Jak se dostat na trh s aplikacemi pro vysoce výkonná ultrarychlá laserová zařízení?

Průmyslové laserové obrábění se může pochlubit třemi klíčovými vlastnostmi: vysokou účinností, přesností a špičkovou kvalitou. Právě tyto tři vlastnosti učinily laserové zpracování široce přijatým v různých výrobních odvětvích. Ať už se jedná o vysoce výkonné řezání kovů nebo mikroobrábění se středním až nízkým výkonem, laserové metody vykazují oproti tradičním technikám obrábění značné výhody. V důsledku toho se laserové zpracování v posledním desetiletí či dvou rychle a široce rozšířilo.

Vývoj ultrarychlých laserů v Číně

Aplikace laserového zpracování se postupně diverzifikovaly a zaměřily se na různé úkoly, jako je řezání vláknovým laserem se středním a vysokým výkonem, svařování velkých kovových součástí a ultrarychlé laserové mikroobrábění přesných produktů. Ultrarychlé lasery, reprezentované pikosekundovými lasery (10–12 sekund) a femtosekundovými lasery (10–15 sekund), se vyvíjely během pouhých 20 let. Do komerčního využití vstoupily v roce 2010 a postupně pronikly do lékařské a průmyslové oblasti zpracování. Čína zahájila průmyslové využití ultrarychlých laserů v roce 2012, ale zralé produkty se objevily až v roce 2014. Předtím se téměř všechny ultrarychlé lasery dovážely.

Do roku 2015 měli zahraniční výrobci relativně vyspělou technologii, přesto náklady na ultrarychlé lasery překročily 2 miliony čínských juanů. Jeden přesný ultrarychlý laserový řezací stroj se prodal za více než 4 miliony juanů. Vysoké náklady bránily širokému použití ultrarychlých laserů v Číně. Po roce 2015 Čína urychlila domestikaci ultrarychlých laserů. Technologické průlomy se rychle objevovaly a do roku 2017 více než deset čínských společností vyrábějících ultrarychlé lasery konkurovalo zahraničním produktům na stejné úrovni. Čínské ultrarychlé lasery se prodávaly za pouhé desítky tisíc juanů, což donutilo dovážené produkty odpovídajícím způsobem snížit ceny. Během této doby se domácí ultrarychlé lasery stabilizovaly a získaly na popularitě ve fázi s nízkým výkonem. (3W-15W). Dodávky čínských ultrarychlých laserů prudce vzrostly z méně než 100 kusů v roce 2015 na 2 400 kusů v roce 2021. V roce 2020 činil čínský trh s ultrarychlými lasery přibližně 2,74 miliardy juanů.

Síla ultrarychlých laserů dosahuje stále nových výšin

V posledních letech došlo díky úsilí výzkumníků v Číně k významnému pokroku v technologii ultrarychlých laserů čínské výroby: úspěšnému vývoji 50W ultrafialového pikosekundového laseru a postupnému zrání 50W femtosekundového laseru. V roce 2023 představila pekingská společnost vysoce výkonný infračervený pikosekundový laser o výkonu 500 W. Čínská ultrarychlá laserová technologie v současnosti značně zmenšila rozdíly oproti pokročilé úrovni v Evropě a Spojených státech a zaostává pouze v klíčových ukazatelích, jako je maximální výkon, stabilita a minimální šířka pulzu.

Očekávaný budoucí vývoj ultrarychlých laserů se i nadále zaměřuje na zavádění variant s vyšším výkonem, jako je infračervený pikosekundový laser s výkonem 1000 W a femtosekundový laser s výkonem 500 W, s neustálým zlepšováním šířky pulzu. S rozvojem technologií se očekává, že budou překonány určité úzké stránky aplikace.

Poptávka na domácím trhu v Číně zaostává za rozvojem laserové výrobní kapacity

Tempo růstu čínského trhu s ultrarychlými lasery výrazně zaostává za nárůstem dodávek. Tento rozpor pramení především ze skutečnosti, že trh s navazujícími aplikacemi pro čínské ultrarychlé lasery se dosud plně neotevřel. Tvrdá konkurence mezi domácími i zahraničními výrobci laserů, cenové války o získání podílu na trhu, spolu s mnoha nezralými procesy na straně aplikací a poklesem trhu s elektronikou/panely pro chytré telefony v posledních třech letech, vedla mnoho uživatelů k váhání s rozšířením výroby na ultrarychlé laserové linky.

Na rozdíl od viditelného laserového řezání a svařování plechů umožňuje zpracovatelská schopnost ultrarychlých laserů dokončit úkoly v extrémně krátkém čase, což vyžaduje rozsáhlý výzkum v různých procesech. V současné době často zmiňujeme, že ultrarychlé lasery mají vyspělé uplatnění, mimo jiné v řezání chytrých telefonů s celou obrazovkou, skla, OLED PET fólie, flexibilních FPC desek, solárních článků PERC, řezání waferů a vrtání slepých otvorů v deskách plošných spojů. Jejich význam je navíc výrazný v leteckém a obranném průmyslu pro vrtání a řezání speciálních součástí.

Stojí za zmínku, že ačkoli se tvrdí, že ultrarychlé lasery jsou vhodné pro řadu oblastí, jejich skutečné použití zůstává jinou otázkou. V odvětvích s velkovýrobou, jako jsou polovodičové materiály, čipy, destičky, desky plošných spojů, měděné desky a SMT, existuje jen málo, pokud vůbec nějaké, významné aplikace ultrarychlých laserů. To znamená zpoždění ve vývoji ultrarychlých laserových aplikací a procesů, které zaostává za tempem pokroku v laserových technologiích.

Dlouhá cesta zkoumání aplikací v ultrarychlém laserovém zpracování

V Číně je počet společností specializujících se na přesná laserová zařízení relativně malý a představuje pouze asi 1/20 podniků zabývajících se laserovým řezáním kovů. Tyto společnosti obecně nejsou velké a mají omezené možnosti pro vývoj procesů v odvětvích, jako jsou čipy, desky plošných spojů a panely. Navíc odvětví s rozvinutými výrobními procesy v terminálových aplikacích často čelí při přechodu na laserové mikroobrábění četným zkouškám a validacím. Objevování spolehlivých nových procesních řešení vyžaduje značný počet pokusů a omylů, vezmeme-li v úvahu náklady na vybavení. Tento přechod není snadný proces.

Řezání celoplošného skla by mohlo být možným vstupním bodem pro ultrarychlé lasery do specifické oblasti. Rychlé přijetí laserového řezání pro mobilní skleněné obrazovky je toho úspěšným příkladem. Nicméně, ponoření se do ultrarychlých laserů pro speciální materiálové komponenty nebo polotovary v jiných odvětvích vyžaduje více času na průzkum. V současné době jsou aplikace ultrarychlých laserů poněkud omezené a zaměřují se především na řezání nekovových materiálů. V širších oblastech, jako jsou OLED/polovodiče, je nedostatek aplikací, což zdůrazňuje, že celková úroveň technologie ultrarychlého laserového zpracování v Číně zatím není vysoká. To také naznačuje obrovský potenciál pro budoucí vývoj s očekávaným postupným nárůstem aplikací ultrarychlého laserového zpracování v příštím desetiletí.