고출력 레이저의 첨단기술 및 중공업 분야 적용

지난 3년 동안 팬데믹으로 인해 산업용 레이저 수요의 성장률이 둔화되었습니다. 하지만 레이저 기술의 발전은 멈추지 않았습니다. 파이버 레이저 분야에서는 60kW 이상의 초고출력 파이버 레이저가 잇따라 출시되어 산업용 레이저의 성능이 새로운 차원으로 끌어올려졌습니다.

30,000와트 이상의 고출력 레이저에 대한 수요는 얼마나 됩니까?

다중 모드 연속 광섬유 레이저의 경우, 모듈을 추가하여 전력을 증가시키는 것이 합의된 방법인 듯합니다. 지난 몇 년 동안 전력은 매년 10,000와트씩 증가했습니다. 그러나 초고출력 레이저의 산업용 절단 및 용접을 실현하는 것은 훨씬 더 어렵고 더 높은 안정성이 요구됩니다. 2022년에는 레이저 절단에 3만 와트의 전력을 대규모로 활용할 예정이며, 4만 와트의 장비는 현재 소규모 적용을 위해 탐색 단계에 있습니다.

킬로와트 파이버 레이저 시대에는 6kW 이하의 전력으로도 엘리베이터, 자동차, 욕실, 주방용품, 가구, 섀시 등 대부분 일반적인 금속 제품을 절단하고 용접할 수 있으며, 시트와 튜브 소재 모두 두께가 10mm를 넘지 않습니다. 10,000와트 레이저의 절단 속도는 6,000와트 레이저의 두 배이고, 20,000와트 레이저의 절단 속도는 10,000와트 레이저보다 60% 이상 빠릅니다. 또한 두께 제한을 깨고 일반 산업제품에서는 보기 드문 50mm 이상의 탄소강을 절단할 수 있습니다. 그러면 30,000와트 이상의 고출력 레이저는 어떨까요?

고출력 레이저를 활용한 조선 품질 향상

올해 4월, 프랑스 마크롱 대통령은 에어버스, 다페이 해운, 프랑스 전력 공급업체인 에렉트리시테 드 프랑스 등의 회사와 함께 중국을 방문했습니다.

프랑스 항공기 제조업체인 에어버스는 중국과 총 가치가 약 200억 달러에 달하는 160대의 항공기 대량 구매 계약을 발표했습니다. 또한, 톈진에 두 번째 생산 라인을 건설할 예정이다. 중국조선그룹(China Shipbuilding Group Corporation)은 프랑스 기업 다페이해운그룹(DaFei Shipping Group)과 협력 계약을 체결했으며, 여기에는 210억 위안 이상의 가치를 지닌 2형 초대형 컨테이너선 16척의 건조가 포함됩니다. 중국핵전력그룹과 프랑스전력공사는 긴밀한 협력관계를 맺고 있으며, 타이산 원자력 발전소가 그 대표적인 사례입니다.

30,000~50,000와트의 고출력 레이저 장비는 두께가 100mm 이상인 강판을 절단할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 조선업은 두꺼운 금속판을 광범위하게 사용하는 산업으로, 일반적인 상선의 선체강판 두께는 25mm가 넘고, 대형 화물선의 경우 두께가 60mm를 넘는 경우도 있습니다. 대형 군함이나 초대형 컨테이너선에는 두께 100mm의 특수강을 사용하기도 합니다. 레이저 용접은 속도가 빠르고, 열 변형과 재작업이 적으며, 용접 품질이 더 높고, 필러 재료 소비가 줄어들고, 제품 품질이 크게 향상됩니다. 수만 와트의 출력을 가진 레이저가 등장하면서 조선용 레이저 절단 및 용접에 더 이상 제한이 없어졌으며, 앞으로 대체 가능성이 매우 큽니다.

고급 크루즈선은 조선업의 정점으로 여겨져 왔으며, 전통적으로 이탈리아의 핀칸티에리와 독일의 마이어 베르프트 등 소수 조선소가 독점해 왔습니다. 레이저 기술은 선박 건조의 초기 단계에서 재료 가공에 광범위하게 사용되었습니다. 중국 최초의 국내산 크루즈선은 2023년 말에 진수될 예정이다. 중국상인그룹은 또한 크루즈선 제조 프로젝트를 위해 난퉁하이퉁에 레이저 가공 센터 건설을 진행했는데, 여기에는 고출력 레이저 절단 및 용접 박판 생산 라인이 포함됩니다. 이러한 응용 추세는 점차 민간 상업선박에도 침투할 것으로 예상됩니다. 중국은 세계에서 가장 많은 조선 주문량을 보유하고 있으며, 두꺼운 금속판을 절단하고 용접하는 데 있어 레이저의 역할은 계속해서 커질 것입니다.

항공우주 분야에서 10kW+ 레이저 적용

항공우주 운송 시스템에는 주로 로켓과 상업용 항공기가 포함되며, 무게 감소가 주요 고려 사항입니다. 이로 인해 알루미늄과 티타늄 합금의 절단 및 용접에 대한 새로운 요구 사항이 생겼습니다. 레이저 기술은 고정밀 용접 및 절단 조립 공정을 달성하는 데 필수적입니다. 10kW 이상의 고출력 레이저의 등장으로 절단 품질, 절단 효율, 고집적 지능 측면에서 항공우주 분야가 전면적으로 업그레이드되었습니다. 

항공우주 산업의 제조 공정에는 엔진 연소실, 엔진 케이싱, 항공기 프레임, 꼬리 날개 패널, 벌집 구조, 헬리콥터 메인 로터 등 절단 및 용접이 필요한 구성 요소가 많이 있습니다. 이러한 구성 요소는 절단 및 용접 인터페이스에 대한 매우 엄격한 요구 사항을 갖습니다.

에어버스는 오랫동안 고출력 레이저 기술을 사용해 왔습니다. A340 항공기 제조 과정에서 모든 알루미늄 합금 내부 격벽은 레이저를 사용하여 용접됩니다. 에어버스 A380에 구현된 동체 스킨과 스트링거의 레이저 용접에서 획기적인 진전이 이루어졌습니다. 중국은 국내에서 생산된 C919 대형 항공기의 시험 비행을 성공적으로 마쳤으며 올해 인도할 예정이다. C929 개발과 같은 미래 프로젝트도 있습니다. 미래에는 레이저가 상업용 항공기 제조에 사용될 것으로 예상된다.

레이저 기술은 원자력 시설의 안전한 건설에 도움이 될 수 있습니다.

원자력은 새로운 형태의 청정 에너지이며, 미국과 프랑스는 원자력 발전소 건설에 있어서 가장 진보된 기술을 보유하고 있습니다. 핵에너지는 프랑스 전력 공급의 약 70%를 차지하며, 중국은 프랑스의 핵에너지 시설 건설 초기부터 프랑스와 협력했습니다. 안전은 원자력 시설에 있어서 가장 중요한 측면이며, 보호 기능이 있는 금속 부품 중에는 절단이나 용접이 필요한 것이 많습니다.

중국이 독자적으로 개발한 레이저 지능형 추적 MAG 용접 기술이 톈완 원자력 발전소 7, 8호기의 강철 라이너 돔과 배럴에 대량 적용되었습니다. 현재 최초의 핵 등급 관통 슬리브 용접 로봇이 준비 중입니다.

레이저 개발 추세에 따라 Teyu는 초고출력 CWFL-60000을 출시했습니다. 파이버 레이저 냉각기

테위는 레이저 개발 추세에 발맞춰 60kW 레이저 장비에 안정적인 냉각을 제공하는 초고출력 파이버 레이저 냉각기 CWFL-60000을 개발 및 생산했습니다. 듀얼 독립 온도 제어 시스템으로 고온 레이저 헤드와 저온 레이저 소스를 모두 냉각하여 레이저 장비에 안정적인 출력을 제공하고 고출력 레이저 절단기의 빠르고 효율적인 작동을 효과적으로 보장합니다. 

레이저 기술의 획기적인 발전으로 레이저 가공 장비에 대한 시장이 크게 확대되었습니다. 치열한 시장 경쟁에서 앞서 나가려면 올바른 도구가 필요합니다. 항공우주, 조선, 원자력 등 첨단 응용 분야에서 변형 및 업그레이드가 필요함에 따라 두꺼운 판강 가공에 대한 수요가 증가하고 있으며, 고출력 레이저는 산업의 급속한 발전에 도움이 될 것입니다. 미래에는 3만 와트 이상의 출력을 가진 초고출력 레이저가 주로 풍력, 수력, 원자력, 조선, 광산기계, 항공우주, 항공 등 중공업 분야에 활용될 것으로 전망된다.