יישום לייזרים בעלי עוצמה גבוהה בתעשיות היי-טק וכבדות

בשלוש השנים האחרונות, עקב המגפה, קצב הצמיחה של הביקוש ללייזר תעשייתי הואט. עם זאת, התפתחות טכנולוגיית הלייזר לא נעצרה. בתחום לייזרי הסיבים, הושקו בזה אחר זה לייזרי סיבים בעלי עוצמה גבוהה במיוחד של 60 קילוואט ומעלה, מה שדחף את עוצמתם של לייזרים תעשייתיים לרמה חדשה.

מה הביקוש ללייזרים בעלי עוצמה גבוהה מעל 30,000 וואט?

עבור לייזרי סיבים רציפים מרובי מצבים, נראה כי הגדלת ההספק על ידי הוספת מודולים היא הדרך המוסכמת. בשנים האחרונות, ההספק גדל ב-10,000 וואט בכל שנה. עם זאת, מימוש חיתוך וריתוך תעשייתיים עבור לייזרים בעלי הספק גבוה במיוחד קשה אף יותר ודורש יציבות גבוהה יותר. בשנת 2022, הספק של 30,000 וואט ישמש בקנה מידה גדול בחיתוך לייזר, וציוד של 40,000 וואט נמצא כעת בשלב החיפוש עבור יישומים בקנה מידה קטן.

בעידן לייזרי הסיבים בקילוואט, ניתן להשתמש בהספקים מתחת ל-6 קילוואט לחיתוך וריתוך של רוב מוצרי המתכת הנפוצים, כגון מעליות, מכוניות, חדרי אמבטיה, כלי מטבח, רהיטים ושלדות, עם עוביים שלא יעלו על 10 מ"מ הן עבור חומרי יריעות והן עבור חומרי צינורות. מהירות החיתוך של לייזר של 10,000 וואט כפולה מזו של לייזר של 6,000 וואט, ומהירות החיתוך של לייזר של 20,000 וואט גבוהה ביותר מ-60% מזו של לייזר של 10,000 וואט. הוא גם שובר את מגבלת העובי ויכול לחתוך פלדת פחמן מעל 50 מ"מ, דבר נדיר במוצרים תעשייתיים כלליים. אז מה לגבי לייזרים בעלי עוצמה גבוהה מעל 30,000 וואט?

יישום לייזרים בעלי עוצמה גבוהה לשיפור איכות בניית ספינות

באפריל השנה, נשיא צרפת מקרון ביקר בסין, בליווי חברות כמו איירבוס, דאפיי שיפינג וספקית החשמל הצרפתית Électricité de France.

איירבוס, יצרנית המטוסים הצרפתית, הודיעה על הסכם רכישה בכמויות גדולות עם סין עבור 160 מטוסים, בשווי כולל של כ-20 מיליארד דולר. בנוסף, החברה תבנה קו ייצור שני בטיאנג'ין. חברת China Shipbuilding Group חתמה על הסכם שיתוף פעולה עם החברה הצרפתית DaFei Shipping Group, הכולל בניית 16 אוניות מכולה גדולות במיוחד מסוג 2, בשווי של למעלה מ-21 מיליארד יואן. קבוצת China General Nuclear Power ו-Électricité de France מקיימות שיתוף פעולה הדוק, כאשר תחנת הכוח הגרעינית טאישאן היא דוגמה קלאסית לכך.

ציוד לייזר בעל עוצמה גבוהה, הנע בין 30,000 ל-50,000 וואט, מסוגל לחתוך לוחות פלדה בעובי של מעל 100 מ"מ. בניית ספינות היא תעשייה המשתמשת בהרחבה בלוחות מתכת עבים, כאשר ספינות מסחריות אופייניות בעלות לוחות פלדה לעובי של מעל 25 מ"מ, ואוניות משא גדולות אף עולות על 60 מ"מ. ספינות מלחמה גדולות ואוניות מכולה גדולות במיוחד עשויות להשתמש בפלדות מיוחדות בעובי של 100 מ"מ. ריתוך בלייזר בעל מהירויות גבוהות יותר, פחות עיוות חום ועיבוד חוזר, איכות ריתוך גבוהה יותר, צריכת חומרי מילוי מופחתת ואיכות מוצר משופרת משמעותית. עם הופעתם של לייזרים בעלי עשרות אלפי וואט של הספק, אין עוד מגבלות בחיתוך וריתוך בלייזר לבניית ספינות, מה שפותח פוטנציאל גדול להחלפה עתידית.

ספינות שייט יוקרתיות נחשבו לפסגת תעשיית בניית הספינות, שבאופן מסורתי נשלטות על ידי מספר מספנות בודדות כמו פינקנטיירי האיטלקית ומאייר וורפט הגרמנית. טכנולוגיית לייזר נמצאת בשימוש נרחב לעיבוד חומרים בשלבים המוקדמים של בניית ספינות. ספינת השייט הראשונה שמיוצרת בסין באופן מקומי מתוכננת להיות מושקת עד סוף 2023. קבוצת צ'יינה מרצ'נטס קידמה גם את בנייתו של מרכז עיבוד לייזר בנאנטונג הייטונג עבור פרויקט ייצור ספינות השייט שלה, הכולל קו ייצור של חיתוך וריתוך לייזר בעוצמה גבוהה לחיתוך וריתוך של לוחות דקות. מגמת יישום זו צפויה לחדור בהדרגה לאוניות מסחריות אזרחיות. לסין יש את מספר ההזמנות הרב ביותר לבניית ספינות בעולם, ותפקידם של לייזרים בחיתוך וריתוך של לוחות מתכת עבים ימשיך לגדול.

יישום לייזרים של 10kW+ בתחום התעופה והחלל

מערכות תובלה בחלל כוללות בעיקר רקטות ומטוסים מסחריים, כאשר הפחתת משקל היא שיקול מרכזי. עובדה זו מציבת דרישות חדשות לחיתוך וריתוך של סגסוגות אלומיניום וטיטניום. טכנולוגיית לייזר חיונית להשגת תהליכי ריתוך והרכבה מדויקים. הופעתם של לייזרים בעלי הספק גבוה של 10 קילוואט ומעלה הביאה שדרוגים מקיפים לתחום התעופה והחלל מבחינת איכות החיתוך, יעילות החיתוך ואינטליגנציה אינטגרלית גבוהה.

בתהליך הייצור של תעשיית התעופה והחלל, ישנם רכיבים רבים הדורשים חיתוך וריתוך, כולל תאי בעירה של מנועים, מעטפות מנוע, שלדות מטוסים, לוחות כנף זנב, מבני חלת דבש ורוטורים ראשיים של מסוקים. לרכיבים אלה דרישות מחמירות ביותר לחיתוך וריתוך ממשקים.

איירבוס משתמשת בטכנולוגיית לייזר בעלת עוצמה גבוהה מזה זמן רב. בייצור מטוס ה-A340, כל המחיצות הפנימיות מסגסוגת האלומיניום מרותכות באמצעות לייזרים. פריצת דרך חלה בריתוך לייזר של מעטפות גוף המטוס ומחזיקי החיבורים, אשר יושמה באיירבוס A380. סין ביצעה בהצלחה ניסוי טיסה במטוס הגדול C919 המיוצר בארץ ותספק אותו השנה. ישנם גם פרויקטים עתידיים כמו פיתוח ה-C929. ניתן לצפות כי לייזרים ימלאו מקום בייצור מטוסים מסחריים בעתיד.

טכנולוגיית לייזר יכולה לסייע בבנייה בטוחה של מתקני כוח גרעיניים

אנרגיה גרעינית היא צורה חדשה של אנרגיה נקייה, ולארצות הברית ולצרפת יש את הטכנולוגיה המתקדמת ביותר בבניית תחנות כוח גרעיניות. אנרגיה גרעינית מהווה כ-70% מאספקת החשמל של צרפת, וסין שיתפה פעולה עם צרפת בשלבים המוקדמים של מתקני הכוח הגרעיניים שלה. בטיחות היא ההיבט החשוב ביותר של מתקני כוח גרעיניים, וישנם רכיבי מתכת רבים בעלי פונקציות הגנה הדורשים חיתוך או ריתוך.

טכנולוגיית ריתוך MAG מבוססת לייזר ומעקב חכמה, שפותחה באופן עצמאי על ידי סין, יושמה באופן נרחב בכיפה ובקנה הפלדה של יחידות 7 ו-8 בתחנת הכוח הגרעינית טיאנוואן. רובוט ריתוך שרוולי חדירה ברמה גרעינית הראשון נמצא כעת בהכנה.

בעקבות מגמת פיתוח הלייזר, Teyu השיקה את צ'ילר לייזר הסיבים בעל ההספק הגבוה במיוחד CWFL-60000.

חברת Teyu עמדה בקצב המגמה של פיתוח לייזרים ופיתחה וייצרה את צ'ילר לייזר הסיבים בעל הספק אולטרה-גבוה CWFL-60000, המספק קירור יציב לציוד לייזר בהספק של 60 קילוואט. הודות למערכת בקרת טמפרטורה כפולה ועצמאית, היא מסוגלת לקרר הן את ראש הלייזר בטמפרטורה גבוהה והן את מקור הלייזר בטמפרטורה נמוכה, ובכך לספק תפוקה יציבה לציוד לייזר ולהבטיח ביעילות פעולה מהירה ויעילה של מכונות חיתוך לייזר בעלות הספק גבוה.

פריצת הדרך בטכנולוגיית הלייזר הולידה שוק רחב לציוד עיבוד לייזר. רק בעזרת הכלים הנכונים ניתן להישאר צעד אחד קדימה בתחרות העזה בשוק. עם הצורך בטרנספורמציה ושדרוג ביישומים מתקדמים כמו תעופה וחלל, בניית ספינות ואנרגיה גרעינית, הביקוש לעיבוד פלדה עבה הולך וגובר, ולייזרים בעלי הספק גבוה יסייעו בפיתוח מואץ של התעשייה. בעתיד, לייזרים בעלי הספק גבוה במיוחד בעלי הספק של מעל 30,000 וואט ישמשו בעיקר בתחומי התעשייה הכבדה כמו אנרגיית רוח, אנרגיית מים, אנרגיה גרעינית, בניית ספינות, מכונות כרייה, תעופה וחלל.