Anwendung von Hochleistungslasern in der Hochtechnologie- und Schwerindustrie

In den letzten drei Jahren hat sich das Wachstum der Nachfrage nach Industrielasern aufgrund der Pandemie verlangsamt. Die Entwicklung der Lasertechnologie ist jedoch ungebrochen. 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 heben.

Wie groß ist die Nachfrage nach Hochleistungslasern über 30.000 Watt?

Bei Multimode-Endlosfaserlasern scheint die Leistungssteigerung durch zusätzliche Module gängige Praxis zu sein. In den letzten Jahren stieg die Leistung jährlich um 10.000 Watt. Die industrielle Schneid- und Schweißanwendung mit Ultrahochleistungslasern gestaltet sich jedoch noch schwieriger und erfordert eine höhere Stabilität. Im Jahr 2022 werden 30.000 Watt Leistung im Laserschneiden großflächig eingesetzt, und 40.000-Watt-Geräte befinden sich derzeit in der Erprobungsphase für den Einsatz im Kleinmaßstab.

Im Zeitalter der Kilowatt-Faserlaser können Leistungen unter 6 kW zum Schneiden und Schweißen der meisten gängigen Metallprodukte wie Aufzügen, Autos, Badezimmern, Küchengeschirr, Möbeln und Fahrgestellen mit einer Dicke von höchstens 10 mm (Blech- und Rohrmaterial) eingesetzt werden. Die Schneidgeschwindigkeit 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 als die eines 10.000-Watt-Lasers. Er durchbricht auch die Dickenbeschränkung und kann Kohlenstoffstahl über 50 mm schneiden, was bei allgemeinen Industrieprodukten selten ist. Wie wäre es also mit Hochleistungslasern über 30.000 Watt?

Einsatz von Hochleistungslasern zur Verbesserung der Schiffbauqualität

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

Der französische Flugzeughersteller Airbus gab einen Großabnahmevertrag mit China über 160 Flugzeuge im Gesamtwert von rund 20 Milliarden Dollar bekannt. Zudem wird in Tianjin eine zweite Produktionslinie errichtet. Die China Shipbuilding Group Corporation unterzeichnete einen Kooperationsvertrag mit der französischen DaFei Shipping Group, der den Bau von 16 supergroßen Containerschiffen des Typs 2 im Wert von über 21 Milliarden Yuan umfasst. Die China General Nuclear Power Group und Électricité de France arbeiten eng zusammen, wie das Kernkraftwerk Taishan zeigt.

Hochleistungslaseranlagen mit Leistungen von 30.000 bis 50.000 Watt können Stahlplatten mit einer Dicke von über 100 mm schneiden. Im Schiffbau werden in großem Umfang dicke Metallplatten verwendet. Typische Handelsschiffe haben Rumpfstahlplatten mit einer Dicke von über 25 mm, große Frachtschiffe sogar über 60 mm. Große Kriegsschiffe und sehr große Containerschiffe können Spezialstähle mit einer Dicke von 100 mm verwenden. Laserschweißen bietet höhere Geschwindigkeiten, weniger Wärmeverformung und Nacharbeit, eine höhere Schweißqualität, einen geringeren Verbrauch an Zusatzwerkstoffen und eine deutlich verbesserte Produktqualität. Mit dem Aufkommen von Lasern mit Zehntausenden von Watt Leistung gibt es keine Einschränkungen mehr beim Laserschneiden und -schweißen im Schiffbau, was ein großes Potenzial für zukünftige Substitutionen eröffnet.

Luxuskreuzfahrtschiffe gelten als Höhepunkt der Schiffbauindustrie und wurden traditionell von wenigen Werften wie der italienischen Fincantieri und der deutschen Meyer Werft monopolisiert. Bereits in den frühen Phasen des Schiffsbaus wurde Lasertechnologie umfassend zur Materialbearbeitung eingesetzt. Das erste in China produzierte Kreuzfahrtschiff soll Ende 2023 vom Stapel laufen. Die China Merchants Group hat für ihr Kreuzfahrtschiffbauprojekt zudem den Bau eines Laserbearbeitungszentrums in Nantong Haitong vorangetrieben, das eine Produktionslinie zum Hochleistungslaserschneiden und -schweißen dünner Bleche umfasst. Dieser Anwendungstrend wird voraussichtlich allmählich auch in den zivilen Handelsschiffbau Einzug halten. China verzeichnet weltweit die meisten Schiffbauaufträge, und die Rolle von Lasern beim Schneiden und Schweißen dicker Metallbleche wird weiter zunehmen.

Anwendung von 10kW+-Lasern in der Luft- und Raumfahrt

Zu den Transportsystemen der Luft- und Raumfahrt zählen vor allem Raketen und Verkehrsflugzeuge, wobei Gewichtsreduzierung ein zentrales Kriterium ist. Dies stellt neue Anforderungen an das Schneiden und Schweißen von Aluminium- und Titanlegierungen. Lasertechnologie ist für hochpräzise Schweiß- und Schneidmontageprozesse unerlässlich. Die Einführung von Hochleistungslasern mit über 10 kW hat der Luft- und Raumfahrt umfassende Verbesserungen hinsichtlich Schnittqualität, Schneideffizienz und hochintegrierter Intelligenz gebracht.

Im Fertigungsprozess der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen zahlreiche Komponenten geschnitten und geschweißt werden, darunter Motorbrennkammern, Motorgehäuse, Flugzeugrahmen, Heckflügelplatten, Wabenstrukturen und Hubschrauber-Hauptrotoren. Diese Komponenten stellen extrem strenge Anforderungen an die Schneid- und Schweißschnittstellen.

Airbus setzt bereits seit langem Hochleistungslasertechnologie ein. Bei der Herstellung des A340 werden alle inneren Schotten aus Aluminiumlegierung lasergeschweißt. Bahnbrechende Fortschritte wurden beim Laserschweißen von Rumpfhäuten und Stringern erzielt, das beim Airbus A380 zum Einsatz kommt. China hat das im Inland produzierte Großflugzeug C919 erfolgreich getestet und wird es noch in diesem Jahr ausliefern. Darüber hinaus laufen Zukunftsprojekte wie die Entwicklung der C929. Es ist absehbar, dass Laser künftig auch im Bau von Verkehrsflugzeugen eine Rolle spielen werden.

Lasertechnologie kann zum sicheren Bau von Kernkraftwerken beitragen

Kernenergie ist eine neue Form sauberer Energie. Die USA und Frankreich verfügen über die modernste Technologie für den Bau von Kernkraftwerken. Sie deckt rund 70 % der französischen Stromversorgung, und China kooperierte bereits in der Anfangsphase seiner Kernkraftwerke mit Frankreich. Sicherheit ist der wichtigste Aspekt von Kernkraftwerken. Zahlreiche Metallkomponenten mit Schutzfunktion müssen geschnitten oder geschweißt werden.

Chinas eigenständig entwickelte Laser-Magnetschweißtechnologie mit intelligenter Nachführung wird bereits in der Stahlauskleidungskuppel und im Stahlrohr der Blöcke 7 und 8 des Kernkraftwerks Tianwan serienmäßig eingesetzt. Der erste nukleartaugliche Schweißroboter für Penetrationshülsen wird derzeit vorbereitet.

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

Teyu folgt dem Trend der Laserentwicklung und hat den Ultrahochleistungs-Faserlaser CWFL-60000 Kühler entwickelt und produziert, der eine stabile Kühlung für 60-kW-Lasergeräte bietet. Dank eines dualen, unabhängigen Temperaturkontrollsystems kann er sowohl den Hochtemperatur-Laserkopf als auch die Niedertemperatur-Laserquelle kühlen. Dies sorgt für eine stabile Leistung der Lasergeräte und garantiert effektiv den schnellen und effizienten Betrieb von Hochleistungs-Laserschneidmaschinen.

Der Durchbruch in der Lasertechnologie hat einen breiten Markt für Laserbearbeitungsgeräte geschaffen. Nur mit den richtigen Werkzeugen kann man sich im harten Wettbewerb behaupten. Mit dem Bedarf an Transformation und Modernisierung in High-End-Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Schiffbau und der Kernenergie steigt die Nachfrage nach der Bearbeitung dicker Stahlplatten. Hochleistungslaser werden die beschleunigte Entwicklung dieser Branche unterstützen. Ultrahochleistungslaser mit einer Leistung von über 30.000 Watt werden künftig vor allem in der Schwerindustrie wie Windkraft, Wasserkraft, Kernenergie, Schiffbau, Bergbaumaschinenbau sowie der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.