كيف يمكن الاستفادة من سوق التطبيقات لمعدات الليزر عالية الطاقة فائقة السرعة؟

تتميز المعالجة الصناعية بالليزر بثلاث سمات أساسية: الكفاءة العالية، والدقة، والجودة الفائقة. هذه السمات الثلاث هي التي جعلت المعالجة بالليزر تحظى باعتماد واسع في مختلف قطاعات التصنيع. سواءً كان ذلك قطعًا للمعادن عالية الطاقة أو معالجة دقيقة بمستويات طاقة متوسطة إلى منخفضة، فقد أظهرت أساليب الليزر مزايا كبيرة مقارنةً بتقنيات المعالجة التقليدية. ونتيجةً لذلك، شهدت المعالجة بالليزر تطبيقًا سريعًا وواسع الانتشار خلال العقد الماضي تقريبًا.

تطوير الليزر فائق السرعة في الصين

تنوعت تطبيقات معالجة الليزر تدريجيًا، مُركزةً على مهام مُختلفة، مثل القطع بالليزر الليفي متوسط ​​وعالي الطاقة، ولحام المكونات المعدنية الكبيرة، ومنتجات المعالجة الدقيقة بالليزر فائق السرعة. تطورت الليزرات فائقة السرعة، المُمثلة بليزرات البيكو ثانية (10-12 ثانية) والفيمتو ثانية (10-15 ثانية)، على مدار 20 عامًا فقط. ودخلت الاستخدام التجاري عام 2010، وتغلغلت تدريجيًا في مجالات المعالجة الطبية والصناعية. بدأت الصين الاستخدام الصناعي لليزرات فائقة السرعة عام 2012، ولكن لم تظهر المنتجات المُتطورة إلا بحلول عام 2014. وقبل ذلك، كانت جميع أنواع الليزرات فائقة السرعة تقريبًا تُستورد.

بحلول عام 2015، كان لدى الشركات المصنعة في الخارج تقنية ناضجة نسبيًا، ومع ذلك تجاوزت تكلفة الليزر فائق السرعة 2 مليون يوان صيني. بيعت آلة قطع ليزر فائقة السرعة عالية الدقة بأكثر من 4 ملايين يوان. أعاقت التكاليف المرتفعة التطبيق الواسع النطاق لليزر فائق السرعة في الصين. بعد عام 2015، سارعت الصين إلى تدجين الليزر فائق السرعة. حدثت اختراقات تكنولوجية بسرعة، وبحلول عام 2017، كانت أكثر من عشر شركات صينية لليزر فائق السرعة تتنافس على قدم المساواة مع المنتجات الأجنبية. تم تسعير الليزر فائق السرعة الصيني الصنع بعشرات الآلاف من اليوان فقط، مما أجبر المنتجات المستوردة على خفض أسعارها وفقًا لذلك. خلال ذلك الوقت، استقرت الليزر فائق السرعة المنتجة محليًا واكتسبت قوة دفع في مرحلة الطاقة المنخفضة (3 وات - 15 وات). ارتفعت شحنات الليزر فائق السرعة الصيني من أقل من 100 وحدة في عام 2015 إلى 2400 وحدة في عام 2021. في عام 2020، بلغ حجم سوق الليزر فائق السرعة الصيني حوالي 2.74 مليار يوان.

تستمر قوة الليزر فائق السرعة في الوصول إلى آفاق جديدة

في السنوات الأخيرة، وبفضل جهود الباحثين في الصين، شهدت تكنولوجيا الليزر فائق السرعة الصينية تطورات ملحوظة، منها التطوير الناجح لليزر بيكو ثانية فوق بنفسجي بقوة 50 واط، والتطور التدريجي لليزر فيمتوثانية بقوة 50 واط. في عام 2023، طرحت شركة مقرها بكين ليزر بيكو ثانية بالأشعة تحت الحمراء عالي الطاقة بقوة 500 واط. حاليًا، قلّصت تكنولوجيا الليزر فائق السرعة الصينية الفجوة بشكل كبير مع المستويات المتقدمة في أوروبا والولايات المتحدة، حيث تتخلف فقط في مؤشرات رئيسية مثل أقصى طاقة، والاستقرار، والحد الأدنى لعرض النبضة.

يواصل التطوير المستقبلي المتوقع لليزرات فائقة السرعة التركيز على طرح أنواع ذات طاقة أعلى، مثل ليزر بيكو ثانية تحت الحمراء بقوة 1000 واط، وليزر فيمتوثانية بقوة 500 واط، مع تحسينات مستمرة في عرض النبضة. ومع تقدم التكنولوجيا، من المتوقع التغلب على بعض العوائق في التطبيق.

الطلب في السوق المحلية في الصين يتخلف عن تطوير القدرة الإنتاجية لليزر

يتخلف معدل نمو سوق الليزر فائق السرعة في الصين بشكل ملحوظ عن الزيادة الكبيرة في الشحنات. ويعود هذا التباين في المقام الأول إلى عدم انفتاح سوق التطبيقات اللاحقة لليزر فائق السرعة الصيني بشكل كامل. وقد أدت المنافسة الشرسة بين مصنعي الليزر المحليين والأجانب، ودخولهم في حروب أسعار للاستحواذ على حصة سوقية، إلى جانب العديد من العمليات غير الناضجة في جانب التطبيقات، وتراجع سوق إلكترونيات/شاشات الهواتف الذكية خلال السنوات الثلاث الماضية، إلى تردد العديد من المستخدمين في توسيع إنتاجهم ليشمل خطوط إنتاج الليزر فائق السرعة.

بخلاف القطع واللحام بالليزر المرئي في الصفائح المعدنية، تُنجز قدرة معالجة الليزر فائق السرعة المهام في وقت قصير للغاية، مما يتطلب بحثًا مكثفًا في عمليات مختلفة. يُذكر حاليًا أن لليزر فائق السرعة تطبيقات متطورة في قطع الهواتف الذكية ذات الشاشات الكاملة، والزجاج، وأفلام OLED PET، والألواح المرنة FPC، والخلايا الشمسية PERC، وقطع الرقائق، وحفر الثقوب العمياء في لوحات الدوائر، وغيرها من المجالات. كما تتجلى أهميته 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 يبقى مسألة مختلفة. ففي الصناعات ذات الإنتاج واسع النطاق، مثل مواد أشباه الموصلات، والرقائق، والرقائق الإلكترونية، ولوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، والألواح المغطاة بالنحاس، وتقنيات SMT، لا توجد تطبيقات مهمة لليزر فائق السرعة، إن وُجدت. وهذا يدل على تأخر في تطوير تطبيقات وعمليات الليزر فائق السرعة، متخلفًا عن وتيرة التقدم في تكنولوجيا الليزر.

الرحلة الطويلة لاستكشاف التطبيقات في معالجة الليزر فائقة السرعة

في الصين، يُعدّ عدد الشركات المتخصصة في معدات الليزر الدقيقة صغيرًا نسبيًا، إذ لا يُمثّل سوى حوالي 1/20 من شركات قطع المعادن بالليزر. وعادةً ما تكون هذه الشركات صغيرة الحجم، وفرص تطوير عملياتها في صناعات مثل الرقائق، ولوحات الدوائر المطبوعة، والألواح محدودة. علاوة على ذلك، غالبًا 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 وموثوقة قدرًا كبيرًا من التجربة والخطأ، نظرًا لتكاليف المعدات. وهذا الانتقال ليس بالأمر الهيّن.

قد يكون قطع الزجاج كامل الألواح مدخلاً عملياً لليزر فائق السرعة في مجال محدد. ويُعدّ التبني السريع لقطع الليزر لشاشات الزجاج المحمولة مثالاً ناجحاً. ومع ذلك، فإن التعمق في استخدام الليزر فائق السرعة لمكونات مواد خاصة أو منتجات شبه مصنعة في صناعات أخرى يتطلب مزيداً من الوقت للاستكشاف. حالياً، لا تزال تطبيقات الليزر فائق السرعة محدودة نوعاً ما، وتركز بشكل رئيسي على قطع المواد غير المعدنية. وهناك ندرة في التطبيقات في مجالات أوسع مثل شاشات OLED/أشباه الموصلات، مما يُبرز أن المستوى العام لتكنولوجيا معالجة الليزر فائق السرعة في الصين ليس مرتفعاً بعد. وهذا يعني أيضاً إمكانات هائلة للتطوير المستقبلي، مع توقع زيادة تدريجية في تطبيقات معالجة الليزر فائق السرعة خلال العقد المقبل.