كيفية الاستفادة من سوق التطبيقات لمعدات الليزر فائقة السرعة عالية الطاقة؟

تتميز المعالجة بالليزر الصناعية بثلاث سمات أساسية: الكفاءة العالية، والدقة، والجودة الفائقة. هذه السمات الثلاث هي التي جعلت المعالجة بالليزر تحظى بانتشار واسع في مختلف قطاعات التصنيع. سواءً أكان الأمر يتعلق بقطع المعادن عالي الطاقة أو المعالجة الدقيقة بمستويات طاقة متوسطة إلى منخفضة، فقد أظهرت طرق الليزر مزايا كبيرة مقارنةً بتقنيات المعالجة التقليدية. ونتيجةً لذلك، شهدت المعالجة بالليزر تطبيقًا سريعًا وواسع النطاق خلال العقد الماضي تقريبًا.

تطوير الليزر فائق السرعة في الصين

تنوعت تطبيقات المعالجة بالليزر تدريجيًا، لتشمل مهامًا مختلفة مثل قطع الألياف بالليزر متوسطة وعالية الطاقة، ولحام المكونات المعدنية الكبيرة، والمعالجة الدقيقة للمنتجات باستخدام الليزر فائق السرعة. وقد تطورت الليزرات فائقة السرعة، التي تتمثل في ليزرات البيكوثانية (10-12 ثانية) وليزر الفيمتوثانية (10-15 ثانية)، خلال 20 عامًا فقط. دخلت هذه الليزرات حيز الاستخدام التجاري في عام 2010، وتغلغلت تدريجيًا في مجالات المعالجة الطبية والصناعية. بدأت الصين الاستخدام الصناعي لليزر فائق السرعة في عام 2012، لكن المنتجات الناضجة لم تظهر إلا بحلول عام 2014. قبل ذلك، كانت جميع الليزرات فائقة السرعة تقريبًا مستوردة.

بحلول عام 2015، كانت الشركات المصنعة الأجنبية تمتلك تكنولوجيا ناضجة نسبيًا، إلا أن تكلفة الليزر فائق السرعة تجاوزت مليوني يوان صيني. وبلغ سعر آلة قطع الليزر فائق السرعة عالية الدقة الواحدة أكثر من 4 ملايين يوان. وقد أعاقت هذه التكاليف المرتفعة انتشار استخدام الليزر فائق السرعة في الصين. بعد عام 2015، سارعت الصين في توطين تقنية الليزر فائق السرعة. وحدثت طفرات تكنولوجية سريعة، وبحلول عام 2017، كانت أكثر من عشر شركات صينية متخصصة في الليزر فائق السرعة تنافس المنتجات الأجنبية على قدم المساواة. وانخفض سعر الليزر فائق السرعة المصنّع في الصين إلى عشرات الآلاف من اليوانات فقط، مما أجبر المنتجات المستوردة على خفض أسعارها تبعًا لذلك. خلال تلك الفترة، استقر إنتاج الليزر فائق السرعة محليًا واكتسب زخمًا في فئة الطاقة المنخفضة (3-15 واط). وارتفعت شحنات الليزر فائق السرعة الصيني من أقل من 100 وحدة في عام 2015 إلى 2400 وحدة في عام 2021. وفي عام 2020، بلغ حجم سوق الليزر فائق السرعة في الصين حوالي 2.74 مليار يوان.

قوة الليزر فائق السرعة تواصل بلوغ آفاق جديدة

في السنوات الأخيرة، وبفضل جهود الباحثين في الصين، شهدت تكنولوجيا الليزر فائق السرعة المصنعة محلياً تطورات ملحوظة، تمثلت في النجاح في تطوير ليزر فوق بنفسجي بيكو ثانية بقدرة 50 واط، والنضوج التدريجي لليزر فيمتوثانية بقدرة 50 واط. وفي عام 2023، طرحت شركة مقرها بكين ليزراً عالي الطاقة بالأشعة تحت الحمراء بيكو ثانية بقدرة 500 واط. وقد قلصت تكنولوجيا الليزر فائق السرعة في الصين الفجوة بشكل كبير مع المستويات المتقدمة في أوروبا والولايات المتحدة، ولم تعد متأخرة إلا في مؤشرات رئيسية مثل القدرة القصوى والاستقرار وأصغر عرض للنبضة.

يركز التطوير المستقبلي المتوقع لأشعة الليزر فائقة السرعة على إدخال أنواع ذات قدرة أعلى، مثل ليزر الأشعة تحت الحمراء ذي النبضة البيكوثانية بقدرة 1000 واط وليزر الفيمتوثانية بقدرة 500 واط، مع تحسينات مستمرة في عرض النبضة. ومع تقدم التكنولوجيا، يُتوقع التغلب على بعض المعوقات في التطبيق.

يتخلف الطلب في السوق المحلية في الصين عن تطور القدرة الإنتاجية لأجهزة الليزر

يتخلف معدل نمو سوق الليزر فائق السرعة في الصين بشكل ملحوظ عن الزيادة الكبيرة في الشحنات. ويعود هذا التفاوت بشكل أساسي إلى عدم اكتمال انفتاح سوق التطبيقات النهائية لليزر فائق السرعة الصيني. وقد أدت المنافسة الشديدة بين مصنعي الليزر المحليين والأجانب، وانخراطهم في حروب أسعار للاستحواذ على حصة أكبر من السوق، بالإضافة إلى العديد من العمليات غير الناضجة في مرحلة التطبيق، وانكماش سوق إلكترونيات الهواتف الذكية/شاشاتها خلال السنوات الثلاث الماضية، إلى تردد العديد من المستخدمين في توسيع إنتاجهم ليشمل خطوط إنتاج الليزر فائق السرعة.

على عكس القطع واللحام بالليزر المرئي في الصفائح المعدنية، تتميز الليزرات فائقة السرعة بقدرتها على إنجاز المهام في وقت قصير للغاية، مما يستدعي إجراء بحوث مكثفة في مختلف العمليات. وقد باتت تطبيقات الليزرات فائقة السرعة راسخة في مجالات عديدة، منها قطع شاشات الهواتف الذكية الكاملة، والزجاج، وأغشية OLED PET، ولوحات FPC المرنة، وخلايا PERC الشمسية، وقطع الرقائق، وحفر الثقوب العمياء في لوحات الدوائر. كما تبرز أهميتها في قطاعي الطيران والدفاع لحفر وقطع المكونات الخاصة.

تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من الادعاء بأن الليزر فائق السرعة مناسب للعديد من المجالات، إلا أن تطبيقه الفعلي لا يزال موضع تساؤل. ففي الصناعات ذات الإنتاج الضخم، مثل مواد أشباه الموصلات، والرقائق، والسيليكون، ولوحات الدوائر المطبوعة، واللوحات النحاسية، وتقنية التجميع السطحي (SMT)، نجد تطبيقات قليلة، إن وجدت، لليزر فائق السرعة. وهذا يدل على وجود تأخر في تطوير تطبيقات وعمليات الليزر فائق السرعة، متخلفًا عن وتيرة تطور تكنولوجيا الليزر.

رحلة طويلة لاستكشاف تطبيقات المعالجة بالليزر فائق السرعة

في الصين، يُعدّ عدد الشركات المتخصصة في معدات الليزر الدقيقة قليلاً نسبياً، إذ لا يُمثّل سوى 1/20 من شركات قطع المعادن بالليزر. وعادةً ما تكون هذه الشركات صغيرة الحجم، وفرصها محدودة لتطوير العمليات في صناعات مثل الرقائق الإلكترونية ولوحات الدوائر المطبوعة والألواح. علاوة على ذلك، غالباً ما تواجه الصناعات ذات عمليات الإنتاج الناضجة في التطبيقات النهائية العديد من التجارب والتحققات عند الانتقال إلى المعالجة الدقيقة بالليزر. ويتطلب اكتشاف حلول عمليات جديدة موثوقة قدراً كبيراً من التجربة والخطأ، مع الأخذ في الاعتبار تكاليف المعدات. لذا، فإن هذا الانتقال ليس بالأمر الهيّن.

قد يُمثل قطع الزجاج الكامل نقطة انطلاق مُجدية لاستخدام الليزر فائق السرعة في مجال مُحدد. ويُعدّ الانتشار السريع لتقنية القطع بالليزر لشاشات الهواتف المحمولة الزجاجية مثالًا ناجحًا على ذلك. مع ذلك، يتطلب الخوض في استخدام الليزر فائق السرعة لمكونات المواد الخاصة أو المنتجات نصف المصنعة في صناعات أخرى مزيدًا من الوقت للاستكشاف. حاليًا، لا تزال تطبيقات الليزر فائق السرعة محدودة نوعًا ما، وتركز بشكل أساسي على قطع المواد غير المعدنية. هناك ندرة في التطبيقات في مجالات أوسع مثل شاشات OLED وأشباه الموصلات، مما يُشير إلى أن المستوى العام لتكنولوجيا معالجة الليزر فائق السرعة في الصين ليس مرتفعًا بعد. وهذا يُشير أيضًا إلى إمكانات هائلة للتطوير المستقبلي، مع توقع زيادة تدريجية في تطبيقات معالجة الليزر فائق السرعة خلال العقد القادم.