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

Průmyslové laserové zpracování se pyšní 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 zpracování významné výhody. V důsledku toho se laserové zpracování v posledním desetiletí 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 oblasti lékařského a průmyslového 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 cena ultrarychlých laserů překročila 2 miliony čínských juanů. Jeden přesný ultrarychlý laserový řezací stroj se prodával za více než 4 miliony juanů. Vysoké náklady bránily širokému využití ultrarychlých laserů v Číně. Po roce 2015 Čína urychlila domestikaci ultrarychlých laserů. Rychle došlo k technologickým průlomům a do roku 2017 více než deset čínských společností vyrábějících ultrarychlé lasery konkurovalo zahraničním produktům na stejné úrovni. Ultrarychlé lasery vyrobené v Číně se prodávaly za pouhé desítky tisíc juanů, což donutilo dovážené produkty odpovídajícím způsobem snížit své ceny. Během této doby se domácí ultrarychlé lasery stabilizovaly a získaly na popularitě v nízkopříkonové fázi (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 čínských výzkumníků k významnému pokroku v technologii ultrarychlých laserů vyrobené v Číně: úspěšně se vyvinul 50W ultrafialový pikosekundový laser a postupně se rozvíjel 50W femtosekundový laser. V roce 2023 představila pekingská společnost 500W vysoce výkonný infračervený pikosekundový laser. V současné době čínská ultrarychlá laserová technologie výrazně 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 pokrokem technologie se očekává, že budou překonány určité úzké stránky v aplikaci.

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 rozdíl 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, kteří vedou cenové války o podíl 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 své výroby na linky s ultrarychlými lasery.

Na rozdíl od viditelného laserového řezání a svařování plechů umožňuje ultrarychlá laserová technologie zpracování úkolů v extrémně krátkém čase, což vyžaduje rozsáhlý výzkum v různých procesech. V současné době často zmiňujeme, že ultrarychlé lasery mají rozvinuté uplatnění při řezání chytrých telefonů s celou obrazovkou, skla, OLED PET fólie, flexibilních desek FPC, solárních článků PERC, řezání waferů a vrtání slepých otvorů v deskách plošných spojů a dalších oblastech. Jejich význam je navíc výrazný v leteckém a obranném průmyslu pro vrtání a řezání speciálních součástek.

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, desky s měděným povlakem a SMT, existuje jen málo, pokud vůbec nějaké, významné aplikace ultrarychlých laserů. To naznačuje zpoždění ve vývoji aplikací a procesů ultrarychlých laserů, které zaostává za tempem pokroku v laserové technologii.

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 vyspělými výrobními procesy v terminálových aplikacích často čelí při přechodu na laserové mikroprocesování četným pokusům a validacím. Objevování spolehlivých nových procesních řešení vyžaduje značné množství pokusů a omylů, vezmeme-li v úvahu náklady na zařízení. Tento přechod není snadný proces.

Řezání celoplošného skla by mohlo být vhodným 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, primárně se zaměřují na řezání nekovových materiálů. V širších oblastech, jako jsou OLED/polovodiče, existuje nedostatek aplikací, což zdůrazňuje, že celková úroveň technologie ultrarychlého laserového zpracování v Číně dosud není vysoká. To také naznačuje obrovský potenciál pro budoucí rozvoj s očekávaným postupným nárůstem aplikací ultrarychlého laserového zpracování v příštím desetiletí.