激光加工行业专题研究：激光宏加工顺应工业自动化趋势，控制系统是产业链最优环节

证券研究报告/行业研究 激光宏加工顺应工业自动化趋势，控制系统是产业链最优环节 ——激光加工行业专题研究 投资评级:看好 分析师：吴起涤执业登记编号：A0190523020001wuqidi@yd.com.cn研究助理：程治执业登记编号：A0190123070008chengzhi@yd.com.cn 专用计算机设备指数与沪深300指数走势对比 专用计算机设备(中信)10%沪深300 0% -10%-20%-30%-40% 2023/62023/92023/122024/3 资料来源：Wind，源达信息证券研究所 投资要点 激光宏加工优势显著，受益工业自动化改造趋势 相较传统加工方式，激光切割和焊接等宏加工方式具有柔性化加工、加工质量好和效率高等优点，推动渗透率持续提升。工业自动化改造趋势下，激光设备可接入MES等生产管理系统，成为工厂自动化解决方案的输出触点。从行业周期看，宏加工属于通用制造业，2024年行业有望保持稳健增长。 激光器推动切割渗透率提升，控制系统卡位最优 激光器是激光切割渗透率提升的最大推力。首先激光器国产替代趋势下，国产厂商通过价格战抢份额，激光器降价提升设备性价比；其次激光器功率的持续提升使设备的厚板切割能力更强。控制系统是激光切割设备的“大脑”。而从设备价值占比看，数控系统仅占设备成本的1-5%，但具有较高技术壁垒，对加工质量影响大。因此下游设备厂商和终端用户对数控系统的价格相对不敏感，该环节无激烈的价格竞争，并享有较高毛利率。 通用焊接受益机器换人，控制系统仍是核心 非标化焊接场景大有可为，控制系统依然是关键。如钢结构行业中，钢结构件形状各异，难以照搬汽车等行业中的自动化焊接产线，更适合采用智能焊接机器人，而非标化焊接的难点就在于控制系统。从底层技术看焊接控制系统与激光切割控制系统具有一定共通性。目前柏楚电子等公司已在该领域布局较多。根据我们测算2025年钢结构件焊接机器人市场空间为196亿元，若焊接机器人暂时只用于部分简单钢结构件的焊接，假设这部分占总产量的30%，则焊接机器人市场空间在60亿元。 投资建议 控制系统是保证激光加工质量的关键。激光切割受益激光器功率提升及降价趋势，渗透率持续提升，控制系统作为产业链中卡位最好的环节，兼具高壁垒和高附加值优势，有望充分受益激光切割行业发展。非标焊接应用前景远大，自动化焊接系统与激光切割控制系统具备底层技术的共通性，看好柏楚电子等公司对该领域的拓展，有望持续打开成长空间。 建议关注：柏楚电子。 风险提示 下游行业需求不及预期的风险，竞争格局恶化的风险，国产替代不及预期的风险。 请阅读最后评级说明和重要声明 目录 一、激光宏加工优势显著，受益工业自动化改造4 二、激光切割持续渗透，控制系统是最优环节7 1.激光器功率持续提升，价格战提升设备性价比7 2.控制系统：卡位最优，兼具高附加值和高壁垒8 三、通用焊接受益机器换人趋势，控制系统仍是核心10 四、重点公司13 1.柏楚电子13 四、投资建议15 1.建议关注15 五、风险提示16 图表目录 图1：激光宏加工工艺图例4 图2：激光加工行业产业链5 图3：以激光加工设备为触点输出工厂自动化解决方案6 图4：设备商采购激光器价格持续下降7 图5：价格战推动激光器国产厂商份额提升7 图6：锐科激光发布国内首台120kW光纤激光器8 图7：激光器功率提升拓展切割厚度和切割效率8 图8：竞争格局差异显著影响产业链各环节公司的盈利状况8 图9：国内中低功率控制系统市场已基本实现国产替代10 图10：国内高功率控制系统市场国产替代持续推进10 图11：通过3D视觉识别钢结构件的形状10 图12：控制焊接机器人、变位器等17轴完成钢结构件焊接10 图13：从焊接流程看控制系统底层技术与激光切割控制系统具有共通性11 图14：我国是钢结构产量大国，对智能焊接机器人潜在需求大11 图15：2019-2024年第一季度柏楚电子营收情况13 图16：2019-2024年第一季度柏楚电子归母净利润情况13 图17：2019-2024年第一季度柏楚电子盈利能力情况13 图18：2019-2023年柏楚电子业务构成情况13 表1：激光切割具有柔性度高、加工效率快和加工精度高等特点4 表2：激光焊接具有焊接质量高、焊缝深和热形变小等优点5 表3：国内中低功率控制系统市场空间测算9 表4：国内高功率控制系统市场空间测算9 表5：钢结构行业智能焊接机器人市场空间测算12 表6：万得一致盈利预测14 一、激光宏加工优势显著，受益工业自动化改造 激光宏加工包括激光切割、激光焊接和激光打标等。激光宏加工的原理即利用激光器输出高密度、高能量的激光束照射在材料上，使材料发生蒸发、融化等热反应，最终实现切割、焊接和打标等目的。 图1：激光宏加工工艺图例 激光切割激光焊接激光打标 资料来源：锐科激光官网，联赢激光公众号，源达信息证券研究所 激光加工方式较传统加工在多方面具有显著优势。具体体现在：1）激光加工柔性化程度高，通过数控系统即可灵活控制激光器加工轨迹，适用于小批量、定制化等生产场景；2）激光加工方式加工效率快，系激光器具有高功率密度；3）激光加工加工精度高，系激光器光束高聚焦，并和精密数控系统相配合；4）此外激光加工还具有热影响小、加工质量好等优点。 表1：激光切割具有柔性度高、加工效率快和加工精度高等特点 切割方式 适用范围 切割厚度 切割速度 切割精度 切缝宽度 投入成本 激光切割 金属/非金属 0-40mm 非常快 ±0.2mm 0.5mm 设备成本高 水切割 金属/非金属 0.8-100mm 慢 ±0.1mm 0.8-1.2mm 成本较高 等离子切割 金属 0-120mm 较慢 ±1mm 1-2mm 设备成本低、使用成本较高 线切割 金属 40-60mm 快 ±0.02mm 0.1-0.2mm 设备成本低、使用成本高 设备/使用 冲床/剪床金属仅适用于0-2mm的超薄板材料加工，加工柔性度差 资料来源：金属加工公众号，源达信息证券研究所 表2：激光焊接具有焊接质量高、焊缝深和热形变小等优点 焊接方式 适用材料 深宽比 功率密度（W/cm2） 热形变 焊接质量 激光焊接 金属/非金属 <10 10K-100M 极小 质量高;单面焊降低重量，焊接强度高 电阻焊接 金属 <2 100K-1M 显著双面焊增加重量,焊 接强度低 电弧焊 金属 <2 1-100K 显著焊接点/缝大，增加 重量，焊接强度低 电子束焊接 金属/非金属<301-100M极小质量高；但是过程复 杂，需要真空和消磁 资料来源：联赢激光招股说明书，源达信息证券研究所 数控系统是激光加工设备的大脑。激光器性能、数控系统和终端加工工艺是决定加工质量的关键。而从设备价值占比看，数控系统的价值占比较小，以高功率激光切割设备（>6000W）为例，数控系统价值占比约为1-5%，但却具有较高技术壁垒，对加工质量影响大。因此下游设备厂商和终端用户对数控系统的价格相对不敏感，该环节无激烈的价格竞争。 图2：激光加工行业产业链 资料来源：森峰科技招股说明书，源达信息证券研究所 工厂自动化改造推动激光加工渗透率提升。激光加工对传统加工方式的替代驱动力除了其自身优异的加工效率和加工质量外，也受益于工厂的自动化改造趋势。以柏楚电子官微的钢质 门行业自动化改造案例为例，在引入激光切割/焊接设备的同时导入工厂MES系统，实现各类型设备网上互联，统筹下单-排料-生产管理，实现生产效率的大大提升。未来在钢构件、船舶制造等行业都有复刻上述模式的可能。 图3：以激光加工设备为触点输出工厂自动化解决方案 资料来源：柏楚电子公众号，源达信息证券研究所 二、激光切割持续渗透，控制系统是最优环节 1.激光器功率持续提升，价格战提升设备性价比 激光切割较传统切割方式在加工效率等方面显著，之前影响渗透率提升的主要因素是：1）设备初始投资成本高；2）厚板切割不如等离子、火焰切割等传统加工方式。目前在激光器降价带动设备降价和功率提升两大驱动力下，未来激光切割渗透率将持续向上提升： 激光器持续降价：激光器占设备成本的20-30%，价格显著影响设备成本。此前国内激光器市场被IPG等进口品牌垄断，价格高昂导致一台高功率激光切割设备价格在数百万元。锐科激光、创鑫激光等国产品牌崛起后，价格战成为重要提份额手段，带动激光切割设备价格下降。根据森峰科技公告，2022年一台高功率激光切割设备平均售价在76万元。 图4：设备商采购激光器价格持续下降图5：价格战推动激光器国产厂商份额提升 40 30 20 10 0 202020212022 低功率（0-3kW)中功率（3k-6kW）高功率（>6kW) 150.0% 100.0% 50.0% 0.0% 20182019202020212022E 1k-3kW3k-6kW 6k-10kW>10kW 资料来源：森峰科技公告，源达信息证券研究所资料来源：中国激光产业发展报告，源达信息证券研究所 激光器功率提升：激光器性能和功率是决定切割材料厚度和效率的重要因素。参考锐科激光官微资料，在切割50mm厚的碳钢时，30kW激光器切割效率相比20kW激光器可提升200%以上。目前60kW激光器已可切割70mm厚度以上碳钢。2023年9月19日上海工博会期间，锐科激光已发布国内首款120kW光纤激光器，持续助力激光切割行业发展。 图6：锐科激光发布国内首台120kW光纤激光器图7：激光器功率提升拓展切割厚度和切割效率 60mm不锈钢 30mm不锈钢50mm碳钢20mm碳钢 012345 40kW30kW20kW12kW 资料来源：锐科激光公众号，源达信息证券研究所资料来源：锐科激光公众号，源达信息证券研究所 注：上图案例中碳钢切割工况是O2、正焦，不锈钢切割工况是N2 2.控制系统：卡位最优，兼具高附加值和高壁垒 控制系统是激光切割机床的“大脑”。一个完整的激光切割流程包括零件图绘制、图形处理排版、图形加工代码生成、控制加工等流程。其中需要用到CAD、CAM、NC、传感器和硬件设计等运动控制领域的底层核心技术。激光切割控制系统是切割质量好坏的关键，技术壁垒高却只占设备成本的0-5%，因而享有优渥的毛利率和竞争格局。 图8：竞争格局差异显著影响产业链各环节公司的盈利状况 资料来源：柏楚电子招股说明书，源达信息证券研究所 按激光切割设备功率划分，通常将0-6kW定义为中低功率，而>6kW定义为高功率。根据柏楚电子及《激光行业研究报告》内容，我们假设2024-2025年国内中低功率控制系统销 量分别为7.0和7.7万套，销售价格稳定在1.5万元/套。则预测下2024-2025年国内中 低功率控制系统市场空间分别为10.5和11.6亿元。 表3：国内中低功率控制系统市场空间测算 2017 2018 2019 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 国内中低功率系统销量（万套） 2.3 2.8 3.4 4.2 6.2 5.0 6.3 7.0 7.7 同比（%） 60% 24% 21% 24% 48% -19% 26% 11% 10% 销售单价（万元） 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 市场空间（亿元） 3.4 4.2 5.1 6.3 9.3 7.5 9.5 10.5 11.6 资料来源：柏楚电子招股说明书，《激光行业研究报告》，源达信息证券研究所 根据柏楚电子及《激光行业研究报告》内容，我们假设2024-2025年国内高功率控制系统 销量分别为4.0和5.2万套，销售价格稳定在3.7万元/套。则预测下2024-2025年国内 高功率控制系统市场空间分别为14.8和19.2亿元。 表4：国内高功率控制系统市场空间测算 2017 2018 2019 2020 2021 2022E 2