工業激光加工擁有三個最重要的特點：高效率、高精度、高品質。正是這三個特點，讓激光加工廣受各行業生產制造的歡迎，無論是在高功率金屬切削還是在中小功率微細加工，都比傳統的其它加工方式表現出巨大的優勢，因此過去十多年激光加工得到了快速的普及應用。
超快激光器從完全進口到國產化
激光加工應用逐漸形成了分工，在大金屬件，有中高功率光纖激光的切割焊接，在一些精密產品加工需求，有超快激光的微加工。以皮秒激光器(10-12秒)、飛秒激光器(10-15秒)為代表的超快激光器發展至今僅20年，真正商用才從2010年開始，逐漸進入到醫療和工業加工。與光纖激光器一樣，超快激光器在國內也是從零開始，是一些海歸人才回國帶回了技術，我國的工業用超快激光器追溯至2012年才啟動，到2014年才有成熟的產品。此前在超快激光器這個細分產品上，我國幾乎全部采購進口產品。
早期一臺進口的皮秒激光器的成本需要幾百萬人民幣，直到2015年外國廠家技術相對成熟了，也要超過200萬人民幣。一臺超快激光精密切割設備售價超過400萬元，激光器成本占比超過60%，高昂的應用成本阻礙了超快激光在我國的規模化應用。這種高精尖產品集中在美國、法國、德國、立陶宛等少數國家的企業手上。
超快激光切割玻璃
自2015年后我國加快了超快激光器國產化進程，產品技術快速取得突破，2017年我國已有十多家企業從事超快激光器。當時在某激光展覽會上，很多國內品牌產品可以與外國產品同臺競技，國產超快激光器單價僅數十萬元，讓進口產品不得不適當降低售價。當時國產超快激光器在3W-15W的小功率階段逐漸穩定并且推廣應用，而功率稍高的基本還是外國產品壟斷。
超快激光功率技術不斷創新高
在2018年，德國某知名激光研究所就宣布正在攻關1000瓦的超快激光器，一時間震驚全球，要知道當時超快激光器的應用階段只到30瓦的水平，正在向50瓦邁進。而在2019年，Amplitude推出首臺300瓦工業級飛秒激光器（500fs）。可見，在超快激光器技術層面上，國內與外國先進水平存在較大的差距。
實際上，近幾年在國內科研人員的努力下，國產超快激光技術取得巨大的進步：50W紫外皮秒激光器成功研發，50W的飛秒激光器逐漸成熟，2023年某北京公司推出了500W高功率紅外皮秒激光器。如今我國的超快激光器技術大大縮窄了與歐美先進水平的差距，僅在最大功率、穩定性、最小脈寬等關鍵性指標上仍然落后。
什么是超快激光加工
預估未來超快激光器的技術發展，仍然是繼續推出更高功率，比如1000瓦的紅外皮秒、500瓦的飛秒激光器等，在脈沖寬度上會繼續提升。隨著技術的突破，應用端的一些瓶頸也會被打破。
國內市場需求端趕不上激光器產能發展
超快激光設備成本大幅下降，同時在手機電子、液晶面板、光伏等行業帶動下，超快激光器迅速打開了應用端，特別是2018-2019年超快激光器出貨量快速增加。據國內某機構初步統計，我國超快激光器出貨量從 2015 年的 不到100臺快速增加到 2021 年的2400 臺，2020 年中國超快激光器市場規模約為 27.4 億元。
此外，超快激光器市場規模的增速遠小于出貨量的增速，這是因為我國超快激光器下游應用市場尚未完全打開，但國內外參與廠商數量較多，競爭激烈，使得超快激光器陷入了產業發展怪圈：超快激光器企業多，不斷融資擴產，產能嚴重過剩，應用端沒上批量，各家拼價格去搶奪市場份額，導致高精尖的超快激光器售價大幅下降，二三十萬一臺激光器也常見了，超快激光器未如預期的大規模應用，主要是因為在很多應用端工藝不成熟，其次是主要應用端手機電子、面板等近三年不景氣，導致用戶不太敢擴產上超快激光產線。
超快激光器極短的脈沖讓其加工幾乎無熱量擴散，可提供可靠、高質量的精密“冷加工”，材料的微裂紋較少，能夠實現對敏感材料的高精度處理，也可以實現特殊材料的維納制備。
超快激光加工OLED屏幕
與肉眼可見的鈑金激光切割和燒焊不同，超快激光的加工能力在極短時間內完成，而這需要很多工藝的研究。目前，我們常說超快激光已成熟應用于手機全面屏切割、玻璃切割、OLED PET膜切割、FPC 軟板切割、PERC太陽能電池、晶圓切割、線路板打盲孔等領域。另外，在航空航天、軍工產品的特殊部件打孔、切割也尤為重要。
需要注意的是，可以宣稱超快激光器適用很多領域，但是實際應用多少又是另一回事。在半導體材料、芯片、晶圓、PCB板、覆銅板、SMT等這些規模很大的產業上，幾乎沒看到超快激光的規模應用案例，這說明超快激光應用終端和工藝開發是滯后的，落后于激光器技術的發展速度。
超快激光加工應用探索路途漫長
國內做精密激光設備的企業數量并不多，與做金屬激光切割企業數量相比，可能只有20分之一，規模普遍都不大，從芯片、PCB、面板等行業得到工藝開發的機會不足。另外，那些終端應用產業原來有成熟的生產工藝，一些環節要轉為激光微加工，需要很多的試錯和論證，才能探索出新的可靠的工藝方案，同時也考慮設備成本問題，這個轉變過程并不容易。
特域CWUP-20冷卻超快激光設備
在整板的玻璃切割加工可能是超快激光容易切入的一個細分，手機玻璃屏的激光切割迅速得到普及就是個成功案例，而其它產業的特殊材料部件、半成品要切入超快激光則需要更多時間探索。目前超快激光應用面還是偏窄，主要在非金屬材料切割方面，而在OLED/半導體等市場較為廣闊的領域應用極少，體現出我國超快激光加工技術整體水平還不高，這也意味著未來的發展空間是巨大的，預估在未來10年內超快激光加工將會逐步迎來應用爆發點。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
