Aplikace vysoce výkonných laserů v high-tech a těžkém průmyslu

V posledních třech letech se v důsledku pandemie zpomalilo tempo růstu poptávky po průmyslových laserech. Vývoj laserové technologie se však nezastavil. V oblasti vláknových laserů byly postupně uvedeny na trh ultravysoce výkonné vláknové lasery s výkonem 60 kW a více, které posouvají výkon průmyslových laserů na novou úroveň.

Jaká je poptávka po vysoce výkonných laserech nad 30 000 wattů?

U vícemódových kontinuálních vláknových laserů se zvýšení výkonu přidáním modulů jeví jako dohodnutá cesta. V posledních několika letech se výkon každoročně zvyšoval o 10 000 wattů. Realizace průmyslového řezání a svařování pro lasery s ultravysokým výkonem je však ještě obtížnější a vyžaduje vyšší stabilitu. V roce 2022 bude ve velkém měřítku využíván výkon 30 000 wattů při řezání laserem a zařízení s výkonem 40 000 wattů je v současné době ve fázi průzkumu pro aplikace v malém měřítku.

V éře kilowattových vláknových laserů lze výkony pod 6 kW použít pro řezání a svařování většiny běžných kovových výrobků, jako jsou výtahy, auta, koupelny, kuchyňské nádobí, nábytek a podvozky, s tloušťkou nepřesahující 10 mm u plechů i trubek. Řezná rychlost 10 000wattového laseru je dvojnásobná oproti 6 000wattovému laseru a řezná rychlost 20 000wattového laseru je o více než 60 % vyšší než u 10 000wattového laseru. Také překonává limit tloušťky a dokáže řezat uhlíkovou ocel o tloušťce přes 50 mm, což je u běžných průmyslových výrobků vzácné. A co tedy lasery s vysokým výkonem nad 30 000 wattů?

Využití vysoce výkonných laserů pro zlepšení kvality stavby lodí

V dubnu letošního roku navštívil francouzský prezident Macron Čínu v doprovodu společností jako Airbus, DaFei Shipping a francouzského dodavatele energie Électricité de France.

Francouzský výrobce letadel Airbus oznámil uzavření hromadné dohody s Čínou o nákupu 160 letadel v celkové hodnotě přibližně 20 miliard dolarů. Také postaví druhou výrobní linku v Tchien-ťinu. Společnost China Shipbuilding Group Corporation podepsala dohodu o spolupráci s francouzskou společností DaFei Shipping Group, která zahrnuje výstavbu 16 super velkých kontejnerových lodí typu 2 v hodnotě přes 21 miliard juanů. China General Nuclear Power Group a Électricité de France úzce spolupracují, klasickým příkladem je jaderná elektrárna Taishan.

Vysoce výkonná laserová zařízení s výkonem od 30 000 do 50 000 wattů mají schopnost řezat ocelové plechy o tloušťce přes 100 mm. Stavba lodí je odvětví, které hojně využívá silné plechy, přičemž typické obchodní lodě mají trupové ocelové plechy o tloušťce přes 25 mm a velké nákladní lodě dokonce přesahují 60 mm. Velké válečné lodě a super velké kontejnerové lodě mohou používat speciální oceli o tloušťce 100 mm. Laserové svařování se vyznačuje vyššími rychlostmi, menší tepelnou deformací a dodatečným opracováním, vyšší kvalitou svaru, sníženou spotřebou přídavného materiálu a výrazně lepší kvalitou výrobku. S příchodem laserů s výkonem desítek tisíc wattů již neexistují žádná omezení v oblasti laserového řezání a svařování pro stavbu lodí, což otevírá velký potenciál pro budoucí nahrazení.

Luxusní výletní lodě byly považovány za vrchol loďařského průmyslu, tradičně monopolizovaného několika málo loděnicemi, jako je italská Fincantieri a německá Meyer Werft. Laserová technologie se hojně využívá pro zpracování materiálů v raných fázích stavby lodí. První čínská výletní loď domácí výroby by měla být spuštěna na vodu do konce roku 2023. Skupina China Merchants Group také pokročila s výstavbou laserového obráběcího centra v Nantong Haitong pro svůj projekt výroby výletních lodí, který zahrnuje vysoce výkonnou laserovou řezací a svařovací výrobní linku tenkých plechů. Očekává se, že tento aplikační trend postupně pronikne i do civilních obchodních lodí. Čína má nejvíce objednávek na stavbu lodí na světě a role laserů při řezání a svařování tlustých kovových plechů bude i nadále růst.

Aplikace laserů s výkonem 10 kW a více v leteckém průmyslu

Mezi letecké dopravní systémy patří především rakety a komerční letadla, přičemž klíčovým hlediskem je snížení hmotnosti. To klade nové požadavky na řezání a svařování hliníkových a titanových slitin. Laserová technologie je nezbytná pro dosažení vysoce přesných svařovacích a řezacích montážních procesů. Vznik laserů s výkonem přes 10 kW přinesl komplexní vylepšení do leteckého průmyslu, pokud jde o kvalitu řezání, účinnost řezání a vysokou integrační inteligenci. 

Ve výrobním procesu leteckého průmyslu existuje mnoho součástí, které vyžadují řezání a svařování, včetně spalovacích komor motorů, skříní motorů, rámů letadel, panelů ocasních křídel, voštinových struktur a hlavních rotorů vrtulníků. Tyto komponenty mají extrémně přísné požadavky na rozhraní pro řezání a svařování.

Airbus používá vysoce výkonnou laserovou technologii již dlouhou dobu. Při výrobě letadla A340 jsou všechny vnitřní přepážky z hliníkových slitin svařovány laserem. Průlomového pokroku bylo dosaženo v laserovém svařování potahů trupu a nosníků, které bylo implementováno u Airbusu A380. Čína úspěšně provedla zkušební let velkého letadla C919 domácí výroby a dodá jej letos. Existují také budoucí projekty, jako je vývoj C929. Lze předvídat, že lasery budou mít v budoucnu své místo ve výrobě komerčních letadel.

Laserová technologie může pomoci s bezpečnou výstavbou jaderných elektráren

Jaderná energie je novou formou čisté energie a Spojené státy a Francie mají nejpokročilejší technologii pro výstavbu jaderných elektráren. Jaderná energie tvoří přibližně 70 % dodávek elektřiny ve Francii a Čína s Francií spolupracovala v raných fázích výstavby jejích jaderných elektráren. Bezpečnost je nejdůležitějším aspektem jaderných energetických zařízení a existuje mnoho kovových součástí s ochrannými funkcemi, které vyžadují řezání nebo svařování.

Čínská nezávisle vyvinutá technologie laserového inteligentního sledování MAG svařování byla masově aplikována v ocelové obložkové kopuli a válci bloků 7 a 8 jaderné elektrárny Tianwan. První robot pro svařování průvarových návleků jaderné kvality se v současné době připravuje.

V návaznosti na trend vývoje laserů uvedla společnost Teyu na trh ultravysokovýkonný laser CWFL-60000. vláknový laserový chladič

Společnost Teyu drží krok s trendem vývoje laserů a vyvinula a vyrobila ultravysoce výkonný chladič vláknových laserů CWFL-60000, který zajišťuje stabilní chlazení pro laserové zařízení o výkonu 60 kW. Díky duálnímu nezávislému systému regulace teploty je schopen chladit jak vysokoteplotní laserovou hlavu, tak i nízkoteplotní laserový zdroj, což zajišťuje stabilní výstup pro laserové zařízení a účinně zaručuje rychlý a efektivní provoz vysoce výkonných laserových řezacích strojů. 

Průlom v laserové technologii vedl k širokému trhu s laserovými obráběcími zařízeními. Pouze se správnými nástroji si člověk může udržet náskok v tvrdé konkurenci na trhu. S potřebou transformace a modernizace ve špičkových aplikacích, jako je letecký průmysl, stavba lodí a jaderná energie, roste poptávka po zpracování tlustých plechů a vysoce výkonné lasery pomohou v urychleném rozvoji tohoto odvětví. V budoucnu se ultravysokovýkonné lasery s výkonem přes 30 000 wattů budou používat hlavně v oblastech těžkého průmyslu, jako je větrná energie, vodní energie, jaderná energie, stavba lodí, těžební stroje, letecký průmysl a letectví.