Anwendung von Hochleistungslasern in der Hightech- und Schwerindustrie

In den vergangenen drei Jahren hat sich das Wachstum der Nachfrage nach Industrielasern aufgrund der Pandemie verlangsamt. Die Entwicklung der Lasertechnologie ist jedoch nicht zum Stillstand gekommen. Im Bereich der Faserlaser wurden sukzessive Ultrahochleistungs-Faserlaser mit 60 kW und mehr auf den Markt gebracht, die die Leistung von Industrielasern auf ein neues Niveau gehoben haben.

Wie hoch ist die Nachfrage nach Hochleistungslasern mit einer Leistung von über 30.000 Watt?

Bei Multimode-Faserlasern mit kontinuierlichem Lichtstrom gilt die Leistungssteigerung durch Hinzufügen von Modulen als gängige Methode. In den letzten Jahren ist die Leistung jährlich um 10.000 Watt gestiegen. Die Realisierung industrieller Schneid- und Schweißprozesse mit Ultrahochleistungslasern ist jedoch noch schwieriger und erfordert eine höhere Stabilität. Ab 2022 werden Laser mit einer Leistung von 30.000 Watt im großen Maßstab beim Laserschneiden eingesetzt, während Anlagen mit 40.000 Watt derzeit für kleinere Anwendungen erprobt werden.

Im Zeitalter der Kilowatt-Faserlaser können Leistungen unter 6 kW zum Schneiden und Schweißen der meisten gängigen Metallprodukte eingesetzt werden, beispielsweise für Aufzüge, Autos, Badezimmerausstattungen, Küchengeräte, Möbel und Chassis. Die Materialstärke darf dabei 10 mm (Blech und Rohr) nicht überschreiten. Die Schnittgeschwindigkeit eines 10.000-Watt-Lasers ist doppelt so hoch wie die eines 6.000-Watt-Lasers, und die eines 20.000-Watt-Lasers ist über 60 % höher. Zudem überwindet er die Dickenbegrenzung und kann Kohlenstoffstahl mit einer Stärke von über 50 mm schneiden, was bei industriellen Produkten eher unüblich ist. Wie sieht es also mit Hochleistungslasern über 30.000 Watt aus?

Anwendung von Hochleistungslasern zur Verbesserung der Schiffbauqualität

Im April dieses Jahres besuchte der französische Präsident Macron China, begleitet von Unternehmen wie Airbus, DaFei Shipping und dem französischen Energieversorger Électricité de France.

Der französische Flugzeughersteller Airbus gab einen Rahmenvertrag mit China über 160 Flugzeuge im Wert von rund 20 Milliarden US-Dollar bekannt. Zudem wird in Tianjin eine zweite Produktionslinie errichtet. Die China Shipbuilding Group Corporation unterzeichnete mit der französischen DaFei Shipping Group ein Kooperationsabkommen über den Bau von 16 Super-Large-Containerschiffen des Typs 2 im Wert von über 21 Milliarden Yuan. Die China General Nuclear Power Group und Électricité de France arbeiten eng zusammen; das Kernkraftwerk Taishan ist hierfür ein Paradebeispiel.

Hochleistungslaseranlagen mit einer Leistung von 30.000 bis 50.000 Watt können Stahlplatten mit einer Dicke von über 100 mm schneiden. Der Schiffbau ist eine Branche, die in großem Umfang dicke Metallplatten verwendet. Typische Handelsschiffe haben Rumpfplatten mit einer Dicke von über 25 mm, große Frachtschiffe sogar über 60 mm. Große Kriegsschiffe und Supercontainerschiffe verwenden mitunter Spezialstähle mit einer Dicke von 100 mm. Laserschweißen bietet höhere Geschwindigkeiten, weniger Wärmeverformung und Nachbearbeitung, eine höhere Schweißnahtqualität, einen geringeren Zusatzwerkstoffverbrauch und eine deutlich verbesserte Produktqualität. Mit dem Aufkommen von Lasern mit einer Leistung von mehreren zehntausend Watt sind den Möglichkeiten des Laserschneidens und -schweißens im Schiffbau keine Grenzen mehr gesetzt, was ein großes Potenzial für zukünftige Innovationen eröffnet.

Luxuskreuzfahrtschiffe galten lange als Inbegriff des Schiffbaus und waren traditionell von wenigen Werften wie Fincantieri (Italien) und Meyer Werft (Deutschland) monopolisiert. Lasertechnologie wird bereits in frühen Phasen des Schiffbaus umfassend zur Materialbearbeitung eingesetzt. Chinas erstes im Inland produziertes Kreuzfahrtschiff soll Ende 2023 vom Stapel laufen. Die China Merchants Group hat zudem den Bau eines Laserbearbeitungszentrums in Nantong Haitong für ihr Kreuzfahrtschiffprojekt vorangetrieben. Dieses Zentrum umfasst eine Produktionslinie zum Hochleistungslaserschneiden und -schweißen dünner Bleche. Es wird erwartet, dass sich dieser Anwendungstrend schrittweise auch auf die zivile Handelsschifffahrt ausweiten wird. China hat weltweit die meisten Schiffbauaufträge, und die Bedeutung von Lasern beim Schneiden und Schweißen dicker Metallplatten wird weiter zunehmen.

Anwendung von Lasern mit einer Leistung von über 10 kW in der Luft- und Raumfahrt

Zu den Transportsystemen in der Luft- und Raumfahrt zählen vor allem Raketen und Verkehrsflugzeuge, wobei die Gewichtsreduzierung eine zentrale Rolle spielt. Dies stellt neue Anforderungen an das Schneiden und Schweißen von Aluminium- und Titanlegierungen. Lasertechnologie ist unerlässlich für hochpräzise Schweiß- und Schneidprozesse. Die Entwicklung von Hochleistungslasern mit einer Leistung von über 10 kW hat die Luft- und Raumfahrtindustrie hinsichtlich Schnittqualität, Schneidleistung und intelligenter Integration grundlegend verbessert.

In der Fertigung der Luft- und Raumfahrtindustrie gibt es zahlreiche Bauteile, die geschnitten und geschweißt werden müssen, darunter Triebwerksbrennkammern, Triebwerksgehäuse, Flugzeugzellen, Leitwerksflügel, Wabenstrukturen und Hubschrauberrotoren. Diese Bauteile unterliegen äußerst strengen Anforderungen an die Schnitt- und Schweißverbindungen.

Airbus nutzt bereits seit Längerem Hochleistungslasertechnologie. Bei der Fertigung des A340 werden alle internen Trennwände aus Aluminiumlegierung per Laser geschweißt. Bahnbrechende Fortschritte wurden beim Laserschweißen von Rumpfbeplankungen und Stringern erzielt, die beim Airbus A380 Anwendung finden. China hat den im Inland produzierten Großraumjet C919 erfolgreich getestet und wird ihn noch in diesem Jahr ausliefern. Auch zukünftige Projekte wie die Entwicklung des C929 sind in Planung. Es ist absehbar, dass Laser in Zukunft eine wichtige Rolle in der Fertigung von Verkehrsflugzeugen spielen werden.

Lasertechnologie kann zur sicheren Errichtung von Kernkraftwerken beitragen.

Kernenergie ist eine neue Form sauberer Energie, und die USA und Frankreich verfügen über die fortschrittlichste Technologie im Bau von Kernkraftwerken. In Frankreich deckt Kernenergie etwa 70 % des Strombedarfs, und China kooperierte in der Anfangsphase des Baus seiner Kernkraftwerke mit Frankreich. Sicherheit hat bei Kernkraftwerken höchste Priorität, und zahlreiche Metallkomponenten mit Schutzfunktionen erfordern Schneid- oder Schweißarbeiten.

Chinas eigenständig entwickelte, lasergestützte intelligente MAG-Schweißtechnologie wurde in großem Umfang beim Stahlauskleidungsdom und -rohr der Blöcke 7 und 8 des Kernkraftwerks Tianwan eingesetzt. Derzeit wird der erste Schweißroboter für das Durchschweißen von Kernkraftwerkshülsen entwickelt.

Dem Trend der Laserentwicklung folgend, brachte Teyu den ultrahochleistungsfähigen Laser CWFL-60000 auf den Markt. Faserlaser-Kühler Die

Teyu hat mit dem Trend der Laserentwicklung Schritt gehalten und den CWFL-60000 Ultrahochleistungs-Faserlaserkühler entwickelt und produziert, der Folgendes bietet: stabile Kühlung für 60-kW-Laseranlagen Mit einem dualen, unabhängigen Temperaturregelungssystem kann es sowohl den Hochtemperatur-Laserkopf als auch eine Niedertemperatur-Laserquelle kühlen und so eine stabile Leistung der Laseranlage gewährleisten sowie den schnellen und effizienten Betrieb von Hochleistungslaserschneidmaschinen effektiv sicherstellen.

Der Durchbruch in der Lasertechnologie hat einen breiten Markt für Laserbearbeitungsanlagen entstehen lassen. Nur mit den richtigen Werkzeugen kann man sich im harten Wettbewerb behaupten. Angesichts des Bedarfs an Transformation und Modernisierung in anspruchsvollen Anwendungsbereichen wie Luft- und Raumfahrt, Schiffbau und Kernenergie steigt die Nachfrage nach der Bearbeitung dicker Stahlbleche, und Hochleistungslaser werden die beschleunigte Entwicklung dieser Branche unterstützen. Zukünftig werden Ultrahochleistungslaser mit einer Leistung von über 30.000 Watt vorwiegend in Schwerindustrien wie Windkraft, Wasserkraft, Kernenergie, Schiffbau, Bergbaumaschinen, Luft- und Raumfahrt eingesetzt.