光纤激光器专题：他山之石，IPG的崛起.pdf

本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 1 Table_Title 机械 行业 行业研究 /专题 报告 光纤激光器专题：他山之石， IPG 的崛起 新制造新动能系列 04 专题 研究报告 /机械 行业 2018 年 06 月 27 日 Table_Summary 报告摘要 ： 技术先驱 IPG引领光纤激光器行业发展趋势 IPG 创始人 Valentin P.Gapontsev 博士是光纤激光器的开创者之一，公司经历四大发展阶段。 1、 技术储备阶段（ 19611990 年）： Valentin P.Gapontsev 是第一个将光纤激光器从实验室 带向产业化阶段的科学 家； 2、资本原始积累阶段（ 19902002年）： IPG 以 制造和销售定制型玻璃与晶体激光器、高温用无线温度计以及激光器部件 起家，并在电信行业积累了一定的资本 。 2002 年，电信行业资本开支下滑，公司投入所有资金进行垂直化整合，攻克高功率光纤激光器，开发出单发射泵二极管，力图摆脱对上游供应商的依赖； 3、资本垂直整合期（ 20062016 年）：上市后借助资本市场完成一系列并购整合，加大垂直整合力度； 4、超高功率产品快速放量期（ 2016现在）： 2016 年以来陆续向市场推出具备经济性的 6kw、 8kw、12kw 等超高功率光纤激光器，超高功率占比已超过高功率 30%。 过去八年 IPG公司收入从 1.86 亿美元增长到 14.09 亿美元，复合增长率达到 29%，垄断了全球70%的光纤激光器市场份额。 2017 年 IPG4 亿美元的收入增量中（ +40%），中国区占到 2.63 亿美元（ +73%） 。 IPG的核心壁垒：技术研发、垂直整合、全球化品牌 1、技术研发： IPG 核心技术包括 包层侧面泵浦技术和分布式单发射芯结二极管泵浦结构。 公司研发支出收入占比长期保持 7%以上，目前从功率角度上， IPG 可以做到单模输出最大可以达到 20kw，多模输出最大可以达到 500kw，光电转换效率最大达到 50%。 IPG 不断地开发光 纤激光器技术，定期推出新型激光器。通过新型激光器的开发和使用， IPG 不断发现并研究先前未开发的应用和全新的加工特征。 2、垂直整合： 出于成本和质量的控制， IPG2002 年就开始垂直整合，尤其是上市以来，借助资本市场的力量，先后整合了上下游产业链，实现 几乎 所有零部件自产。 3、全球化 品牌 ： 相较于中国光纤激光器厂商而言， IPG 具有全球化的销售能力和品牌优势，美国区占比 12%，中国区占比 40%。 投资建议 ：关注锐科激光，将复制 IPG的 成长路径 目前锐科 激光 的机会有两个： 1、进一步渗透中低端激光装备厂商市场； 2、开拓3kw 以上更高功率激光器产品客户。从利润规模上讲，锐科相当于 2011 年的 IPG，同功率激光器锐科在技术水平上已经接近 IPG，具备约 20%30%的价差优势，有利于快速进口替代。预计 2018 年 2020 年，公司营业收入分别为 14.21/20.47/31.30亿元，实现的归属于母公司股东的净利润分别为 4.46/7.01/10.47 亿元； EPS 分别为 3.49/5.47/8.18 元 。 风险提示 光纤激光器 价格大幅下降；高功率客户拓展不及预期。 Table_Invest 推荐 维持 Table_QuotePic 行业与沪深 300 走势比较 资料来源： wind，民生证券研究院 Table_Author 分析师： 刘振宇 执业证号： S0100517050004 电话： (8610)8512 7653 邮箱： liuzhenyumszq 研究助理 ： 丁健 执业证号： S0100117030034 电话： (8610)8512 7668 邮箱： dingjianmszq Table_docReport 相关研究 1、 高功率深度： 激光器国产化驱动，大功率激光加工迎黄金期 20180510 2、 亚威股份 深度 ：被低估的激光装备新星，有望复制德国通快 20180423 3、 锐科激光深度： 光纤激光器国产化旗手，快速崛起的中国 IPG20180611 -40%-30%-20%-10%0%10%20%30%17-06 17-09 17-12 18-03机械 沪深 300 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 2 目录 一、他山之石： IPG 的崛起与启示 . 3 （一）发展历史 ： 光纤激光器行业技术先驱 . 3 （二）市场地位：垄断全球 70%的光纤激光器 . 4 （三）核心壁垒：技术研发、垂直整合、全球化 . 7 二、锐科激光已上市，将复制 IPG 的成长路径 . 11 （一）国内光纤激光器标准制定者，国企背景激励到位 . 11 （二） 2018Q1 净利率超过 34%，毛利率仍有较大提升空间 . 12 （三）高功率产品占比持续提升， 11 亿元募投高功率项目 . 12 三、风险提示 . 13 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 3 一、 他山之石： IPG 的崛起与启示 （一 ） 发展历史：光纤激光器行业技术先驱 1、 技术储备阶段（ 19611990 年）：世界上第一台光纤激光器 IPG 由物理学家 Valentin P.Gapontsev 博士 1991 年创立于俄罗斯。公司成立之前为技术储备期，公司创始人作为光纤激光器领域的开创者，引领行业趋势的发展。几个重要的时点包括： 1） 19611963 年， Elias Snitzer 与同事 在马萨诸塞州索斯布里奇的前美国光学大厦制造了世界第一台光纤激光器 。 2） 19641972 年，激光晶体和玻璃、高性能磷酸盐钕玻璃的基本研究取得突破性进展。 3） 1971 至 1972 年， V. Gapontsev 与同事开发出世界上第一种高性能磷酸盐钕玻璃，将之应用于大型棒材与板材的工业生产。 4） 1985 年，第一台单模光纤激光器被发明出来。 5） 1987 年， 来自南安普敦大学的 David Payne 与来自贝尔实验室的 Emmanuel Desurvire 和 Randy Giles 发明了 发明掺铒光纤激光器。 6） 1988 年，包层泵浦结构被发明。 7） 1990-1991 年， V. P. Gapontsev 和 I. E. Samartsev 在 1990 年展示了 1.54m 波长 2 瓦 CW 掺铒光纤激光器，并在 1991 年演示了 5 瓦激光器。 从技术储备阶段看， Valentin P.Gapontsev 博 士与其同事本身作为光纤激光器技术的开创者，是第一个将光纤激光器从实验室阶段带向产业化阶段的发明家。 2、资本原始积累阶段（ 19902002 年）：依靠电信行业积累原始资本 IPG 全称 NTO IRE-Polus ，在俄罗斯由 V. G. Gapontsev 和 A. Shestakov 联合小组成立。起初， IPG 制造和销售定制型玻璃与晶体激光器、高温用无线温度计以及激光器部件。 1992 年，公司开始重点开发高功率光纤激光器和放大器。 公司获得的第一份重要合同来自电信运营商 Italtel。而后 IPG 获得了来 自戴姆勒 奔驰宇航公司的第二份重要合同。 1994 年德国工厂开业， 1998 年在美国成立全球总部。 公司依靠电信行业和汽车行业的发展，完成初步的资本积累。 2002 年，电信行业资本支出下滑，公司投入所有资金进行垂直化整合，攻克高功率光纤激光器，开发出单发射泵二极管，力图摆脱对上游供应商的依赖。 2006 年， IPG 在美国完成上市。 图 1： IPG 创始人 V. G. Gapontsev 图 2： IPG 单模与多模功率水平的发展 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 4 资料来源： IPG 官网，民生证券研究院 资料来源： IPG 官网 ，民生证券研究 院 （ 3） 资本垂直整合期（ 2006现在）：上市后借助资本市场完成一系列并购整合 上市以来，公司借助资本市场力量进行横向和纵向整合。 1） 2010 年收购 Photonics Innovations, Inc 和 Cosytronic KG，以收购前者为标志正式进军中 红外激光 新兴市场，后者是一家以 自动化焊接 整体方案为重点的连接技术公司。 2） 2012 年，收购全球性 激光微加工 系统供应商 JPSA，成功扩大了其在精细加工市场的集成激光系统产品线；收购之后，IPG 得以进一步扩大其在玻璃、半导体和陶瓷等非金属精细加工、精密切割、钻孔和微型处理应用领域的集成激光系统产品线； 3） 2013 年，收购 Mobius Photonics，加快了它进军 紫外线激光 市场的步伐，并进一步充实了自身的开发团队。 Mobius 提供用于微型加工、晶圆切片和雕刻以及微型钻孔的高功率脉冲紫外线光纤激光器； 4） 2016 年，收购 Menara Networks, Inc.。该公司是 增强光传输模块 和系统的创新者，将使 IPG 能够提供更多集成电信解决方案并将进一步扩大 IPG 当前的电信产品线。 2017 年，公司连续实施三项并购： 1） 5 月，收购美国 OptiGrate 公司，是最高质量的啁啾体布拉格光栅（ VBG） 技术的先驱和领先制造商。 OptiGrate 生产的 VBG 元件能够显著提高用于材料微加工、医疗及其它应用领域的超快脉冲激光器的性能，实现微型化并帮助降低其成本。 OptiGrate 是 IPG 的供应商。 2） 6 月，收购 Innovative Laser Technologies公司 。 ILT 在生产高精度激光系统方面的专业知识将加快 IPG Photonics 向医疗设备行业和其他关键终端用户市场提供标准化和交钥匙系统解决方案的能力。 3） 12 月，收购激光焊接应用提供过程质量监测和控制解决方案的公司 Laser Depth Dynamics， LDD 焊接监测系统 和配件极大提升了 IPG 业界领先的光束传输产品组合和激光焊接解决方案 。 （二）市场地位：垄断全球 70%的光纤激光器 1、 IPG 全球市占率 70% 根据 Laser Markets Research/ Strategies Unlimited 调查统计， 2017 年全球工业激光器市场规模 43.14 亿美元，同比增长 26.10%，其中光纤激光器市场规模 20.39 亿美元，同比增长 34%，占比 47%。其中中国市场市场规模超过 70 亿元。 2017 年 IPG 全球销售额 14.09亿美金，中国销售额 6.21 亿美金，占比超过 40%。从全球市占率来看， IPG 几乎垄断了全球 70%的光纤激光器的市场份额，在中国市场份额为 53%。 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 5 按照用途划分， 2017 年光纤激光器应用在宏观材料加工、微观材料加工和打标的占比分别为 62%、 22%和 16%。 图 3： 全球光纤激光器市场规模超过 20 亿美金 图 4： 光纤激光器 60%以上用于宏观材料加工 资料来源： Laser Markets Research/ Strategies Unlimited，民生证券研究院 资料来源： Laser Markets Research/ Strategies Unlimited，民生证券研究 院 2、财务表现 收入增长： 2009 年 2017 年，公司收入从 1.86 亿美元增长到 14.09 亿美元，过去八年复合增长率达到 29%。 2017 年收入同比增长 40%，中国区收入同比增长 73%，去年增量全球 4 亿美金中有 2.63 亿美金来自于中国区的增长。 收入结构： 从收入结构看，公司高功率（超过 1000W）连续光纤激光器收入占比超过 60%，根据 IPG2017 年年报披露高功率产品中超过 6KW 的超高功率占比超过 30%。 图 5： IPG 八年年复合增长率达到 29% 图 6： IPG 高功率占比超过 60% 资料来源： Wind，民生证券研究院 资料来源： Wind，民生证券研究 院 表 1： 近三年 IPG 收入结构 2015 年 2016 年 2017 年 分项 数值 占比 YoY 数值 占比 YoY 数值 占比 YoY 1000W 5.00 55.4% 17.3% 5.79 57.5% 15.8% 8.67 61.6% 49.9% 100-999W 0.99 11.0% 22.8% 0.99 9.8% -0.6% 1.06 7.5% 6.8% 1-99W 0.14 1.5% 4.5% 0.13 1.3% -7.1% 0.13 0.9% 2.9% 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 6 脉冲 1.25 13.8% -5.1% 1.29 12.8% 3.3% 1.49 10.5% 15.3% 准连续 0.57 6.3% 62.0% 0.49 4.8% -14.0% 0.88 6.3% 81.7% 其他 1.07 11.9% 28.8% 1.38 13.8% 29.1% 1.86 13.2% 34.3% 资料来源： Wind，民生证券研究 院 利润增长： 2017 年，公司实现净利润 22.71 亿元，同比增长 33%， 2018 年 Q1 实现净利润 6.69 亿元，同比增长 42%。公司毛利率长期稳定在 50%以上，净利率稳定在 25%以上。 2018 年 Q1，公司毛利率和净利率分别为 56.51%和 29.55%。 图 7： IPG 净利润自 2016 年以来实现快速增长 图 8： IPG 销售毛利率和销售净利率 资料来源： Wind，民生证券研究院 资料来源： Wind，民生证券研究 院 费用率与研发收入占比： 公司费用率长期维持在 16%18%（锐科激光 2017年为 11%），研发费用收入占比长期维持在 7%以上（锐科激光 2017 年为 5.35%）。 图 9： 费用率维持在 16%18% 图 10： 研发费用收入占比长期维持 7%以上 资料来源： Wind，民生证券研究院 资料来源： Wind，民生证券研究 院 3、股价表现 前复权计算，从 2009 年 4 月的股价低点 6.72 元 /股到目前 234 元 /股， 9 年来股价翻了35 倍。 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 7 图 11： 2009 年以来 IPG 的股价走势 资料来源： Wind，民生证券研究院 在 2017 年年报中， IPG 首席执行官解释 2016 年下半年以来的业绩高增长的原因时介绍，有三大原因：（ 1） 向高功率产品 ，重点指 6KW 以上产品 的长期转移需求 ；（ 2） 下游切割系统的激光源快速增长 1 到 2 千瓦 ；（ 3）新能源 动力电池 发展 推动了激光焊接市场的快速扩张 。 （三）核心壁垒：技术研发、垂直整合、全球化 1、 技术研发 核心技术： 包层侧面泵浦技术和分布式单发射芯结二极管泵浦结构。 （ 1） 包层侧面泵浦技术： Valentin Gapontsev 博士和 Igor Samartsev 博士开发的侧面泵浦技术， 是 多个泵浦二极管发出的光被高效地耦合进入有源增益光纤的包层。泵浦光在包层内进行多次反射，同时不断穿过单模纤芯，在纤芯中泵浦被稀土离子吸收和再次发射。这种简洁的机制以极高的效率将多模二极管光转换为单模光纤激光器光。 该技术的核心作用是 将能量从大面积激光器二极管传输至小型（单模）光纤线芯内，以将光放大。 （ 2） 分布式单发射芯结二极管泵浦结构：该技术用于替换传统固体激光器中的碟片和条形固态激光器中的激光二极管巴条。传统的巴条存在热相互影响和使用寿命短等缺陷， 单芯结泵浦组成各个独立元件的集合。与巴条泵浦相反，任何单芯结泵浦故障不会影响其他泵浦的性能与可靠性。分布式泵浦的优点包括可扩展性、模块化设计和灵活性、简单的热量管理、几乎不受限的泵浦冗余性以及方便的二极管更换。分布式泵浦无需光学对准，因此是唯一真正无需维护的泵浦解决方案 -只有光纤激光器才能实现这种便利。 图 32： 包层侧面泵浦技术 图 13： 分布式单发射芯结二极管泵浦结构 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 8 资料来源： IPG 官网，民生证券研究院 资料来源： IPG 官网 ，民生证券研究 院 现有产品： 公司现有产品包括高中低连续型光纤激光器，脉冲型光纤激光器，准连续型光纤激光器，皮秒、飞秒等激光器，连续光纤放大器，二极管激光器系统。从行业分类来看，面向宏观材料加工、微观材料加工、打标、医疗、家庭影院等。 高功率产品是 IPG 主流的产品类型 ，从产品应用看，目前以激光切割和激光焊接为主。 IPG 高功率连续光纤激光器提供 1 kW 至 100 kW 以上的输出功率，具有工作波长范围广、单模和多模可选、高稳定性 和泵浦二极管寿命长等特点。激光器为水冷式，可配备内置或独立水冷机。激光器可搭载多种光纤终端、准直光学元件和加工头。 图 44： 公司的产品类型 图 15： 高功率光纤激光器的特征 资料来源： IPG 官网，民生证券研究院 资料来源： IPG 官网 ，民生证券研究 院 图 54： 公司的产品类型 图 15： 下游应用占比 资料来源： IPG 年报，民生证券研究院 资料来源： IPG 年报，民生证券研究院 储备产品： 专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 9 IPG 每年投入的研发费用占收入的比重长期在 7%以上， 2017 年研发投入 6.59 亿元，用于新产品线的拓展与新技术的开发。 比如， IPG 在 2017 年年报中的披露，汽车制造业中轻量化趋势中使用高强度钢材和铝，传统的冲压、非激光焊接、铆接和胶粘剂等可能面临激光技术的替代；激光会逐渐在零部件的自动化和小型化方面形成技术替代；大型光纤激光器在材料加工以外的应用，比如 IPG 新开发了一个面向电影院和其他娱乐 场所的激光投影技术平台，替代氙气灯泡投射平台 ， 并形成几千万美元的收入。 表 2： IPG 产品结构 产品线 主要市场 主要应用 大功率（ 1KW-12KW） 汽车、重工业、一般制造、自然资 源、航空航天 切割、焊接、退火、钻探、包、钎、 3D打印 中功率（ 100-999W） 一般制造、医疗器械、印刷、消费 电子 切割、焊接、划线、雕刻、 3D 打印 脉冲（ 0.1-200W） 一般制造、半导体、医疗机械、消 费电子、面板显示 标记、雕刻、划线、钻探、切割、涂层 去除 超快脉冲 一般制造、半导体、医疗机械、消 费电子、面板显示 标记、雕刻、涂层去除、划线、切割、 钻探、太阳能 准连续 医疗器械、计算机组件、精细加工 焊接和微焊接、钻探、切割金属和晶体 脉冲和连续绿光 微处理器和半导体、一般制造 退火硅片、薄膜消融、塑料打标 脉冲紫外线 消费类制药、半导体、消费类电子 标记、雕刻、划线、微冲孔 放大器 宽带接入、有线电视、仪表、科研 电话、视频点播、高速互联网、超长距 离传输、光束组合 收发器 电信、有线电视、数据中心网络 光纤传输、以太网切换、 IP 路由 资料来源： IPG 年报 ，民生证券研究 院 2、 垂直整合 激光器产业链： 光纤激光器的上游核心零部件、光纤激光器、光纤激光器应用 光纤激光器核心零部件包括： 有源和无源激光器、最高质量种子和泵浦二极管、有源光纤盒及模块化谐振腔、泵浦耦合器、合束器、声光调制器、光纤体布拉格光栅、非线性和有源晶圆、各种数量众多的光学设备、电源以及激光器控制器、传输光纤、加工头、光闸开关以及水冷器。 向上游布局： 出于质量控制和成本控制的考虑， IPG 首先对上游原材料和核心零部件进行垂直整合。如 IPG 的晶圆制造厂以砷化镓为原料制造高功率半导体激光器，光纤制造厂以内部生产的玻璃预制棒拉制光纤，二极管芯片和光纤被集成至 IPG 专有的原件包内，再进一步集成至激光器模块，每个模块可以实现产生大于 1KW 的光纤输出功率。如公司还通过并购手段。收购 Menara Networks, Inc.和 OptiGrate 公司加强对上游光传输和光纤布拉格栅栏等零部件的整合。 向下游拓展： 随着激光器功率的提升和泵浦源价格下降到合理水平，下游的应用逐步打开。高功率激光切割机正在替代 22mm 以上碳钢的等离子切割和火焰切割等传统工艺，焊接方 面，激光焊正在特定领域，如新能源汽车动力电池、白车身等替代传统的氩弧焊、电子焊等。 2010 年以来， IPG 通过重大收购拓展了红外线、紫外线、微加工、激光焊接专题研究 /*行业 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 10 焊缝监测等方向。详细可参看前面公司的发展历程。 模块化生产模式： IPG YLS 激光器是模块化激光器，采用多个光纤激光器模块输出，每个模块都可以产生数百瓦特的输出功率，集成到单个输出光纤中。万一模块出现故障，剩余模块将自动补偿损失，维持输出功率，使生产得以继续。然后，需要维修服务的故障消息将通过警报方式传给指定用户。凭借系统内多个模块的冗余以及每个单独模 块内的泵浦二极管冗余，激光器可以不间断运行。通过数个泵浦二极管的热冗余，激光器能够以较低电流运行，从而提高泵浦二极管的寿命和激光器的总寿命。 3、全球化布局 中国区是 IPG 最大的市场。 IPG 全球销售额占比中，中国占 44%，美国占 12%，德国占 8%，欧洲其他地区占 21%，亚洲其他地区占 15%。大族激光是 IPG 的第一大客户，2017 年占比 13%。 IPG 在国内的其他客户包括奔腾激光、领创激光、亚威股份等。 IPG 在全球的生产基地包括 俄罗斯、 意大利、美国、德国等。 图 64： 公司全球化销售额占比 图 15： 大族激光在 IPG 中的收入占比 资料来源： IPG 年报，民生证券研究院 资料来源： IPG 年报，民生证券研究院