उच्च-तंत्रज्ञान आणि अवजड उद्योगांमध्ये उच्च-शक्तीच्या लेझरचा वापर

गेल्या तीन वर्षांत, महामारीमुळे औद्योगिक लेझरच्या मागणीचा वाढीचा दर मंदावला आहे. तथापि, लेझर तंत्रज्ञानाचा विकास थांबलेला नाही. फायबर लेझरच्या क्षेत्रात, 60kW आणि त्याहून अधिक क्षमतेचे अति-उच्च शक्तीचे फायबर लेझर एकामागून एक सादर केले गेले आहेत, ज्यामुळे औद्योगिक लेझरची शक्ती एका नव्या स्तरावर पोहोचली आहे.

३०,००० वॅटपेक्षा जास्त शक्तीच्या लेझर्सना किती मागणी आहे?

मल्टी-मोड कंटीन्युअस फायबर लेझर्ससाठी, मॉड्यूल्स जोडून शक्ती वाढवणे हा एक सर्वमान्य मार्ग असल्याचे दिसते. गेल्या काही वर्षांत, शक्तीमध्ये दरवर्षी १०,००० वॅट्सने वाढ झाली आहे. तथापि, अति-उच्च शक्तीच्या लेझर्सद्वारे औद्योगिक कटिंग आणि वेल्डिंगची अंमलबजावणी करणे अधिक कठीण आहे आणि त्यासाठी उच्च स्थिरतेची आवश्यकता असते. २०२२ मध्ये, लेझर कटिंगमध्ये ३०,००० वॅट शक्तीचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जाईल, आणि ४०,००० वॅटची उपकरणे सध्या लहान प्रमाणावरील वापरासाठी संशोधनाच्या टप्प्यात आहेत.

किलोवॅट फायबर लेझर्सच्या युगात, 6kW पेक्षा कमी शक्तीचे लेझर्स लिफ्ट, कार, बाथरूम, स्वयंपाकघरातील भांडी, फर्निचर आणि चेसिस यांसारख्या बहुतेक सामान्य धातू उत्पादनांच्या कटिंग आणि वेल्डिंगसाठी वापरले जाऊ शकतात, ज्यामध्ये शीट आणि ट्यूब दोन्ही प्रकारच्या साहित्याची जाडी 10mm पेक्षा जास्त नसते. 10,000-वॅट लेझरचा कटिंग वेग 6,000-वॅट लेझरच्या दुप्पट असतो आणि 20,000-वॅट लेझरचा कटिंग वेग 10,000-वॅट लेझरपेक्षा 60% पेक्षा जास्त असतो. हे जाडीची मर्यादा देखील ओलांडते आणि 50mm पेक्षा जास्त जाडीचे कार्बन स्टील कापू शकते, जे सामान्य औद्योगिक उत्पादनांमध्ये दुर्मिळ आहे. तर मग 30,000 वॅटपेक्षा जास्त शक्तीच्या लेझर्सबद्दल काय?

जहाजबांधणीचा दर्जा सुधारण्यासाठी उच्च-शक्तीच्या लेझरचा वापर

या वर्षी एप्रिलमध्ये, फ्रान्सचे राष्ट्राध्यक्ष मॅक्रॉन यांनी एअरबस, दाफेई शिपिंग आणि फ्रेंच वीज पुरवठादार कंपनी इलेक्ट्रिसिटे डी फ्रान्स यांसारख्या कंपन्यांसोबत चीनला भेट दिली.

फ्रेंच विमान उत्पादक कंपनी एअरबसने चीनसोबत १६० विमानांच्या मोठ्या खरेदी कराराची घोषणा केली आहे, ज्याचे एकूण मूल्य अंदाजे २० अब्ज डॉलर्स आहे. ते तियानजिनमध्ये दुसरी उत्पादन लाइन देखील उभारणार आहेत. चायना शिपबिल्डिंग ग्रुप कॉर्पोरेशनने फ्रेंच कंपनी दाफेई शिपिंग ग्रुपसोबत एक सहकार्य करार केला आहे, ज्यामध्ये २१ अब्ज युआनपेक्षा जास्त किमतीच्या टाइप २ प्रकारच्या १६ अतिविशाल कंटेनर जहाजांच्या बांधकामाचा समावेश आहे. चायना जनरल न्यूक्लियर पॉवर ग्रुप आणि इलेक्ट्रीसिटे डी फ्रान्स यांच्यात घनिष्ठ सहकार्य असून, ताईशान अणुऊर्जा प्रकल्प हे त्याचे उत्तम उदाहरण आहे.

३०,००० ते ५०,००० वॅट क्षमतेच्या उच्च-शक्तीच्या लेझर उपकरणांमध्ये १०० मिमी पेक्षा जास्त जाडीच्या स्टील प्लेट्स कापण्याची क्षमता असते. जहाजबांधणी हा एक असा उद्योग आहे जिथे जाड धातूच्या प्लेट्सचा मोठ्या प्रमाणावर वापर होतो. सामान्य व्यावसायिक जहाजांच्या सांगाड्यासाठी २५ मिमी पेक्षा जास्त जाडीच्या स्टील प्लेट्स वापरल्या जातात, तर मोठ्या मालवाहू जहाजांसाठी ही जाडी ६० मिमी पेक्षाही जास्त असते. मोठी युद्धनौका आणि अतिमोठ्या कंटेनर जहाजांमध्ये १०० मिमी जाडीच्या विशेष प्रकारच्या स्टीलचा वापर केला जाऊ शकतो. लेझर वेल्डिंगमध्ये अधिक वेग, उष्णतेमुळे होणारे कमी विरूपण आणि पुनर्काम, उच्च दर्जाचे वेल्ड, फिलर मटेरियलचा कमी वापर आणि उत्पादनाच्या गुणवत्तेत लक्षणीय सुधारणा दिसून येते. हजारो वॅट शक्तीच्या लेझर्सच्या आगमनामुळे, जहाजबांधणीसाठी लेझर कटिंग आणि वेल्डिंगमधील मर्यादा आता राहिलेल्या नाहीत, ज्यामुळे भविष्यातील पर्यायासाठी मोठी संधी निर्माण झाली आहे.

आलिशान क्रूझ जहाजे ही जहाजबांधणी उद्योगाचा कळस मानली जातात, ज्यावर पारंपरिकरित्या इटलीची फिनकँटिएरी आणि जर्मनीची मायर वेर्फ्ट यांसारख्या काही मोजक्या जहाजबांधणी कंपन्यांची मक्तेदारी होती. जहाज बांधणीच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात सामग्री प्रक्रियेसाठी लेझर तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला गेला आहे. चीनचे पहिले स्वदेशी बनावटीचे क्रूझ जहाज २०२३ च्या अखेरीस कार्यान्वित करण्याची योजना आहे. चायना मर्चंट्स ग्रुपने त्यांच्या क्रूझ जहाज निर्मिती प्रकल्पासाठी नानटोंग हायटोंग येथे लेझर प्रक्रिया केंद्राचे बांधकामही पुढे नेले आहे, ज्यामध्ये उच्च-शक्तीच्या लेझरने पातळ प्लेट्स कापण्याची आणि वेल्डिंग करण्याची उत्पादन लाइन समाविष्ट आहे. हा वापराचा कल हळूहळू नागरी व्यावसायिक जहाजांमध्येही प्रवेश करेल अशी अपेक्षा आहे. जगात चीनकडे जहाजबांधणीच्या सर्वाधिक ऑर्डर्स आहेत आणि जाड धातूच्या प्लेट्स कापण्यात व वेल्डिंग करण्यात लेझरची भूमिका वाढतच राहील.

एरोस्पेसमध्ये 10kW+ लेझर्सचा वापर

एरोस्पेस वाहतूक प्रणालींमध्ये प्रामुख्याने रॉकेट आणि व्यावसायिक विमानांचा समावेश होतो, ज्यात वजन कमी करणे हा एक महत्त्वाचा विचार असतो. यामुळे ॲल्युमिनियम आणि टायटॅनियम मिश्रधातूंच्या कटिंग आणि वेल्डिंगसाठी नवीन आवश्यकता निर्माण होतात. उच्च-सुस्पष्ट वेल्डिंग आणि कटिंग असेंब्ली प्रक्रिया साध्य करण्यासाठी लेझर तंत्रज्ञान अत्यावश्यक आहे. १० किलोवॅटपेक्षा जास्त क्षमतेच्या उच्च-शक्तीच्या लेझर्सच्या उदयानंतर एरोस्पेस क्षेत्रात कटिंगची गुणवत्ता, कटिंगची कार्यक्षमता आणि उच्च-एकीकरण बुद्धिमत्ता या बाबतीत व्यापक सुधारणा झाल्या आहेत.

एरोस्पेस उद्योगाच्या उत्पादन प्रक्रियेमध्ये असे अनेक घटक असतात ज्यांना कटिंग आणि वेल्डिंगची आवश्यकता असते, ज्यामध्ये इंजिन कम्बशन चेंबर्स, इंजिन केसिंग, विमानाची फ्रेम, टेल विंग पॅनेल्स, हनीकॉम्ब स्ट्रक्चर्स आणि हेलिकॉप्टरचे मुख्य रोटर्स यांचा समावेश होतो. या घटकांसाठी कटिंग आणि वेल्डिंग इंटरफेसकरिता अत्यंत कठोर आवश्यकता असतात.

एअरबस बऱ्याच काळापासून उच्च-शक्तीच्या लेझर तंत्रज्ञानाचा वापर करत आहे. ए३४० विमानांच्या निर्मितीमध्ये, सर्व ॲल्युमिनियम मिश्रधातूचे अंतर्गत बल्कहेड्स लेझरचा वापर करून वेल्ड केले जातात. विमानाच्या बाह्य आवरणाच्या (फ्युसेलेज स्किन्स) आणि स्ट्रिंगर्सच्या लेझर वेल्डिंगमध्ये महत्त्वपूर्ण प्रगती झाली आहे, ज्याची अंमलबजावणी एअरबस ए३८० मध्ये करण्यात आली आहे. चीनने देशांतर्गत उत्पादित सी९१९ या मोठ्या विमानाची यशस्वी चाचणी उड्डाण घेतली असून, ते या वर्षी वितरित केले जाईल. सी९२९ च्या विकासासारखे भविष्यातील प्रकल्पही आहेत. यावरून असा अंदाज वर्तवता येतो की, भविष्यात व्यावसायिक विमानांच्या निर्मितीमध्ये लेझरला स्थान असेल.

लेझर तंत्रज्ञान अणुऊर्जा प्रकल्पांच्या सुरक्षित बांधकामात मदत करू शकते.

अणुऊर्जा हा स्वच्छ ऊर्जेचा एक नवीन प्रकार आहे आणि अणुऊर्जा प्रकल्पांच्या उभारणीमध्ये अमेरिका व फ्रान्सकडे सर्वात प्रगत तंत्रज्ञान आहे. फ्रान्सच्या वीजपुरवठ्यापैकी सुमारे ७०% वाटा अणुऊर्जेचा आहे आणि चीनने आपल्या अणुऊर्जा प्रकल्पांच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात फ्रान्सला सहकार्य केले होते. अणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये सुरक्षितता हा सर्वात महत्त्वाचा पैलू आहे आणि यामध्ये संरक्षणात्मक कार्ये करणारे अनेक धातूचे घटक असतात, ज्यांना कापण्याची किंवा वेल्डिंग करण्याची आवश्यकता असते.

चीनने स्वतंत्रपणे विकसित केलेले लेझर इंटेलिजेंट ट्रॅकिंग मॅग वेल्डिंग तंत्रज्ञान तियानवान अणुऊर्जा प्रकल्पाच्या युनिट ७ आणि ८ मधील स्टील लाइनर डोम आणि बॅरलमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरण्यात आले आहे. पहिला अणु-दर्जाचा पेनिट्रेशन स्लीव्ह वेल्डिंग रोबोट सध्या तयार केला जात आहे.

लेझर विकासाच्या प्रवाहाचे अनुसरण करत, तेयूने CWFL-60000 अल्ट्राहाय पॉवर सादर केले. फायबर लेझर चिलर ...

टेयूने लेझर विकासाच्या प्रवाहाशी जुळवून घेतले आहे आणि CWFL-60000 अल्ट्राहाय पॉवर फायबर लेझर चिलर विकसित व उत्पादित केले आहे, जे प्रदान करते ६० किलोवॅट लेझर उपकरणांसाठी स्थिर शीतलीकरण दुहेरी स्वतंत्र तापमान नियंत्रण प्रणालीमुळे, ते उच्च-तापमानाचे लेझर हेड आणि कमी-तापमानाचा लेझर स्रोत या दोन्हींना थंड करू शकते, ज्यामुळे लेझर उपकरणांसाठी स्थिर आउटपुट मिळते आणि उच्च-शक्तीच्या लेझर कटिंग मशीनच्या जलद व कार्यक्षम संचालनाची प्रभावीपणे हमी दिली जाते.

लेझर तंत्रज्ञानातील क्रांतीमुळे लेझर प्रक्रिया उपकरणांसाठी एक मोठी बाजारपेठ निर्माण झाली आहे. केवळ योग्य साधनांच्या साहाय्यानेच तीव्र बाजार स्पर्धेत टिकून राहता येते. एरोस्पेस, जहाजबांधणी आणि अणुऊर्जा यांसारख्या उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगांमध्ये परिवर्तन आणि आधुनिकीकरणाच्या गरजेमुळे, जाड प्लेट स्टील प्रक्रियेची मागणी वाढत आहे आणि उच्च-शक्तीचे लेझर्स या उद्योगाच्या वेगवान विकासास मदत करतील. भविष्यात, ३०,००० वॅटपेक्षा जास्त शक्ती असलेले अति-उच्च शक्तीचे लेझर्स प्रामुख्याने पवन ऊर्जा, जलविद्युत, अणुऊर्जा, जहाजबांधणी, खाणकाम यंत्रसामग्री, एरोस्पेस आणि विमानचालन यांसारख्या अवजड उद्योग क्षेत्रांमध्ये वापरले जातील.