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Präzise Temperaturregelung für Lasersysteme und industrielle Anwendungen seit 2002
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Die industrielle Laserbearbeitung zeichnet sich durch drei zentrale Eigenschaften aus: hohe Effizienz, Präzision und erstklassige Qualität. Derzeit erwähnen wir häufig, dass ultraschnelle Laser ausgereifte Anwendungen unter anderem beim Schneiden von Vollbild-Smartphones, Glas, OLED-PET-Folie, flexiblen FPC-Platinen, PERC-Solarzellen, Waferschneiden und Sacklochbohren in Leiterplatten haben. Darüber hinaus ist ihre Bedeutung in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und Verteidigung beim Bohren und Schneiden von Spezialkomponenten ausgeprägt.
Die industrielle Laserbearbeitung zeichnet sich durch drei zentrale Eigenschaften aus: hohe Effizienz, Präzision und erstklassige Qualität. Es sind diese drei Eigenschaften, die dazu geführt haben, dass die Laserbearbeitung in verschiedenen Fertigungsbereichen weit verbreitet ist. Ganz gleich, ob es sich um das Hochleistungsschneiden von Metall oder um die Mikrobearbeitung bei mittlerer bis niedriger Leistung handelt, Laserverfahren haben gegenüber herkömmlichen Bearbeitungstechniken erhebliche Vorteile gezeigt. Infolgedessen hat die Laserbearbeitung im letzten Jahrzehnt eine rasche und weitverbreitete Anwendung erfahren.
Die Entwicklung ultraschneller Laser in China
Die Laserbearbeitungsanwendungen haben sich nach und nach diversifiziert und konzentrieren sich auf verschiedene Aufgaben wie das Schneiden von Fasern mit mittlerer und hoher Leistung, das Schweißen großer Metallkomponenten und die ultraschnelle Lasermikrobearbeitung von Präzisionsprodukten. Ultraschnelle Laser, repräsentiert durch Pikosekundenlaser (10–12 Sekunden) und Femtosekundenlaser (10–15 Sekunden), haben sich in nur 20 Jahren weiterentwickelt. Sie wurden 2010 kommerziell genutzt und drangen nach und nach in die Bereiche Medizin und industrielle Verarbeitung vor. China begann 2012 mit der industriellen Nutzung ultraschneller Laser, ausgereifte Produkte kamen jedoch erst 2014 auf den Markt. Zuvor wurden fast alle ultraschnellen Laser importiert.
Bis 2015 verfügten ausländische Hersteller über eine relativ ausgereifte Technologie, doch die Kosten für ultraschnelle Laser überstiegen 2 Millionen chinesische Yuan. Eine einzelne ultraschnelle Präzisions-Laserschneidmaschine wurde für über 4 Millionen Yuan verkauft. Die hohen Kosten behinderten den breiten Einsatz ultraschneller Laser in China. Nach 2015 beschleunigte China die Domestizierung ultraschneller Laser. Es kam schnell zu technologischen Durchbrüchen, und bis 2017 konkurrierten über zehn chinesische Ultrakurzpulslaserunternehmen auf Augenhöhe mit ausländischen Produkten. In China hergestellte Ultrakurzpulslaser kosteten nur Zehntausende Yuan, was importierte Produkte dazu zwang, ihre Preise entsprechend zu senken. Während dieser Zeit stabilisierten sich im Inland hergestellte ultraschnelle Laser und gewannen im Niedrigleistungsstadium an Bedeutung (3W-15W). 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 etwa 2,74 Milliarden Yuan.
Die Leistung ultraschneller Laser erreicht immer neue Höhen
In den letzten Jahren gab es dank der Bemühungen von Forschern in China bedeutende Fortschritte in der in China hergestellten ultraschnellen Lasertechnologie: die erfolgreiche Entwicklung eines 50-W-Ultraviolett-Pikosekundenlasers und die schrittweise Reife eines 50-W-Femtosekundenlasers. Im Jahr 2023 stellte ein in Peking ansässiges Unternehmen einen 500-W-Hochleistungs-Infrarot-Pikosekundenlaser vor. Derzeit hat Chinas ultraschnelle Lasertechnologie den Abstand zum fortgeschrittenen Niveau in Europa und den Vereinigten Staaten erheblich verringert und liegt nur bei Schlüsselindikatoren wie maximaler Leistung, Stabilität und minimaler Pulsbreite zurück.
Die erwartete zukünftige Entwicklung ultraschneller Laser konzentriert sich weiterhin auf die Einführung von Varianten mit höherer Leistung, wie etwa einem 1000-W-Infrarot-Pikosekundenlaser und einem 500-W-Femtosekundenlaser, mit fortlaufenden Verbesserungen der Pulsbreite. Mit fortschreitender Technologie wird erwartet, dass bestimmte Engpässe in der Anwendung überwunden werden.
Die Inlandsnachfrage in China hinkt der Entwicklung der Laserproduktionskapazität hinterher
Die Wachstumsrate des chinesischen Marktes für ultraschnelle Laser bleibt deutlich hinter dem Anstieg der Lieferungen zurück. Diese Diskrepanz ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der nachgelagerte Anwendungsmarkt für chinesische Ultrakurzpulslaser noch nicht vollständig geöffnet ist. Der harte Wettbewerb zwischen in- und ausländischen Laserherstellern, Preiskämpfe um Marktanteile, gepaart mit vielen unausgereiften Prozessen auf der Anwendungsseite und einem Abschwung im Smartphone-Elektronik-/Panel-Markt in den letzten drei Jahren haben bei vielen Anwendern zum Zögern geführt erweitern ihre Produktion auf ultraschnelle Laserlinien.
Im Gegensatz zum sichtbaren Laserschneiden und -schweißen in Blech erledigt die Bearbeitungsfähigkeit ultraschneller Laser Aufgaben in extrem kurzer Zeit, was umfangreiche Forschung in verschiedenen Prozessen erfordert. Derzeit erwähnen wir häufig, dass ultraschnelle Laser ausgereifte Anwendungen unter anderem beim Schneiden von Vollbild-Smartphones, Glas, OLED-PET-Folie, flexiblen FPC-Platinen, PERC-Solarzellen, Waferschneiden und Sacklochbohren in Leiterplatten haben. Darüber hinaus ist ihre Bedeutung in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und Verteidigung beim Bohren und Schneiden von Spezialkomponenten ausgeprägt.
Es ist erwähnenswert, dass zwar behauptet wird, dass ultraschnelle Laser für zahlreiche Bereiche geeignet seien, ihre tatsächliche Anwendung jedoch eine andere Sache bleibt. In Branchen mit Massenproduktion wie Halbleitermaterialien, Chips, Wafern, Leiterplatten, kupferkaschierten Platinen und SMT gibt es, wenn überhaupt, nur wenige nennenswerte Anwendungen für ultraschnelle Laser. Dies bedeutet eine Verzögerung bei der Entwicklung ultraschneller Laseranwendungen und -prozesse, die hinter dem Tempo der Fortschritte in der Lasertechnologie zurückbleibt.
Die lange Reise zur Erforschung von Anwendungen in der ultraschnellen Laserbearbeitung
In China ist die Zahl der auf Präzisionslaserausrüstung spezialisierten Unternehmen relativ gering und macht nur etwa 1/20 der Unternehmen zum Metalllaserschneiden aus. Diese Unternehmen sind im Allgemeinen nicht groß und haben nur begrenzte Möglichkeiten zur Prozessentwicklung in Branchen wie Chips, PCBs und Panels. Darüber hinaus stehen Branchen mit ausgereiften Produktionsprozessen in Terminalanwendungen bei der Umstellung auf Lasermikrobearbeitung häufig vor zahlreichen Versuchen und Validierungen. Die Entdeckung zuverlässiger neuer Prozesslösungen erfordert angesichts der Gerätekosten erhebliche Versuche und Irrtümer. Dieser Übergang ist kein einfacher Prozess.
Das Schneiden ganzer Glasscheiben könnte ein möglicher Einstiegspunkt für ultraschnelle Laser in eine bestimmte Nische sein. Ein erfolgreiches Beispiel ist die schnelle Einführung des Laserschneidens für mobile Glasbildschirme. Die Auseinandersetzung mit ultraschnellen Lasern für spezielle Materialkomponenten oder Halbzeuge in anderen Branchen erfordert jedoch mehr Zeit für die Erkundung. Derzeit sind ultraschnelle Laseranwendungen noch etwas begrenzt und konzentrieren sich hauptsächlich auf das Schneiden nichtmetallischer Materialien. Es gibt einen Mangel an Anwendungen in breiteren Bereichen wie OLEDs/Halbleitern, was zeigt, dass Chinas Gesamtniveau der ultraschnellen Laserbearbeitungstechnologie noch nicht hoch ist. Dies birgt auch ein enormes Potenzial für die zukünftige Entwicklung, wobei im nächsten Jahrzehnt ein allmählicher Anstieg ultraschneller Laserbearbeitungsanwendungen erwartet wird.
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