高出力超高速レーザー装置の応用市場を開拓するにはどうすればよいか？

産業用レーザー加工は、高効率、高精度、そして最高品質という3つの重要な特長を誇ります。これらの特長こそが、レーザー加工が様々な製造業分野で広く採用されるようになった理由です。高出力金属切断から中低出力レベルでの微細加工まで、レーザー加工は従来の加工技術に比べて大きな優位性を示しています。その結果、レーザー加工は過去10年ほどで急速かつ広範囲に普及しました。

中国における超高速レーザーの開発

レーザー加工の用途は徐々に多様化し、中・高出力ファイバーレーザー切断、大型金属部品の溶接、超高速レーザーによる精密製品のマイクロ加工など、さまざまなタスクに焦点を当てるようになった。ピコ秒レーザー（10⁻¹²秒）やフェムト秒レーザー（10⁻¹⁵秒）に代表される超高速レーザーは、わずか20年で進化を遂げた。2010年に商用化され、医療や産業加工分野に徐々に浸透していった。中国は2012年に超高速レーザーの産業利用を開始したが、成熟した製品が登場したのは2014年になってからだった。それ以前は、超高速レーザーのほぼすべてが輸入品だった。

2015年までに、海外メーカーは比較的成熟した技術を持っていたものの、超高速レーザーの価格は200万元を超えていた。高精度超高速レーザー切断機1台が400万元以上で販売されていた。この高価格が、中国における超高速レーザーの普及を妨げていた。2015年以降、中国は超高速レーザーの国産化を加速させた。技術革新が急速に進み、2017年までに10社以上の中国の超高速レーザー企業が外国製品と肩を並べるようになった。中国製の超高速レーザーはわずか数万元で販売され、輸入品はそれに応じて価格を引き下げざるを得なくなった。この間、国産の超高速レーザーは安定化し、低出力段階（3W～15W）で普及が進んだ。中国製超高速レーザーの出荷台数は、2015年の100台未満から2021年には2,400台へと急増した。2020年の中国超高速レーザー市場規模は約27億4000万元であった。

超高速レーザーの威力は新たな高みへと到達し続けている。

近年、中国の研究者たちの努力により、中国製の超高速レーザー技術は目覚ましい進歩を遂げている。50W紫外線ピコ秒レーザーの開発に成功し、50Wフェムト秒レーザーも徐々に実用化が進んでいる。2023年には、北京に拠点を置く企業が500W高出力赤外線ピコ秒レーザーを発表した。現在、中国の超高速レーザー技術は、欧米の先進レベルとの差を大幅に縮めており、最大出力、安定性、最小パルス幅といった主要指標においてのみ劣勢となっている。

超高速レーザーの今後の開発は、1000W赤外線ピコ秒レーザーや500Wフェムト秒レーザーといった高出力型の導入と、パルス幅の継続的な改善に引き続き重点が置かれると予想されている。技術の進歩に伴い、応用上のいくつかのボトルネックは克服されると見込まれる。

中国国内市場の需要はレーザー生産能力の発展に追いついていない

中国の超高速レーザー市場規模の成長率は、出荷量の急増に大きく遅れをとっている。この乖離の主な原因は、中国製超高速レーザーの下流アプリケーション市場がまだ十分に開拓されていないことにある。国内外のレーザーメーカー間の激しい競争、市場シェア獲得のための価格競争、アプリケーション側のプロセスが未成熟な点、そして過去3年間のスマートフォン向け電子機器・パネル市場の低迷などが重なり、多くのユーザーが超高速レーザーラインへの生産拡大を躊躇している。

板金加工における可視レーザー切断や溶接とは異なり、超高速レーザーは極めて短時間で加工を完了できるため、様々なプロセスにおいて広範な研究が求められています。現在、超高速レーザーは、フルスクリーンスマートフォン、ガラス、OLED PETフィルム、FPCフレキシブル基板、PERC太陽電池、ウェハ切断、回路基板のブラインドホール加工など、様々な分野で既に成熟した応用例が数多く存在します。さらに、航空宇宙・防衛分野における特殊部品の穴あけや切断においても、その重要性は際立っています。

超高速レーザーは多くの分野に適していると謳われているものの、実際の応用は依然として別の問題であることに留意すべきである。半導体材料、チップ、ウェハー、プリント基板、銅張基板、SMTといった大規模生産を行う産業においては、超高速レーザーの重要な応用例はほとんど、あるいは全く存在しない。これは、レーザー技術の進歩のペースに追いつかず、超高速レーザーの応用やプロセス開発が遅れていることを示している。

超高速レーザー加工における応用を探求する長い道のり

中国では、精密レーザー装置を専門とする企業の数は比較的少なく、金属レーザー切断企業の約20分の1に過ぎません。これらの企業は一般的に規模が小さく、チップ、プリント基板、パネルなどの業界におけるプロセス開発の機会も限られています。さらに、最終用途において成熟した生産プロセスを持つ業界は、レーザーマイクロ加工への移行時に数多くの試行錯誤を強いられることがよくあります。信頼性の高い新しいプロセスソリューションを見つけるには、設備コストを考慮すると、相当な試行錯誤が必要となります。この移行は容易なプロセスではありません。

パネル全体のガラス切断は、超高速レーザーが特定のニッチ市場に参入するための実現可能な出発点となる可能性がある。モバイル用ガラススクリーンへのレーザー切断の急速な普及は、その成功例と言えるだろう。しかし、他の産業における特殊材料部品や半製品への超高速レーザーの応用には、さらなる検討期間が必要となる。現状では、超高速レーザーの応用はやや限定的で、主に非金属材料の切断に集中している。OLEDや半導体といったより広範な分野での応用例は少なく、中国の超高速レーザー加工技術の全体的なレベルがまだ高くないことを示している。これはまた、今後10年間で超高速レーザー加工の応用が徐々に拡大していくと予想されることから、将来の発展に大きな可能性を秘めていることを示唆している。