כיצד לנצל את שוק היישומים עבור ציוד לייזר אולטרה-מהיר בעל הספק גבוה?

עיבוד לייזר תעשייתי מתהדר בשלושה מאפיינים עיקריים: יעילות גבוהה, דיוק ואיכות מעולה. שלושת המאפיינים הללו הם שהפכו עיבוד לייזר לאימוץ נרחב במגזרי ייצור שונים. בין אם מדובר בחיתוך מתכת בהספק גבוה או במיקרו-עיבוד ברמות הספק בינוניות עד נמוכות, שיטות לייזר הציגו יתרונות משמעותיים על פני טכניקות עיבוד מסורתיות. כתוצאה מכך, עיבוד לייזר זכה ליישום מהיר ונרחב בעשור האחרון בערך.

פיתוח לייזרים אולטרה-מהירים בסין

יישומי עיבוד לייזר התגוונו בהדרגה, והתמקדו במשימות שונות כגון חיתוך לייזר סיבים בהספק בינוני וגבוהה, ריתוך רכיבי מתכת גדולים ומוצרים מדויקים בעיבוד מיקרו-לייזר אולטרה-מהירים. לייזרים אולטרה-מהירים, המיוצגים על ידי לייזרי פיקו-שניות (10-12 שניות) ולייזרי פמטו-שניות (10-15 שניות), התפתחו במשך 20 שנה בלבד. הם נכנסו לשימוש מסחרי בשנת 2010 וחדרו בהדרגה לתחומי העיבוד הרפואי והתעשייתי. סין החלה את השימוש התעשייתי בלייזרים אולטרה-מהירים בשנת 2012, אך מוצרים בוגרים צצו רק בשנת 2014. לפני כן, כמעט כל הלייזרים האולטרה-מהירים יובאו.

עד שנת 2015, ליצרנים מעבר לים הייתה טכנולוגיה יחסית בוגרת, אך עלות הלייזרים האולטרה-מהירים עלתה על 2 מיליון יואן סיני. מכונת חיתוך לייזר אולטרה-מהירה מדויקת אחת נמכרה תמורת למעלה מ-4 מיליון יואן. העלויות הגבוהות עיכבו את היישום הנרחב של לייזרים אולטרה-מהירים בסין. לאחר 2015, סין האיצה את פיתוחם של לייזרים אולטרה-מהירים. פריצות דרך טכנולוגיות התרחשו במהירות, ובשנת 2017, למעלה מעשר חברות לייזר אולטרה-מהירות סיניות התחרו באופן שווה עם מוצרים זרים. לייזרים אולטרה-מהירים מתוצרת סין תומחרו בעשרות אלפי יואן בלבד, מה שאילץ מוצרים מיובאים להוריד את מחיריהם בהתאם. במהלך תקופה זו, לייזרים אולטרה-מהירים המיוצרים מקומית התייצבו וצברו תאוצה בשלב צריכת הספק נמוכה. (3W-15W). משלוחי לייזרים אולטרה-מהירים סיניים זינקו מפחות מ-100 יחידות בשנת 2015 ל-2,400 יחידות בשנת 2021. בשנת 2020, שוק הלייזר האולטרה-מהיר הסיני עמד על כ-2.74 מיליארד יואן.

כוחם של לייזרים אולטרה-מהירים ממשיך להגיע לגבהים חדשים

בשנים האחרונות, הודות למאמצי חוקרים בסין, חלו התקדמויות משמעותיות בטכנולוגיית לייזר אולטרה-מהיר מתוצרת סין: פיתוח מוצלח של לייזר פיקו-שניות אולטרה סגול בהספק של 50 וואט ובהתבגרות הדרגתית של לייזר פמטו-שניות בהספק של 50 וואט. בשנת 2023, חברה שבסיסה בבייג'ינג הציגה לייזר פיקו-שניות אינפרא אדום בעל עוצמה גבוהה של 500 וואט. נכון לעכשיו, טכנולוגיית הלייזר האולטרה-מהירה של סין צמצמה במידה ניכרת את הפער מול הרמות המתקדמות באירופה ובארצות הברית, ומפגרת רק במדדים מרכזיים כמו הספק מקסימלי, יציבות ורוחב פולס מינימלי.

הפיתוח העתידי הצפוי של לייזרים אולטרה-מהירים ממשיך להתמקד בהצגת גרסאות בעלות הספק גבוה יותר, כגון לייזר פיקו-שנייה אינפרא-אדום של 1000 וואט ולייזר פמטו-שנייה של 500 וואט, עם שיפורים מתמשכים ברוחב הפולס. עם התקדמות הטכנולוגיה, צפויים להתגבר על צווארי בקבוק מסוימים באפליקציה.

הביקוש בשוק המקומי בסין מפגר אחרי פיתוח כושר ייצור הלייזר

קצב הצמיחה של שוק הלייזר האולטרה-מהיר של סין מפגר משמעותית אחרי הזינוק במשלוחים. פער זה נובע בעיקר מהעובדה ששוק היישומים במורד הזרם עבור לייזרים אולטרה-מהירים סיניים לא נפתח במלואו. תחרות עזה בין יצרני לייזר מקומיים וזרים, מלחמות מחירים כדי לתפוס נתח שוק, יחד עם תהליכים רבים שאינם בשלים בקצה היישומים וירידה בשוק האלקטרוניקה/פאנלים של סמארטפונים בשלוש השנים האחרונות, הובילו משתמשים רבים להסס בהרחבת הייצור שלהם לקווי לייזר אולטרה-מהירים.

בניגוד לחיתוך וריתוך בלייזר נראה לעין ביריעות מתכת, יכולת העיבוד של לייזרים אולטרה-מהירים משלימה משימות בזמן קצר ביותר, מה שדורש מחקר נרחב בתהליכים שונים. כיום, אנו מזכירים לעתים קרובות כי ללייזרים אולטרה-מהירים יש יישומים בוגרים בחיתוך סמארטפונים בעלי מסך מלא, זכוכית, סרטי PET OLED, לוחות גמישים FPC, תאים סולאריים PERC, חיתוך פרוסות ופלים וקידוח חורים עיוור בלוחות מעגלים, בין היתר. בנוסף, חשיבותם בולטת במגזרי התעופה והחלל והביטחון לקידוח וחיתוך רכיבים מיוחדים.

ראוי לציין כי בעוד שנטען כי לייזרים אולטרה-מהירים מתאימים לתחומים רבים, היישום בפועל נותר עניין אחר. בתעשיות עם ייצור בקנה מידה גדול כמו חומרי מוליכים למחצה, שבבים, ופלים, מעגלים מודפסים (PCBs), לוחות מצופים נחושת ו-SMT, ישנם מעט יישומים משמעותיים, אם בכלל, של לייזרים אולטרה-מהירים. זה מסמל פיגור בפיתוח יישומי ותהליכי לייזר אולטרה-מהירים, ופיגור מאחורי קצב ההתקדמות של טכנולוגיית הלייזר.

המסע הארוך של חקר יישומים בעיבוד לייזר אולטרה-מהיר

בסין, מספר החברות המתמחות בציוד לייזר מדויק הוא קטן יחסית, ומהוות רק כ-1/20 ממפעלי חיתוך הלייזר למתכות. חברות אלו בדרך כלל אינן גדולות בקנה מידה ויש להן הזדמנויות מוגבלות לפיתוח תהליכים בתעשיות כמו שבבים, מעגלים מודפסים ופאנלים. יתר על כן, תעשיות עם תהליכי ייצור בוגרים ביישומי קצה מתמודדות לעיתים קרובות עם ניסויים ואימותים רבים בעת המעבר למיקרו-עיבוד בלייזר. גילוי פתרונות תהליכים חדשים ואמינים דורש ניסוי וטעייה משמעותיים, בהתחשב בעלויות הציוד. המעבר הזה אינו תהליך קל.

חיתוך זכוכית שלמה עשוי להיות נקודת כניסה אפשרית עבור לייזרים אולטרה-מהירים לנישה ספציפית. האימוץ המהיר של חיתוך בלייזר עבור מסכי זכוכית ניידים מהווה דוגמה מוצלחת. עם זאת, התעמקות בלייזרים אולטרה-מהירים עבור רכיבי חומרים מיוחדים או מוצרים מוגמרים למחצה בתעשיות אחרות דורשת זמן רב יותר לחקירה. נכון לעכשיו, יישומי לייזר אולטרה-מהירים נותרו מוגבלים במידה מסוימת, ומתמקדים בעיקר בחיתוך חומרים לא מתכתיים. יש מחסור ביישומים בתחומים רחבים יותר כמו OLED/מוליכים למחצה, דבר המדגיש כי הרמה הכוללת של טכנולוגיית עיבוד לייזר אולטרה-מהירה בסין עדיין אינה גבוהה. זה מרמז גם על פוטנציאל עצום לפיתוח עתידי, עם עלייה הדרגתית צפויה ביישומי עיבוד לייזר אולטרה-מהירים בעשור הקרוב.