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

Quá trình gia công bằng laser công nghiệp có ba đặc điểm chính: hiệu quả cao, độ chính xác và chất lượng hàng đầu. Ba đặc điểm này đã khiến công nghệ gia công bằng laser được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau. Cho dù là cắt kim loại công suất cao hay xử lý vi mô ở mức công suất trung bình đến thấp, phương pháp laser đều thể hiện những ưu điểm đáng kể so với các kỹ thuật xử lý truyền thống. Do đó, công nghệ xử lý bằng laser đã được ứng dụng rộng rãi và nhanh chóng trong thập kỷ qua.

Sự phát triển của tia laser siêu nhanh ở Trung Quốc

Các ứng dụng xử lý 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 thành phần kim loại lớn và các sản phẩm chính xác xử lý vi mô bằng laser siêu nhanh. Tia laser siêu nhanh, được biểu thị bằng tia laser pico giây (10-12 giây) và tia laser femto giây (10-15 giây), đã phát triển chỉ trong vòng 20 năm. Chúng được đưa vào sử dụng thương mại vào năm 2010 và dần dần thâm nhập vào lĩnh vực y tế và chế biến công nghiệp. Trung Quốc bắt đầu sử dụng công nghệ laser siêu nhanh trong công nghiệp vào năm 2012, nhưng các sản phẩm hoàn thiện chỉ xuất hiện vào năm 2014. Trước đó, hầu hết các loại laser siêu nhanh đều phải nhập khẩu.

Đến năm 2015, các nhà sản xuất nước ngoài đã có công nghệ tương đối hoàn thiện, tuy nhiên chi phí cho tia laser siêu nhanh vẫn vượt quá 2 triệu nhân dân tệ. Một máy cắt laser siêu nhanh có độ chính xác cao được bán với giá hơn 4 triệu nhân dân tệ. Chi phí cao đã cản trở việc ứng dụng rộng rãi tia laser siêu nhanh ở Trung Quốc. Sau năm 2015, Trung Quốc đẩy nhanh quá trình thuần hóa tia laser siêu nhanh. Những đột phá về công nghệ diễn ra nhanh chóng và đến năm 2017, hơn mười công ty sản xuất laser siêu nhanh của Trung Quốc đã có thể cạnh tranh ngang bằng với các sản phẩm nước ngoài. Các tia laser siêu nhanh do Trung Quốc sản xuất có giá chỉ vài chục nghìn nhân dân tệ, buộc các sản phẩm nhập khẩu phải giảm giá tương ứng. Trong thời gian đó, các tia laser siêu nhanh sản xuất trong nước đã ổn định và đạt được sức hút ở giai đoạn công suất thấp (3W-15W). Lượng lô hàng 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 giá trị khoảng 2,74 tỷ nhân dân tệ.

Sức mạnh của tia laser siêu nhanh tiếp tục đạt đến 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 tiến bộ đáng kể: phát triển thành công laser pico giây cực tím 50W và hoàn thiện dần laser femto giây 50W. Vào năm 2023, một công ty có trụ sở tại Bắc Kinh đã giới thiệu tia laser hồng ngoại pico giây công suất cao 500W. Hiện nay, công nghệ laser siêu nhanh của Trung Quốc đã thu hẹp đáng kể khoảng cách với các công nghệ tiên tiến ở Châu Âu và Hoa Kỳ, chỉ tụt hậu ở các chỉ số chính như công suất tối đa, độ ổn định và độ rộng xung tối thiểu.

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

Nhu cầu thị trường nội địa Trung Quốc chậm hơn so với sự phát triển của năng lực sản xuất laser

Tốc độ tăng trưởng của thị trường laser siêu nhanh tại Trung Quốc chậm hơn đáng kể so với mức tăng đột biến về số lượng lô hàng. Sự khác biệt này chủ yếu bắt nguồn từ thực tế là thị trường ứng dụng hạ nguồn cho laser siêu nhanh của Trung Quốc vẫn chưa mở cửa hoàn toàn. Sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất laser trong và ngoài nước, tham gia vào 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 điện tử/bảng điều khiển điện thoại thông minh trong ba năm qua đã khiến nhiều người dùng ngần ngại mở rộng sản xuất sang các dây chuyền laser siêu nhanh.

Không giống như phương pháp cắt và hàn bằng laser có thể nhìn thấy trên tấm kim loại, khả năng xử lý của tia laser siêu nhanh có thể hoàn thành nhiệm vụ trong thời gian cực ngắn, đòi hỏi phải nghiên cứu sâu rộng trong nhiều quy trình khác nhau. Hiện nay, chúng ta thường đề cập rằng tia laser siêu nhanh có ứng dụng hoàn thiện trong việc cắt điện thoại thông minh toàn màn hình, kính, màng OLED PET, bo mạch linh hoạt FPC, pin mặt trời PERC, cắt wafer và khoan lỗ mù trên bo mạch, cùng nhiều lĩnh vực khác. Ngoài ra, chúng còn có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quốc phòng khi khoan và cắt các thành phần đặc biệt.

Điều đáng chú ý là mặc dù laser siêu nhanh được cho là 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, wafer, PCB, bảng mạch phủ đồng và SMT, có rất ít hoặc không có ứng dụng đáng kể nào của tia laser siêu nhanh. Điều này cho thấy sự chậm trễ trong quá trình phát triển các ứng dụng và quy trình laser siêu nhanh, chậm hơn tốc độ phát triển của công nghệ laser.

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

Tại Trung Quốc, số lượng công ty chuyên về thiết bị laser chính xác còn tương đối nhỏ, chỉ chiếm khoảng 1/20 tổng số doanh nghiệp cắt laser kim loại. Những công ty này thường không có quy mô lớn và có cơ hội hạn chế trong việc phát triển quy trình trong các ngành công nghiệp như chip, PCB và bảng mạch. Hơn nữa, các ngành công nghiệp có quy trình sản xuất hoàn thiện trong các ứng dụng đầu cuối thường phải đối mặt với nhiều thử nghiệm và xác nhận khi chuyển sang công nghệ vi xử lý laser. Việc khám phá ra các giải pháp quy trình mới đáng tin cậy đòi hỏi phải thử nghiệm nhiều lần, đồng thời phải cân nhắc đến chi phí thiết bị. Quá trình chuyển đổi này không hề dễ dàng.

Việc cắt toàn bộ tấm kính có thể là bước đi khả thi để đưa tia laser siêu nhanh vào một phân khúc cụ thể. Việc áp dụng nhanh chóng công nghệ cắt laser cho màn hình kính di động là một ví dụ thành công. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sâu hơn về tia laser siêu nhanh dành cho các thành phần vật liệu đặc biệt hoặc các sản phẩm bán thành phẩm trong các ngành công nghiệp khác đòi hỏi nhiều thời gian khám phá hơn. Hiện nay, các ứng dụng laser siêu nhanh vẫn còn khá hạn chế, chủ yếu tập trung vào việc cắt vật liệu phi kim loại. Có sự khan hiếm các ứng dụng trong các lĩnh vực rộng hơn như OLED/chất bán dẫn, cho thấy trình độ công nghệ xử lý laser siêu nhanh nói chung của Trung Quốc vẫn chưa cao. Điều này cũng ngụ ý tiềm năng to lớn cho sự phát triển trong tương lai, với sự gia tăng dần dần trong các ứng dụng xử lý laser siêu nhanh trong thập kỷ tới.