Как выйти на рынок применения сверхбыстрого лазерного оборудования высокой мощности?

Промышленная лазерная обработка обладает тремя ключевыми характеристиками: высокой эффективностью, точностью и высочайшим качеством. Именно эти три характеристики обеспечили широкое применение лазерной обработки в различных производственных секторах. Будь то резка металла высокой мощности или микрообработка на средних и низких уровнях мощности, лазерные методы продемонстрировали значительные преимущества по сравнению с традиционными методами обработки. В результате лазерная обработка получила быстрое и широкое распространение за последнее десятилетие.

Развитие сверхбыстрых лазеров в Китае

Применение лазерной обработки постепенно диверсифицировалось, сосредоточившись на различных задачах, таких как резка волоконным лазером средней и высокой мощности, сварка крупногабаритных металлических деталей и сверхбыстрая лазерная микрообработка прецизионных изделий. Сверхбыстрые лазеры, представленные пикосекундными (10-12 секунд) и фемтосекундными (10-15 секунд) лазерами, появились всего за 20 лет. Они поступили в коммерческое использование в 2010 году и постепенно проникли в сферы медицинской и промышленной обработки. Китай начал промышленное использование сверхбыстрых лазеров в 2012 году, но готовые продукты появились только к 2014 году. До этого практически все сверхбыстрые лазеры импортировались.

К 2015 году зарубежные производители обладали относительно зрелой технологией, однако стоимость сверхбыстрых лазеров превысила 2 миллиона китайских юаней. Один прецизионный сверхбыстрый лазерный режущий станок был продан за более чем 4 миллиона юаней. Высокая стоимость препятствовала широкому применению сверхбыстрых лазеров в Китае. После 2015 года Китай ускорил внедрение сверхбыстрых лазеров в отечественное производство. Быстро произошли технологические прорывы, и к 2017 году более десяти китайских компаний, производящих сверхбыстрые лазеры, конкурировали на равных с зарубежной продукцией. Сверхбыстрые лазеры китайского производства стоили всего десятки тысяч юаней, что вынудило импортную продукцию соответственно снизить свои цены. За это время сверхбыстрые лазеры отечественного производства стабилизировались и набрали обороты в сегменте маломощных (3–15 Вт). Поставки китайских сверхбыстрых лазеров выросли с менее 100 единиц в 2015 году до 2400 единиц в 2021 году. В 2020 году объем китайского рынка сверхбыстрых лазеров составил около 2,74 млрд юаней.

Мощность сверхбыстрых лазеров продолжает достигать новых высот

В последние годы, благодаря усилиям китайских исследователей, в китайской сверхбыстрой лазерной технологии наблюдался значительный прогресс: успешная разработка 50-ваттного ультрафиолетового пикосекундного лазера и постепенное развитие 50-ваттного фемтосекундного лазера. В 2023 году пекинская компания представила мощный 500-ваттный инфракрасный пикосекундный лазер. В настоящее время китайская сверхбыстрая лазерная технология значительно сократила разрыв с передовыми образцами Европы и США, уступая лишь по таким ключевым показателям, как максимальная мощность, стабильность и минимальная длительность импульса.

Ожидаемое будущее развитие сверхбыстрых лазеров по-прежнему сосредоточено на разработке более мощных вариантов, таких как инфракрасный пикосекундный лазер мощностью 1000 Вт и фемтосекундный лазер мощностью 500 Вт, с постоянным улучшением длительности импульса. По мере развития технологий ожидается преодоление некоторых узких мест в их применении.

Спрос на внутреннем рынке Китая отстаёт от развития мощностей по производству лазеров

Темпы роста китайского рынка сверхбыстрых лазеров значительно отстают от роста поставок. Это несоответствие обусловлено, главным образом, тем, что рынок применения китайских сверхбыстрых лазеров ещё не полностью открыт. Жесткая конкуренция между отечественными и зарубежными производителями лазеров, ведущая ценовые войны за долю рынка, в сочетании с незрелостью многих технологических процессов в сфере применения и спадом на рынке электронных компонентов и панелей для смартфонов за последние три года, привели к тому, что многие пользователи не решались расширить производство на линии сверхбыстрых лазеров.

В отличие от видимой лазерной резки и сварки листового металла, сверхбыстрые лазеры позволяют выполнять задачи в чрезвычайно короткие сроки, что требует обширных исследований в различных процессах. В настоящее время мы часто упоминаем, что сверхбыстрые лазеры нашли широкое применение в таких областях, как резка полноэкранных смартфонов, стекла, OLED-пленки ПЭТ, гибких печатных плат FPC, солнечных элементов PERC, резка пластин и сверление глухих отверстий в печатных платах, среди прочих. Кроме того, их значение особенно важно в аэрокосмической и оборонной промышленности для сверления и резки специальных компонентов.

Стоит отметить, что, хотя утверждается, что сверхбыстрые лазеры подходят для множества областей, их фактическое применение остаётся под вопросом. В отраслях с крупномасштабным производством, таких как производство полупроводниковых материалов, микросхем, пластин, печатных плат, медных плат и поверхностного монтажа (SMT), применение сверхбыстрых лазеров практически не находит широкого применения. Это свидетельствует об отставании в развитии приложений и процессов сверхбыстрых лазеров, отстающем от темпов развития лазерных технологий.

Долгий путь исследования приложений сверхбыстрой лазерной обработки

В Китае число компаний, специализирующихся на прецизионном лазерном оборудовании, относительно невелико и составляет лишь около 1/20 от общего числа предприятий, занимающихся лазерной резкой металла. Эти компании, как правило, не отличаются крупным масштабом и имеют ограниченные возможности для разработки технологических процессов в таких отраслях, как производство микросхем, печатных плат и панелей. Более того, отрасли с отлаженными производственными процессами в терминальных приложениях часто сталкиваются с многочисленными испытаниями и валидациями при переходе на лазерную микрообработку. Поиск новых надежных технологических решений требует значительного количества проб и ошибок, учитывая стоимость оборудования. Этот переход — непростой процесс.

Резка цельного стекла может стать приемлемой точкой входа для сверхбыстрых лазеров в определённую нишу. Примером успешного применения является быстрое внедрение лазерной резки для мобильных стеклянных экранов. Однако освоение сверхбыстрых лазеров для компонентов из специальных материалов или полуфабрикатов в других отраслях требует больше времени на изучение. В настоящее время применение сверхбыстрых лазеров остаётся несколько ограниченным, в основном для резки неметаллических материалов. Отмечается дефицит приложений в более широких областях, таких как OLED/полупроводники, что подчёркивает, что общий уровень технологий сверхбыстрой лазерной обработки в Китае пока невысок. Это также подразумевает огромный потенциал для будущего развития, с ожидаемым постепенным ростом применения сверхбыстрой лазерной обработки в течение следующего десятилетия.