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

La lavorazione laser industriale vanta tre caratteristiche fondamentali: elevata efficienza, precisione e qualità eccellente. Sono queste tre caratteristiche che hanno reso la lavorazione laser ampiamente adottata in vari 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 mostrato notevoli vantaggi rispetto alle tecniche di lavorazione tradizionali. Di conseguenza, la lavorazione laser ha trovato un'applicazione rapida e diffusa nell'ultimo decennio circa.

Lo sviluppo dei laser ultraveloci in Cina

Le applicazioni della lavorazione laser si sono gradualmente diversificate, concentrandosi su attività diverse, come il taglio laser a fibra di media e alta potenza, la saldatura di grandi componenti metallici e la microlavorazione laser ultraveloce di prodotti di precisione. I laser ultraveloci, rappresentati dai laser a picosecondi (10-12 secondi) e dai laser a femtosecondi (10-15 secondi), si sono evoluti nell'arco di soli 20 anni. Sono entrati in uso commerciale nel 2010 e hanno gradualmente penetrato i settori della medicina e dell'elaborazione industriale. La Cina ha avviato l'uso industriale dei laser ultraveloci nel 2012, ma i prodotti maturi sono emersi solo nel 2014. Prima di allora, quasi tutti i laser ultraveloci venivano importati.

Nel 2015, i produttori esteri avevano una tecnologia relativamente matura, ma il costo dei laser ultraveloci superava i 2 milioni di yuan cinesi. Una singola macchina per il taglio laser ultraveloce e di precisione è stata venduta per oltre 4 milioni di yuan. Gli elevati costi hanno ostacolato l'applicazione diffusa dei laser ultraveloci in Cina. Dopo il 2015, la Cina ha accelerato la diffusione dei laser ultraveloci. Le innovazioni tecnologiche si sono verificate rapidamente e nel 2017 oltre dieci aziende cinesi produttrici di laser ultraveloci erano in grado di competere alla pari con i prodotti stranieri. I laser ultraveloci di fabbricazione cinese costavano appena decine di migliaia di yuan, costringendo i prodotti importati ad abbassare di conseguenza i prezzi. Durante quel periodo, i laser ultraveloci prodotti a livello nazionale si stabilizzarono e guadagnarono terreno nella fase a bassa potenza (3W-15W). Le spedizioni di laser ultraveloci cinesi sono aumentate da meno di 100 unità nel 2015 a 2.400 unità nel 2021. Nel 2020, il mercato cinese dei laser ultraveloci ammontava a circa 2,74 miliardi di yuan.

La potenza dei laser ultraveloci continua a raggiungere nuove vette

Negli ultimi anni, grazie agli sforzi dei ricercatori in Cina, si sono registrati notevoli progressi nella tecnologia laser ultraveloce di fabbricazione cinese: lo sviluppo riuscito di un laser a picosecondi ultravioletti da 50 W e la graduale maturazione di un laser a femtosecondi da 50 W. Nel 2023, un'azienda con sede a Pechino ha introdotto un laser a picosecondi a infrarossi ad alta potenza da 500 W. Attualmente, la tecnologia laser ultraveloce cinese ha notevolmente ridotto il divario con i livelli avanzati di Europa e Stati Uniti, rimanendo indietro solo in indicatori chiave quali potenza massima, stabilità e larghezza minima dell'impulso.

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

La domanda del mercato interno in Cina è inferiore allo sviluppo della capacità di produzione laser

Il tasso di crescita del mercato cinese dei laser ultraveloci è notevolmente inferiore all'aumento delle spedizioni. Questa discrepanza deriva principalmente dal fatto che il mercato delle applicazioni a valle dei laser ultraveloci cinesi non si è ancora completamente aperto. La forte concorrenza tra produttori di laser nazionali ed esteri, impegnati in guerre di prezzo per accaparrarsi quote di mercato, unita a molti processi immaturi sul lato applicativo e a una flessione del mercato dell'elettronica/dei pannelli per smartphone negli ultimi tre anni, ha portato molti utenti a esitare nell'espandere la propria produzione su linee laser ultraveloci.

A differenza del taglio laser visibile e della saldatura della lamiera, la capacità di elaborazione dei laser ultraveloci completa i compiti in tempi estremamente rapidi, richiedendo una ricerca approfondita in vari processi. Al giorno d'oggi, spesso diciamo che i laser ultraveloci hanno applicazioni mature nel taglio di smartphone a schermo intero, vetro, pellicole OLED in PET, schede flessibili FPC, celle solari PERC, taglio di wafer e foratura di fori ciechi nei circuiti stampati, tra gli altri campi. Inoltre, la loro importanza è notevole nei settori aerospaziale e della difesa per la foratura e il taglio di componenti speciali.

Vale la pena notare che, sebbene si affermi che i laser ultraveloci siano adatti a numerosi campi, la loro applicazione effettiva resta un'altra questione. Nei settori con produzione su larga scala, come quello dei materiali semiconduttori, dei chip, dei wafer, dei PCB, delle schede rivestite in rame e della SMT, le applicazioni significative dei laser ultraveloci sono poche, se non addirittura inesistenti. Ciò indica un ritardo nello sviluppo di applicazioni e processi laser ultraveloci, che restano indietro rispetto al ritmo dei progressi della tecnologia laser.

Il lungo viaggio di esplorazione delle applicazioni nell'elaborazione laser ultraveloce

In Cina, il numero di aziende specializzate in apparecchiature laser di precisione è relativamente piccolo e rappresenta solo circa 1/20 delle imprese di taglio laser dei metalli. Queste aziende in genere non sono di grandi dimensioni e hanno limitate opportunità di sviluppo dei processi in settori quali chip, PCB e pannelli. Inoltre, i settori con processi di produzione maturi nelle applicazioni terminali spesso devono affrontare numerose prove e convalide quando passano alla microlavorazione laser. L'individuazione di nuove soluzioni di processo affidabili richiede un notevole numero di tentativi ed errori, considerando i costi delle attrezzature. Questa transizione non è un processo facile.

Il taglio di pannelli interi di vetro potrebbe rappresentare un valido punto di ingresso per i laser ultraveloci in una nicchia specifica. Un esempio di successo è la rapida adozione del taglio laser per gli schermi in vetro dei dispositivi mobili. Tuttavia, approfondire l'uso di laser ultraveloci per componenti di materiali speciali o prodotti semilavorati in altri settori richiede più tempo di esplorazione. Attualmente, le applicazioni laser ultraveloci restano piuttosto limitate e si concentrano principalmente sul taglio di materiali non metallici. Le applicazioni in settori più ampi come gli OLED/semiconduttori sono scarse, il che evidenzia come il livello complessivo della tecnologia di elaborazione laser ultraveloce in Cina non sia ancora elevato. Ciò implica anche un enorme potenziale di sviluppo futuro, con un previsto aumento graduale delle applicazioni di elaborazione laser ultraveloce nel prossimo decennio.