Lazer kaynak: Yeni enerji endüstrisinde temel bir üretim teknolojisi

Güç pili pazarının hızla gelişmesi nedeniyle lazer kaynak ekipmanına yönelik güçlü talep.

Lazer kaynak, endüstrinin ortasında yer almaktadır ve büyüme beklentileri, endüstriyel zincirin ortasında yer alan lazer kaynak ekipmanlarının kesilmesi ve markalanmasından daha iyidir.

Lazer endüstrisi zincirinin yukarı akışında optik malzemeler, optik bileşenler ve ekipmanlar ile mekanik parçalar bulunur. Orta akım lazerlerden ve lazer ekipmanından oluşur; Lazerler, lazer ekipmanının temel bileşenleridir ve lazer işleme ekipmanı esas olarak lazer kesme, lazer kaynağı ve lazer markalama ekipmanını içerir. Alt sektörler esas olarak lityum pilleri, yarı iletkenleri, fotovoltaikleri ve tüketici elektroniklerini içerir.

Lazer pazarı, fiber lazerlerin hakim olduğu uygulamalarla büyük bir potansiyele sahipken, katı hal lazerleri hassas mikro işleme için uygundur. Laserfocusworld'e göre, 2017'den 2020'ye kadar küresel lazer pazarının büyüklüğü %13,37'lik bir Bileşik Büyüme Oranıyla 13,07 milyar ABD Dolarından 16,01 milyar ABD Dolarına çıktı. Buna karşılık, Çin lazer pazarının büyüklüğü 2017'de 6,95 milyar ABD Dolarından 2020'de %16,22'lik bir Bileşik Büyüme Oranı ile 10,91 milyar ABD Dolarına yükseldi. 2017'den 2020'ye kadar Çin'in küresel lazer pazarındaki payı %53,2'den %68,1'e yükseldi. 2020 yılında endüstriyel lazerler küresel lazer pazarının %32,2'sini oluşturarak endüstriyel sektörü lazerler için ana alt sektör haline getirdi. Kazanç ortamına bağlı olarak, lazerler temel olarak fiber lazerler, katı hal lazerleri (fiber lazerler hariç), sıvı lazerler ve gaz lazerler olarak sınıflandırılır. 2020 yılında fiber lazerler ve katı hal lazerler, endüstriyel lazer uygulama pazar payının sırasıyla %52,7 ve %16,7'sini oluştururken, fiber lazerler endüstriyel uygulamalara hakim oldu. Fiber lazerlerle karşılaştırıldığında katı hal lazerler, yüksek tepe gücü ve düşük ısıdan etkilenen bölge gibi avantajlara sahiptir ve bu da onları hassas mikro işleme için uygun kılar.

YAG lazerlerin ve fiber lazerlerin her birinin güçlü yönleri vardır. YAG lazerleri, YAG kristallerine dayanan katı hal lazerleridir. YAG lazerlerinin avantajları şunlardır: ① eşzamanlı veya zaman bölmeli çok noktalı kaynak; ② nokta kaynağına uygun yüksek tepe gücü; ③ düşük fiyat, maliyet avantajı sunar. Fiber lazerlerle karşılaştırıldığında YAG lazerlerin ışın kalitesi ve fotoelektrik dönüşüm verimliliği açısından bazı farklılıkları vardır. Ancak fiber lazerlerin tepe gücünün düşük olması nedeniyle kaynak konusunda YAG lazerlere göre önemli bir avantajı yoktur. Özel uygulama senaryosuna bağlı olarak, güç akülerinin kaynağında hem YAG lazerler hem de fiber lazerler kullanılabilir.

Kesme, kaynaklama ve markalama endüstriyel lazerlerin ana alt uygulamalarıdır. 2020 yılında lazer uygulama pazarının sırasıyla %40,62, %13,52 ve %12,6'sını kesme, kaynak ve markalama oluşturdu. 2014'ten 2017'ye kadar hızlı bir büyüme yaşadıktan sonra lazer kesim ekipmanı pazarında artan rekabet görüldü ve şu anda şiddetli bir fiyat savaşı yaşanıyor. Markalama artık olgunlaşmış bir lazer uygulama alanıdır ve pazar nispeten istikrarlıdır. Kaynak uygulamaları, elde taşınan lazer kaynağının yükselişinden ve aşağı yöndeki güç pillerinin yüksek refah döngüsünden yararlanıyor ve önümüzdeki birkaç yıl içinde yüksek bir büyüme oranını sürdürmesi bekleniyor.

Kesme ve markalamayla karşılaştırıldığında lazer kaynağının teknik gereksinimleri daha yüksektir. Lazer kaynağı, lazer kesim ve markalamaya göre nispeten daha kısa bir gelişim geçmişine sahiptir ve işlem zorluğu da daha fazladır. Lazer kesim ve lazer markalama, bir malzemenin yüzeyini veya genel yapısını tahrip etmek için lazerleri kullanırken, lazer kaynağı ise bir malzemenin yapısını işlemek, eritmek ve yeniden oluşturmak için lazerleri kullanır. Malzemenin yeniden yapılandırılması, basit malzeme imhasıyla karşılaştırıldığında lazer ve işleme teknolojisine daha fazla talep getirir.

Geleneksel kaynaklarla karşılaştırıldığında lazer kaynağının önemli avantajları vardır. Geleneksel direnç kaynağı, ark kaynağı ve elektron ışın kaynağı ile karşılaştırıldığında lazer kaynağı, yüksek hız, minimum deformasyon, daha az zorlu kaynak ortamı gereksinimleri, yüksek güç yoğunluğu, manyetik alanlara karşı bağışıklık, iletken malzemelere uygulanabilirlik, vakum koşullarına ihtiyaç duyulmaması ve kaynak işlemi sırasında X ışını üretiminin olmaması gibi avantajlar sunar. Özellikle yeni enerjili araç ve güç aküsü endüstrilerinde, ileri teknolojiye sahip hassas imalatta yaygın olarak kullanılmaktadır. Güç pilleri çok sayıda kaynak noktası içerir, karmaşıktır ve yüksek hassasiyet gerektirir. Lazer kaynağının benzersiz avantajları pil güvenliğini, güvenilirliğini, tutarlılığını önemli ölçüde artırabilir, maliyetleri azaltabilir ve hizmet ömrünü uzatabilir.

Lazer kaynak ekipmanı pazarı hızlı bir büyüme yaşıyor. 2016'dan 2020'ye kadar Çin lazer ekipmanı pazarının büyüklüğü %15,79'luk bir Bileşik Büyüme Oranı ile 38,2 milyar yuan'dan 69,2 milyar yuan'a yükseldi. Buna karşılık, Çin lazer kaynak ekipmanı pazarının büyüklüğü, %27,59'luk bir CAGR ile 4,17 milyar yuan'dan 11,05 milyar yuan'a yükseldi; bu, lazer kaynak ekipmanı pazarının genel lazer ekipmanı pazarından daha hızlı büyüdüğünü gösteriyor.

Yeni enerji araçlarının hızla yaygınlaşması, lityum pilli lazer kaynağına yönelik yüksek talebi artırıyor.

Lazer kaynak ekipmanı, lityum pil üretiminin üretim öncesi, orta üretim ve üretim sonrası aşamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Güç akülerinde enerji yoğunluğu, güvenlik performansı ve üretim otomasyonuna yönelik gereksinimler giderek arttıkça, üretim ekipmanlarının hassasiyeti, güvenliği ve tutarlılığı konusunda daha yüksek talepler ortaya çıkıyor. Geleneksel işleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında lazerler, yüksek hassasiyet, yüksek hız ve otomasyon kolaylığı gibi çok sayıda avantaj sunar. Lityum pil üretimi üç bölümden oluşur: elektrot üretimi (üretim öncesi), hücre montajı (üretim ortası) ve işlem sonrası (üretim sonrası), hepsi birden fazla lazer kaynak ekipmanının uygulanmasını içerir. Lityum pil üretiminin üretim öncesi, orta üretim ve üretim sonrası aşamalarındaki özel lazer kaynak uygulamaları şunları içerir:

1) Ön üretim: Elektrot imalat aşamasında tam otomatik elektrot kaynak ve şekillendirme makineleri ve lazer elektrot şekillendirme makineleri;

2) Üretimin ortasında: Patlamaya dayanıklı valf kaynağı, elektrot kaynağı, elektrot şerit kaynağı, adaptör kaynağı, hücre muhafazası kaynağı ve üst kapak kaynağı;

3) Üretim sonrası: Paket modülü adaptör kaynağı.

Birçok tanınmış şirket, lazer kaynak ekipmanı için yeni büyüme fırsatları yaratması beklenen 4680 pil pazarına girdiklerini duyurdu. 4680 pil, hem pozitif hem de negatif elektrotlarda çok sayıda sekme içeren tablosuz teknolojiyi kullanır ve prizmatik pillerle karşılaştırıldığında lazer kaynak ekipmanına olan talebi önemli ölçüde artırır. Tesla'nın Teksas fabrikası, 2022 yılının ilk çeyreğinde 4680 pille donatılmış ilk Model Y araçlarını teslim edecek. Bu arada 2020 Pil Günü'nde Tesla, 2022 yılına kadar 100 GWh pil üretim kapasitesine ulaşmayı planladı; ancak inşaat gecikmeleri dikkate alındığında 2022 yılındaki etkin kapasitenin yaklaşık 5-10 GWh olacağı tahmin ediliyor. Tesla'nın yanı sıra BMW gibi otomobil üreticileri ve Panasonic, LG ve Samsung gibi önde gelen pil üreticileri de büyük silindirik piller geliştirme planlarını açıkladılar.

Yeni enerjili araçların geleneksel benzinli araçlara nüfuz etmesi hızlanıyor. Pil teknolojisindeki ilerlemelerden, akıllı teknolojideki gelişmelerden ve altyapının genişletilmesinden yararlanarak Çin hükümetinin olumlu politikalarıyla birlikte Çin'de yeni enerji araçlarının satışları hızla arttı. 2017'den 2021'e kadar Çin'deki yeni enerjili araç satışlarının Bileşik Büyüme Oranı %54,9'a ulaştı. 2017'den 2022'nin ilk yarısına kadar Çin'de yeni enerji araçlarının penetrasyon oranı hızla %2,8'den %21,56'ya yükseldi.

Çin'in güç pili pazarı hızla büyüyor. 2017 yılında Çin'in elektrik pili üretimi ve kurulu gücü sırasıyla 44,5 GWh ve 36,2 GWh olarak gerçekleşti. 2021 yılında bu rakamlar sırasıyla 219,7 GWh ve 154,5 GWh'ye ulaştı. 2017'den 2021'e kadar güç aküsü üretiminin CAGR'ı %49,06 ve kurulu kapasitenin CAGR'ı %43,73 oldu. Çin Otomotiv Güç Pil Endüstrisi İnovasyon İttifakına göre, Çin'in güç pili üretiminin ve kurulu kapasitesinin 2022 yılında sırasıyla 429,5 GWh ve 229,9 GWh'ye ulaşması öngörülüyor.

Yükselen yeni enerjili araç pazarının etkisiyle lityum pil şirketleri üretim kapasitelerini genişletiyor. Battery Network'ün tamamlanmamış istatistiklerine göre, 2022'nin ilk yarısında CATL, BYD, Sunwoda, Zhongchuang Innovation Aviation ve EVE Energy gibi lityum pil şirketleri, toplam yatırımı 439.133 milyar yuan'ı aşan ve yıllık 1069 GWh üretim kapasitesine sahip çok sayıda yeni inşaat projesini art arda duyurdu (bazı projeler yatırım tutarlarını ve kapasitesini açıklamadı). Lider akü şirketlerinin yeni üslerinin tek fazlı üretim kapasitesi neredeyse tamamı 10 GWh'nin üzerinde. Lityum pil şirketlerinin genişlemesi, lityum pil ekipmanlarına olan talebi de artıracak.

Güç Pilleri: Yeni lazer kaynak ekipmanı talebinin 2025 yılına kadar 22,1 milyar yuan'a ulaşması bekleniyor. GGCI verilerine göre, küresel güç pili sevkiyatlarının 2025'te 1550 GWh'ye ve 2030'da 3000 GWh'ye ulaşması öngörülüyor. 2018'den 2021'e kadar Çin'in güç pili sevkiyatlarının %61,3, %60,9'u, Küresel toplamın sırasıyla %58,4 ve %75,3'ü. İhtiyatlı tahminler, Çin'in payının 2025 ve 2030'da %55'te kalacağını gösteriyor. 2025 ve 2030'da yeni akü kapasitesinin GWh başına tahmini yatırımı sırasıyla 350 milyon RMB ve 300 milyon RMB'dir. Ayrıca, Lianying Laser'in açıklamasına göre lazer kaynak ekipmanı, güç aküsü üretim hattı inşaatının %5-15'ini oluşturuyor; Bu varsayımlara dayanarak, %10 alınarak, lazer kaynak ekipmanına yönelik yeni talebin, 2021'den 2025'e kadar %41,01'lik bir Bileşik Büyüme Oranı (CAGR) ile 2025'te 22,138 milyar RMB'ye ve 2030'da 23,925 milyar RMB'ye ulaşması öngörülüyor.

Lazer ekipmanı endüstrisi parçalı bir yapıda olduğundan lazer üreticilerine daha büyük bir avantaj sağlıyor.

Yurt içi lazer ekipmanı pazarı nispeten parçalı olup, lazer şirketlerini farklılaştırılmış bir gelişme arayışına itmektedir.

Lianying Laser ve Raycus Laser, sırasıyla YAG lazerlerde ve fiber lazerlerde güçlü rekabet avantajlarına sahiptir. YAG lazerlerinde, Han's Laser ve HGLaser ile karşılaştırıldığında, Lianying Laser enerji kontrolünde önemli bir avantaja sahiptir ve bu da daha iyi kaynak sonuçları elde etmek için faydalıdır. Sürekli fiber lazerlerde Raycus Laser ve Chuangxin Laser önde gelen teknik özelliklere sahiptir ve Raycus Laser daha yüksek bir pazar payına sahiptir. Darbeli fiber lazerlerde JPT'nin teknik özellikleri daha gelişmiş olup yurt içinde ön plana çıkmaktadır.

Yerli lazer ekipmanı pazarı parçalı bir yapıya sahip olup ilk beşteki (CR5) yalnızca %22'lik bir paya sahiptir. Lazerler için çok sayıda alt uygulama ve çoğu küçük ölçekli olan 300'den fazla yerli lazer işleme ekipmanı şirketi bulunmaktadır. 2021 yılında Çin lazer ekipmanı pazarındaki ilk beş şirket sırasıyla %14, %3, %2, %2 ve %1 pazar paylarıyla toplamda %22 olan Han's Laser, HGLaser, Hymuxing, Lianying Laser ve Yawei oldu. Genel olarak, Çin lazer ekipmanı pazarının yoğunlaşması düşük kalıyor.

Yerel lazer makro işleme pazarı, birçok rakip şirketin bulunduğu büyüktür; Hassas mikro işleme alanında yüksek teknolojik engeller bulunmaktadır ve bu da alt sektörlerde daha az rakip firmanın ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Lazer işleme, işlenen ürünün boyutuna göre iki ana kategoriye ayrılır: makro işleme ve hassas mikro işleme. Makro işleme esas olarak otomotiv ve gemi yapımı gibi daha kalın sac levha uygulamalarını hedeflerken, hassas mikro işleme yarı iletkenler, ekranlar, 3C ürünleri ve tıbbi cihazlar gibi yüksek hassasiyet gereksinimleri olan alanlara yoğunlaşmıştır. Daha büyük makro işleme pazarı göz önüne alındığında, Han's Laser ve HGLaser (her ikisinin de gelirleri 5 milyar RMB'yi aşan) ve Lianying Laser ve Haimuxing (gelirleri 500 milyon ile 1 milyar RMB arasında) gibi şirketlerle bu sektör oldukça rekabetçidir. Hassas mikro işleme sektöründe, önde gelen lazer işleme ekipmanı üreticisi olarak Han's Laser, fotovoltaik lityum piller, yarı iletkenler, ekranlar ve 3C ürünleri gibi alanlarda hassas işleme alanında faaliyet göstermektedir. Genel olarak hassas mikro işleme sektörü, yüksek teknolojik engelleri nedeniyle alt sektörlerinde nispeten daha az rakip şirkete sahiptir. Lazerlerle ilgili olarak, 20 milyar RMB gelire sahip şirketlerin ve Chuangxin Laser'in her ikisi de fiber lazer alanında yoğunlaşmıştır.

Üç temel rekabet faktörü: yukarı yönde dikey entegrasyon, yüksek Ar-Ge yatırımı ve büyük alt müşterilerin güvence altına alınması.

Lazerlerin şirket içi üretimi maliyetin azaltılmasının anahtarıdır. Lazerler, lazer ekipmanının temel bileşenidir. Lazerin performansı, lazer işleme ekipmanının kalitesini ve etkinliğini doğrudan etkiler. Lazerleri kendi bünyesinde üretebilen ekipman şirketleri yalnızca maliyetleri düşürmekle kalmaz, aynı zamanda özelleştirme konusunda da daha fazla esnekliğe sahiptir. Bu esneklik, lazer ve lazer ekipmanı arasında iletişim ve etkileşimi mümkün kılarak, sonraki ihtiyaçlara göre tasarım çözümlerini daha esnek bir şekilde yineleme yeteneğinde kendini gösterir. Bu, alt müşteri gereksinimlerinin lazerler ve işleme teknolojilerinin araştırma, geliştirme ve iyileştirme süreçlerine zamanında ve sorunsuz bir şekilde geri bildirilmesine olanak tanıyarak güçlü bir entegre sinerji etkisi sağlar. Han's Laser, HGLaser, Hymustar ve Lianying Laser gibi önde gelen lazer ekipmanı şirketlerinin tümü, kısmi şirket içi lazer üretimi gerçekleştirdi; Lianying Laser, nispeten yüksek şirket içi üretim oranına sahip olup 2019'da %77,7'ye ulaştı.

Çözüm

Yeni enerji araçlarının geleneksel benzinli araçlara hızlı bir şekilde nüfuz etmesi, büyük akü üreticilerinin üretim kapasitelerini sürekli olarak genişletmelerine yol açarak elektrikli akü kaynak ekipmanına olan talebi artırdı.

Lazer kaynak, lazer markalama ve kesmenin ardından hızla büyüyen bir uygulamadır. Lazer kaynağı otomotiv, lityum pil, 3C ve havacılık endüstrilerinde yaygın olarak kullanılabilir. Şu anda penetrasyon oranı hala nispeten düşük; bu durum, lazer kesimle karşılaştırılabilir bir pazar haline gelmesi beklenen lazer kaynak endüstrisi için önemli bir büyüme potansiyeline işaret ediyor.