Jak wejść na rynek zastosowań urządzeń laserowych o dużej mocy i ultrakrótkim czasie reakcji?

Przemysłowa obróbka laserowa charakteryzuje się trzema zasadniczymi cechami: wysoką wydajnością, precyzją i najwyższą jakością. To właśnie te trzy cechy sprawiły, że obróbka laserowa stała się szeroko stosowana w różnych sektorach produkcji. Niezależnie od tego, czy chodzi o cięcie metalu z dużą mocą, czy mikroobróbkę przy średnim lub niskim poziomie mocy, metody laserowe wykazują znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnymi technikami obróbki. W rezultacie obróbka laserowa znalazła w ciągu ostatniej dekady szerokie i szybkie zastosowanie.

Rozwój ultrakrótkich laserów w Chinach

Zastosowania obróbki laserowej stopniowo się dywersyfikowały, skupiając się na różnych zadaniach, takich jak cięcie laserem światłowodowym średniej i dużej mocy, spawanie dużych elementów metalowych i ultraszybka mikroobróbka laserowa precyzyjnych produktów. Ultrakrótkie lasery, takie jak lasery pikosekundowe (10–12 sekund) i femtosekundowe (10–15 sekund), rozwinęły się w ciągu zaledwie 20 lat. Weszły do użytku komercyjnego w 2010 roku i stopniowo zyskały popularność w medycynie i przetwórstwie przemysłowym. Chiny rozpoczęły przemysłowe wykorzystanie ultrakrótkich laserów w 2012 r., ale dojrzałe produkty pojawiły się dopiero w 2014 r. Przedtem niemal wszystkie ultrakrótkie lasery były importowane.

Do 2015 roku zagraniczni producenci dysponowali już stosunkowo dojrzałą technologią, a mimo to koszt ultrakrótkich laserów przekraczał 2 miliony juanów chińskich. Pojedyncza precyzyjna, ultraszybka maszyna do cięcia laserowego sprzedana za ponad 4 miliony juanów. Wysokie koszty utrudniały powszechne stosowanie ultrakrótkich laserów w Chinach. Po 2015 roku Chiny przyspieszyły udomowienie ultrakrótkich laserów. Przełomy technologiczne następowały szybko i w 2017 roku ponad dziesięć chińskich firm produkujących ultrakrótkie lasery konkurowało na równi z produktami zagranicznymi. Ceny ultrakrótkich laserów chińskiej produkcji wynosiły zaledwie dziesiątki tysięcy juanów, co zmusiło producentów importowanych produktów do odpowiedniego obniżenia cen. W tym czasie krajowa produkcja ultrakrótkich laserów ustabilizowała się i zyskała popularność w segmencie niskomocowym (3W-15W). Dostawy chińskich ultrakrótkich laserów wzrosły gwałtownie z mniej niż 100 sztuk w 2015 r. do 2400 sztuk w 2021 r. W 2020 roku chiński rynek ultrakrótkich laserów był wart około 2,74 miliarda juanów.

Moc ultrakrótkich laserów osiąga coraz większe szczyty

W ostatnich latach, dzięki wysiłkom badaczy w Chinach, nastąpił znaczący postęp w chińskiej technologii ultrakrótkich laserów: pomyślne opracowanie 50-watowego lasera pikosekundowego wykorzystującego promieniowanie ultrafioletowe oraz stopniowe doskonalenie 50-watowego lasera femtosekundowego. W 2023 roku firma z Pekinu zaprezentowała pikosekundowy laser podczerwony o mocy 500 W. Obecnie chińska technologia ultrakrótkich laserów znacznie zmniejszyła dystans do zaawansowanych technologii w Europie i Stanach Zjednoczonych, ustępując jedynie pod względem kluczowych wskaźników, takich jak maksymalna moc, stabilność i minimalna szerokość impulsu.

Oczekiwany przyszły rozwój ultrakrótkich laserów nadal koncentruje się na wprowadzaniu wariantów o większej mocy, takich jak pikosekundowy laser podczerwony o mocy 1000 W i femtosekundowy laser o mocy 500 W, przy ciągłym udoskonalaniu szerokości impulsu. W miarę postępu technologii można spodziewać się przezwyciężenia pewnych wąskich gardeł w jej stosowaniu.

Popyt na rynku krajowym w Chinach pozostaje w tyle za rozwojem zdolności produkcyjnych laserów

Tempo wzrostu rynku ultrakrótkich laserów w Chinach znacznie odbiega od tempa wzrostu dostaw. Ta rozbieżność wynika przede wszystkim z faktu, że rynek zbytu dla chińskich laserów ultrakrótkich nie jest jeszcze w pełni otwarty. Zacięta konkurencja pomiędzy krajowymi i zagranicznymi producentami laserów, którzy toczą wojny cenowe o udziały w rynku, w połączeniu z wieloma niedojrzałymi procesami w zastosowaniach końcowych oraz spadkiem koniunktury na rynku elektroniki/paneli do smartfonów w ciągu ostatnich trzech lat, sprawiły, że wielu użytkowników waha się przed rozszerzeniem produkcji o ultraszybkie linie laserowe.

W przeciwieństwie do widocznego cięcia laserowego i spawania blach, możliwości obróbcze ultrakrótkich laserów pozwalają na wykonywanie zadań w niezwykle krótkim czasie, co wymaga szeroko zakrojonych badań w różnych procesach. Obecnie często wspominamy, że ultrakrótkie lasery znalazły już zastosowanie w cięciu pełnoekranowych smartfonów, szkła, folii OLED PET, elastycznych płytek FPC, ogniw słonecznych PERC, cięciu płytek półprzewodnikowych i wierceniu otworów nieprzelotowych w płytkach drukowanych, a także w wielu innych dziedzinach. Ponadto ich znaczenie jest szczególnie widoczne w przemyśle lotniczym i obronnym przy wierceniu i cięciu specjalnych elementów.

Warto zauważyć, że chociaż twierdzi się, że ultrakrótkie lasery nadają się do wielu dziedzin, ich rzeczywiste zastosowanie to już zupełnie inna kwestia. W branżach, w których produkcja odbywa się na dużą skalę, np. w produkcji materiałów półprzewodnikowych, układów scalonych, płytek PCB, płytek pokrytych miedzią i SMT, istnieje niewiele, jeśli w ogóle, znaczących zastosowań ultrakrótkich laserów. Świadczy to o opóźnieniu w rozwoju zastosowań i procesów ultraszybkich laserów, co sprawia, że nie nadążamy za tempem postępu technologii laserowej.

Długa podróż w eksploracji zastosowań ultraszybkiego przetwarzania laserowego

W Chinach liczba firm specjalizujących się w precyzyjnym sprzęcie laserowym jest stosunkowo niewielka i stanowi zaledwie około 1/20 przedsiębiorstw zajmujących się cięciem laserowym metali. Firmy te zazwyczaj nie działają na dużą skalę i mają ograniczone możliwości rozwoju procesów w branżach takich jak produkcja układów scalonych, płytek PCB i paneli. Co więcej, gałęzie przemysłu, w których procesy produkcyjne w zastosowaniach końcowych są dojrzałe, często stają w obliczu licznych prób i walidacji przy przechodzeniu na mikroobróbkę laserową. Odkrywanie niezawodnych nowych rozwiązań procesowych wymaga wielu prób i błędów, biorąc pod uwagę koszty sprzętu. Ta zmiana nie jest łatwym procesem.

Cięcie całych paneli szklanych może okazać się realnym sposobem na wprowadzenie ultraszybkich laserów do określonej niszy. Szybkie upowszechnienie się cięcia laserowego w produkcji szklanych ekranów mobilnych jest tego udanym przykładem. Jednak zagłębianie się w zastosowania ultraszybkich laserów w przypadku elementów z materiałów specjalnych lub półproduktów w innych gałęziach przemysłu wymaga więcej czasu na eksplorację. Obecnie zastosowania ultrakrótkich laserów pozostają dość ograniczone i koncentrują się głównie na cięciu materiałów niemetalicznych. Brakuje zastosowań w szerszych dziedzinach, takich jak OLED/półprzewodniki, co pokazuje, że ogólny poziom technologii ultraszybkiego przetwarzania laserowego w Chinach nie jest jeszcze wysoki. Oznacza to również ogromny potencjał przyszłego rozwoju, z oczekiwanym stopniowym wzrostem zastosowań ultraszybkiego przetwarzania laserowego w ciągu następnej dekady.