Suurteholasereiden käyttö korkean teknologian ja raskaan teollisuuden aloilla

Viimeisten kolmen vuoden aikana teollisuuslaserien kysynnän kasvuvauhti on hidastunut pandemian vuoksi. Lasertekniikan kehitys ei kuitenkaan ole pysähtynyt. Kuitulasereiden alalla on peräkkäin lanseerattu erittäin tehokkaita, 60 kW:n ja sitä suurempia kuitulasereita, jotka ovat nostaneet teollisuuslasereiden tehon uudelle tasolle.

Kuinka paljon kysyntää on yli 30 000 watin tehoisille lasereille?

Monimuotoisten jatkuvien kuitulasereiden osalta tehon lisääminen moduuleja lisäämällä näyttää olevan sovittu tapa. Viime vuosina teho on kasvanut 10 000 wattia vuodessa. Teollisen leikkauksen ja hitsauksen toteuttaminen erittäin tehokkailla lasereilla on kuitenkin vielä vaikeampaa ja vaatii suurempaa vakautta. Vuonna 2022 30 000 watin tehoa käytetään laajamittaisesti laserleikkauksessa, ja 40 000 watin laitteistoa on tällä hetkellä tutkimusvaiheessa pienimuotoista käyttöä varten.

Kilowattikuitulasereiden aikakaudella alle 6 kW:n tehoisia lasereita voidaan käyttää yleisimpien metallituotteiden, kuten hissien, autojen, kylpyhuoneiden, keittiövälineiden, huonekalujen ja alustojen, leikkaamiseen ja hitsaukseen, joiden paksuus ei ylitä 10 mm sekä levy- että putkimateriaaleille. 10 000 watin laserin leikkausnopeus on kaksinkertainen 6 000 watin laseriin verrattuna, ja 20 000 watin laserin leikkausnopeus on yli 60 % suurempi kuin 10 000 watin laserin. Se rikkoo myös paksuusrajoituksia ja voi leikata yli 50 mm:n hiiliterästä, mikä on harvinaista yleisissä teollisuustuotteissa. Entä sitten yli 30 000 watin tehoiset laserit?

Suuritehoisten lasereiden käyttö laivanrakennuksen laadun parantamiseksi

Ranskan presidentti Macron vieraili Kiinassa tämän vuoden huhtikuussa. Mukana olivat muun muassa Airbus, DaFei Shipping ja ranskalainen energiayhtiö Électricité de France.

Ranskalainen lentokonevalmistaja Airbus ilmoitti 160 lentokoneen ostosopimuksesta Kiinan kanssa, jonka kokonaisarvo on noin 20 miljardia dollaria. He rakentavat myös toisen tuotantolinjan Tianjiniin. China Shipbuilding Group Corporation allekirjoitti yhteistyösopimuksen ranskalaisen DaFei Shipping Groupin kanssa, joka sisältää 16 erittäin suuren tyypin 2 konttialuksen rakentamisen. Sopimuksen arvo on yli 21 miljardia yuania. China General Nuclear Power Group ja Électricité de France tekevät tiivistä yhteistyötä, josta Taishanin ydinvoimala on klassinen esimerkki.

Suuritehoiset, 30 000–50 000 watin laserlaitteet pystyvät leikkaamaan yli 100 mm paksuja teräslevyjä. Laivanrakennus on teollisuudenala, joka käyttää laajasti paksuja metallilevyjä. Tyypillisissä kauppalaivoissa rungon teräslevyjen paksuus on yli 25 mm ja suurissa rahtialuksissa jopa yli 60 mm. Suuret sota-alukset ja erittäin suuret konttialukset voivat käyttää 100 mm paksuja erikoisteräksiä. Laserhitsauksella on suuremmat nopeudet, vähemmän lämmön aiheuttamaa muodonmuutosta ja uudelleentyöstöä, parempi hitsauslaatu, pienempi lisäaineen kulutus ja merkittävästi parempi tuotteen laatu. Kymmenien tuhansien wattitehoisten lasereiden myötä laivanrakennuksessa laserleikkauksessa ja -hitsauksessa ei ole enää rajoituksia, mikä avaa suuria mahdollisuuksia tulevaisuuden korvaaville menetelmille.

Luksusristeilyaluksia on pidetty laivanrakennusteollisuuden huipulla, ja perinteisesti niitä ovat hallinneet muutamat telakat, kuten Italian Fincantieri ja Saksan Meyer Werft. Lasertekniikkaa on käytetty laajasti materiaalien käsittelyyn laivanrakennuksen alkuvaiheissa. Kiinan ensimmäisen kotimaassa valmistetun risteilyaluksen on määrä laskea vesille vuoden 2023 loppuun mennessä. China Merchants Group on myös edistänyt laserkäsittelykeskuksen rakentamista Nantong Haitongiin risteilyalusten valmistusprojektiaan varten, johon kuuluu tehokas laserleikkaus- ja hitsauslinja ohutlevyjen tuotantoon. Tämän sovellustrendin odotetaan vähitellen leviävän siviilikäyttöön tarkoitettuihin kauppalaivoihin. Kiinalla on maailman eniten laivanrakennustilauksia, ja lasereiden rooli paksujen metallilevyjen leikkauksessa ja hitsauksessa tulee kasvamaan edelleen.

Yli 10 kW:n lasereiden käyttö ilmailu- ja avaruustekniikassa

Ilmailu- ja avaruuskuljetusjärjestelmiin kuuluvat pääasiassa raketit ja kaupalliset lentokoneet, joissa painonpudotus on keskeinen näkökohta. Tämä asettaa uusia vaatimuksia alumiini- ja titaaniseosten leikkaukselle ja hitsaukselle. Lasertekniikka on välttämätöntä tarkkojen hitsaus- ja leikkauskokoonpanoprosessien saavuttamiseksi. Yli 10 kW:n suurteholasereiden tulo on tuonut kattavia parannuksia ilmailu- ja avaruusalalle leikkauslaadun, leikkaustehokkuuden ja korkean integrointikyvyn osalta. 

Ilmailuteollisuuden valmistusprosessissa on monia komponentteja, jotka vaativat leikkaamista ja hitsausta, mukaan lukien moottorin palotilat, moottorikotelot, lentokoneiden rungot, peräsiipien paneelit, hunajakennorakenteet ja helikopterien pääroottorit. Näillä komponenteilla on erittäin tiukat vaatimukset leikkaus- ja hitsausliitännöille.

Airbus on käyttänyt suuritehoista laserteknologiaa jo pitkään. A340-lentokoneen valmistuksessa kaikki alumiiniseoksesta valmistetut sisäiset laipiot hitsataan lasereilla. Rungon ulkokuoren ja jäykisteiden laserhitsauksessa, jota on käytetty Airbus A380 -koneessa, on tapahtunut läpimurtoa. Kiina on onnistuneesti koelentänyt kotimaassa tuotetulla C919-suurkoneella ja toimittaa sen tänä vuonna. On myös tulevaisuuden projekteja, kuten C929:n kehittäminen. Voidaan ennakoida, että lasereilla on tulevaisuudessa paikkansa kaupallisten lentokoneiden valmistuksessa.

Lasertekniikka voi auttaa ydinvoimalaitosten turvallisessa rakentamisessa

Ydinvoima on uusi puhdas energiamuoto, ja Yhdysvalloilla ja Ranskalla on edistynein teknologia ydinvoimaloiden rakentamisessa. Ydinvoima kattaa noin 70 prosenttia Ranskan sähköntuotannosta, ja Kiina teki yhteistyötä Ranskan kanssa sen ydinvoimalaitosten alkuvaiheessa. Turvallisuus on ydinvoimalaitosten tärkein osa-alue, ja niissä on monia metallikomponentteja, joilla on suojaavia toimintoja ja jotka vaativat leikkaamista tai hitsausta.

Kiinan itsenäisesti kehittämää älykästä laserseurantaan perustuvaa MAG-hitsausteknologiaa on otettu massakäyttöön Tianwanin ydinvoimalan yksiköiden 7 ja 8 teräsvuorauksen kupussa ja sylinterissä. Ensimmäistä ydinvoimalakäyttöön tarkoitettua tunkeutumisholkkien hitsausrobottia valmistellaan parhaillaan.

Laserkehityksen trendiä seuraten Teyu lanseerasi CWFL-60000:n erittäin tehokkaan laserlaitteen kuitulaserjäähdytin

Teyu on pysynyt lasereiden kehityksen mukana ja kehittänyt ja valmistanut erittäin tehokkaan CWFL-60000-kuitulaserjäähdyttimen, joka tarjoaa vakaan jäähdytyksen 60 kW:n laserlaitteille. Kahden itsenäisen lämpötilansäätöjärjestelmän ansiosta se pystyy jäähdyttämään sekä korkean lämpötilan laserpään että matalan lämpötilan laserlähteen, mikä tarjoaa vakaan tehon laserlaitteille ja takaa tehokkaasti suuritehoisten laserleikkauskoneiden nopean ja tehokkaan toiminnan. 

Laserteknologian läpimurto on synnyttänyt laajat markkinat laserkäsittelylaitteille. Vain oikeilla työkaluilla voi pysyä kärjessä kovassa kilpailussa. Huippuluokan sovellusten, kuten ilmailu- ja avaruusteollisuuden, laivanrakennuksen ja ydinvoiman, muutos- ja päivitystarpeiden myötä paksujen teräslevyjen käsittelyn kysyntä kasvaa, ja suuritehoiset laserit auttavat alan nopeutettua kehitystä. Tulevaisuudessa yli 30 000 watin tehoisia erittäin tehokkaita lasereita käytetään pääasiassa raskaan teollisuuden aloilla, kuten tuulivoimassa, vesivoimassa, ydinvoimassa, laivanrakennuksessa, kaivoskoneissa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sekä ilmailussa.