Làm thế nào để khai thác thị trường ứng dụng cho thiết bị laser siêu nhanh công suất cao?

Gia công laser công nghiệp sở hữu ba đặc điểm then chốt: hiệu quả cao, độ chính xác và chất lượng hàng đầu. Chính ba đặc điểm này đã khiến gia công laser được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau. Cho dù đó là cắt kim loại công suất cao hay gia công vi mô ở mức công suất trung bình đến thấp, các phương pháp laser đã thể hiện những ưu điểm vượt trội so với các kỹ thuật gia công truyền thống. Do đó, gia công laser đã được ứng dụng nhanh chóng và rộng rãi trong thập kỷ qua.

Sự phát triển của laser siêu nhanh ở Trung Quốc

Các ứng dụng gia công bằng laser đã dần đa dạng hóa, tập trung vào các nhiệm vụ khác nhau như cắt laser sợi quang công suất trung bình và cao, hàn các chi tiết kim loại lớn và gia công vi mô chính xác bằng laser siêu nhanh. Laser siêu nhanh, tiêu biểu là laser picosecond (10-12 giây) và laser femtosecond (10-15 giây), đã phát triển chỉ trong vòng 20 năm. Chúng được đưa vào sử dụng thương mại năm 2010 và dần thâm nhập vào lĩnh vực y tế và công nghiệp. Trung Quốc đã khởi xướng việc sử dụng laser siêu nhanh trong công nghiệp năm 2012, nhưng các sản phẩm hoàn thiện chỉ xuất hiện vào năm 2014. Trước đó, hầu hết các laser siêu nhanh đều được nhập khẩu.

Đến năm 2015, các nhà sản xuất nước ngoài đã có công nghệ tương đối hoàn thiện, nhưng giá thành của laser siêu nhanh vẫn vượt quá 2 triệu nhân dân tệ. Một máy cắt laser siêu nhanh chính xác cao được bán với giá hơn 4 triệu nhân dân tệ. Chi phí cao đã cản trở việc ứng dụng rộng rãi laser siêu nhanh tại Trung Quốc. Sau năm 2015, Trung Quốc đã đẩy nhanh quá trình nội địa hóa laser siêu nhanh. Các đột phá công nghệ diễn ra nhanh chóng, và đến năm 2017, hơn mười công ty sản xuất laser siêu nhanh của Trung Quốc đã cạnh tranh ngang hàng với các sản phẩm nước ngoài. Laser siêu nhanh sản xuất tại Trung Quốc có giá chỉ vài chục nghìn nhân dân tệ, buộc các sản phẩm nhập khẩu phải giảm giá tương ứng. Trong thời gian đó, laser siêu nhanh sản xuất trong nước đã ổn định và thu hút được sự chú ý ở phân khúc công suất thấp (3W-15W). Lượng xuất khẩu laser siêu nhanh của Trung Quốc tăng vọt từ dưới 100 chiếc vào năm 2015 lên 2.400 chiếc vào năm 2021. Năm 2020, thị trường laser siêu nhanh của Trung Quốc đạt khoảng 2,74 tỷ nhân dân tệ.

Sức mạnh của laser siêu nhanh không ngừng đạt đến những tầm cao mới.

Trong những năm gần đây, nhờ nỗ lực của các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc, công nghệ laser siêu nhanh do Trung Quốc sản xuất đã có những bước tiến đáng kể: sự phát triển thành công của laser picosecond tia cực tím 50W và sự hoàn thiện dần của laser femtosecond 50W. Năm 2023, một công ty có trụ sở tại Bắc Kinh đã giới thiệu laser picosecond hồng ngoại công suất cao 500W. Hiện nay, công nghệ laser siêu nhanh của Trung Quốc đã thu hẹp đáng kể khoảng cách với trình độ tiên tiến ở châu Âu và Hoa Kỳ, chỉ còn tụt hậu ở các chỉ số quan trọng như công suất tối đa, độ ổn định và độ rộng xung tối thiểu.

Sự phát triển trong tương lai của các laser siêu nhanh tiếp tục tập trung vào việc giới thiệu các biến thể công suất cao hơn, chẳng hạn như laser picosecond hồng ngoại 1000W và laser femtosecond 500W, cùng với những cải tiến liên tục về độ rộng xung. Khi công nghệ tiến bộ, một số điểm nghẽn trong ứng dụng dự kiến ​​sẽ được khắc phục.

Nhu cầu thị trường nội địa tại Trung Quốc đang tụt hậu so với sự phát triển năng lực sản xuất laser.

Tốc độ tăng trưởng quy mô thị trường laser siêu nhanh của Trung Quốc thấp hơn đáng kể so với sự tăng trưởng về lượng hàng xuất xưởng. Sự chênh lệch này chủ yếu xuất phát từ thực tế là thị trường ứng dụng hạ nguồn cho laser siêu nhanh của Trung Quốc chưa được khai thác hết tiềm năng. Cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất laser trong và ngoài nước, các cuộc chiến giá cả để giành thị phần, cùng với nhiều quy trình chưa hoàn thiện ở khâu ứng dụng và sự suy thoái của thị trường linh kiện điện tử/màn hình điện thoại thông minh trong ba năm qua, đã khiến nhiều người dùng ngần ngại mở rộng sản xuất sang dây chuyền laser siêu nhanh.

Không giống như cắt và hàn laser thông thường trên tấm kim loại, khả năng xử lý của laser siêu nhanh hoàn thành các tác vụ trong thời gian cực ngắn, đòi hỏi nghiên cứu sâu rộng về nhiều quy trình khác nhau. Hiện nay, chúng ta thường nhắc đến việc laser siêu nhanh có nhiều ứng dụng tiên tiến trong việc cắt màn hình điện thoại thông minh, kính, màng OLED PET, bảng mạch FPC linh hoạt, pin mặt trời PERC, cắt wafer và khoan lỗ mù trên bảng mạch, cùng nhiều lĩnh vực khác. Ngoài ra, tầm quan trọng của chúng còn được thể hiện rõ nét trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quốc phòng để khoan và cắt các linh kiện đặc biệt.

Điều đáng chú ý là mặc dù người ta cho rằng laser siêu nhanh phù hợp với nhiều lĩnh vực, nhưng ứng dụng thực tế của chúng lại là một vấn đề khác. Trong các ngành công nghiệp sản xuất quy mô lớn như vật liệu bán dẫn, chip, tấm bán dẫn, mạch in PCB, bo mạch phủ đồng và SMT, có rất ít, nếu không muốn nói là không có, ứng dụng đáng kể nào của laser siêu nhanh. Điều này cho thấy sự chậm trễ trong phát triển các ứng dụng và quy trình laser siêu nhanh, tụt hậu so với tốc độ tiến bộ của công nghệ laser.

Hành trình dài khám phá các ứng dụng trong xử lý laser siêu nhanh

Tại Trung Quốc, số lượng các công ty chuyên về thiết bị laser chính xác tương đối ít, chỉ chiếm khoảng 1/20 số doanh nghiệp cắt laser kim loại. Các công ty này thường không có quy mô lớn và có ít cơ hội phát triển quy trình trong các ngành công nghiệp như sản xuất chip, mạch in (PCB) và tấm nền. Hơn nữa, các ngành công nghiệp có quy trình sản xuất đã hoàn thiện trong các ứng dụng cuối cùng thường phải trải qua nhiều thử nghiệm và kiểm chứng khi chuyển đổi sang gia công vi mô bằng laser. Việc tìm ra các giải pháp quy trình mới đáng tin cậy đòi hỏi nhiều thử nghiệm và sai sót, xét đến chi phí thiết bị. Quá trình chuyển đổi này không hề dễ dàng.

Cắt kính nguyên tấm có thể là một điểm khởi đầu khả thi cho laser siêu tốc trong một lĩnh vực chuyên biệt. Việc ứng dụng nhanh chóng công nghệ cắt laser cho màn hình kính điện thoại di động là một ví dụ thành công. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sâu hơn về laser siêu tốc cho các linh kiện vật liệu đặc biệt hoặc sản phẩm bán thành phẩm trong các ngành công nghiệp khác cần nhiều thời gian hơn để khám phá. Hiện nay, các ứng dụng laser siêu tốc vẫn còn khá hạn chế, chủ yếu tập trung vào cắt vật liệu phi kim loại. Có rất ít ứng dụng trong các lĩnh vực rộng hơn như OLED/bán dẫn, cho thấy trình độ công nghệ xử lý laser siêu tốc tổng thể của Trung Quốc vẫn chưa cao. Điều này cũng ngụ ý tiềm năng phát triển to lớn trong tương lai, với dự đoán về sự gia tăng dần dần các ứng dụng xử lý laser siêu tốc trong thập kỷ tới.