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

עיבוד לייזר תעשייתי מתגאה בשלושה מאפיינים מרכזיים: יעילות גבוהה, דיוק ואיכות מעולה. שלושת המאפיינים הללו הם שהפכו את עיבוד הלייזר לאמץ באופן נרחב במגוון מגזרי ייצור. בין אם מדובר בחיתוך מתכות 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 ומוצרי לייזר מיקרו-עיבוד מדויקים אולטרה-מהירים. לייזרים אולטרה-מהירים, המיוצגים על ידי לייזרים פיקו-שניות (10-12 שניות) ולייזרים 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 עברה את 2 מיליון יואן סיני. מכונת חיתוך לייזר אולטרה-מהירה מדויקת אחת נמכרה ביותר מ-4 מיליון יואן. העלויות הגבוהות עיכבו את היישום הנרחב של לייזרים אולטרה-מהירים בסין. לאחר 2015, סין האיצה את הביות של לייזרים אולטרה-מהירים. פריצות דרך טכנולוגיות התרחשו במהירות, ובשנת 2017, למעלה מעשר חברות לייזר אולטרה-מהירות סיניות התחרו בשוויון 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 מתוצרת 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 הלייזרים האולטרה-מהירים 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-מהירה מתוצרת סין: פיתוח מוצלח של לייזר פיקו-שניות אולטרה-סגול בהספק של 50 וואט והבשלה 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 משמעותית את הפער עם רמות מתקדמות באירופה ובארצות הברית, ומפגרת רק במדדים מרכזיים כמו הספק מרבי, 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. ככל שהטכנולוגיה מתקדמת, צפויים להתגבר על צווארי בקבוק מסוימים ביישום.

הביקוש בשוק המקומי בסין מפגר אחרי פיתוח כושר ייצור הלייזר

קצב הצמיחה של שוק הלייזרים האולטרה-מהירים בסין מפגר משמעותית אחרי הזינוק במשלוחים. פער זה נובע בעיקר מהעובדה ששוק היישומים במורד הזרם של לייזרים אולטרה-מהירים סיניים לא נפתח במלואו. תחרות עזה בין יצרני לייזר מקומיים וזרים, המנהלים מלחמות מחירים כדי לתפוס נתח שוק, יחד עם תהליכים רבים לא 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 גלוי בפח, 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, תאי שמש 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 שלהם נותר עניין אחר. בתעשיות עם ייצור בקנה מידה גדול כמו חומרי מוליכים למחצה, שבבים, ופלים, מעגלים מודפסים (PCB), לוחות מצופים נחושת ו-SMT, ישנם מעט יישומים משמעותיים, אם בכלל, של לייזרים אולטרה-מהירים. זה מצביע על 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, ומהווה 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 לעתים קרובות עם ניסויים ואימותים רבים בעת המעבר למיקרו-עיבוד בלייזר. גילוי פתרונות תהליכים חדשים ואמינים דורש ניסוי וטעייה משמעותיים, בהתחשב בעלויות הציוד. מעבר זה אינו תהליך קל.

חיתוך זכוכית של פאנל שלם עשוי להיות נקודת כניסה סבירה עבור לייזרים אולטרה-מהירים לנישה ספציפית. האימוץ המהיר של חיתוך לייזר עבור מסכי זכוכית ניידים הוא 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. קיים מחסור ביישומים בתחומים רחבים יותר כמו OLED/מוליכים למחצה, דבר המדגיש כי הרמה הכוללת של טכנולוגיית עיבוד לייזר אולטרה-מהיר בסין עדיין אינה גבוהה. דבר זה מרמז גם על פוטנציאל עצום לפיתוח עתידי, עם עלייה הדרגתית צפויה ביישומי עיבוד לייזר אולטרה-מהירים בעשור הקרוב.