Zastosowanie laserów dużej mocy w przemyśle high-tech i ciężkim

W ciągu ostatnich trzech lat, z powodu pandemii, tempo wzrostu zapotrzebowania na lasery przemysłowe uległo spowolnieniu. Jednak rozwój technologii laserowej nie zatrzymał się. W dziedzinie laserów światłowodowych sukcesywnie wprowadzano na rynek lasery światłowodowe o ultrawysokiej mocy (60 kW i więcej), przenosząc moc laserów przemysłowych na nowy poziom.

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

W przypadku wielomodowych laserów światłowodowych o ciągłym strumieniu, zwiększenie mocy poprzez dodawanie modułów wydaje się być powszechnie przyjętą metodą. W ciągu ostatnich kilku lat moc ta rosła o 10 000 watów rocznie. Jednak realizacja przemysłowego cięcia i spawania laserami o ultrawysokiej 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 w fazie badań nad zastosowaniami na małą skalę.

W dobie kilowatowych laserów światłowodowych, moce poniżej 6 kW mogą być wykorzystywane 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% wyższa niż lasera o mocy 10 000 W. Laser ten przekracza również limit grubości i może ciąć stal węglową o grubości powyżej 50 mm, co jest rzadkością w przypadku produktów przemysłowych. A co z laserami o dużej mocy, powyżej 30 000 W?

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. Firma zbuduje również drugą linię produkcyjną w Tianjinie. 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 elektrownia jądrowa Taishan jest tego klasycznym przykładem.

Urządzenia laserowe o dużej mocy, o mocy od 30 000 do 50 000 watów, umożliwiają cięcie blach stalowych o grubości ponad 100 mm. Przemysł stoczniowy to branża, w której powszechnie stosuje się grube blachy – typowe statki komercyjne mają blachy kadłubowe o grubości ponad 25 mm, a duże statki towarowe nawet przekraczające 60 mm. Duże okręty wojenne i kontenerowce mogą wykorzystywać stale specjalistyczne o grubości 100 mm. Spawanie laserowe charakteryzuje się większą prędkością, mniejszym odkształceniem cieplnym i mniejszą ilością poprawek, 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 i spawaniu laserowym w przemyśle stoczniowym, co otwiera ogromny potencjał dla przyszłych zamienników.

Luksusowe statki wycieczkowe są uważane za szczytowe osiągnięcie przemysłu stoczniowego, tradycyjnie zmonopolizowanego przez kilka stoczni, takich jak włoska Fincantieri i niemiecka Meyer Werft. Technologia laserowa jest szeroko stosowana do obróbki materiałów na wczesnych etapach budowy statków. Pierwszy chiński statek wycieczkowy wyprodukowany w kraju ma zostać wodowany do końca 2023 roku. China Merchants Group przyspieszyła również budowę centrum obróbki laserowej w Nantong Haitong w ramach swojego projektu produkcji statków wycieczkowych, obejmującego linię produkcyjną do cięcia i spawania cienkich blach laserem o dużej mocy. Oczekuje się, że ten trend w zakresie zastosowań będzie stopniowo przenikał do cywilnych statków komercyjnych. 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 lotniczego i kosmicznego obejmują przede wszystkim rakiety i samoloty komercyjne, a redukcja masy jest kluczowym czynnikiem. Nakłada to nowe wymagania dotyczące cięcia i spawania stopów aluminium i tytanu. Technologia laserowa jest niezbędna do osiągnięcia wysokiej precyzji procesów spawania i cięcia. Pojawienie się laserów dużej mocy o mocy ponad 10 kW przyniosło kompleksowe ulepszenia w sektorze lotniczym i kosmicznym pod względem jakości i wydajności cięcia oraz wysokiej integracji inteligentnych systemów.

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 plastra miodu i wirniki główne śmigłowców. Elementy te podlegają niezwykle surowym wymaganiom dotyczącym interfejsów cięcia i spawania.

Airbus od dawna stosuje technologię laserową dużej mocy. Podczas produkcji samolotu A340 wszystkie wewnętrzne przegrody ze stopu aluminium są spawane laserowo. Przełomowy postęp nastąpił w spawaniu laserowym poszycia i podłużnic kadłuba, co zostało wdrożone w Airbusie A380. Chiny z powodzeniem przeprowadziły lot próbny produkowanego w Chinach dużego samolotu C919 i dostarczą go w tym roku. Istnieją również przyszłe projekty, takie jak rozwój C929. Można przewidzieć, że lasery znajdą w przyszłości 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 budowie elektrowni jądrowych. Energia jądrowa odpowiada za około 70% francuskiego zapotrzebowania na energię elektryczną, a Chiny współpracowały z Francją na wczesnym etapie budowy jej obiektów jądrowych. Bezpieczeństwo jest najważniejszym aspektem elektrowni jądrowych, a wiele metalowych elementów o funkcjach ochronnych wymaga cięcia lub spawania.

Opracowana niezależnie przez Chiny 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 penetracyjnej klasy jądrowej.

Podążając za trendem rozwoju laserów, Teyu wprowadziło na rynek chłodnicę lasera światłowodowego o bardzo dużej mocy CWFL-60000.

Firma Teyu podąża za trendem rozwoju laserów i opracowała oraz wyprodukowała chłodnicę lasera światłowodowego o ultrawysokiej mocy CWFL-60000, która zapewnia stabilne chłodzenie urządzeń laserowych o mocy 60 kW. Dzięki podwójnemu, niezależnemu systemowi kontroli temperatury, chłodzi ona zarówno głowicę laserową o wysokiej temperaturze, jak i źródło lasera o niskiej temperaturze, zapewniając stabilną moc wyjściową urządzeń laserowych i skutecznie gwarantując szybką i wydajną pracę wysokowydajnych maszyn do cięcia laserowego.

Przełom w technologii laserowej zapoczątkował szeroki rynek urządzeń do obróbki laserowej. Tylko dzięki odpowiednim narzędziom można utrzymać przewagę w zaciętej konkurencji rynkowej. Wraz z potrzebą transformacji i modernizacji w zaawansowanych zastosowaniach, takich jak przemysł lotniczy, stoczniowy i energetyka jądrowa, rośnie zapotrzebowanie na obróbkę grubych blach stalowych, a lasery dużej mocy przyczynią się do przyspieszonego rozwoju tego sektora. W przyszłości lasery o ultrawysokiej mocy, przekraczającej 30 000 watów, będą wykorzystywane głównie w przemyśle ciężkim, takim jak energetyka wiatrowa, wodna, jądrowa, stoczniowa, górnicza, lotnicza i kosmiczna.