Zastosowanie laserów dużej mocy w przemyśle high-tech i ciężkim

W ciągu ostatnich trzech lat, z powodu pandemii, tempo wzrostu popytu na lasery przemysłowe uległo spowolnieniu. Rozwój technologii laserowej jednak się nie zatrzymał. W dziedzinie laserów światłowodowych wprowadzano na rynek kolejne modele o bardzo dużej mocy, wynoszącej 60 kW i więcej, co wyniosło moc laserów przemysłowych na zupełnie nowy poziom.

Jak duże jest zapotrzebowanie na lasery dużej mocy, powyżej 30 000 watów?

W przypadku laserów światłowodowych wielomodowych, ciągłych, zwiększenie mocy poprzez dodawanie modułów wydaje się być przyjętą metodą. W ciągu ostatnich kilku lat moc wzrosła o 10 000 watów rocznie. Jednak realizacja przemysłowego cięcia i spawania przy użyciu laserów o bardzo dużej mocy jest jeszcze trudniejsza i wymaga większej stabilności. W 2022 roku moc 30 000 watów będzie wykorzystywana na szeroką skalę w cięciu laserowym, a urządzenia o mocy 40 000 watów są obecnie na etapie badań nad zastosowaniami na małą skalę.

W dobie kilowatowych laserów światłowodowych moce poniżej 6 kW można stosować do cięcia i spawania najpopularniejszych wyrobów metalowych, takich jak windy, samochody, łazienki, naczynia kuchenne, meble i podwozia, o grubości nieprzekraczającej 10 mm, zarówno w przypadku blach, jak i rur. Prędkość cięcia lasera o mocy 10 000 W jest dwukrotnie większa niż lasera o mocy 6000 W, a prędkość cięcia lasera o mocy 20 000 W jest o ponad 60% większa niż lasera o mocy 10 000 W. Przekracza również limit grubości i może ciąć stal węglową o grubości ponad 50 mm, co jest rzadkością w przypadku ogólnych produktów przemysłowych. A co z laserami o dużej mocy, powyżej 30 000 watów?

Zastosowanie laserów dużej mocy w celu poprawy jakości budowy statków

W kwietniu tego roku prezydent Francji Emmanuel Macron odwiedził Chiny w towarzystwie takich firm, jak Airbus, DaFei Shipping i francuski dostawca energii Électricité de France.

Airbus, francuski producent samolotów, ogłosił zawarcie z Chinami umowy na zakup 160 samolotów o łącznej wartości około 20 miliardów dolarów. Zbudują również drugą linię produkcyjną w Tianjin. China Shipbuilding Group Corporation podpisała umowę o współpracy z francuską firmą DaFei Shipping Group, obejmującą budowę 16 superkontenerowców typu 2 o wartości ponad 21 miliardów juanów. China General Nuclear Power Group i Électricité de France ściśle ze sobą współpracują, a klasycznym przykładem jest elektrownia jądrowa Taishan.

Sprzęt laserowy dużej mocy o mocy od 30 000 do 50 000 W umożliwia cięcie blach stalowych o grubości ponad 100 mm. Budownictwo okrętowe to branża, w której powszechnie wykorzystuje się grube płyty metalowe – typowe statki handlowe mają blachy kadłubowe o grubości ponad 25 mm, a duże statki towarowe mają nawet ponad 60 mm. Duże okręty wojenne i superduże kontenerowce mogą wykorzystywać stal specjalistyczną o grubości 100 mm. Spawanie laserowe charakteryzuje się większą prędkością, mniejszymi odkształceniami cieplnymi i koniecznością dodatkowej obróbki, wyższą jakością spoin, mniejszym zużyciem materiału dodatkowego i znacznie lepszą jakością produktu. Dzięki pojawieniu się laserów o mocy dziesiątek tysięcy watów nie ma już ograniczeń w cięciu laserowym i spawaniu w budownictwie okrętowym, co otwiera ogromne możliwości zastąpienia tych technologii w przyszłości.

Luksusowe statki wycieczkowe uważane są za szczytowe osiągnięcie przemysłu stoczniowego, tradycyjnie monopolizowanego przez kilka stoczni, takich jak włoska Fincantieri i niemiecka Meyer Werft. Technologia laserowa jest szeroko stosowana do obróbki materiałów we wczesnych etapach budowy statków. Wodowanie pierwszego wyprodukowanego w Chinach statku wycieczkowego planowane jest na koniec 2023 roku. China Merchants Group przyspieszyła również budowę centrum obróbki laserowej w Nantong Haitong na potrzeby swojego projektu produkcji statków wycieczkowych. Projekt obejmuje linię produkcyjną do cięcia i spawania cienkich blach laserem o dużej mocy. Oczekuje się, że ta tendencja będzie stopniowo przenikać do cywilnych statków handlowych. Chiny mają najwięcej zamówień na budowę statków na świecie, a rola laserów w cięciu i spawaniu grubych blach będzie nadal rosła.

Zastosowanie laserów o mocy 10 kW+ w lotnictwie i kosmonautyce

Systemy transportu kosmicznego obejmują przede wszystkim rakiety i samoloty komercyjne, przy czym kluczowym czynnikiem jest redukcja masy. Nakłada to nowe wymagania na cięcie i spawanie stopów aluminium i tytanu. Technologia laserowa jest niezbędna do osiągnięcia wysokiej precyzji procesów spawania i cięcia. Pojawienie się laserów o dużej mocy 10 kW+ przyniosło kompleksowe ulepszenia w dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki pod względem jakości cięcia, wydajności cięcia i inteligencji o wysokiej integracji 

W procesie produkcyjnym przemysłu lotniczego i kosmicznego wiele elementów wymaga cięcia i spawania, w tym komory spalania silników, obudowy silników, ramy samolotów, panele ogonowe, struktury o strukturze plastra miodu i główne wirniki śmigłowców. W przypadku tych komponentów obowiązują wyjątkowo rygorystyczne wymagania dotyczące interfejsów cięcia i spawania.

Airbus od dawna wykorzystuje technologię laserów dużej mocy. Podczas produkcji samolotu A340 wszystkie wewnętrzne przegrody wykonane ze stopu aluminium są spawane laserowo. Dokonano przełomowego postępu w spawaniu laserowym poszycia kadłuba i podłużnic, co zastosowano w samolocie Airbus A380. Chiny przeprowadziły pomyślny lot próbny dużego samolotu C919 produkowanego w kraju i dostarczą go w tym roku. Istnieją również projekty przyszłościowe, takie jak rozwój modelu C929. Można przewidzieć, że w przyszłości lasery znajdą zastosowanie w produkcji samolotów komercyjnych.

Technologia laserowa może pomóc w bezpiecznej budowie obiektów elektrowni jądrowych

Energia jądrowa to nowa forma czystej energii, a Stany Zjednoczone i Francja dysponują najbardziej zaawansowaną technologią w zakresie budowy elektrowni jądrowych. Energia jądrowa odpowiada za około 70% zaopatrzenia Francji w energię elektryczną. Chiny współpracowały z Francją na wczesnym etapie budowy jej elektrowni jądrowych. Bezpieczeństwo jest najważniejszym aspektem obiektów elektrowni jądrowych. Wiele metalowych elementów pełniących funkcje ochronne wymaga cięcia lub spawania.

Niezależnie opracowana w Chinach technologia spawania MAG z inteligentnym śledzeniem laserowym została masowo zastosowana w stalowej kopule i lufie bloków 7 i 8 elektrowni jądrowej Tianwan. Obecnie trwają prace przygotowawcze do pierwszego robota do spawania tulei penetracyjnych o jakości jądrowej.

Podążając za trendem rozwoju laserów, Teyu wprowadził na rynek ultrawysokiej mocy CWFL-60000 chłodnica lasera światłowodowego

Teyu podąża za trendami rozwoju laserów i opracował oraz wyprodukował chłodnicę lasera światłowodowego o bardzo dużej mocy CWFL-60000, która zapewnia stabilne chłodzenie sprzętu laserowego o mocy 60 kW. Dzięki podwójnemu, niezależnemu systemowi kontroli temperatury urządzenie jest w stanie chłodzić zarówno głowicę lasera wysokotemperaturowego, jak i źródło lasera niskotemperaturowego, zapewniając stabilną moc wyjściową dla urządzeń laserowych i skutecznie gwarantując szybką i wydajną pracę wysokomocowych maszyn do cięcia laserowego. 

Przełom w technologii laserowej doprowadził do powstania szerokiego rynku urządzeń do obróbki laserowej. Tylko dysponując odpowiednimi narzędziami można utrzymać się na czele zaciętej konkurencji rynkowej. Ze względu na potrzebę transformacji i modernizacji w zaawansowanych zastosowaniach, takich jak przemysł lotniczy i kosmiczny, stoczniowy oraz energetyka jądrowa, rośnie zapotrzebowanie na obróbkę grubych blach stalowych, a lasery dużej mocy przyczynią się do przyspieszonego rozwoju tej branży. W przyszłości lasery o ultrawysokiej mocy przekraczającej 30 000 watów będą wykorzystywane głównie w przemyśle ciężkim, takim jak energetyka wiatrowa, wodna, jądrowa, przemysł stoczniowy, maszyny górnicze, przemysł lotniczy i kosmiczny.