Ako sa dostať na trh s aplikáciami pre vysokovýkonné ultrarýchle laserové zariadenia?

Priemyselné laserové spracovanie sa môže pochváliť tromi kľúčovými vlastnosťami: vysokou účinnosťou, presnosťou a špičkovou kvalitou. Práve tieto tri vlastnosti spôsobili, že laserové spracovanie sa široko používa v rôznych výrobných odvetviach. Či už ide o rezanie kovov s vysokým výkonom alebo mikrospracovanie so stredným až nízkym výkonom, laserové metódy preukázali oproti tradičným technikám spracovania významné výhody. V dôsledku toho sa laserové spracovanie v poslednom desaťročí rýchlo a široko rozšírilo.

Vývoj ultrarýchlych laserov v Číne

Aplikácie laserového spracovania sa postupne diverzifikovali a zameriavali sa na rôzne úlohy, ako je rezanie vláknovým laserom so stredným a vysokým výkonom, zváranie veľkých kovových komponentov a ultrarýchle laserové mikrospracovanie presných produktov. Ultrarýchle lasery, reprezentované pikosekundovými lasermi (10 – 12 sekúnd) a femtosekundovými lasermi (10 – 15 sekúnd), sa vyvinuli len za 20 rokov. Do komerčného využitia sa dostali v roku 2010 a postupne prenikli do oblasti medicínskeho a priemyselného spracovania. Čína začala s priemyselným využívaním ultrarýchlych laserov v roku 2012, ale zrelé produkty sa objavili až v roku 2014. Predtým sa takmer všetky ultrarýchle lasery dovážali.

Do roku 2015 mali zahraniční výrobcovia relatívne vyspelé technológie, no náklady na ultrarýchle lasery prekročili 2 milióny čínskych juanov. Jeden presný ultrarýchly laserový rezací stroj sa predal za viac ako 4 milióny juanov. Vysoké náklady bránili rozsiahlemu použitiu ultrarýchlych laserov v Číne. Po roku 2015 Čína urýchlila domestikáciu ultrarýchlych laserov. Technologické prielomy nastali rýchlo a do roku 2017 viac ako desať čínskych spoločností zaoberajúcich sa ultrarýchlymi lasermi konkurovalo zahraničným produktom na rovnakej úrovni. Čínske ultrarýchle lasery sa predávali len za desiatky tisíc juanov, čo prinútilo dovážané výrobky zodpovedajúcim spôsobom znížiť svoje ceny. Počas tohto obdobia sa domáce ultrarýchle lasery stabilizovali a získali si prevahu v nízkoenergetickom stupni. (3W-15W). Dodávky čínskych ultrarýchlych laserov prudko vzrástli z menej ako 100 kusov v roku 2015 na 2 400 kusov v roku 2021. V roku 2020 predstavoval čínsky trh s ultrarýchlymi lasermi približne 2,74 miliardy juanov.

Sila ultrarýchlych laserov neustále dosahuje nové výšky

V posledných rokoch došlo vďaka úsiliu výskumníkov v Číne k významnému pokroku v technológii ultrarýchlych laserov vyrobenej v Číne: úspešný vývoj 50W ultrafialového pikosekundového laseru a postupné dozrievanie 50W femtosekundového laseru. V roku 2023 predstavila spoločnosť so sídlom v Pekingu vysokovýkonný infračervený pikosekundový laser s výkonom 500 W. Čínska ultrarýchla laserová technológia v súčasnosti výrazne zmenšila rozdiel oproti pokročilým úrovniam v Európe a Spojených štátoch a zaostáva iba v kľúčových ukazovateľoch, ako je maximálny výkon, stabilita a minimálna šírka impulzu.

Očakávaný budúci vývoj ultrarýchlych laserov sa naďalej zameriava na zavádzanie variantov s vyšším výkonom, ako je napríklad 1000 W infračervený pikosekundový laser a 500 W femtosekundový laser, s neustálym zlepšovaním šírky impulzu. S pokrokom technológie sa očakáva prekonanie určitých úzkych miest v aplikácii.

Dopyt na domácom trhu v Číne zaostáva za rozvojom laserovej výrobnej kapacity

Tempo rastu čínskeho trhu s ultrarýchlymi lasermi výrazne zaostáva za nárastom dodávok. Tento rozpor pramení predovšetkým zo skutočnosti, že trh s následnými aplikáciami pre čínske ultrarýchle lasery sa ešte úplne neotvoril. Tvrdá konkurencia medzi domácimi a zahraničnými výrobcami laserov, vedenie cenových vojen o získanie podielu na trhu, spolu s mnohými nezrelými procesmi na strane aplikácií a poklesom na trhu s elektronikou/panelami pre smartfóny za posledné tri roky, viedla mnohých používateľov k váhaniu s rozšírením svojej výroby o ultrarýchle laserové linky.

Na rozdiel od viditeľného laserového rezania a zvárania plechov, schopnosť spracovania ultrarýchlych laserov dokončiť úlohy v extrémne krátkom čase, čo si vyžaduje rozsiahly výskum v rôznych procesoch. V súčasnosti často spomíname, že ultrarýchle lasery majú zrelé uplatnenie, okrem iného pri rezaní smartfónov s celou obrazovkou, skla, OLED PET fólie, flexibilných FPC dosiek, solárnych článkov PERC, rezaní dosiek a vŕtaní slepých otvorov v doskách plošných spojov. Okrem toho je ich význam výrazný v leteckom a obrannom priemysle pri vŕtaní a rezaní špeciálnych komponentov.

Stojí za zmienku, že hoci sa tvrdí, že ultrarýchle lasery sú vhodné pre mnohé oblasti, ich skutočné použitie zostáva inou záležitosťou. V odvetviach s veľkovýrobou, ako sú polovodičové materiály, čipy, doštičky, dosky plošných spojov, dosky s medeným povlakom a SMT, existuje len málo, ak vôbec nejaké, významné aplikácie ultrarýchlych laserov. To znamená oneskorenie vo vývoji ultrarýchlych laserových aplikácií a procesov, ktoré zaostáva za tempom pokroku v laserových technológiách.

Dlhá cesta skúmania aplikácií v ultrarýchlom laserovom spracovaní

V Číne je počet spoločností špecializujúcich sa na presné laserové zariadenia relatívne malý a predstavuje iba približne 1/20 podnikov zaoberajúcich sa laserovým rezaním kovov. Tieto spoločnosti vo všeobecnosti nie sú veľké a majú obmedzené možnosti vývoja procesov v odvetviach, ako sú čipy, dosky plošných spojov a panely. Okrem toho, priemyselné odvetvia s rozvinutými výrobnými procesmi v terminálových aplikáciách často čelia početným skúškam a validáciám pri prechode na laserové mikroprocesingy. Objavovanie spoľahlivých nových procesných riešení si vyžaduje značné množstvo pokusov a omylov, berúc do úvahy náklady na zariadenia. Tento prechod nie je jednoduchý proces.

Rezanie celého skla by mohlo byť uskutočniteľným vstupným bodom pre ultrarýchle lasery do špecifickej oblasti. Rýchle prijatie laserového rezania pre mobilné sklenené obrazovky je úspešným príkladom. Avšak skúmanie ultrarýchlych laserov pre špeciálne materiálové komponenty alebo polotovary v iných odvetviach si vyžaduje viac času na prieskum. V súčasnosti sú aplikácie ultrarýchlych laserov do istej miery obmedzené, primárne zamerané na rezanie nekovových materiálov. V širších oblastiach, ako sú OLED/polovodiče, je nedostatok aplikácií, čo zdôrazňuje, že celková úroveň technológie ultrarýchleho laserového spracovania v Číne ešte nie je vysoká. To tiež znamená obrovský potenciál pre budúci vývoj s očakávaným postupným nárastom aplikácií ultrarýchleho laserového spracovania v nasledujúcom desaťročí.