光器市占率达到39%,未来三年连续型激光器的销量分别为7936、11546、17028台,均价分别为14.56、14.72和14.90万元/台。

预计2018~2020年,锐科激光收入分别为14.30、20.57和29.73亿元,实现的归属于母公司股东的净利润4.66、6.50和8.92亿元,维持“推荐”评级。

五、 风险提示

宏观需求进一步下滑;激光器价格战超预期;核心器件国产化不及预期。

本篇报告内容来源民生证券研究院专题报告《【民生机械深度】激光产业链研究框架:激光器篇》(时间:2018-10-11)

分析师与研究助理简介

刘振宇,大机械组组长,北京科技大学材料学专业本科及硕士。曾任中国中冶控制经理岗,北京市规划委规划验收岗,2015年加入民生证券。在机械装备和基础材料领域有扎实的理论基础和丰富的实业经验。

丁健,机械团队成员,东北财经大学金融硕士,2017年加入民生证券。

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