Как выйти на рынок применения мощного сверхбыстрого лазерного оборудования?

Промышленная лазерная обработка обладает тремя ключевыми характеристиками: высокой эффективностью, точностью и первоклассным качеством. Именно эти три качества обеспечили широкое распространение лазерной обработки в различных отраслях промышленности. Будь то высокомощная резка металла или микрообработка на средних и низких уровнях мощности, лазерные методы продемонстрировали значительные преимущества перед традиционными методами обработки. Следовательно, лазерная обработка получила быстрое и широкое распространение за последнее десятилетие.

Разработка сверхбыстрых лазеров в Китае

Области применения лазерной обработки постепенно диверсифицировались, сосредоточившись на различных задачах, таких как резка волоконными лазерами средней и высокой мощности, сварка крупных металлических компонентов и сверхбыстрая лазерная микрообработка прецизионных изделий. Сверхбыстрые лазеры, представленные пикосекундными (10⁻¹² секунд) и фемтосекундными (10⁻¹⁵ секунд), развивались всего за 20 лет. Они вошли в коммерческое использование в 2010 году и постепенно проникли в медицинскую и промышленную сферы. Китай начал промышленное использование сверхбыстрых лазеров в 2012 году, но зрелые продукты появились только к 2014 году. До этого почти все сверхбыстрые лазеры импортировались.

К 2015 году зарубежные производители обладали относительно зрелой технологией, однако стоимость сверхбыстрых лазеров превышала 2 миллиона китайских юаней. Один высокоточный станок для сверхбыстрой лазерной резки продавался более чем за 4 миллиона юаней. Высокая стоимость препятствовала широкому применению сверхбыстрых лазеров в Китае. После 2015 года Китай ускорил освоение сверхбыстрых лазеров внутри страны. Быстро происходили технологические прорывы, и к 2017 году более десяти китайских компаний, производящих сверхбыстрые лазеры, конкурировали на равных с зарубежной продукцией. Китайские сверхбыстрые лазеры стоили всего десятки тысяч юаней, что вынуждало импортные товары соответственно снижать цены. В это время отечественные сверхбыстрые лазеры стабилизировались и получили распространение на этапе малой мощности (3-15 Вт). Объемы поставок сверхбыстрых лазеров в Китае резко выросли: с менее чем 100 единиц в 2015 году до 2400 единиц в 2021 году. В 2020 году объем китайского рынка сверхбыстрых лазеров составил приблизительно 2,74 миллиарда юаней.

Мощность сверхбыстрых лазеров продолжает достигать новых высот.

В последние годы благодаря усилиям китайских исследователей произошли значительные успехи в разработке китайских сверхбыстрых лазерных технологий: успешно создан 50-ваттный ультрафиолетовый пикосекундный лазер и постепенно совершенствуется 50-ваттный фемтосекундный лазер. В 2023 году пекинская компания представила 500-ваттный мощный инфракрасный пикосекундный лазер. В настоящее время китайские сверхбыстрые лазерные технологии значительно сократили отставание от передовых разработок в Европе и США, уступая лишь по ключевым показателям, таким как максимальная мощность, стабильность и минимальная ширина импульса.

Ожидается, что в будущем развитие сверхбыстрых лазеров будет сосредоточено на создании более мощных вариантов, таких как пикосекундный инфракрасный лазер мощностью 1000 Вт и фемтосекундный лазер мощностью 500 Вт, с постоянным улучшением длительности импульса. По мере развития технологий ожидается преодоление определенных узких мест в их применении.

Внутренний спрос в Китае отстает от развития мощностей по производству лазерного оборудования.

Темпы роста объема китайского рынка сверхбыстрых лазеров значительно отстают от резкого увеличения поставок. Это несоответствие в первую очередь объясняется тем, что рынок сбыта китайских сверхбыстрых лазеров еще не полностью открыт. Жесткая конкуренция между отечественными и зарубежными производителями лазеров, ведущие ценовые войны за долю рынка, в сочетании со многими незрелыми технологическими процессами на этапе применения и спадом на рынке электроники/панелей для смартфонов за последние три года, заставили многих пользователей колебаться в расширении своего производства на линии сверхбыстрых лазеров.

В отличие от видимой лазерной резки и сварки листового металла, возможности обработки с помощью сверхбыстрых лазеров позволяют выполнять задачи за чрезвычайно короткое время, что требует обширных исследований в различных областях. В настоящее время часто упоминается, что сверхбыстрые лазеры имеют зрелые области применения в резке полноэкранных смартфонов, стекла, ПЭТ-пленки для OLED-дисплеев, гибких печатных плат, солнечных элементов PERC, резке пластин и сверлении глухих отверстий в печатных платах, среди прочих областей. Кроме того, их значение особенно велико в аэрокосмической и оборонной отраслях для сверления и резки специальных компонентов.

Стоит отметить, что, хотя утверждается, что сверхбыстрые лазеры подходят для множества областей, их фактическое применение остается совсем другим вопросом. В отраслях с крупномасштабным производством, таких как полупроводниковые материалы, микросхемы, кремниевые пластины, печатные платы, платы с медным покрытием и поверхностный монтаж, существует мало, если вообще есть, значимых применений сверхбыстрых лазеров. Это свидетельствует о задержке в разработке приложений и процессов для сверхбыстрых лазеров, отстающих от темпов развития лазерных технологий.

Долгий путь исследования применений в сверхбыстрой лазерной обработке

В Китае количество компаний, специализирующихся на прецизионном лазерном оборудовании, относительно невелико, составляя лишь около 1/20 предприятий по лазерной резке металла. Эти компании, как правило, невелики по масштабу и имеют ограниченные возможности для развития технологических процессов в таких отраслях, как производство микросхем, печатных плат и панелей. Более того, отрасли с отработанными производственными процессами в конечных приложениях часто сталкиваются с многочисленными испытаниями и проверками при переходе к лазерной микрообработке. Поиск надежных новых технологических решений требует значительных проб и ошибок, учитывая стоимость оборудования. Этот переход — непростой процесс.

Резка целых стеклянных панелей может стать перспективным направлением для применения сверхбыстрых лазеров в определенной нише. Успешным примером является быстрое внедрение лазерной резки стеклянных экранов мобильных телефонов. Однако для разработки сверхбыстрых лазеров для специальных материалов или полуфабрикатов в других отраслях требуется больше времени на исследования. В настоящее время применение сверхбыстрых лазеров остается несколько ограниченным, в основном сосредоточенным на резке неметаллических материалов. Существует дефицит применений в более широких областях, таких как OLED-дисплеи/полупроводники, что подчеркивает невысокий общий уровень развития технологий сверхбыстрой лазерной обработки в Китае. Это также подразумевает огромный потенциал для будущего развития, с ожидаемым постепенным ростом применения сверхбыстрых лазеров в течение следующего десятилетия.