Come sfruttare il mercato delle applicazioni per apparecchiature laser ad alta potenza e ultrarapide?

La lavorazione laser industriale vanta tre caratteristiche fondamentali: elevata efficienza, precisione e qualità eccellente. Sono proprio queste tre caratteristiche ad aver reso la lavorazione laser ampiamente diffusa in diversi settori manifatturieri. Che si tratti di taglio di metalli ad alta potenza o di microlavorazione a livelli di potenza medio-bassi, i metodi laser hanno dimostrato vantaggi significativi rispetto alle tecniche di lavorazione tradizionali. Di conseguenza, la lavorazione laser ha conosciuto una rapida e capillare diffusione negli ultimi dieci anni circa.

Lo sviluppo dei laser ultrarapidi in Cina

Le applicazioni della lavorazione laser si sono gradualmente diversificate, concentrandosi su compiti differenti come il taglio laser a fibra di media e alta potenza, la saldatura di grandi componenti metallici e la microlavorazione di precisione con laser ultrarapidi. I laser ultrarapidi, rappresentati dai laser a picosecondi (10⁻¹² secondi) e a femtosecondi (10⁻¹⁵ secondi), si sono evoluti in soli 20 anni. Sono entrati nell'uso commerciale nel 2010 e si sono gradualmente diffusi nei settori della lavorazione medica e industriale. La Cina ha avviato l'uso industriale dei laser ultrarapidi nel 2012, ma i prodotti maturi sono emersi solo nel 2014. Prima di allora, quasi tutti i laser ultrarapidi erano importati.

Nel 2015, i produttori esteri disponevano di una tecnologia relativamente matura, eppure il costo dei laser ultrarapidi superava i 2 milioni di yuan cinesi. Una singola macchina per il taglio laser ultrarapido di precisione veniva venduta a oltre 4 milioni di yuan. Gli alti costi hanno ostacolato la diffusione dei laser ultrarapidi in Cina. Dopo il 2015, la Cina ha accelerato la produzione nazionale di laser ultrarapidi. Si sono verificati rapidi progressi tecnologici e, entro il 2017, oltre dieci aziende cinesi produttrici di laser ultrarapidi erano in grado di competere alla pari con i prodotti stranieri. I laser ultrarapidi di produzione cinese avevano un prezzo di poche decine di migliaia di yuan, costringendo i produttori importati ad abbassare i prezzi di conseguenza. In quel periodo, i laser ultrarapidi di produzione nazionale si sono stabilizzati e hanno guadagnato terreno nella fascia di bassa potenza (3W-15W). Le spedizioni di laser ultrarapidi cinesi sono aumentate vertiginosamente, passando da meno di 100 unità nel 2015 a 2.400 unità nel 2021. Nel 2020, il mercato cinese dei laser ultrarapidi valeva circa 2,74 miliardi di yuan.

La potenza dei laser ultrarapidi continua a raggiungere nuove vette.

Negli ultimi anni, grazie agli sforzi dei ricercatori cinesi, si sono registrati progressi significativi nella tecnologia laser ultrarapida di produzione cinese: lo sviluppo di successo di un laser a picosecondi ultravioletto da 50 W e la graduale maturazione di un laser a femtosecondi da 50 W. Nel 2023, un'azienda con sede a Pechino ha presentato un laser a picosecondi a infrarossi ad alta potenza da 500 W. Attualmente, la tecnologia laser ultrarapida cinese ha notevolmente ridotto il divario con i livelli avanzati di Europa e Stati Uniti, risultando indietro solo in indicatori chiave come potenza massima, stabilità e durata minima dell'impulso.

Lo sviluppo futuro previsto dei laser ultrarapidi continua a concentrarsi sull'introduzione di varianti ad alta potenza, come un laser a picosecondi a infrarossi da 1000 W e un laser a femtosecondi da 500 W, con continui miglioramenti nella durata dell'impulso. Con il progresso della tecnologia, si prevede che alcuni colli di bottiglia nell'applicazione vengano superati.

La domanda del mercato interno cinese è in ritardo rispetto allo sviluppo della capacità produttiva di laser.

Il tasso di crescita del mercato cinese dei laser ultrarapidi è significativamente inferiore all'aumento delle spedizioni. Questa discrepanza deriva principalmente dal fatto che il mercato delle applicazioni a valle per i laser ultrarapidi cinesi non si è ancora completamente sviluppato. La forte concorrenza tra i produttori di laser nazionali ed esteri, impegnati in guerre di prezzo per accaparrarsi quote di mercato, unita a molti processi ancora immaturi nel settore delle applicazioni e al rallentamento del mercato dell'elettronica/pannelli per smartphone negli ultimi tre anni, ha indotto molti utenti a esitare nell'espandere la propria produzione con linee laser ultrarapide.

A differenza del taglio e della saldatura laser a luce visibile su lamiere, la capacità di lavorazione dei laser ultrarapidi consente di completare le operazioni in tempi estremamente brevi, richiedendo un'ampia ricerca in diversi processi. Attualmente, i laser ultrarapidi trovano applicazioni consolidate nel taglio di smartphone a schermo intero, vetro, pellicole OLED in PET, circuiti stampati flessibili (FPC), celle solari PERC, taglio di wafer e foratura di fori ciechi su circuiti stampati, tra gli altri settori. Inoltre, la loro importanza è notevole nei settori aerospaziale e della difesa per la foratura e il taglio di componenti speciali.

È importante sottolineare che, sebbene si affermi che i laser ultrarapidi siano adatti a numerosi settori, la loro effettiva applicazione rimane tutt'altra questione. Nei settori con produzione su larga scala, come quello dei materiali semiconduttori, dei chip, dei wafer, dei PCB, delle schede rivestite di rame e dell'SMT, le applicazioni significative dei laser ultrarapidi sono poche, se non del tutto assenti. Ciò indica un ritardo nello sviluppo di applicazioni e processi basati sui laser ultrarapidi, che non tiene il passo con i progressi della tecnologia laser.

Il lungo viaggio alla scoperta delle applicazioni nella lavorazione laser ultrarapida

In Cina, il numero di aziende specializzate in apparecchiature laser di precisione è relativamente ridotto, rappresentando solo circa 1/20 delle imprese di taglio laser dei metalli. Queste aziende sono generalmente di piccole dimensioni e hanno opportunità limitate di sviluppo dei processi in settori come quello dei chip, dei PCB e dei pannelli. Inoltre, le industrie con processi produttivi consolidati in applicazioni terminali spesso devono affrontare numerose prove e validazioni durante la transizione alla microlavorazione laser. Scoprire nuove soluzioni di processo affidabili richiede un notevole numero di tentativi ed errori, considerando i costi delle apparecchiature. Questa transizione non è un processo semplice.

Il taglio di pannelli di vetro interi potrebbe rappresentare un punto di ingresso praticabile per i laser ultrarapidi in una nicchia specifica. La rapida adozione del taglio laser per gli schermi in vetro dei dispositivi mobili ne è un esempio di successo. Tuttavia, l'esplorazione dei laser ultrarapidi per componenti in materiali speciali o semilavorati in altri settori richiede più tempo. Attualmente, le applicazioni dei laser ultrarapidi rimangono piuttosto limitate, focalizzate principalmente sul taglio di materiali non metallici. La scarsità di applicazioni in campi più ampi come OLED/semiconduttori evidenzia che il livello complessivo della tecnologia di lavorazione laser ultrarapida in Cina non è ancora elevato. Ciò implica anche un enorme potenziale di sviluppo futuro, con una prevista graduale crescita delle applicazioni di lavorazione laser ultrarapida nel prossimo decennio.