工業(yè)激光加工擁有三個(gè)最重要的特點(diǎn)：高效率、高精度、高品質(zhì)。正是這三個(gè)特點(diǎn)，讓激光加工廣受各行業(yè)生產(chǎn)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(xì)加工，都比傳統(tǒng)的其它加工方式表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，因此過去十多年激光加工得到了快速的普及應(yīng)用。
激光加工應(yīng)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(chǎn)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(fā)展至今僅20年，真正商用才從2010年開始，逐漸進(jìn)入到醫(yī)療和工業(yè)加工。與光纖激光器一樣，超快激光器在國內(nèi)也是從零開始，是一些海歸人才回國帶回了技術(shù)，我國的工業(yè)用超快激光器追溯至2012年才啟動(dòng)，到2014年才有成熟的產(chǎn)品。此前在超快激光器這個(gè)細(xì)分產(chǎn)品上，我國幾乎全部采購進(jìn)口產(chǎn)品。
早期一臺(tái)進(jìn)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(shù)相對(duì)成熟了，也要超過200萬人民幣。一臺(tái)超快激光精密切割設(shè)備售價(jià)超過400萬元，激光器成本占比超過60%，高昂的應(yīng)用成本阻礙了超快激光在我國的規(guī)?；瘧?yīng)用。這種高精尖產(chǎn)品集中在美國、法國、德國、立陶宛等少數(shù)國家的企業(yè)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(chǎn)化進(jìn)程，產(chǎn)品技術(shù)快速取得突破，2017年我國已有十多家企業(yè)從事超快激光器。當(dāng)時(shí)在某激光展覽會(huì)上，很多國內(nèi)品牌產(chǎn)品可以與外國產(chǎn)品同臺(tái)競技，國產(chǎn)超快激光器單價(jià)僅數(shù)十萬元，讓進(jìn)口產(chǎn)品不得不適當(dāng)降低售價(jià)。當(dāng)時(shí)國產(chǎn)超快激光器在3W-15W的小功率階段逐漸穩(wěn)定并且推廣應(yīng)用，而功率稍高的基本還是外國產(chǎn)品壟斷。
在2018年，德國某知名激光研究所就宣布正在攻關(guān)1000瓦的超快激光器，一時(shí)間震驚全球，要知道當(dāng)時(shí)超快激光器的應(yīng)用階段只到30瓦的水平，正在向50瓦邁進(jìn)。而在2019年，Amplitude推出首臺(tái)300瓦工業(yè)級(jí)飛秒激光器(500fs)?？梢?，在超快激光器技術(shù)層面上，國內(nèi)與外國先進(jìn)水平存在較大的差距。實(shí)際上，近幾年在國內(nèi)科研人員的努力下，國產(chǎn)超快激光技術(shù)取得巨大的進(jìn)步：50W紫外皮秒激光器成功研發(fā)，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(shù)大大縮窄了與歐美先進(jìn)水平的差距，僅在最大功率、穩(wěn)定性、最小脈寬等關(guān)鍵性指標(biāo)上仍然落后。
預(yù)估未來超快激光器的技術(shù)發(fā)展，仍然是繼續(xù)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(huì)繼續(xù)提升。隨著技術(shù)的突破，應(yīng)用端的一些瓶頸也會(huì)被打破。
超快激光設(shè)備成本大幅下降，同時(shí)在手機(jī)電子、液晶面板、光伏等行業(yè)帶動(dòng)下，超快激光器迅速打開了應(yīng)用端，特別是2018-2019年超快激光器出貨量快速增加。據(jù)國內(nèi)某機(jī)構(gòu)初步統(tǒng)計(jì)，我國超快激光器出貨量從 2015 年的 不到100臺(tái)快速增加到 2021 年的2400 臺(tái)，2020 年中國超快激光器市場(chǎng)規(guī)模約為 27.4 億元。此外，超快激光器市場(chǎng)規(guī)模的增速遠(yuǎn)小于出貨量的增速，這是因?yàn)槲覈旒す馄飨掠螒?yīng)用市場(chǎng)尚未完全打開，但國內(nèi)外參與廠商數(shù)量較多，競爭激烈，使得超快激光器陷入了產(chǎn)業(yè)發(fā)展怪圈：超快激光器企業(yè)多，不斷融資擴(kuò)產(chǎn)，產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，應(yīng)用端沒上批量，各家拼價(jià)格去搶奪市場(chǎng)份額，導(dǎo)致高精尖的超快激光器售價(jià)大幅下降，二三十萬一臺(tái)激光器也常見了，超快激光器未如預(yù)期的大規(guī)模應(yīng)用，主要是因?yàn)樵诤芏鄳?yīng)用端工藝不成熟，其次是主要應(yīng)用端手機(jī)電子、面板等近三年不景氣，導(dǎo)致用戶不太敢擴(kuò)產(chǎn)上超快激光產(chǎn)線。超快激光器極短的脈沖讓其加工幾乎無熱量擴(kuò)散，可提供可靠、高質(zhì)量的精密“冷加工”，材料的微裂紋較少，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)敏感材料的高精度處理，也可以實(shí)現(xiàn)特殊材料的維納制備。
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(shí)間內(nèi)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(yīng)用于手機(jī)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(lǐng)域。另外，在航空航天、軍工產(chǎn)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(lǐng)域，但是實(shí)際應(yīng)用多少又是另一回事。在半導(dǎo)體材料、芯片、晶圓、PCB板、覆銅板、SMT等這些規(guī)模很大的產(chǎn)業(yè)上，幾乎沒看到超快激光的規(guī)模應(yīng)用案例，這說明超快激光應(yīng)用終端和工藝開發(fā)是滯后的，落后于激光器技術(shù)的發(fā)展速度。
國內(nèi)做精密激光設(shè)備的企業(yè)數(shù)量并不多，與做金屬激光切割企業(yè)數(shù)量相比，可能只有20分之一，規(guī)模普遍都不大，從芯片、PCB、面板等行業(yè)得到工藝開發(fā)的機(jī)會(huì)不足。另外，那些終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)原來有成熟的生產(chǎn)工藝，一些環(huán)節(jié)要轉(zhuǎn)為激光微加工，需要很多的試錯(cuò)和論證，才能探索出新的可靠的工藝方案，同時(shí)也考慮設(shè)備成本問題，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程并不容易。
特域CWUP-20冷卻超快激光設(shè)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(gè)細(xì)分，手機(jī)玻璃屏的激光切割迅速得到普及就是個(gè)成功案例，而其它產(chǎn)業(yè)的特殊材料部件、半成品要切入超快激光則需要更多時(shí)間探索。目前超快激光應(yīng)用面還是偏窄，主要在非金屬材料切割方面，而在OLED/半導(dǎo)體等市場(chǎng)較為廣闊的領(lǐng)域應(yīng)用極少，體現(xiàn)出我國超快激光加工技術(shù)整體水平還不高，這也意味著未來的發(fā)展空間是巨大的，預(yù)估在未來10年內(nèi)超快激光加工將會(huì)逐步迎來應(yīng)用爆發(fā)點(diǎn)。
