Как выйти на рынок применения сверхбыстрого лазерного оборудования высокой мощности?

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

Развитие сверхбыстрых лазеров в Китае

Области применения лазерной обработки постепенно диверсифицировались, сосредоточившись на различных задачах, таких как резка волоконным лазером средней и высокой мощности, сварка крупных металлических деталей и сверхбыстрая лазерная микрообработка прецизионных изделий. Сверхбыстрые лазеры, представленные пикосекундными лазерами (10-12 секунд) и фемтосекундными лазерами (10-15 секунд), появились всего за 20 лет. Они поступили в коммерческое использование в 2010 году и постепенно проникли в сферы медицинской и промышленной переработки. Китай инициировал промышленное использование сверхбыстрых лазеров в 2012 году, однако готовые 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 превысила 2 миллиона китайских юаней. Одноступенчатый сверхбыстрый станок для лазерной резки продан более чем за 4 миллиона юаней. Высокая стоимость препятствовала широкому применению сверхбыстрых лазеров в Китае. После 2015 года Китай ускорил освоение производства сверхбыстрых лазеров. Технологические прорывы происходили быстро, и к 2017 году более десяти китайских компаний по производству сверхбыстрых лазеров конкурировали на равных с зарубежной продукцией. Сверхбыстрые лазеры китайского производства стоили всего несколько десятков тысяч юаней, что вынудило импортную продукцию соответственно снизить цены. В это время отечественные сверхбыстрые лазеры стабилизировались и получили распространение на маломощном этапе. (3W-15W). 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 был достигнут значительный прогресс в области сверхбыстрых лазерных технологий китайского производства: успешная разработка ультрафиолетового пикосекундного лазера мощностью 50 Вт и постепенное создание фемтосекундного лазера мощностью 50 Вт. В 2023 году пекинская компания представила мощный инфракрасный пикосекундный лазер мощностью 500 Вт. В настоящее время сверхбыстрые лазерные технологии Китая значительно сократили разрыв с передовыми уровнями Европы и США, отставая только по таким ключевым показателям, как максимальная мощность, стабильность и минимальная длительность импульса.

Ожидаемое будущее развитие сверхбыстрых лазеров по-прежнему сосредоточено на внедрении вариантов с более высокой мощностью, таких как инфракрасный пикосекундный лазер мощностью 1000 Вт и фемтосекундный лазер мощностью 500 Вт, с постоянным улучшением длительности импульса. По мере развития технологий ожидается, что определенные узкие места в приложении будут преодолены.

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

Темпы роста рынка сверхбыстрых лазеров в Китае существенно отстают от роста поставок. Это несоответствие в первую очередь обусловлено тем, что рынок конечного применения 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 процессами на этапе применения и спадом на рынке электронных устройств и панелей для смартфонов за последние три года привели к тому, что многие пользователи не решаются расширить свое производство до сверхбыстрых лазерных линий.

В отличие от видимой лазерной резки и сварки листового металла, возможности обработки сверхбыстрыми лазерами 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 резке полноэкранных смартфонов, стекла, OLED-пленки PET, гибких печатных плат FPC, солнечных элементов PERC, резке пластин и сверлении глухих отверстий в печатных платах, а также в других областях. 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 вопросом. В отраслях с крупномасштабным производством, таких как производство полупроводниковых материалов, микросхем, пластин, печатных плат, медных плат и поверхностного монтажа, применение сверхбыстрых лазеров крайне ограничено, если вообще существует. Это свидетельствует об отставании в развитии сверхбыстрых лазерных приложений и процессов, отстающем от темпов развития лазерных технологий.

Долгий путь исследования приложений сверхбыстрой лазерной обработки

В Китае число компаний, специализирующихся на прецизионном лазерном оборудовании, сравнительно невелико и составляет всего около 1/20 предприятий по лазерной резке металла. Эти компании, как правило, невелики по масштабу 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 области конечного применения часто сталкиваются с многочисленными испытаниями и проверками при переходе на лазерную микрообработку. Поиск надежных новых технологических решений требует значительного количества проб и ошибок, учитывая затраты на оборудование. Этот переход — нелегкий процесс.

Резка цельных стекол может стать реальной точкой входа для сверхбыстрых лазеров в определенную нишу. Ярким примером успешного применения лазерной резки является быстрое внедрение ее в производство мобильных стеклянных экранов. Однако освоение сверхбыстрых лазеров для изготовления специальных компонентов материалов или полуфабрикатов в других отраслях промышленности требует больше времени на исследования. В настоящее время применение сверхбыстрых лазеров остается несколько ограниченным и в основном сосредоточено на резке неметаллических материалов. Наблюдается дефицит приложений в более широких областях, таких как органические светодиоды/полупроводники, что подчеркивает, что общий уровень технологии сверхбыстрой лазерной обработки в Китае еще не высок. Это также подразумевает огромный потенциал для будущего развития, при этом ожидается постепенный рост применения сверхбыстрой лазерной обработки в течение следующего десятилетия.