Aplikácia vysokovýkonných laserov v high-tech a ťažkom priemysle

V posledných troch rokoch sa v dôsledku pandémie tempo rastu dopytu po priemyselných laseroch spomalilo. Vývoj laserovej technológie sa však nezastavil. V oblasti vláknových laserov boli postupne uvedené na trh ultravysokovýkonné vláknové lasery s výkonom 60 kW a viac, ktoré posúvajú výkon priemyselných laserov na novú úroveň.

Aký je dopyt po vysokovýkonných laseroch nad 30 000 wattov?

Pre viacrežimové kontinuálne vláknové lasery sa zvýšenie výkonu pridaním modulov javí ako dohodnutá cesta. V posledných rokoch sa výkon každoročne zvýšil o 10 000 wattov. Realizácia priemyselného rezania a zvárania pre lasery s ultravysokým výkonom je však ešte náročnejšia a vyžaduje si vyššiu stabilitu. V roku 2022 sa bude vo veľkom meradle používať výkon 30 000 wattov pri rezaní laserom a zariadenia s výkonom 40 000 wattov sú v súčasnosti vo fáze prieskumu pre aplikácie v malom meradle.

V ére kilowattových vláknových laserov sa výkony pod 6 kW dajú použiť na rezanie a zváranie najbežnejších kovových výrobkov, ako sú výťahy, autá, kúpeľne, kuchynský riad, nábytok a podvozky, s hrúbkou nepresahujúcou 10 mm pre plechy aj rúrky. Rýchlosť rezania 10 000-wattového laseru je dvojnásobná oproti 6 000-wattovému laseru a rýchlosť rezania 20 000-wattového laseru je o viac ako 60 % vyššia ako rýchlosť rezania 10 000-wattového laseru. Taktiež prekonáva limit hrúbky a dokáže rezať uhlíkovú oceľ s hrúbkou nad 50 mm, čo je u bežných priemyselných výrobkov zriedkavé. A čo teda vysokovýkonné lasery nad 30 000 wattov?

Použitie vysokovýkonných laserov na zlepšenie kvality stavby lodí

V apríli tohto roku navštívil francúzsky prezident Macron Čínu v sprievode spoločností ako Airbus, DaFei Shipping a francúzskeho dodávateľa energie Électricité de France.

Francúzsky výrobca lietadiel Airbus oznámil, že uzavrel s Čínou hromadnú kúpnu zmluvu na 160 lietadiel v celkovej hodnote približne 20 miliárd dolárov. Taktiež postavia druhú výrobnú linku v Tianjine. Spoločnosť China Shipbuilding Group Corporation podpísala dohodu o spolupráci s francúzskou spoločnosťou DaFei Shipping Group, ktorá zahŕňa výstavbu 16 super veľkých kontajnerových lodí typu 2 v hodnote viac ako 21 miliárd juanov. Spoločnosť China General Nuclear Power Group a spoločnosť Électricité de France úzko spolupracujú, pričom klasickým príkladom je jadrová elektráreň Taishan.

Vysokovýkonné laserové zariadenia s výkonom od 30 000 do 50 000 wattov majú schopnosť rezať oceľové plechy s hrúbkou nad 100 mm. Stavba lodí je odvetvie, ktoré vo veľkej miere využíva hrubé plechy, pričom typické obchodné lode majú trupové oceľové plechy s hrúbkou viac ako 25 mm a veľké nákladné lode dokonca presahujú 60 mm. Veľké vojnové lode a super veľké kontajnerové lode môžu používať špeciálne ocele s hrúbkou 100 mm. Laserové zváranie má vyššie rýchlosti, menšiu tepelnú deformáciu a dodatočné spracovanie, vyššiu kvalitu zvaru, zníženú spotrebu prídavného materiálu a výrazne zlepšenú kvalitu výrobku. S príchodom laserov s výkonom desiatok tisíc wattov už neexistujú žiadne obmedzenia v oblasti laserového rezania a zvárania pre stavbu lodí, čo otvára veľký potenciál pre budúcu náhradu.

Luxusné výletné lode sa považujú za vrchol lodiarskeho priemyslu, ktorý tradične monopolizovalo niekoľko lodeníc, ako napríklad talianska Fincantieri a nemecká Meyer Werft. Laserová technológia sa vo veľkej miere používa na spracovanie materiálov v raných fázach stavby lodí. Prvá čínska výletná loď domácej výroby by mala byť spustená na vodu do konca roka 2023. Spoločnosť China Merchants Group tiež pokročila s výstavbou laserového obrábacieho centra v Nantong Haitong pre svoj projekt výroby výletných lodí, ktorý zahŕňa vysokovýkonnú laserovú rezaciu a zváraciu výrobnú linku tenkých plechov. Očakáva sa, že tento aplikačný trend postupne prenikne aj do civilných obchodných lodí. Čína má najviac objednávok na stavbu lodí na svete a úloha laserov pri rezaní a zváraní hrubých kovových plechov bude naďalej rásť.

Aplikácia laserov s výkonom 10 kW a viac v leteckom priemysle

Medzi letecké dopravné systémy patria predovšetkým rakety a komerčné lietadlá, pričom kľúčovým faktorom je zníženie hmotnosti. To kladie nové požiadavky na rezanie a zváranie hliníkových a titánových zliatin. Laserová technológia je nevyhnutná na dosiahnutie vysoko presných procesov zvárania a rezania a montáže. Vznik laserov s výkonom viac ako 10 kW priniesol komplexné vylepšenia do leteckého a kozmického priemyslu, pokiaľ ide o kvalitu rezania, účinnosť rezania a vysokú integračnú inteligenciu. 

Vo výrobnom procese leteckého a kozmického priemyslu existuje mnoho komponentov, ktoré vyžadujú rezanie a zváranie, vrátane spaľovacích komôr motorov, krytov motorov, rámov lietadiel, panelov chvostových krídel, voštinových štruktúr a hlavných rotorov vrtuľníkov. Tieto komponenty majú mimoriadne prísne požiadavky na rozhrania rezania a zvárania.

Spoločnosť Airbus už dlho používa technológiu vysokovýkonných laserov. Pri výrobe lietadla A340 sú všetky vnútorné priečky zo zliatin hliníka zvárané laserom. Prelomový pokrok sa dosiahol v laserovom zváraní trupových poťahov a nosníkov, ktoré bolo implementované na lietadle Airbus A380. Čína úspešne otestovala domáce veľké lietadlo C919 a dodá ho tento rok. Existujú aj budúce projekty, ako napríklad vývoj C929. Dá sa predpokladať, že lasery budú mať v budúcnosti svoje miesto vo výrobe komerčných lietadiel.

Laserová technológia môže pomôcť pri bezpečnej výstavbe jadrových elektrární

Jadrová energia je nová forma čistej energie a Spojené štáty a Francúzsko majú najmodernejšie technológie na výstavbu jadrových elektrární. Jadrová energia predstavuje približne 70 % dodávok elektriny vo Francúzsku a Čína s Francúzskom spolupracovala v počiatočných fázach výstavby jadrových elektrární. Bezpečnosť je najdôležitejším aspektom jadrových energetických zariadení a existuje veľa kovových komponentov s ochrannými funkciami, ktoré vyžadujú rezanie alebo zváranie.

Čínska nezávisle vyvinutá technológia laserového inteligentného sledovania MAG zvárania bola masovo aplikovaná v oceľovej vložke kupoly a valca blokov 7 a 8 v jadrovej elektrárni Tianwan. V súčasnosti sa pripravuje prvý robot na zváranie penetračných návlekov jadrovej kvality.

V súlade s trendom vývoja laserov spoločnosť Teyu uviedla na trh ultravysokovýkonný laser CWFL-60000. vláknový laserový chladič

Spoločnosť Teyu drží krok s trendom vývoja laserov a vyvinula a vyrobila ultravysokovýkonný chladič vláknového laseru CWFL-60000, ktorý zabezpečuje stabilné chladenie pre laserové zariadenia s výkonom 60 kW. Vďaka dvojitému nezávislému systému regulácie teploty je schopný chladiť vysokoteplotnú laserovú hlavu aj nízkoteplotný laserový zdroj, čím poskytuje stabilný výstup pre laserové zariadenie a účinne zaručuje rýchlu a efektívnu prevádzku vysokovýkonných laserových rezacích strojov. 

Prielom v laserovej technológii viedol k vzniku širokého trhu so zariadeniami na laserové spracovanie. Len so správnymi nástrojmi sa dá udržať náskok v tvrdej konkurencii na trhu. S potrebou transformácie a modernizácie v špičkových aplikáciách, ako je letecký priemysel, lodiarstvo a jadrová energia, rastie dopyt po spracovaní hrubých oceľových plechov a vysokovýkonné lasery pomôžu pri zrýchlenom rozvoji tohto odvetvia. V budúcnosti sa ultravysokovýkonné lasery s výkonom viac ako 30 000 wattov budú používať najmä v oblastiach ťažkého priemyslu, ako je veterná energia, vodná energia, jadrová energia, stavba lodí, banské stroje, letecký priemysel a letectvo.