יישום לייזרים בעלי עוצמה גבוהה בתעשיות היי-טק וכבדות

בשלוש השנים האחרונות, עקב המגפה, קצב הצמיחה של הביקוש ללייזר תעשייתי הואט. עם זאת, פיתוח טכנולוגיית הלייזר לא נעצר. 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 רב-מצביים, 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 עוצמה גבוהה במיוחד קשה אף יותר ודורש יציבות גבוהה יותר. בשנת 2022, ייעשה שימוש נרחב בהספק של 30,000 וואט בחיתוך לייזר, וציוד של 40,000 וואט נמצא כעת בשלבי חיפוש ליישום 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, בעוביים שלא יעלו על 10 מ"מ הן עבור יריעות והן עבור 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. זה 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. הם גם יבנו קו ייצור שני בטיאנג'ין. חברת China Shipbuilding Group חתמה על הסכם שיתוף פעולה עם חברת DaFei Shipping Group הצרפתית, הכולל בניית 16 אוניות מכולות גדולות במיוחד מסוג 2, בשווי של למעלה מ-21 מיליארד יואן. קבוצת הכוח הגרעיני הכללית של סין (China General Nuclear Power Group) ו-Électricité de France מקיימות שיתוף פעולה הדוק, כאשר תחנת הכוח הגרעינית טאישאן היא דוגמה קלאסית לכך.

ציוד לייזר בעל עוצמה גבוהה בהספקים של 30,000 עד 50,000 וואט מסוגל לחתוך לוחות פלדה בעובי של יותר מ-100 מ"מ. בניית ספינות היא תעשייה המשתמשת באופן נרחב בלוחות מתכת עבים, כאשר לאוניות מסחריות אופייניות יש לוחות פלדה לגוף בעובי 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. לריתוך בלייזר יש 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 וואטים של הספק, אין עוד מגבלות בחיתוך וריתוך בלייזר לבניית ספינות, מה שפותח פוטנציאל גדול להחלפה עתידית.

ספינות שייט יוקרה נחשבו לשיא תעשיית בניית הספינות, שבאופן מסורתי נשלטה על ידי מספר מספנות כמו פינקנטיירי האיטלקית ומאייר ורפט הגרמנית. טכנולוגיית לייזר נמצאת בשימוש נרחב לעיבוד חומרים בשלבים המוקדמים של בניית ספינות. אוניית השייט הראשונה של סין המתוצרת המקומית מתוכננת לצאת לדרך עד סוף 2023. קבוצת צ'יינה מרצ'נטס קידמה גם את בנייתו של מרכז עיבוד לייזר בנאנטונג האיטונג עבור פרויקט ייצור ספינות השייט שלה, הכולל קו ייצור של לוחות דקות לחיתוך וריתוך בלייזר בעוצמה גבוהה. מגמת יישום זו צפויה לחדור בהדרגה גם לספינות מסחריות אזרחיות. לסין יש את מספר הזמנות בניית הספינות הרב ביותר 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. זה מטיל דרישות חדשות לחיתוך וריתוך של סגסוגות אלומיניום וטיטניום. טכנולוגיית לייזר חיונית להשגת תהליכי ריתוך והרכבה מדויקים ביותר. 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 עבור ממשקי חיתוך וריתוך.

איירבוס משתמשת בטכנולוגיית לייזר בעלת עוצמה גבוהה מזה זמן רב. בייצור מטוס ה-A340, כל המחיצות הפנימיות מסגסוגת האלומיניום מרותכות באמצעות לייזרים. חלה התקדמות פורצת דרך בריתוך לייזר של מעטפות גוף המטוס ומחרוזות, 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 יהיו בעלי 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 באמצעות לייזר ומעקב חכמה שפותחה באופן עצמאי על ידי סין יושמה באופן המוני בכיפה ובקנה מפלדה 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 ה-CWFL-60000 בעל הספק אולטרה-גבוה. צ'ילר לייזר סיבים

חברת Teyu עמדה בקצב המגמה של פיתוח לייזר ופיתחה וייצרה את צ'ילר לייזר הסיבים בעל הספק גבוה במיוחד CWFL-60000, המספק קירור יציב לציוד לייזר בהספק של 60 קילוואט. עם מערכת בקרת טמפרטורה כפולה ועצמאית, היא מסוגלת לקרר הן את ראש הלייזר בטמפרטורה גבוהה והן את מקור הלייזר בטמפרטורה נמוכה, ומספקת פלט יציב לציוד לייזר ומבטיחה 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 אפשר 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 עוצמה גבוהה יסייעו בפיתוח מואץ של התעשייה. בעתיד, לייזרים בעלי עוצמה גבוהה במיוחד בהספק של מעל 30,000 וואט ישמשו בעיקר בתחומי התעשייה הכבדה כגון אנרגיית רוח, אנרגיית מים, אנרגיה גרעינית, בניית ספינות, מכונות כרייה, תעופה וחלל.