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

Przemysłowa obróbka laserowa charakteryzuje się trzema kluczowymi cechami: wysoką wydajnością, precyzją i najwyższą jakością. To właśnie te trzy cechy sprawiły, że obróbka laserowa zyskała szerokie zastosowanie w różnych sektorach produkcji. Niezależnie od tego, czy chodzi o cięcie metali z dużą mocą, czy mikroobróbkę przy średnim i niskim poziomie mocy, metody laserowe wykazują znaczną przewagę nad tradycyjnymi technikami obróbki. W rezultacie obróbka laserowa zyskała szybkie i powszechne zastosowanie w ciągu ostatniej dekady.

Rozwój ultrakrótkich laserów w Chinach

Zastosowania obróbki laserowej stopniowo się różnicowały, koncentrując się na różnych zadaniach, takich jak cięcie laserem światłowodowym średniej i wysokiej mocy, spawanie dużych elementów metalowych oraz ultraszybka mikroobróbka laserowa precyzyjnych produktów. Ultraszybkie lasery, reprezentowane przez 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 penetrowały obszary medyczne i przetwórstwa przemysłowego. Chiny zapoczątkowały przemysłowe wykorzystanie ultraszybkich laserów w 2012 roku, ale dojrzałe produkty pojawiły się dopiero w 2014 roku. Wcześniej prawie wszystkie ultraszybkie lasery były importowane.

Do 2015 roku zagraniczni producenci dysponowali stosunkowo dojrzałą technologią, jednak koszt ultraszybkich laserów przekraczał 2 miliony juanów chińskich. Pojedyncza, precyzyjna, ultraszybka maszyna do cięcia laserowego kosztowała ponad 4 miliony juanów. Wysokie koszty utrudniały powszechne stosowanie ultraszybkich laserów w Chinach. Po 2015 roku Chiny przyspieszyły proces udomowienia laserów ultraszybkich. Szybko nastąpił przełom technologiczny i do 2017 roku ponad dziesięć chińskich firm produkujących ultraszybkie lasery konkurowało z produktami zagranicznymi na równi z produktami zagranicznymi. Chińskie lasery ultraszybkie kosztowały zaledwie dziesiątki tysięcy juanów, co zmusiło importerów do odpowiedniego obniżenia cen. W tym czasie krajowa produkcja ultraszybkich laserów ustabilizowała się i zyskała popularność w segmencie niskiej mocy (3 W–15 W). Dostawy chińskich ultraszybkich laserów gwałtownie wzrosły z mniej niż 100 sztuk w 2015 r. do 2400 sztuk w 2021 r. W 2020 r. chiński rynek ultraszybkich laserów osiągnął wartość około 2,74 miliarda juanów.

Moc ultrakrótkich laserów osiąga coraz większe szczyty

W ostatnich latach, dzięki wysiłkom chińskich naukowców, nastąpił znaczący postęp w chińskiej technologii ultraszybkich laserów: pomyślne opracowanie 50-watowego lasera pikosekundowego w ultrafiolecie oraz stopniowe udoskonalanie 50-watowego lasera femtosekundowego. W 2023 roku firma z Pekinu zaprezentowała 500-watowy laser pikosekundowy w podczerwieni o dużej mocy. Obecnie chińska technologia ultraszybkich laserów znacznie zniwelowała dystans do zaawansowanych technologii w Europie i Stanach Zjednoczonych, ustępując jedynie kluczowym wskaźnikom, takim jak maksymalna moc, stabilność i minimalna szerokość impulsu.

Przewidywany przyszły rozwój ultrakrótkich laserów nadal koncentruje się na wprowadzaniu wariantów o wyższej mocy, takich jak laser pikosekundowy podczerwieni o mocy 1000 W i laser femtosekundowy o mocy 500 W, z ciągłym udoskonalaniem szerokości impulsu. Wraz z postępem technologii, oczekuje się, że pewne wąskie gardła w tym zastosowaniu zostaną pokonane.

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

Tempo wzrostu chińskiego rynku ultraszybkich laserów znacznie odbiega od wzrostu dostaw. Ta rozbieżność wynika przede wszystkim z faktu, że rynek zastosowań dla chińskich ultraszybkich laserów nie jest jeszcze w pełni otwarty. Zacięta konkurencja między 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, sprawiła, że ​​wielu użytkowników waha się przed rozszerzeniem produkcji o linie ultraszybkich laserów.

W przeciwieństwie do widocznego cięcia laserowego i spawania blach, możliwości przetwarzania ultraszybkich laserów pozwalają na realizację zadań w niezwykle krótkim czasie, co wymaga szeroko zakrojonych badań w różnych procesach. Obecnie często wspomina się, że ultraszybkie lasery znajdują dojrzałe zastosowania w cięciu smartfonów pełnoekranowych, szkła, folii OLED PET, elastycznych płytek FPC, ogniw słonecznych PERC, cięciu płytek półprzewodnikowych oraz wierceniu otworów nieprzelotowych w płytkach drukowanych, między innymi. Ponadto, ich znaczenie jest wyraźne w sektorze lotnictwa i obronności do wiercenia i cięcia elementów specjalnych.

Warto zauważyć, że choć twierdzi się, że ultraszybkie lasery nadają się do wielu dziedzin, ich rzeczywiste zastosowanie pozostaje kwestią odrębną. W branżach o dużej produkcji, takich jak produkcja materiałów półprzewodnikowych, układów scalonych, płytek półprzewodnikowych, płytek PCB, płytek miedzianych i SMT, istnieje niewiele, jeśli w ogóle, istotnych zastosowań ultraszybkich laserów. Oznacza to opóźnienie w rozwoju zastosowań i procesów ultraszybkich laserów, pozostając w tyle 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 laserowym cięciem 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, branże z dojrzałymi procesami produkcyjnymi w zastosowaniach terminalowych często napotykają liczne próby i walidacje podczas przechodzenia na mikroobróbkę laserową. Odkrywanie niezawodnych, nowych rozwiązań procesowych wymaga wielu prób i błędów, biorąc pod uwagę koszty sprzętu. To przejście nie jest łatwym procesem.

Cięcie całych paneli szklanych może być realnym punktem wejścia ultraszybkich laserów do określonej niszy rynkowej. Szybkie wdrożenie cięcia laserowego w mobilnych ekranach szklanych stanowi tego przykład. Jednak zagłębianie się w ultraszybkie lasery do obróbki elementów z materiałów specjalnych lub półproduktów w innych branżach wymaga więcej czasu na eksplorację. Obecnie zastosowania ultraszybkich laserów pozostają dość ograniczone, koncentrując się głównie na cięciu materiałów niemetalicznych. Brakuje zastosowań w szerszych dziedzinach, takich jak OLED/półprzewodniki, co wskazuje, że ogólny poziom technologii ultraszybkiego przetwarzania laserowego w Chinach nie jest jeszcze wysoki. Oznacza to również ogromny potencjał rozwoju w przyszłości, z przewidywanym stopniowym wzrostem zastosowań ultraszybkiego przetwarzania laserowego w ciągu następnej dekady.