Hvordan udnytter man applikationsmarkedet for ultrahurtigt laserudstyr med høj effekt?

Industriel laserbehandling kan prale af tre centrale egenskaber: høj effektivitet, præcision og førsteklasses kvalitet. Det er disse tre egenskaber, der har gjort laserbehandling bredt anvendt på tværs af forskellige fremstillingssektorer. Uanset om det er højeffektsmetalskæring eller mikrobearbejdning ved mellemstore til lave effektniveauer, har lasermetoder vist betydelige fordele i forhold til traditionelle bearbejdningsteknikker. Derfor har laserbehandling set en hurtig og udbredt anvendelse i løbet af det seneste årti eller deromkring.

Udviklingen af ultrahurtige lasere i Kina

Laserbehandlingsapplikationer er gradvist blevet diversificeret og fokuserer på forskellige opgaver såsom fiberlaserskæring med mellem- og høj effekt, svejsning af store metalkomponenter og ultrahurtig lasermikrobehandling af præcisionsprodukter. Ultrahurtige lasere, repræsenteret af picosekundlasere (10-12 sekunder) og femtosekundlasere (10-15 sekunder), har udviklet sig over blot 20 år. De kom i kommerciel brug i 2010 og trængte gradvist ind i de medicinske og industrielle forarbejdningsområder. Kina begyndte den industrielle brug af ultrahurtige lasere i 2012, men modne produkter dukkede først op i 2014. Før dette blev næsten alle ultrahurtige lasere importeret.

I 2015 havde udenlandske producenter relativt moden teknologi, men prisen på ultrahurtige lasere oversteg 2 millioner kinesiske yuan. En enkelt præcisions ultrahurtig laserskæremaskine blev solgt for over 4 millioner yuan. De høje omkostninger hindrede den udbredte anvendelse af ultrahurtige lasere i Kina. Efter 2015 accelererede Kina domesticeringen af ultrahurtige lasere. Teknologiske gennembrud skete hurtigt, og i 2017 konkurrerede over ti kinesiske ultrahurtige laservirksomheder på niveau med udenlandske produkter. Kinesisk fremstillede ultrahurtige lasere blev prissat til kun titusindvis af yuan, hvilket tvang importerede produkter til at sænke deres priser tilsvarende. I løbet af den tid stabiliserede sig de indenlandsk producerede ultrahurtige lasere og fik fremgang i laveffektfasen. (3W-15W). Forsendelser af kinesiske ultrahurtige lasere steg fra færre end 100 enheder i 2015 til 2.400 enheder i 2021. I 2020 var det kinesiske marked for ultrahurtige lasere cirka 2,74 milliarder yuan.

Kraften ved ultrahurtige lasere når stadig nye højder

I de senere år har der takket være kinesiske forskeres indsats været betydelige fremskridt inden for kinesisk fremstillet ultrahurtig laserteknologi: den succesfulde udvikling af en 50 W ultraviolet picosekundlaser og den gradvise modning af en 50 W femtosekundlaser. I 2023 introducerede et firma med base i Beijing en 500 W højtydende infrarød picosekundlaser. I øjeblikket har Kinas ultrahurtige laserteknologi betydeligt mindsket kløften til avancerede niveauer i Europa og USA og halter kun bagefter på nøgleindikatorer som maksimal effekt, stabilitet og minimal pulsbredde.

Den forventede fremtidige udvikling af ultrahurtige lasere fokuserer fortsat på at introducere varianter med højere effekt, såsom en 1000 W infrarød picosekundlaser og en 500 W femtosekundlaser, med løbende forbedringer i pulsbredden. I takt med at teknologien udvikler sig, forventes visse flaskehalse i applikationen at blive overvundet.

Den indenlandske markedsefterspørgsel i Kina halter bagud i udviklingen af laserproduktionskapaciteten

Vækstraten for Kinas ultrahurtige lasermarked halter betydeligt bagefter stigningen i leverancer. Denne uoverensstemmelse stammer primært fra, at downstream-applikationsmarkedet for kinesiske ultrahurtige lasere ikke er åbnet fuldt ud. Hård konkurrence mellem indenlandske og udenlandske laserproducenter, priskrige for at vinde markedsandele, kombineret med mange umodne processer i applikationsenden og en nedgang på markedet for smartphone-elektronik/paneler i løbet af de sidste tre år, har fået mange brugere til at tøve med at udvide deres produktion til ultrahurtige laserlinjer.

I modsætning til synlig laserskæring og svejsning i metalplader, fuldfører ultrahurtige laseres bearbejdningskapacitet opgaver på ekstremt kort tid, hvilket kræver omfattende forskning i forskellige processer. I øjeblikket nævner vi ofte, at ultrahurtige lasere har modne anvendelser inden for skæring af fuldskærms-smartphones, glas, OLED PET-film, fleksible FPC-kort, PERC-solceller, waferskæring og boring af blinde huller i printkort, blandt andre områder. Derudover er deres betydning udtalt inden for luftfarts- og forsvarssektoren til boring og skæring af specialkomponenter.

Det er værd at bemærke, at selvom det hævdes, at ultrahurtige lasere er egnede til adskillige områder, forbliver deres faktiske anvendelse en anden sag. I industrier med storskalaproduktion som halvledermaterialer, chips, wafers, printkort, kobberbeklædte pladerne og SMT er der få, om nogen, betydelige anvendelser af ultrahurtige lasere. Dette betyder en forsinkelse i udviklingen af ultrahurtige laserapplikationer og -processer, der halter bagefter tempoet i laserteknologiske fremskridt.

Den lange rejse med at udforske anvendelser inden for ultrahurtig laserbehandling

I Kina er antallet af virksomheder, der specialiserer sig i præcisionslaserudstyr, relativt lille og tegner sig kun for omkring 1/20 af metallaserskæringsvirksomhederne. Disse virksomheder er generelt ikke store i skala og har begrænsede muligheder for procesudvikling i industrier som chips, printkort og paneler. Derudover står industrier med modne produktionsprocesser inden for terminalapplikationer ofte over for adskillige forsøg og valideringer, når de overgår til lasermikroprocessering. At opdage pålidelige nye procesløsninger kræver betydelige forsøg og fejl, i betragtning af udstyrsomkostninger. Denne overgang er ikke en nem proces.

Helpanelsskæring af glas kan være et muligt indgangspunkt for ultrahurtige lasere i en specifik niche. Den hurtige anvendelse af laserskæring til mobile glasskærme er et vellykket eksempel. Det kræver dog mere tid til udforskning at dykke ned i ultrahurtige lasere til specielle materialekomponenter eller halvfabrikata i andre industrier. I øjeblikket er ultrahurtige laserapplikationer stadig noget begrænsede og fokuserer primært på skæring af ikke-metalliske materialer. Der er mangel på anvendelser inden for bredere områder som OLED'er/halvledere, hvilket understreger, at Kinas samlede niveau af ultrahurtig laserbehandlingsteknologi endnu ikke er højt. Dette indebærer også et enormt potentiale for fremtidig udvikling, med en forventet gradvis stigning i ultrahurtige laserbehandlingsapplikationer i løbet af det næste årti.