การประยุกต์ใช้เลเซอร์กำลังสูงในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูงและอุตสาหกรรมหนัก

ในช่วงสามปีที่ผ่านมา อัตราการเติบโตของความต้องการเลเซอร์ในอุตสาหกรรมได้ชะลอตัวลงเนื่องจากการระบาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ไม่ได้หยุดลง ในด้านของเลเซอร์ไฟเบอร์ เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงพิเศษขนาด 60 กิโลวัตต์ขึ้นไปได้รับการเปิดตัวอย่างต่อเนื่อง ซึ่งยกระดับพลังของเลเซอร์อุตสาหกรรมไปสู่อีกระดับหนึ่ง

ความต้องการเลเซอร์กำลังสูงเกิน 30,000 วัตต์ มีมากเพียงใด?

สำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์ต่อเนื่องหลายโหมด การเพิ่มพลังงานโดยการเพิ่มโมดูลดูเหมือนจะเป็นวิธีที่ตกลงกันไว้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พลังงานไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นปีละ 10,000 วัตต์ อย่างไรก็ตาม การนำการตัดและเชื่อมในอุตสาหกรรมมาใช้ด้วยเลเซอร์กำลังสูงพิเศษนั้นยากยิ่งกว่า และต้องมีเสถียรภาพที่สูงกว่า ในปี 2565 กำลังไฟ 30,000 วัตต์จะถูกใช้ในเครื่องตัดเลเซอร์ในปริมาณมาก และปัจจุบันมีอุปกรณ์ขนาด 40,000 วัตต์อยู่ในขั้นตอนการสำรวจเพื่อนำไปใช้งานขนาดเล็ก

ในยุคของเลเซอร์ไฟเบอร์กิโลวัตต์ กำลังไฟฟ้าต่ำกว่า 6 กิโลวัตต์สามารถใช้ตัดและเชื่อมผลิตภัณฑ์โลหะทั่วไปได้ เช่น ลิฟต์ รถยนต์ ห้องน้ำ เครื่องใช้ในครัว เฟอร์นิเจอร์ และตัวถังรถ โดยมีความหนาไม่เกิน 10 มม. ทั้งวัสดุแผ่นและท่อ ความเร็วในการตัดของเลเซอร์ 10,000 วัตต์นั้นเร็วกว่าเลเซอร์ 6,000 วัตต์ถึงสองเท่า และความเร็วในการตัดของเลเซอร์ 20,000 วัตต์นั้นสูงกว่าเลเซอร์ 10,000 วัตต์ถึง 60% นอกจากนี้ยังทำลายขีดจำกัดความหนาและสามารถตัดเหล็กคาร์บอนที่มีความหนาเกิน 50 มม. ได้ ซึ่งถือว่าหายากในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมทั่วไป แล้วเลเซอร์กำลังสูงเกิน 30,000 วัตต์ล่ะ?

การประยุกต์ใช้เลเซอร์กำลังสูงเพื่อปรับปรุงคุณภาพการต่อเรือ

ในเดือนเมษายนของปีนี้ ประธานาธิบดีฝรั่งเศส มาครง เดินทางเยือนประเทศจีน พร้อมด้วยบริษัทต่างๆ เช่น แอร์บัส ต้าเฟย ชิปปิ้ง และบริษัทจัดหาพลังงานของฝรั่งเศส Électricité de France

แอร์บัส ผู้ผลิตเครื่องบินสัญชาติฝรั่งเศส ประกาศข้อตกลงซื้อเครื่องบินจำนวนมากกับจีนจำนวน 160 ลำ มูลค่ารวมประมาณ 2 หมื่นล้านดอลลาร์ พวกเขายังจะสร้างสายการผลิตที่สองในเทียนจินด้วย China Shipbuilding Group Corporation ได้ลงนามข้อตกลงความร่วมมือกับบริษัท DaFei Shipping Group ของฝรั่งเศส ซึ่งรวมถึงการสร้างเรือขนส่งตู้คอนเทนเนอร์ขนาดใหญ่พิเศษประเภท 2 จำนวน 16 ลำ มูลค่ารวมกว่า 21,000 ล้านหยวน China General Nuclear Power Group และ Électricité de France มีความร่วมมืออย่างใกล้ชิด โดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Taishan ถือเป็นตัวอย่างคลาสสิก

อุปกรณ์เลเซอร์กำลังสูงตั้งแต่ 30,000 ถึง 50,000 วัตต์ มีความสามารถในการตัดแผ่นเหล็กที่มีความหนาเกิน 100 มม. การต่อเรือเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้แผ่นโลหะหนาเป็นจำนวนมาก โดยทั่วไปเรือพาณิชย์จะมีแผ่นเหล็กตัวเรือที่มีความหนาเกิน 25 มม. และเรือขนส่งสินค้าขนาดใหญ่ก็มีความหนาเกิน 60 มม. เช่นกัน เรือรบขนาดใหญ่และเรือบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์ขนาดใหญ่พิเศษอาจใช้เหล็กพิเศษที่มีความหนา 100 มม. การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีความเร็วที่เร็วกว่า ทำให้เกิดการเสียรูปและการแก้ไขงานจากความร้อนน้อยกว่า มีคุณภาพการเชื่อมที่ดีกว่า ใช้สารตัวเติมน้อยลง และปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ให้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ด้วยการเกิดขึ้นของเลเซอร์ที่มีกำลังหลายหมื่นวัตต์ ทำให้การตัดและเชื่อมด้วยเลเซอร์สำหรับการต่อเรือไม่มีข้อจำกัดอีกต่อไป เปิดโอกาสให้มีการใช้ทดแทนกันในอนาคต

เรือสำราญระดับหรูหราถือเป็นจุดสูงสุดของอุตสาหกรรมการต่อเรือ โดยโดยทั่วไปแล้วจะถูกผูกขาดโดยอู่ต่อเรือเพียงไม่กี่แห่ง เช่น Fincantieri ของอิตาลี และ Meyer Werft ของเยอรมนี เทคโนโลยีเลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลวัสดุในช่วงเริ่มต้นของการต่อเรือ เรือสำราญลำแรกที่ผลิตในประเทศของจีนมีกำหนดเปิดตัวในช่วงปลายปี 2023 China Merchants Group ยังได้ดำเนินการก่อสร้างศูนย์ประมวลผลเลเซอร์ใน Nantong Haitong สำหรับโครงการผลิตเรือสำราญ ซึ่งรวมถึงสายการผลิตแผ่นบางที่ตัดด้วยเลเซอร์กำลังสูง และเชื่อมด้วยเลเซอร์ คาดว่าแนวโน้มการประยุกต์ใช้ดังกล่าวจะค่อยๆ แทรกซึมเข้าสู่เรือพาณิชย์พลเรือนมากขึ้น จีนมีคำสั่งซื้อต่อเรือมากที่สุดในโลก และบทบาทของเลเซอร์ในการตัดและเชื่อมแผ่นโลหะหนาจะยังคงเติบโตต่อไป

การประยุกต์ใช้เลเซอร์ 10 กิโลวัตต์ขึ้นไปในอวกาศ

ระบบขนส่งทางอากาศและอวกาศส่วนใหญ่ประกอบด้วยจรวดและเครื่องบินพาณิชย์ โดยมีการลดน้ำหนักเป็นปัจจัยสำคัญ ซึ่งกำหนดข้อกำหนดใหม่สำหรับการตัดและเชื่อมโลหะผสมอลูมิเนียมและไททาเนียม เทคโนโลยีเลเซอร์มีความจำเป็นสำหรับการบรรลุกระบวนการประกอบการเชื่อมและการตัดที่มีความแม่นยำสูง การเกิดขึ้นของเลเซอร์กำลังสูง 10 กิโลวัตต์ขึ้นไปได้นำมาซึ่งการอัปเกรดที่ครอบคลุมให้กับสาขาการบินและอวกาศในแง่ของคุณภาพการตัด ประสิทธิภาพการตัด และความชาญฉลาดในการผสานรวมสูง 

ในกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ มีส่วนประกอบต่างๆ มากมายที่ต้องมีการตัดต่อและเชื่อม ได้แก่ ห้องเผาไหม้เครื่องยนต์ ตัวเรือนเครื่องยนต์ โครงเครื่องบิน แผงปีกหาง โครงสร้างรังผึ้ง และใบพัดหลักของเฮลิคอปเตอร์ ส่วนประกอบเหล่านี้มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากสำหรับการตัดและการเชื่อมอินเทอร์เฟซ

แอร์บัสใช้เทคโนโลยีเลเซอร์กำลังสูงมาเป็นเวลานานแล้ว ในการผลิตเครื่องบิน A340 ผนังกั้นภายในที่เป็นโลหะผสมอะลูมิเนียมทั้งหมดจะถูกเชื่อมโดยใช้เลเซอร์ ความก้าวหน้าที่สำคัญเกิดขึ้นในด้านการเชื่อมเลเซอร์บนผิวลำตัวเครื่องบินและสตริงเกอร์ ซึ่งได้นำมาใช้กับเครื่องบินแอร์บัส A380 แล้ว จีนประสบความสำเร็จในการทดสอบบินเครื่องบิน C919 ขนาดใหญ่ที่ผลิตในประเทศ และจะส่งมอบภายในปีนี้ ยังมีโครงการในอนาคตเช่นการพัฒนา C929 คาดการณ์ได้ว่าเลเซอร์จะมีบทบาทในการผลิตเครื่องบินพาณิชย์ในอนาคต

เทคโนโลยีเลเซอร์สามารถช่วยในการก่อสร้างโรงงานพลังงานนิวเคลียร์อย่างปลอดภัย

พลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานสะอาดรูปแบบใหม่ และสหรัฐอเมริกาและฝรั่งเศสมีเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าที่สุดในการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ พลังงานนิวเคลียร์คิดเป็นประมาณ 70% ของอุปทานไฟฟ้าของฝรั่งเศส และจีนให้ความร่วมมือกับฝรั่งเศสในช่วงเริ่มต้นของโรงงานพลังงานนิวเคลียร์ ความปลอดภัยถือเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดของโรงงานพลังงานนิวเคลียร์ และมีชิ้นส่วนโลหะจำนวนมากที่มีหน้าที่ป้องกันซึ่งต้องใช้การตัดหรือการเชื่อม

เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบติดตามอัจฉริยะที่พัฒนาขึ้นโดยอิสระของจีนได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในโดมและกระบอกสูบของแผ่นเหล็กของหน่วยที่ 7 และ 8 ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เทียนวาน ขณะนี้กำลังเตรียมหุ่นยนต์เชื่อมแบบปลอกเจาะระดับนิวเคลียร์ตัวแรกอยู่

ตามแนวโน้มการพัฒนาเลเซอร์ Teyu เปิดตัว CWFL-60000 ที่มีกำลังสูงพิเศษ เครื่องทำความเย็นเลเซอร์ไฟเบอร์

Teyu ได้ติดตามแนวโน้มการพัฒนาเลเซอร์และได้พัฒนาและผลิตเครื่องทำความเย็นเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงพิเศษ CWFL-60000 ซึ่งให้การทำความเย็นที่เสถียรสำหรับอุปกรณ์เลเซอร์ 60 กิโลวัตต์ ด้วยระบบควบคุมอุณหภูมิอิสระคู่ จึงสามารถระบายความร้อนทั้งหัวเลเซอร์อุณหภูมิสูงและแหล่งกำเนิดเลเซอร์อุณหภูมิต่ำได้ มอบเอาต์พุตที่เสถียรสำหรับอุปกรณ์เลเซอร์ และรับประกันการทำงานที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพของเครื่องตัดเลเซอร์กำลังสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ 

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเลเซอร์ทำให้เกิดตลาดอุปกรณ์การประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่กว้างขวาง มีเพียงเครื่องมือที่เหมาะสมเท่านั้นที่สามารถรักษาความเป็นผู้นำในตลาดที่มีการแข่งขันรุนแรงได้ ด้วยความจำเป็นในการเปลี่ยนแปลงและอัพเกรดในแอปพลิเคชันระดับไฮเอนด์ เช่น อวกาศ การต่อเรือ และพลังงานนิวเคลียร์ ความต้องการในการแปรรูปเหล็กแผ่นหนาจึงเพิ่มมากขึ้น และเลเซอร์กำลังสูงจะช่วยเร่งการพัฒนาของอุตสาหกรรม ในอนาคตเลเซอร์กำลังสูงพิเศษที่มีกำลังมากกว่า 30,000 วัตต์ จะถูกใช้ในอุตสาหกรรมหนัก เช่น พลังงานลม พลังงานน้ำ พลังงานนิวเคลียร์ การต่อเรือ เครื่องจักรทำเหมือง อวกาศ และการบินเป็นหลัก