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 suất 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. Dù là cắt kim loại công suất cao hay gia công vi mô ở mức công suất trung bình đến thấp, phương pháp laser đều 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 khoảng một thập kỷ qua.

Sự phát triển của tia laser siêu nhanh ở Trung Quốc

Các ứng dụng xử lý 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 linh kiện kim loại lớn, và các sản phẩm chính xác vi xử lý laser siêu nhanh. Laser siêu nhanh, đại diện là laser pico giây (10-12 giây) và laser femto giây (10-15 giây), đã phát triển chỉ trong vòng 20 năm. Chúng được sử dụng thương mại vào năm 2010 và dần dần thâm nhập vào lĩnh vực xử lý y tế và công nghiệp. Trung Quốc bắt đầu sử dụng 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 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 chi phí của laser siêu nhanh vẫn vượt quá 2 triệu nhân dân tệ Trung Quốc. Một máy cắt laser siêu nhanh chính xác duy nhất được bán với giá hơn 4 triệu nhân dân tệ. Chi phí cao đã cản trở việc ứng dụng rộng rãi laser siêu nhanh ở Trung Quốc. Sau năm 2015, Trung Quốc đã đẩy nhanh quá trình nội địa hóa laser siêu nhanh. Những đột phá về công nghệ diễn ra nhanh chóng và đến năm 2017, hơn mười công ty laser siêu nhanh của Trung Quốc đã cạnh tranh ngang bằng với các sản phẩm nước ngoài. 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 cho phù hợp. Trong thời gian đó, laser siêu nhanh sản xuất trong nước đã ổn định và thu hút được sự chú ý ở giai đoạn công suất thấp (3W-15W). Lượng laser siêu nhanh của Trung Quốc xuất xưởng đã 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 tia laser siêu nhanh tiếp tục đạt đến tầm cao mới

Trong những năm gần đây, nhờ nỗ lực của các nhà nghiên cứu 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 dần hoàn thiện laser femto giây 50W. Năm 2023, một công ty có trụ sở tại Bắc Kinh đã giới thiệu laser pico giây hồng ngoại công suất cao 500W. Hiện tại, 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 về 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 phát triển, một số điểm nghẽn trong ứng dụng dự kiến ​​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 sự gia tăng về số lượng lô hàng. 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 vẫn chưa hoàn toàn mở cửa. Cạnh tranh gay gắt giữa các nhà sản xuất laser trong và ngoài nước, các cuộc chiến giá cả để giành thị phần, cùng với nhiều quy trình ứng dụng còn non trẻ 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 cắt và hàn laser nhìn thấy được 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 chuyên sâu trong nhiều quy trình khác nhau. Hiện nay, chúng tôi thường đề cập rằng laser siêu nhanh đã có những 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, tầm quan trọng của chúng còn được thể hiện rõ nét trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quốc phòng, chẳng hạn như khoan và cắt các linh kiện 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, bo mạch phủ đồng và SMT, laser siêu nhanh hầu như không có ứng dụng đáng kể nào. Điều này cho thấy sự chậm trễ trong việc phát triển các ứng dụng và quy trình laser siêu nhanh, chậm hơn so với 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 doanh nghiệp cắt laser kim loại. Các công ty này thường có quy mô không lớn và có ít cơ hội phát triển quy trình trong các ngành công nghiệp như chip, PCB và tấm panel. 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 đổi sang công nghệ vi xử lý laser. Việc khám phá các giải pháp quy trình mới đáng tin cậy đòi hỏi phải thử nghiệm và sai sót đáng kể, xét đến chi phí thiết bị. Quá trình chuyển đổi này không hề dễ dàng.

Cắt kính toàn tấm có thể là một bước đi khả thi cho laser siêu nhanh trong một phân khúc cụ thể. Việc ứng 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 laser siêu nhanh cho các linh kiện vật liệu đặc biệt hoặc bán thành phẩm trong các ngành công nghiệp khác đòi hỏi nhiều thời gian hơn để khám phá. Hiện tại, các ứng dụng laser siêu nhanh vẫn còn khá hạn chế, chủ yếu tập trung vào cắt vật liệu phi kim loại. Việc thiếu hụt 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 phát triển to lớn trong tương lai, với sự gia tăng dần dần các ứng dụng xử lý laser siêu nhanh dự kiến ​​trong thập kỷ tới.