01 Úvod.
Od svého zavedení v 60. letech se laserová technologie rychle vyvinula v klíčový nástroj v průmyslové výrobě díky své vysoké hustotě energie, dobré směrovosti a ovladatelnosti. Ve srovnání s tradičními metodami mechanického zpracování má laserové zpracování významné výhody bez-kontaktu, vysoké přesnosti, vysokého stupně automatizace atd. Je široce používáno v průmyslové výrobě, jako je řezání materiálů, svařování, značení, vrtání a výroba aditiv. Podle typu laseru a jeho procesních charakteristik se průmyslové laserové zpracování dělí hlavně do tří kategorií: laserové řezání, laserové svařování a laserová aditivní výroba, z nichž každá má svůj vlastní jedinečný mechanismus a rozsah použití.
02 Řezání laserem
Obrázek 1. Schéma řezání laserem
Řezání laserem je jednou z nejvyspělejších průmyslových laserových aplikací, která využívá vysokovýkonný laserový paprsek k roztavení a odpaření materiálu a s pomocným plynem k odfouknutí strusky za účelem dosažení vysoké účinnosti a přesnosti řezání. CO₂ laser a vláknový laser jsou v současné době hlavním vybavením pro uhlíkovou ocel, nerezovou ocel, hliníkové slitiny a další materiály v středně-řezání tenkých plechů. Výhody této technologie spočívají v úzké řezné štěrbině, malé tepelně-zasahované zóně, nepotřebě forem a rychlé změně zpracovatelské dráhy, vhodná zejména pro automobilovou výrobu, zpracování plechů a letecký průmysl a další náročná odvětví.
(1) V automobilovém průmyslu se řezání laserem používá k výrobě široké škály součástí od panelů karoserie až po motory. Vláknové lasery se například používají k řezání vysokopevnostních ocelových dílů s vysokou přesností, což vede k lehčím vozům.
(2) Letecký průmysl rovněž těží z technologie řezání laserem, zejména při výrobě složitých součástí vyrobených z pokročilých materiálů, jako je titan a kompozity. Například ultrarychlé lasery lze použít k řezání titanových součástí se složitými tvary při minimalizaci tepelného poškození a zajištění strukturální integrity součásti, což výrazně zlepšuje výkon a bezpečnost leteckých součástí.
03 Laserové svařování
Laserové svařování se spoléhá na laserový paprsek, který taví kovové materiály vysokou rychlostí, aby se uskutečnilo spojení, s charakteristikami velké hloubky tavení, vysoké rychlosti a nízkého tepelného příkonu. Mezi běžné režimy svařování patří kontinuální laserové svařování a pulzní laserové svařování, které jsou vhodné pro přesné svařování tenkých plechů a scénáře hlubokého svařování. Ve srovnání s obloukovým svařováním mají laserové svary vysokou pevnost a nízkou deformaci a jsou vhodné pro balení napájecích baterií, svařování zařízení z nerezové oceli a výrobu konstrukčních součástí jaderné energie a další obory. Zejména při výrobě baterií se laserové svařování stalo hlavní metodou spojování.
(1) V automobilovém průmyslu se laserové svařování používá ke spojování panelů karoserie, dílů motoru a dalších klíčových součástí. Vláknové lasery se například používají ke svařování vysokopevnostních ocelových dílů s vysokou přesností, což vede k pevným a odolným spojům.
(2) Elektronický průmyslV elektronickém průmyslu se laserové svařování používá ke spojování malých a jemných součástí s vysokou přesností. Diodové lasery se například používají ke svařování bateriových článků v lithium-iontových bateriích, aby byla zajištěna spolehlivost elektrických spojení.
(3) V leteckém průmyslu používá Boeing 787 Dreamliner proces laserového svařování ke spojování titanových slitin s kompozitními materiály, čímž se dramaticky snižuje počet nýtů, snižuje se hmotnost trupu a zlepšuje se spotřeba paliva.
04 Laserová aditivní výroba
(1) V automobilovém průmyslu jsou díly z titanové slitiny vozu Ferrari F1 vyráběny technologií laserové aditivní výroby, která zlepšuje tepelnou odolnost a pevnost dílů a optimalizuje aerodynamický design vozu.
(2) Lékařský průmysl V lékařském průmyslu se laserová-výroba aditiv používá k výrobě přizpůsobených implantátů a protetiky.
(3) V leteckém průmyslu se laserová-výroba aditiv používá k výrobě složitých součástí, jako jsou lopatky turbín a palivové trysky.
05 Závěr
Laserová technologie jako důležitá podpora pokročilé výroby rozšiřuje hranice svých průmyslových aplikací. V současné době se laserové zpracování také vyvíjí směrem k vyššímu výkonu, vyšší přesnosti a více{1}}procesnímu kompozitu, jako je laserové-obloukové kompozitní svařování, laserové ultra-rychlé mikroobrábění a laserový inteligentní monitorovací systém. V budoucnu bude laserové zpracování i nadále hrát klíčovou roli v inteligentní výrobě, personalizovaných produktech a extrémním zpracování materiálů a dalších oblastech, a to díky nepřetržité propagaci vysoce-polovodičových laserů, inteligentních řídicích systémů a ekologických výrobních konceptů.