Toepassing van krachtige lasers in de hightech- en zware industrie

De afgelopen drie jaar is de groei van de vraag naar industriële lasers vertraagd vanwege de pandemie. De ontwikkeling van lasertechnologie staat echter niet stil. Op het gebied van fiberlasers zijn er successievelijk fiberlasers met een ultrahoog vermogen van 60 kW en meer op de markt gebracht, die het vermogen van industriële lasers naar een hoger niveau tillen.

Hoeveel vraag is er naar lasers met een hoog vermogen boven 30.000 watt?

Voor multi-mode continue fiberlasers lijkt het verhogen van het vermogen door het toevoegen van modules de gangbare aanpak te zijn. De afgelopen jaren is het vermogen met 10.000 watt per jaar toegenomen. Het realiseren van industrieel snijden en lassen met ultrahoogvermogenlasers is echter nog moeilijker en vereist een hogere stabiliteit. In 2022 zal het vermogen van 30.000 watt op grote schaal worden toegepast bij lasersnijden, en momenteel bevinden zich 40.000 watt aan apparatuur in de verkenningsfase voor toepassing op kleine schaal.

In het tijdperk van kilowattvezellasers kunnen vermogens onder de 6 kW worden gebruikt voor het snijden en lassen van de meest voorkomende metaalproducten, zoals liften, auto's, badkamers, keukengerei, meubels en chassis, met een dikte van maximaal 10 mm voor zowel plaat- als buismaterialen. De snijsnelheid van een laser van 10.000 watt is twee keer zo hoog als die van een laser van 6.000 watt. De snijsnelheid van een laser van 20.000 watt is bovendien meer dan 60% hoger dan die van een laser van 10.000 watt. Bovendien wordt de diktelimiet overschreden en kan koolstofstaal met een dikte van meer dan 50 mm worden gesneden, wat zeldzaam is bij algemene industriële producten. En hoe zit het met lasers met een hoog vermogen van meer dan 30.000 watt?

Toepassing van krachtige lasers om de kwaliteit van scheepsbouw te verbeteren

In april van dit jaar bezocht de Franse president Macron China, vergezeld door bedrijven als Airbus, DaFei Shipping en de Franse energieleverancier Électricité de France.

De Franse vliegtuigbouwer Airbus kondigde een overeenkomst aan met China voor de aankoop van 160 vliegtuigen, met een totale waarde van ongeveer 20 miljard dollar. Ook wordt er een tweede productielijn gebouwd in Tianjin. China Shipbuilding Group Corporation heeft een samenwerkingsovereenkomst getekend met het Franse bedrijf DaFei Shipping Group. Deze overeenkomst omvat de bouw van 16 supergrote containerschepen van het Type 2, met een waarde van meer dan 21 miljard yuan. China General Nuclear Power Group en Électricité de France werken nauw samen, met de kerncentrale van Taishan als klassiek voorbeeld.

Krachtige laserapparatuur van 30.000 tot 50.000 watt kan staalplaten van meer dan 100 mm dik snijden. Scheepsbouw is een sector waarin op grote schaal gebruik wordt gemaakt van dikke metalen platen. Bij commerciële schepen zijn de stalen rompplaten doorgaans meer dan 25 mm dik, en bij grote vrachtschepen zelfs dikker dan 60 mm. Grote oorlogsschepen en zeer grote containerschepen kunnen speciale staalsoorten met een dikte tot 100 mm gebruiken. Laserlassen gaat sneller, vereist minder warmtevervorming en nabewerking, levert een hogere laskwaliteit op, verbruikt minder toevoegmateriaal en verbetert de productkwaliteit aanzienlijk. Met de opkomst van lasers met een vermogen van tienduizenden watt zijn er geen beperkingen meer op het gebied van lasersnijden en -lassen voor de scheepsbouw. Dit biedt grote mogelijkheden voor vervanging in de toekomst.

Luxe cruiseschepen worden beschouwd als het toppunt van de scheepsbouwindustrie. Traditioneel waren ze in handen van een paar scheepswerven, zoals Fincantieri in Italië en Meyer Werft in Duitsland. Lasertechnologie wordt al in de beginfase van de scheepsbouw veelvuldig gebruikt voor materiaalbewerking. Het eerste cruiseschip van Chinese makelij moet eind 2023 te water worden gelaten. China Merchants Group heeft ook de bouw van een laserbewerkingscentrum in Nantong Haitong voor hun cruiseschipproductieproject gevorderd. Dit omvat een productielijn voor het snijden en lassen van dunne platen met een hoog vermogen en met behulp van lasers. Verwacht wordt dat deze toepassingstrend zich geleidelijk ook zal doordringen in de civiele commerciële scheepvaart. China heeft de meeste scheepsbouworders ter wereld en de rol van lasers bij het snijden en lassen van dikke metaalplaten zal blijven groeien.

Toepassing van 10kW+ lasers in de lucht- en ruimtevaart

Lucht- en ruimtevaarttransportsystemen bestaan voornamelijk uit raketten en commerciële vliegtuigen, waarbij gewichtsvermindering een belangrijk aandachtspunt is. Dit stelt nieuwe eisen aan het snijden en lassen van aluminium- en titaniumlegeringen. Lasertechnologie is essentieel voor het realiseren van zeer nauwkeurige las- en snijmontageprocessen. De opkomst van lasers met een hoog vermogen van 10 kW of meer heeft de lucht- en ruimtevaartsector op het gebied van snijkwaliteit, snij-efficiëntie en hoge integratie-intelligentie aanzienlijk verbeterd 

In het productieproces van de lucht- en ruimtevaartindustrie zijn er veel onderdelen die gesneden en gelast moeten worden, waaronder verbrandingskamers van motoren, motorbehuizingen, vliegtuigframes, staartvleugelpanelen, honingraatstructuren en helikopterhoofdrotoren. Deze componenten stellen extreem hoge eisen aan de snij- en lasinterfaces.

Airbus maakt al geruime tijd gebruik van krachtige lasertechnologie. Bij de productie van het A340-vliegtuig worden alle interne schotten van aluminiumlegering met behulp van lasers gelast. Er is een doorbraak geboekt bij het laserlassen van de romphuid en stringers, wat is toegepast bij de Airbus A380. China heeft met succes een testvlucht uitgevoerd met het in eigen land geproduceerde grote vliegtuig C919 en zal het dit jaar leveren. Er zijn ook toekomstige projecten, zoals de ontwikkeling van de C929. Het is te voorzien dat lasers in de toekomst een rol gaan spelen bij de productie van commerciële vliegtuigen.

Lasertechnologie kan helpen bij de veilige bouw van kerncentrales

Kernenergie is een nieuwe vorm van schone energie. De Verenigde Staten en Frankrijk beschikken over de meest geavanceerde technologie voor de bouw van kerncentrales. Kernenergie is goed voor ongeveer 70% van de Franse elektriciteitsvoorziening en China werkte in de beginfase van de bouw van kernenergiefaciliteiten samen met Frankrijk. Veiligheid is het allerbelangrijkste aspect van kerncentrales. Veel metalen onderdelen met beschermende functies moeten worden gesneden of gelast.

De door China onafhankelijk ontwikkelde MAG-lastechnologie met laserintelligentie en tracking is op grote schaal toegepast in de stalen voeringkoepel en -cilinder van eenheden 7 en 8 in de kerncentrale Tianwan. Momenteel wordt de eerste robot voor het penetratiemouwlassen van nucleaire kwaliteit voorbereid.

In navolging van de trend van laserontwikkeling lanceerde Teyu de CWFL-60000 ultrahoog vermogen vezellaserkoeler

Teyu is meegegaan met de trends in de laserontwikkeling en heeft de CWFL-60000 ultrahoogvermogen fiberlaserkoeler ontwikkeld en geproduceerd, die stabiele koeling biedt voor 60kW laserapparatuur. Met een dubbel onafhankelijk temperatuurregelsysteem kan het zowel de hogetemperatuurlaserkop als een lagetemperatuurlaserbron koelen, wat zorgt voor een stabiele output voor laserapparatuur en effectief de snelle en efficiënte werking van lasersnijmachines met hoog vermogen garandeert 

De doorbraak in lasertechnologie heeft geleid tot een grote markt voor laserbewerkingsapparatuur. Alleen met de juiste hulpmiddelen kun je een voorsprong behouden in de felle concurrentiestrijd op de markt. Door de noodzaak tot transformatie en upgrading in hoogwaardige toepassingen zoals de lucht- en ruimtevaart, scheepsbouw en kernenergie neemt de vraag naar de verwerking van dik plaatstaal toe. Krachtige lasers zullen bijdragen aan de versnelde ontwikkeling van de industrie. In de toekomst zullen ultrahoge vermogenslasers met een vermogen van meer dan 30.000 watt vooral worden gebruikt in de zware industrie, zoals windenergie, waterkracht, kernenergie, scheepsbouw, mijnbouwmachines, lucht- en ruimtevaart en luchtvaart.