Wie kann man den Anwendungsmarkt für Hochleistungs-Ultrakurzzeitlasergeräte erschließen?

Die industrielle Laserbearbeitung zeichnet sich durch drei entscheidende Merkmale aus: hohe Effizienz, Präzision und erstklassige Qualität. Diese drei Eigenschaften haben dazu beigetragen, dass die Laserbearbeitung in verschiedenen Fertigungsbranchen weite Verbreitung gefunden hat. Ob Hochleistungs-Metallschneiden oder Mikrobearbeitung mit mittleren bis niedrigen Leistungsstufen – Laserverfahren bieten deutliche Vorteile gegenüber traditionellen Bearbeitungstechniken. Daher hat die Laserbearbeitung in den letzten zehn Jahren eine rasante und breite Anwendung erfahren.

Die Entwicklung ultraschneller Laser in China

Die Anwendungsbereiche der Laserbearbeitung haben sich stetig diversifiziert und konzentrieren sich auf verschiedene Aufgaben wie das Schneiden von Faserlasern mittlerer und hoher Leistung, das Schweißen großer Metallbauteile und die Präzisionsbearbeitung von Produkten mittels Ultrakurzpulslaser. Ultrakurzpulslaser, insbesondere Pikosekundenlaser (10⁻¹² Sekunden) und Femtosekundenlaser (10⁻¹⁵ Sekunden), haben sich in nur 20 Jahren rasant entwickelt. Sie wurden 2010 kommerziell eingesetzt und fanden nach und nach Anwendung in der Medizin und der industriellen Fertigung. China begann 2012 mit der industriellen Nutzung von Ultrakurzpulslasern, ausgereifte Produkte kamen jedoch erst 2014 auf den Markt. Zuvor wurden fast alle Ultrakurzpulslaser importiert.

Bis 2015 verfügten ausländische Hersteller über relativ ausgereifte Technologie, dennoch lagen die Kosten für Ultrakurzpulslaser bei über 2 Millionen Yuan. Eine einzelne Präzisions-Ultrakurzpulslaserschneidmaschine kostete über 4 Millionen Yuan. Die hohen Kosten behinderten die breite Anwendung von Ultrakurzpulslasern in China. Nach 2015 beschleunigte China die Entwicklung und Vermarktung von Ultrakurzpulslasern. Technologische Durchbrüche folgten in rascher Folge, und bis 2017 konkurrierten über zehn chinesische Ultrakurzpulslaser-Unternehmen auf Augenhöhe mit ausländischen Produkten. Chinesische Ultrakurzpulslaser waren bereits ab wenigen Zehntausend Yuan erhältlich, was importierte Produkte zu entsprechenden Preissenkungen zwang. In dieser Zeit stabilisierten sich die inländischen Ultrakurzpulslaser und gewannen im Niedrigleistungsbereich (3–15 W) an Bedeutung. Die Auslieferungen chinesischer Ultrakurzpulslaser stiegen von weniger als 100 Einheiten im Jahr 2015 auf 2.400 Einheiten im Jahr 2021. Im Jahr 2020 betrug der chinesische Markt für Ultrakurzpulslaser rund 2,74 Milliarden Yuan.

Die Leistungsfähigkeit ultraschneller Laser erreicht immer neue Höchststände.

In den letzten Jahren wurden dank der Bemühungen chinesischer Forscher bedeutende Fortschritte in der chinesischen Ultrakurzpulslasertechnologie erzielt: die erfolgreiche Entwicklung eines 50-Watt-Ultraviolett-Pikosekundenlasers und die zunehmende Marktreife eines 50-Watt-Femtosekundenlasers. Im Jahr 2023 stellte ein Unternehmen mit Sitz in Peking einen 500-Watt-Hochleistungs-Infrarot-Pikosekundenlaser vor. Chinas Ultrakurzpulslasertechnologie hat den Abstand zu den fortgeschrittenen Technologien in Europa und den USA deutlich verringert und hinkt lediglich bei Schlüsselindikatoren wie maximaler Leistung, Stabilität und minimaler Pulsdauer hinterher.

Die zukünftige Entwicklung ultraschneller Laser konzentriert sich weiterhin auf die Einführung leistungsstärkerer Varianten, wie beispielsweise eines 1000-W-Infrarot-Pikosekundenlasers und eines 500-W-Femtosekundenlasers, bei gleichzeitiger kontinuierlicher Verbesserung der Pulsdauer. Mit dem technologischen Fortschritt dürften bestimmte Anwendungsengpässe überwunden werden.

Die Inlandsnachfrage in China hinkt der Entwicklung der Laserproduktionskapazität hinterher.

Das Wachstum des chinesischen Marktes für ultraschnelle Laser hinkt dem Anstieg der Auslieferungen deutlich hinterher. Diese Diskrepanz ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der Markt für nachgelagerte Anwendungen chinesischer ultraschneller Laser noch nicht vollständig erschlossen ist. Der harte Wettbewerb zwischen in- und ausländischen Laserherstellern, der sich in Preiskämpfen um Marktanteile verstrickt, gepaart mit vielen noch nicht ausgereiften Prozessen im Anwendungsbereich und einem Abschwung im Markt für Smartphone-Elektronik/Panels in den letzten drei Jahren, hat viele Anwender davon abgehalten, ihre Produktion auf ultraschnelle Laser auszuweiten.

Im Gegensatz zum sichtbaren Laserschneiden und -schweißen von Blechen ermöglicht die Bearbeitung mit ultraschnellen Lasern die Bearbeitung von Aufgaben in extrem kurzer Zeit, was umfangreiche Forschung in verschiedenen Prozessen erfordert. Ultraschnelle Laser finden bereits etablierte Anwendung beim Schneiden von Smartphones mit Vollbildschirm, Glas, OLED-PET-Folien, flexiblen FPC-Leiterplatten, PERC-Solarzellen, Wafern und beim Bohren von Sacklöchern in Leiterplatten. Darüber hinaus spielen sie in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungssektor eine bedeutende Rolle beim Bohren und Schneiden von Spezialbauteilen.

Es ist anzumerken, dass, obwohl behauptet wird, ultraschnelle Laser seien für zahlreiche Anwendungsbereiche geeignet, ihre tatsächliche Anwendung eine andere Frage darstellt. In Branchen mit großtechnischer Produktion wie Halbleitermaterialien, Chips, Wafern, Leiterplatten, kupferkaschierten Platinen und SMT gibt es kaum nennenswerte Anwendungen ultraschneller Laser. Dies deutet auf einen Entwicklungsrückstand bei ultraschnellen Laseranwendungen und -prozessen hin, der hinter dem Tempo der Fortschritte in der Lasertechnologie zurückbleibt.

Die lange Reise der Erforschung von Anwendungen in der ultraschnellen Laserbearbeitung

In China ist die Anzahl der auf Präzisionslaseranlagen spezialisierten Unternehmen relativ gering und macht nur etwa ein Zwanzigstel aller Metalllaserschneidbetriebe aus. Diese Unternehmen sind in der Regel klein und haben begrenzte Möglichkeiten zur Prozessentwicklung in Branchen wie der Chip-, Leiterplatten- und Panelindustrie. Darüber hinaus stehen Branchen mit ausgereiften Produktionsprozessen in Endanwendungen beim Übergang zur Lasermikrobearbeitung oft vor zahlreichen Versuchen und Validierungen. Die Entwicklung zuverlässiger neuer Prozesslösungen erfordert angesichts der Anlagenkosten erhebliche Anstrengungen und viel Ausprobieren. Dieser Übergang ist kein einfacher Prozess.

Das Schneiden von Glasflächen im Ganzen könnte ein vielversprechender Einstieg für Ultrakurzpulslaser in eine spezifische Nische sein. Die rasante Verbreitung des Laserschneidens für mobile Glasdisplays ist ein erfolgreiches Beispiel dafür. Die Erforschung und Anwendung von Ultrakurzpulslasern für spezielle Materialkomponenten oder Halbzeuge in anderen Branchen erfordert jedoch mehr Zeit. Derzeit sind die Anwendungen von Ultrakurzpulslasern noch recht begrenzt und konzentrieren sich hauptsächlich auf das Schneiden nichtmetallischer Materialien. Es mangelt an Anwendungen in breiteren Bereichen wie OLEDs/Halbleitern, was verdeutlicht, dass Chinas allgemeines Niveau der Ultrakurzpulslaser-Bearbeitungstechnologie noch nicht hoch ist. Dies birgt aber auch ein enormes Potenzial für die zukünftige Entwicklung, da in den nächsten zehn Jahren mit einem stetigen Anstieg der Anwendungen in der Ultrakurzpulslaser-Bearbeitung zu rechnen ist.