Εφαρμογή λέιζερ υψηλής ισχύος σε υψηλής τεχνολογίας και βαριές βιομηχανίες

Τα τελευταία τρία χρόνια, λόγω της πανδημίας, ο ρυθμός αύξησης της βιομηχανικής ζήτησης λέιζερ έχει επιβραδυνθεί. Ωστόσο, η ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ δεν έχει σταματήσει. Στον τομέα των λέιζερ οπτικών ινών, έχουν κυκλοφορήσει διαδοχικά λέιζερ οπτικών ινών εξαιρετικά υψηλής ισχύος 60kW και άνω, ωθώντας την ισχύ των βιομηχανικών λέιζερ σε άλλο επίπεδο.

Πόση ζήτηση υπάρχει για λέιζερ υψηλής ισχύος άνω των 30.000 watt;

Για τα λέιζερ συνεχούς οπτικής ίνας πολλαπλών λειτουργιών, η αύξηση της ισχύος με την προσθήκη μονάδων φαίνεται να είναι ο συμφωνημένος τρόπος. Τα τελευταία χρόνια, η ισχύς έχει αυξηθεί κατά 10.000 watt κάθε χρόνο. Ωστόσο, η υλοποίηση βιομηχανικής κοπής και συγκόλλησης για λέιζερ εξαιρετικά υψηλής ισχύος είναι ακόμη πιο δύσκολη και απαιτεί μεγαλύτερη σταθερότητα. Το 2022, η ισχύς των 30.000 watt θα χρησιμοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα στην κοπή με λέιζερ, ενώ 40.000 watt εξοπλισμού βρίσκονται επί του παρόντος στο στάδιο της εξερεύνησης για εφαρμογή σε μικρή κλίμακα.

Στην εποχή των λέιζερ οπτικών ινών κιλοβάτ, ισχύς κάτω των 6kW μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κοπή και συγκόλληση των πιο συνηθισμένων μεταλλικών προϊόντων, όπως ανελκυστήρες, αυτοκίνητα, μπάνια, μαγειρικά σκεύη, έπιπλα και σασί, με πάχος που δεν υπερβαίνει τα 10 mm τόσο για φύλλα όσο και για σωλήνες. Η ταχύτητα κοπής ενός λέιζερ 10.000 watt είναι διπλάσια από αυτή ενός λέιζερ 6.000 watt, και η ταχύτητα κοπής ενός λέιζερ 20.000 watt είναι περισσότερο από 60% υψηλότερη από αυτή ενός λέιζερ 10.000 watt. Επίσης, σπάει το όριο πάχους και μπορεί να κόψει ανθρακούχο χάλυβα άνω των 50 mm, κάτι που είναι σπάνιο σε γενικά βιομηχανικά προϊόντα. Τι θα λέγατε λοιπόν για λέιζερ υψηλής ισχύος άνω των 30.000 watt;

Εφαρμογή λέιζερ υψηλής ισχύος για τη βελτίωση της ποιότητας της ναυπηγικής

Τον Απρίλιο του τρέχοντος έτους, ο Γάλλος πρόεδρος Μακρόν επισκέφθηκε την Κίνα, συνοδευόμενος από εταιρείες όπως η Airbus, η DaFei Shipping και ο γαλλικός προμηθευτής ενέργειας Électricité de France.

Η Airbus, η γαλλική εταιρεία κατασκευής αεροσκαφών, ανακοίνωσε συμφωνία μαζικής αγοράς με την Κίνα για 160 αεροσκάφη, συνολικής αξίας περίπου 20 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Θα κατασκευάσουν επίσης μια δεύτερη γραμμή παραγωγής στην Τιαντζίν. Η China Shipbuilding Group Corporation υπέγραψε συμφωνία συνεργασίας με τη γαλλική εταιρεία DaFei Shipping Group, η οποία περιλαμβάνει την κατασκευή 16 υπερμεγέθων πλοίων μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων τύπου 2, αξίας άνω των 21 δισεκατομμυρίων γιουάν. Ο Γενικός Όμιλος Πυρηνικής Ενέργειας της Κίνας και η Électricité de France έχουν στενή συνεργασία, με τον πυρηνικό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής Taishan να αποτελεί κλασικό παράδειγμα.

Ο εξοπλισμός λέιζερ υψηλής ισχύος που κυμαίνεται από 30.000 έως 50.000 watt έχει την ικανότητα κοπής χαλύβδινων πλακών πάχους άνω των 100 mm. Η ναυπηγική βιομηχανία είναι μια βιομηχανία που χρησιμοποιεί εκτενώς παχιές μεταλλικές πλάκες, με τα τυπικά εμπορικά πλοία να έχουν χαλύβδινες πλάκες κύτους με πάχος άνω των 25 mm, ενώ τα μεγάλα φορτηγά πλοία ξεπερνούν ακόμη και τα 60 mm. Τα μεγάλα πολεμικά πλοία και τα υπερμεγέθη πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων μπορούν να χρησιμοποιούν ειδικούς χάλυβες πάχους 100 mm. Η συγκόλληση με λέιζερ έχει μεγαλύτερες ταχύτητες, λιγότερη θερμική παραμόρφωση και επανεπεξεργασία, υψηλότερη ποιότητα συγκόλλησης, μειωμένη κατανάλωση υλικού πλήρωσης και σημαντικά βελτιωμένη ποιότητα προϊόντος. Με την εμφάνιση λέιζερ με ισχύ δεκάδων χιλιάδων βατ, δεν υπάρχουν πλέον περιορισμοί στην κοπή και συγκόλληση με λέιζερ για τη ναυπηγική βιομηχανία, ανοίγοντας μεγάλες δυνατότητες για μελλοντική υποκατάσταση.

Τα πολυτελή κρουαζιερόπλοια θεωρούνται η κορωνίδα της ναυπηγικής βιομηχανίας, παραδοσιακά μονοπωλούμενη από λίγα ναυπηγεία όπως η ιταλική Fincantieri και η γερμανική Meyer Werft. Η τεχνολογία λέιζερ έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς για την επεξεργασία υλικών στα αρχικά στάδια της κατασκευής πλοίων. Το πρώτο κρουαζιερόπλοιο εγχώριας παραγωγής της Κίνας έχει προγραμματιστεί να καθελκύσει μέχρι το τέλος του 2023. Ο Όμιλος China Merchants έχει επίσης προχωρήσει στην κατασκευή ενός κέντρου επεξεργασίας λέιζερ στο Nantong Haitong για το έργο κατασκευής κρουαζιερόπλοιων, το οποίο περιλαμβάνει μια γραμμή παραγωγής λεπτών πλακών κοπής και συγκόλλησης με λέιζερ υψηλής ισχύος. Αυτή η τάση εφαρμογής αναμένεται να διεισδύσει σταδιακά και στα πολιτικά εμπορικά πλοία. Η Κίνα έχει τις περισσότερες παραγγελίες ναυπηγικής στον κόσμο και ο ρόλος των λέιζερ στην κοπή και συγκόλληση παχιών μεταλλικών πλακών θα συνεχίσει να αυξάνεται.

Εφαρμογή λέιζερ 10kW+ στην αεροδιαστημική

Τα συστήματα αεροδιαστημικών μεταφορών περιλαμβάνουν κυρίως πυραύλους και εμπορικά αεροσκάφη, με τη μείωση του βάρους να αποτελεί βασική παράμετρο. Αυτό επιβάλλει νέες απαιτήσεις για την κοπή και συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου και τιτανίου. Η τεχνολογία λέιζερ είναι απαραίτητη για την επίτευξη διαδικασιών συγκόλλησης και συναρμολόγησης υψηλής ακρίβειας. Η εμφάνιση λέιζερ υψηλής ισχύος άνω των 10kW έχει φέρει ολοκληρωμένες αναβαθμίσεις στον αεροδιαστημικό τομέα όσον αφορά την ποιότητα κοπής, την αποδοτικότητα κοπής και την ευφυΐα υψηλής ενσωμάτωσης. 

Στη διαδικασία κατασκευής της αεροδιαστημικής βιομηχανίας, υπάρχουν πολλά εξαρτήματα που απαιτούν κοπή και συγκόλληση, συμπεριλαμβανομένων των θαλάμων καύσης κινητήρων, των περιβλημάτων κινητήρων, των πλαισίων αεροσκαφών, των πάνελ των ουραίων πτερύγων, των δομών σε σχήμα κηρήθρας και των κύριων στροφείων ελικοπτέρων. Αυτά τα εξαρτήματα έχουν εξαιρετικά αυστηρές απαιτήσεις για τις διεπαφές κοπής και συγκόλλησης.

Η Airbus χρησιμοποιεί τεχνολογία λέιζερ υψηλής ισχύος εδώ και πολύ καιρό. Κατά την κατασκευή του αεροσκάφους A340, όλα τα εσωτερικά διαφράγματα από κράμα αλουμινίου συγκολλούνται με λέιζερ. Έχει σημειωθεί πρωτοποριακή πρόοδος στη συγκόλληση με λέιζερ των επιφανειών και των δοκών της ατράκτου, η οποία έχει εφαρμοστεί στο Airbus A380. Η Κίνα πραγματοποίησε με επιτυχία δοκιμαστική πτήση του εγχώριας παραγωγής μεγάλου αεροσκάφους C919 και θα το παραδώσει φέτος. Υπάρχουν επίσης μελλοντικά έργα όπως η ανάπτυξη του C929. Μπορεί να προβλεφθεί ότι τα λέιζερ θα έχουν θέση στην κατασκευή εμπορικών αεροσκαφών στο μέλλον.

Η τεχνολογία λέιζερ μπορεί να βοηθήσει στην ασφαλή κατασκευή πυρηνικών εγκαταστάσεων

Η πυρηνική ενέργεια είναι μια νέα μορφή καθαρής ενέργειας και οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Γαλλία διαθέτουν την πιο προηγμένη τεχνολογία στην κατασκευή πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Η πυρηνική ενέργεια αντιπροσωπεύει περίπου το 70% του εφοδιασμού της Γαλλίας με ηλεκτρική ενέργεια και η Κίνα συνεργάστηκε με τη Γαλλία στα αρχικά στάδια των πυρηνικών εγκαταστάσεών της. Η ασφάλεια είναι η πιο σημαντική πτυχή των πυρηνικών εγκαταστάσεων και υπάρχουν πολλά μεταλλικά εξαρτήματα με προστατευτικές λειτουργίες που απαιτούν κοπή ή συγκόλληση.

Η ανεξάρτητα ανεπτυγμένη τεχνολογία συγκόλλησης MAG με έξυπνη παρακολούθηση με λέιζερ που έχει αναπτύξει η Κίνα έχει εφαρμοστεί μαζικά στον θόλο και τον κυλίνδρο της χαλύβδινης επένδυσης των Μονάδων 7 και 8 στον πυρηνικό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής Tianwan. Το πρώτο ρομπότ συγκόλλησης με μανίκι διείσδυσης πυρηνικής ποιότητας βρίσκεται αυτή τη στιγμή στο στάδιο της προετοιμασίας.

Ακολουθώντας την τάση ανάπτυξης λέιζερ, η Teyu λάνσαρε το υπερυψηλής ισχύος CWFL-60000 ψύκτης λέιζερ οπτικών ινών

Η Teyu συμβαδίζει με την τάση ανάπτυξης λέιζερ και έχει αναπτύξει και κατασκευάσει το ψυκτικό συγκρότημα λέιζερ οπτικών ινών εξαιρετικά υψηλής ισχύος CWFL-60000, το οποίο παρέχει σταθερή ψύξη για εξοπλισμό λέιζερ 60kW. Με ένα διπλό ανεξάρτητο σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας, είναι σε θέση να ψύξει τόσο την κεφαλή λέιζερ υψηλής θερμοκρασίας όσο και μια πηγή λέιζερ χαμηλής θερμοκρασίας, παρέχοντας σταθερή απόδοση για τον εξοπλισμό λέιζερ και εγγυώμενη αποτελεσματικά την γρήγορη και αποτελεσματική λειτουργία των μηχανών κοπής λέιζερ υψηλής ισχύος. 

Η σημαντική ανακάλυψη στην τεχνολογία λέιζερ έχει δημιουργήσει μια ευρεία αγορά για εξοπλισμό επεξεργασίας λέιζερ. Μόνο με τα κατάλληλα εργαλεία μπορεί κανείς να παραμείνει μπροστά στον σκληρό ανταγωνισμό της αγοράς. Με την ανάγκη για μετασχηματισμό και αναβάθμιση σε εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας όπως η αεροδιαστημική, η ναυπηγική και η πυρηνική ενέργεια, η ζήτηση για επεξεργασία χάλυβα με παχιά πλάκα αυξάνεται και τα λέιζερ υψηλής ισχύος θα βοηθήσουν στην επιταχυνόμενη ανάπτυξη της βιομηχανίας. Στο μέλλον, τα λέιζερ εξαιρετικά υψηλής ισχύος με ισχύ άνω των 30.000 watt θα χρησιμοποιηθούν κυρίως σε τομείς της βαριάς βιομηχανίας όπως η αιολική ενέργεια, η υδροηλεκτρική ενέργεια, η πυρηνική ενέργεια, η ναυπηγική βιομηχανία, τα μηχανήματα εξόρυξης, η αεροδιαστημική και η αεροπορία.