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 viedli k širokému rozšíreniu laserového spracovania v rôznych výrobných odvetviach. Či už ide o rezanie kovov s vysokým výkonom alebo mikrospracovanie so stredným až nízkym výkonom, laserové metódy vykazujú oproti tradičným technikám spracovania významné výhody. V dôsledku toho sa laserové spracovanie v poslednom desaťročí rýchlo a široko uplatňuje.

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 za iba 20 rokov. Do komerčného používania vstúpili v roku 2010 a postupne prenikli do oblasti medicínskeho a priemyselného spracovania. Čína začala s priemyselným používaním 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 cena ultrarýchlych laserov presiahla 2 milióny čínskych juanov. Jeden presný ultrarýchly laserový rezací stroj sa predával za viac ako 4 milióny juanov. Vysoké náklady bránili rozsiahlemu používaniu 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. Ultrarýchle lasery vyrobené v Číne mali cenu len desiatky tisíc juanov, čo nútilo dovážané produkty zodpovedajúcim spôsobom znížiť svoje ceny. Počas tohto obdobia sa domáce ultrarýchle lasery stabilizovali a získali na popularite v nízkopríkonovom stupni (3 W – 15 W). 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 500W vysokovýkonný infračervený pikosekundový laser. V súčasnosti čínska ultrarýchla laserová technológia výrazne zmenšila rozdiel oproti pokročilej úrovni v Európe a Spojených štátoch a zaostáva len 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, že určité úzke miesta v aplikácii budú prekonané.

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 rozdiel pramení predovšetkým zo skutočnosti, že trh s následnými aplikáciami pre čínske ultrarýchle lasery sa ešte úplne neotvoril. Silná konkurencia medzi domácimi a zahraničnými výrobcami laserov, ktorá vedie cenové vojny 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 na linky s ultrarýchlymi lasermi.

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 rozvinuté uplatnenie pri rezaní smartfónov s plnou obrazovkou, skla, OLED PET fólie, flexibilných FPC dosiek, PERC solárnych článkov, rezaní doštičiek a vŕtaní slepých otvorov v doskách plošných spojov, okrem iných oblastí. Okrem toho je ich význam výrazný v leteckom a obrannom priemysle na vŕtanie a rezanie špeciálnych komponentov.

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

Dlhá cesta skúmania aplikácií v ultrarýchlom laserovom spracovaní

V Číne je počet spoločností špecializujúcich sa na presné laserové zariadenia relatívne malý a predstavuje len 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 odvetvia s rozvinutými výrobnými procesmi v terminálových aplikáciách často čelia početným pokusom a validáciám pri prechode na laserové mikrospracovanie. Objavovanie spoľahlivých nových procesných riešení si vyžaduje značný počet pokusov a omylov, berúc do úvahy náklady na zariadenia. Tento prechod nie je jednoduchý proces.

Rezanie celých sklenených panelov by mohlo byť uskutočniteľným vstupným bodom pre ultrarýchle lasery do špecifickej oblasti. Rýchle prijatie laserového rezania pre mobilné sklenené obrazovky slúži ako úspešný príklad. Avšak ponorenie sa do 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 sa zameriavajú na rezanie nekovových materiálov. Existuje nedostatok aplikácií v širších oblastiach, ako sú OLED/polovodiče, čo zdôrazňuje, že celková úroveň technológie ultrarýchleho laserového spracovania v Číne ešte nie je vysoká. To tiež naznačuje obrovský potenciál pre budúci rozvoj s očakávaným postupným nárastom aplikácií ultrarýchleho laserového spracovania v nasledujúcom desaťročí.