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 eri valmistussektoreilla. Olipa kyseessä sitten suuritehoinen metallinleikkaus tai keskiteholla tai matalalla mikroprosessointi, lasermenetelmät ovat osoittaneet merkittäviä etuja perinteisiin prosessointitekniikoihin verrattuna. Tämän seurauksena laserkäsittely on yleistynyt nopeasti ja laajalti viimeisen vuosikymmenen aikana.

Ultranopeiden lasereiden kehitys Kiinassa

Laserkäsittelysovellukset ovat vähitellen monipuolistuneet ja keskittyneet eri tehtäviin, kuten keski- ja suuritehoiseen kuitulaserleikkaukseen, suurten metallikomponenttien hitsaukseen ja tarkkuustuotteiden ultranopeaan lasermikrokäsittelyyn. 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. Yksi tarkka erittäin nopea laserleikkauskone myytiin yli neljällä miljoonalla yuanilla. Korkeat kustannukset estivät ultraspeed-lasereiden laajamittaisen käytön Kiinassa. Vuoden 2015 jälkeen Kiina kiihdytti ultranopeiden lasereiden kotiuttamista. Teknologisia läpimurtoja tapahtui nopeasti, ja vuoteen 2017 mennessä yli kymmenen kiinalaista ultranopeiden lasereiden valmistajaa kilpaili tasavertaisesti ulkomaisten tuotteiden kanssa. Kiinassa valmistettujen ultranopeiden lasereiden hinta oli vain kymmeniä tuhansia yuaneja, mikä pakotti tuontituotteet alentamaan hintojaan vastaavasti. Tuona aikana kotimaassa tuotetut ultranopeat laserit vakiintuivat ja saivat jalansijaa pienitehoisessa vaiheessa. (3W-15W). Kiinalaisten ultranopeiden lasereiden toimitukset nousivat alle 100 yksiköstä vuonna 2015 2 400 yksikköön vuonna 2021. Vuonna 2020 Kiinan ultrasnopealasermarkkinoiden arvo oli noin 2,74 miljardia yuania.

Ultranopeiden lasereiden teho saavuttaa jatkuvasti uusia korkeuksia

Viime vuosina kiinalaisten tutkijoiden ponnistelujen ansiosta Kiinassa valmistetussa ultraspeed-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, vakaudessa ja lyhimmässä pulssinleveydessä.

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

Kiinan kotimarkkinoiden kysyntä on lasertuotantokapasiteetin kehityksen takana

Kiinan ultrasnopealasermarkkinoiden kasvuvauhti jää merkittävästi jälkeen toimitusten kasvusta. Tämä ristiriita johtuu pääasiassa siitä, että kiinalaisten ultranopeiden lasereiden loppupään sovellusmarkkinat eivät ole täysin avautuneet. Kotimaisten ja ulkomaisten laservalmistajien välinen kova kilpailu, hintakilpailu markkinaosuuksista, monet sovelluspuolen kehittymättömät prosessit ja älypuhelinten elektroniikka-/paneelimarkkinoiden laskusuhdanne viimeisten kolmen vuoden aikana ovat saaneet monet käyttäjät epäröimään tuotannon laajentamista ultranopeisiin laserlinjoihin.

Toisin kuin näkyvällä laserleikkauksella ja -hitsauksella ohutlevyssä, ultranopeiden lasereiden prosessointikyky suorittaa tehtävät erittäin lyhyessä ajassa, mikä vaatii laajaa tutkimusta eri prosesseissa. Tällä hetkellä mainitsemme usein, että ultranopeilla lasereilla on kypsät sovellukset muun muassa koko näytön älypuhelimien, lasin, OLED PET -kalvon, FPC-joustavien piirilevyjen, PERC-aurinkokennojen, kiekkojen leikkauksen ja piirilevyjen sokkojen reikien poraamisen alalla. Lisäksi niiden merkitys korostuu ilmailu- ja puolustusteollisuudessa erikoiskomponenttien poraamisessa ja leikkaamisessa.

On syytä huomata, että vaikka väitetään, että ultranopeat laserit soveltuvat lukuisille aloille, niiden todellinen soveltaminen on edelleen eri asia. Laajamittaisen tuotannon aloilla, kuten puolijohdemateriaaleissa, siruissa, kiekoissa, piirilevyissä, kuparipäällysteisissä levyissä ja pinta-alan tekniikassa (SMT), on vain vähän, jos lainkaan, merkittäviä ultraspeedlasereiden sovelluksia. Tämä merkitsee viivettä ultranopeiden lasersovellusten ja -prosessien kehityksessä ja jäämistä 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 kooltaan suuria, ja niillä on rajalliset mahdollisuudet prosessien kehittämiseen esimerkiksi sirujen, piirilevyjen ja paneelien kaltaisilla toimialoilla. Lisäksi teollisuudenalat, joilla on kypsät tuotantoprosessit päätelaitteissa, kohtaavat usein lukuisia kokeiluja ja validointeja siirtyessään lasermikroprosessointiin. Luotettavien uusien prosessiratkaisujen löytäminen vaatii paljon kokeilua ja erehdystä, ottaen huomioon laitekustannukset. Tämä siirtymä ei ole helppo prosessi.

Koko paneelin lasin leikkaus voisi olla mahdollinen lähtökohta ultranopeille lasereille tietylle markkinaraolle. Laserleikkauksen nopea käyttöönotto mobiililasinäytöissä on tästä onnistunut esimerkki. Muiden teollisuudenalojen erikoismateriaalikomponenttien tai puolivalmisteiden ultranopeiden lasereiden tutkiminen vaatii kuitenkin enemmän tutkimusaikaa. Tällä hetkellä ultranopeiden lasereiden sovellukset ovat edelleen jonkin verran rajalliset ja keskittyvät pääasiassa ei-metallisten materiaalien leikkaamiseen. Laajemmilla aloilla, kuten OLED-näytöissä/puolijohteissa, sovelluksia on niukasti, mikä korostaa, että Kiinan ultranopean laserkäsittelyteknologian yleinen taso ei ole vielä korkea. Tämä tarkoittaa myös valtavaa kehityspotentiaalia tulevaisuuden kehitykselle, ja ultranopeiden laserkäsittelysovellusten odotetaan kasvavan vähitellen seuraavan vuosikymmenen aikana.