Kuinka hyödyntää suurtehoisten ultranopeiden laserlaitteiden sovellusmarkkinoita?

Teollisella laserkäsittelyllä on kolme keskeistä ominaisuutta: korkea hyötysuhde, tarkkuus ja huippulaatu. Juuri nämä kolme ominaisuutta ovat tehneet laserkäsittelystä laajalti omaksutun useilla eri valmistussektoreilla. Olipa kyseessä sitten suuritehoinen metallinleikkaus tai keskitehoinen tai pienitehoinen mikrokäsittely, lasermenetelmät ovat osoittaneet merkittäviä etuja perinteisiin käsittelytekniikoihin verrattuna. Tämän seurauksena laserkäsittely on saavuttanut nopeaa ja laajaa soveltamista viimeisen vuosikymmenen aikana.

Ultranopeiden lasereiden kehitys Kiinassa

Laserkäsittelysovellukset ovat vähitellen monipuolistuneet keskittyen eri tehtäviin, kuten keski- ja suuritehoiseen kuitulaserleikkaukseen, suurten metallikomponenttien hitsaukseen ja tarkkuustuotteiden ultranopeisiin lasermikrokäsittelyihin. Ultranopeat laserit, joita edustavat pikosekuntilaserit (10–12 sekuntia) ja femtosekuntilaserit (10–15 sekuntia), ovat kehittyneet vain 20 vuodessa. Ne tulivat kaupalliseen käyttöön vuonna 2010 ja levisivät vähitellen lääketieteen ja teollisuuden prosesseihin. Kiina aloitti ultranopeiden lasereiden teollisen käytön vuonna 2012, mutta kypsiä tuotteita ilmestyi vasta vuonna 2014. Ennen tätä lähes kaikki ultranopeat laserit tuotiin maahan.

Vuoteen 2015 mennessä ulkomaisilla valmistajilla oli suhteellisen kypsää teknologiaa, mutta ultranopeiden lasereiden hinta ylitti 2 miljoonaa Kiinan yuania. Yksittäinen tarkka ultranopean laserleikkauskoneen myynti maksoi yli 4 miljoonaa yuania. Korkeat kustannukset estivät ultranopeiden lasereiden laajamittaista käyttöä Kiinassa. Vuoden 2015 jälkeen Kiina kiihdytti ultranopeiden lasereiden kotimaistamista. Teknologisia läpimurtoja tapahtui nopeasti, ja vuoteen 2017 mennessä yli kymmenen kiinalaista ultranopeiden lasereiden yritystä kilpaili tasavertaisesti ulkomaisten tuotteiden kanssa. Kiinassa valmistettujen ultranopeiden lasereiden hinta oli vain kymmeniä tuhansia yuaneja, mikä pakotti tuontituotteet alentamaan hintojaan vastaavasti. Tuona aikana kotimaassa tuotettujen ultranopeiden lasereiden markkinat vakiintuivat ja saivat jalansijaa pienitehoisessa vaiheessa (3 W - 15 W). Kiinalaisten ultranopeiden lasereiden toimitukset nousivat alle 100 yksiköstä vuonna 2015 2 400 yksikköön vuonna 2021. Vuonna 2020 Kiinan ultranopeiden lasereiden markkinat olivat noin 2,74 miljardia yuania.

Ultranopeiden lasereiden teho saavuttaa jatkuvasti uusia korkeuksia

Viime vuosina kiinalaisten tutkijoiden ponnistelujen ansiosta Kiinassa valmistetussa ultranopeassa laserteknologiassa on tapahtunut merkittäviä edistysaskeleita: 50 W:n ultraviolettipikosekuntilaser on kehitetty onnistuneesti ja 50 W:n femtosekuntilaser on vähitellen kypsynyt. Vuonna 2023 pekingiläinen yritys esitteli 500 W:n suuritehoisen infrapunapikosekuntilaserin. Tällä hetkellä Kiinan ultranopea laserteknologia on huomattavasti kaventanut kuilua Euroopan ja Yhdysvaltojen edistyneeseen tasoon, jääden jälkeen vain keskeisissä indikaattoreissa, kuten maksimitehossa, stabiilisuudessa ja minimipulssinleveydessä.

Ultranopeiden lasereiden odotettu tuleva kehitys keskittyy edelleen suurempitehoisempiin variantteihin, kuten 1000 W:n infrapunapikosekuntilaseriin ja 500 W:n femtosekuntilaseriin, joiden pulssinleveyttä parannetaan jatkuvasti. Teknologian kehittyessä tiettyjen sovelluksen pullonkaulojen odotetaan poistuvan.

Kiinan kotimarkkinoiden kysyntä on lasertuotantokapasiteetin kehityksen takana

Kiinan ultranopeiden lasereiden markkinoiden kasvuvauhti jää merkittävästi jälkeen toimitusten kasvusta. Tämä ero johtuu pääasiassa siitä, että kiinalaisten ultranopeiden lasereiden loppupään sovellusmarkkinat eivät ole täysin avautuneet. Kotimaisten ja ulkomaisten laservalmistajien välinen kova kilpailu, hintakilpailu markkinaosuuksista, yhdistettynä moniin kehittymättömiin prosesseihin sovelluspäässä ja älypuhelinten elektroniikka-/paneelimarkkinoiden laskusuhdanteeseen viimeisten kolmen vuoden aikana on saanut monet käyttäjät epäröimään tuotannon laajentamista ultranopeisiin laserlinjoihin.

Toisin kuin näkyvä laserleikkaus ja -hitsaus ohutlevyissä, ultranopeiden lasereiden prosessointikyky suorittaa tehtävät erittäin lyhyessä ajassa, mikä vaatii laajaa tutkimusta erilaisissa prosesseissa. Tällä hetkellä mainitsemme usein, että ultranopeilla lasereilla on kypsät sovellukset muun muassa koko näytön älypuhelinten, lasin, OLED PET -kalvon, FPC-joustavien piirilevyjen, PERC-aurinkokennojen, kiekkojen leikkauksen ja piirilevyjen pohjareikien porauksen parissa. Lisäksi niiden merkitys korostuu ilmailu- ja puolustusteollisuudessa erikoiskomponenttien poraamisessa ja leikkaamisessa.

On syytä huomata, että vaikka väitetään, että ultranopeat laserit sopivat lukuisille aloille, niiden todellinen käyttö on eri asia. Teollisuudenaloilla, joilla on laajamittaista tuotantoa, kuten puolijohdemateriaalien, sirujen, kiekkojen, piirilevyjen, kuparipäällysteisten levyjen ja SMT:n valmistuksessa, on vain vähän, jos lainkaan, merkittäviä ultranopeiden lasereiden sovelluksia. Tämä merkitsee viivettä ultranopeiden lasersovellusten ja -prosessien kehityksessä, ja se jää jälkeen laserteknologian kehityksestä.

Pitkä matka ultranopeiden laserkäsittelysovellusten tutkimisessa

Kiinassa tarkkuuslaserlaitteisiin erikoistuneiden yritysten määrä on suhteellisen pieni, ja ne muodostavat vain noin 1/20 metallin laserleikkausyrityksistä. Nämä yritykset eivät yleensä ole suuria ja niillä on rajalliset mahdollisuudet prosessien kehittämiseen esimerkiksi sirujen, piirilevyjen ja paneelien kaltaisilla aloilla. Lisäksi teollisuudenalat, joilla on kypsät tuotantoprosessit päätelaitteissa, kohtaavat usein lukuisia kokeiluja ja validointeja siirtyessään lasermikroprosessointiin. Luotettavien uusien prosessiratkaisujen löytäminen vaatii merkittävää kokeilua ja erehdystä, ottaen huomioon laitekustannukset. Tämä siirtymä ei ole helppo prosessi.

Koko paneelin lasileikkaus voisi olla mahdollinen aloituskohta ultranopeille lasereille tietyllä markkinaraolla. Laserleikkauksen nopea käyttöönotto liikkuvissa lasinäytöissä on tästä onnistunut esimerkki. Ultranopeiden lasereiden tutkiminen erikoismateriaalikomponenteissa tai puolivalmisteissa muilla teollisuudenaloilla vaatii kuitenkin enemmän aikaa tutkimukseen. Tällä hetkellä ultranopeiden lasereiden sovellukset ovat edelleen jonkin verran rajallisia ja keskittyvät pääasiassa ei-metallisten materiaalien leikkaukseen. Laajemmilla aloilla, kuten OLED-näytöissä/puolijohteissa, sovelluksia on niukasti, mikä korostaa, että Kiinan ultranopean laserkäsittelyteknologian yleinen taso ei ole vielä korkea. Tämä merkitsee myös valtavaa kehityspotentiaalia, ja ultranopeiden laserkäsittelysovellusten odotetaan kasvavan asteittain seuraavan vuosikymmenen aikana.