ハイテク産業および重工業における高出力レーザーの応用

過去3年間、パンデミックの影響により、産業用レーザー需要の成長率は鈍化しました。しかし、レーザー技術の発展は止まっていません。ファイバーレーザー分野では、60kWを超える超高出力ファイバーレーザーが相次いで発売され、産業用レーザーの出力は新たなレベルへと押し上げられました。

30,000 ワットを超える高出力レーザーの需要はどれくらいありますか?

マルチモード連続ファイバーレーザーの場合、モジュールの追加による出力向上は一般的な方法のようです。ここ数年、出力は毎年1万ワットずつ増加しています。しかし、超高出力レーザーを産業用の切断・溶接に応用するのはさらに困難であり、より高い安定性が求められます。2022年には、3万ワットの出力がレーザー切断に大規模に使用されるようになり、4万ワットの装置は現在、小規模用途に向けた検討段階にあります。

キロワット級ファイバーレーザーの時代では、6kW以下の出力で、エレベーター、自動車、浴室、キッチン用品、家具、シャーシなど、板材と管材の厚さが10mm以下の一般的な金属製品の切断や溶接が可能です。10,000ワットレーザーの切断速度は6,000ワットレーザーの2倍、20,000ワットレーザーの切断速度は10,000ワットレーザーより60%以上高速です。また、厚さの限界を突破し、50mmを超える炭素鋼の切断も可能です。これは一般工業製品では珍しいことです。では、30,000ワットを超える高出力レーザーはどうでしょうか？

造船品質向上のための高出力レーザーの応用

今年4月、フランスのマクロン大統領は、エアバス、大飛海運、フランスの電力会社Électricité de Franceなどの企業を伴って中国を訪問した。

フランスの航空機メーカー、エアバスは、中国との間で総額約200億ドルに上る航空機160機の一括購入契約を締結したと発表した。また、天津に第2生産ラインを建設する予定だ。中国船舶重工集団公司は、フランスの大飛海運集団公司と協力協定を締結し、210億元を超えるタイプ2の超大型コンテナ船16隻の建造を含む契約を締結した。中国広核集団公司とフランス電力公司は緊密な協力関係にあり、台山原子力発電所はその好例である。

3万ワットから5万ワットの高出力レーザー設備は、厚さ100mmを超える鋼板の切断能力を備えています。造船業は厚板を多用する産業であり、一般的な商船の船体鋼板の厚さは25mmを超え、大型貨物船では60mmを超えるものもあります。大型軍艦や超大型コンテナ船では、厚さ100mmの特殊鋼が使用されることもあります。レーザー溶接は、溶接速度が速く、熱変形や手直しが少なく、溶接品質が高く、充填材の消費量が少なく、製品品質が大幅に向上します。数万ワットの出力を持つレーザーの登場により、造船におけるレーザー切断と溶接の限界はなくなり、将来的には大きな代替の可能性が開かれています。

豪華クルーズ船は造船業界の頂点とされ、伝統的にイタリアのフィンカンティエリやドイツのマイヤーヴェルフトなど少数の造船所によって独占されてきました。レーザー技術は、船舶建造の初期段階における材料加工に広く利用されています。中国初の国産クルーズ船は、2023年末に進水予定です。招商局集団も、クルーズ船製造プロジェクトのために、南通海通にレーザー加工センターの建設を進めており、そこには高出力レーザーによる薄板切断・溶接生産ラインが含まれています。この応用トレンドは、民間商船にも徐々に浸透していくと予想されます。中国は世界最多の造船受注国であり、厚板金属の切断・溶接におけるレーザーの役割は今後も拡大していくでしょう。

航空宇宙における10kW以上のレーザーの応用

航空宇宙輸送システムには主にロケットと民間航空機が含まれており、軽量化が重要な考慮事項となっています。そのため、アルミニウム合金やチタン合金の切断・溶接には新たな要件が課せられています。高精度の溶接・切断組立工程を実現するには、レーザー技術が不可欠です。10kW以上の高出力レーザーの登場は、切断品質、切断効率、そして高度な統合インテリジェンスの面で、航空宇宙分野に包括的なアップグレードをもたらしました。

航空宇宙産業の製造工程には、エンジン燃焼室、エンジンケーシング、機体フレーム、尾翼パネル、ハニカム構造、ヘリコプターのメインローターなど、切断と溶接を必要とする部品が数多く存在します。これらの部品の切断・溶接接合部には、極めて厳しい要件が求められます。

エアバスは長年にわたり高出力レーザー技術を活用してきました。A340機体の製造では、アルミニウム合金製の内部隔壁はすべてレーザー溶接されています。胴体外板とストリンガーのレーザー溶接は画期的な進歩を遂げており、エアバスA380にも導入されています。中国は国産大型機C919の試験飛行に成功し、今年中に納入される予定です。さらに、C929の開発など、将来的なプロジェクトも進行中です。将来的には、レーザーが民間航空機の製造に活用されることが予想されます。

レーザー技術は原子力施設の安全な建設に役立つ

原子力は新たなクリーンエネルギーであり、米国とフランスは原子力発電所の建設において最も先進的な技術を有しています。フランスの電力供給の約70%は原子力発電によるもので、中国は原子力施設の初期段階でフランスと協力しました。原子力施設では安全性が最も重要な要素であり、保護機能を持つ金属部品が多く、切断や溶接が必要になります。

中国が独自に開発したレーザー知能追跡MAG溶接技術は、天湾原子力発電所7号機と8号機の鋼製ライナードームとバレルに大量適用されている。現在、初の原子力級貫通スリーブ溶接ロボットが準備中である。

レーザー開発のトレンドに沿って、TeyuはCWFL-60000超高出力ファイバーレーザーチラーを発売しました。

Teyuはレーザー開発のトレンドを常に追随し、60kWレーザー機器に安定した冷却を提供するCWFL-60000超高出力ファイバーレーザーチラーを開発・製造しました。独立した二重温度制御システムにより、高温のレーザーヘッドと低温のレーザー光源の両方を冷却することができ、レーザー機器に安定した出力を提供し、高出力レーザー切断機の高速かつ効率的な動作を効果的に保証します。

レーザー技術の飛躍的な進歩は、レーザー加工装置の広範な市場を生み出しました。熾烈な市場競争で優位に立つためには、適切なツールが必要です。航空宇宙、造船、原子力といったハイエンド用途における変革と高度化のニーズに伴い、厚板鋼材加工の需要は高まっており、高出力レーザーは業界の発展を加速させるでしょう。将来的には、3万ワットを超える超高出力レーザーが、風力発電、水力発電、原子力発電、造船、鉱山機械、航空宇宙、航空といった重工業分野で主に利用されるようになるでしょう。