Aplikace vysoce výkonných laserů v high-tech a těžkém průmyslu

V posledních třech letech se v důsledku pandemie tempo růstu poptávky po průmyslových laserech zpomalilo. 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 zdá být zvýšení výkonu přidáním modulů dohodnutou cestou. V posledních několika letech se výkon zvyšoval o 10 000 wattů ročně. Realizace průmyslového řezání a svařování pro ultravysokovýkonné lasery je však ještě obtížnější a vyžaduje vyšší stabilitu. V roce 2022 bude výkon 30 000 wattů využíván ve velkém měřítku při laserovém řezání a zařízení s výkonem 40 000 wattů je v současné době ve fázi průzkumu pro malosériové aplikace.

V éře kilowattových vláknových laserů lze výkony pod 6 kW použít k řezání a svařování většiny běžných kovových výrobků, jako jsou výtahy, auta, koupelny, kuchyňské nádobí, nábytek a podvozky, s tloušťkou nepřesahující 10 mm, a to jak u plechů, tak u 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. V Tchien-ťinu bude také stavět druhou výrobní linku. 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. Společnosti 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 řezací schopnost pro 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 přepracováním, vyšší kvalitou svaru, sníženou spotřebou přídavného materiálu a výrazně zlepšenou kvalitou výrobku. S nástupem 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 jsou 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 ve výstavbě 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 komerčních lodí. Čína má nejvíce objednávek na stavbu lodí na světě a role laserů v řezání a svařování tlustých 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 10 kW a více přinesl do leteckého průmyslu komplexní vylepšení, 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 součásti mají extrémně přísné požadavky na řezací a svařovací rozhraní.

Společnost Airbus již dlouhou dobu používá vysoce výkonnou laserovou technologii. Při výrobě letadla A340 jsou všechny vnitřní přepážky z hliníkových slitin svařovány lasery. Průlomového pokroku bylo dosaženo v laserovém svařování potahů trupu a nosníků, které bylo implementováno u Airbusu A380. Čína úspěšně provedla zkušební let s domácím velkým letadlem C919 a dodá ho 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 disponují nejmodernější technologií pro výstavbu jaderných elektráren. Jaderná energie tvoří přibližně 70 % dodávek elektřiny ve Francii a Čína s Francií spolupracovala v raných fázích výstavby jaderných elektráren. Bezpečnost je nejdůležitějším aspektem jaderných elektráren a existuje mnoho kovových součástí s ochrannými funkcemi, které vyžadují řezání nebo svařování.

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

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

Společnost Teyu drží krok s trendem vývoje laserů a vyvinula a vyrobila ultravysoce výkonný chladič vláknového laseru 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 nízkoteplotní laserový zdroj, čímž poskytuje 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 lze udržet si náskok v ostré konkurenci na trhu. S potřebou transformace a modernizace ve špičkových aplikacích, jako je letecký a kosmický 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 a kosmický průmysl a letectví.