Современное лазерное оборудование отечественного производства

Значение лазерных технологий

Лазерные технологии являются одними из наиболее перспективных, динамично развивающихся, высокотехнологичных направлений научно-технического прогресса. Достижения лазерной техники и технологий постоянно демонстрируются на выставках, в том числе и на Международной специализированной выставке «Фотоника» (1-я выставка t— 2006 г., 2-я — 2007 г.). Ее организаторами выступили Лазерная ассоциация (ЛАС) и ЗАО «Экспоцентр» (Москва, Красная Пресня). Этот смотр достижений по одному из основных разделов науки и техники (включающему и лазерные технологии) может быть аналогом известной выставки Laser. World of Photonics, которая по нечетным годам проходит в г. Мюнхен (Германия).

Специалисты отмечают, что ранее разработки российских научно-исследовательских центров в области лазерных технологий являлись приоритетными и освоены в основном за рубежом. И в настоящее время среди отечественных разработок лазерных и оптических устройств многие не имеют мировых аналогов. В последние годы лазерная техника определяет уровень развития ряда отраслей обрабатывающей промышленности, медицины, телекоммуникаций, информатики, а также специальной производственной и исследовательской аппаратуры, приборов. То есть лазерные технологии имеют большое значение для модернизации промышленного производства и обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции на мировом рынке. Например, в машиностроении лазерные технологии позволяют не только с прецизионной точностью и высокой производительностью осуществлять такие процессы, как сварка, резка, маркировка различных материалов, но и создавать новые высокотехнологичные конструкции машин и механизмов.

С помощью лазерных технологий происходит быстрое развитие современной микроэлектроники. Так, в 2000–2002 гг. в мире было продано оборудования для лазерной фотолитографии на 1 млрд. долл., с помощью которого произведено чипов на 116 млрд. долл., а на базе этих чипов изготовлено конечной продукции — компьютеров, мобильных телефонов, цифровых фотокамер и др. — на 1,5 трлн. долл. По оценкам экспертов, мировой рынок лазерных источников излучения в 2005 г. составил 6 млрд. долл. При этом современного оборудования на основе лазерно-оптических технологий для гражданских отраслей реализовано за год на 60–70 млрд. долл.

В настоящее время лазерное и оптоэлектронное оборудование производят более 200 отечественных предприятий, которые предлагают потребителям около 1 200 моделей источников лазерного излучения, 190 моделей лазерного технологического оборудования, около 300 моделей медицинской лазерной аппаратуры, а также более 150 моделей приборов для технических измерений, диагностики и др.

При этом специалисты отмечают, что удельный вес лазерной отрасли в отечественной экономике невелик и не соответствует имеющемуся потенциалу, а одной из причин такого положения считают недостаточную осведомленность пользователей о реальных возможностях современной лазерной техники и ее отечественных производителях. Какие же отечественные компании и фирмы разрабатывают, производят и поставляют на рынок технологические лазеры и оборудование на их основе?

Ведущие разработчики и производители лазерной техники Одним из сохранивших традиции и лидирующее положение в отечественной лазерной технике является ФГУП НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха (создан в 1962 г.). Основные направления деятельности института: разработка и производство твердотельных лазеров и приборов на их основе, полупроводниковых лазеров различного типа, лазерных гироскопов, а также лазерного медицинского и технологического оборудования, элементов лазерных систем и др. При этом разработка и производство приборов на основе твердотельных и полупроводниковых лазеров проводится специалистами института более трех десятилетий.

Предприятия выпускают свыше 80 моделей твердотельных лазеров, работающих в импульсном и непрерывном режиме, которые используются в технологическом оборудовании для сварки, резки, маркировки различных материалов. Например, в течение многих лет серийно выпускалось унифицированное лазерное оборудование серии КВАНТ на основе твердотельных лазеров, некоторые модели которого (КВАНТ-151) до настоящего времени применяются для точечной и шовной сварки, резки, сверления отверстий, термоупрочнения и других технологических процессов. Кроме того, твердотельные лазеры используются в таких областях, как дальнометрия, локация и др. В частности, в последних разработках дальномеров применяются лазеры с безопасным для глаз излучением на длине волны 1,54 мкм.

В настоящее время разработки института в области лазерного оборудования направлены на создание малогабаритных многофункциональных установок и развитие новых технологий. Так, для твердотельных лазеров с полупроводниковой накачкой созданы элементы, совмещающие активные и фототропные свойства (микрочип-лазеры). Внедрены новые прогрессивные процессы: ионно-лучевое напыление зеркал и производство структур для сверхъярких светодиодов.

Другая известная отечественная фирма — ООО НТО «ИРЭ-Полюс» (создана в 1991 г.) — является одной из базовых компаний популярной Транснациональной научно-технической группы IPG Photonics —мирового лидера в области разработки и производства уникальных волоконных лазеров и усилителей различного назначения. Ведущая компания этой группы — IPG Photonics Corpоration — была основана в 1998 г. в Оксфорде (штат Массачусетс, США) и стала штаб-квартирой Транснациональной группы IPG в 2000 г. Кроме этих компаний, в группу IPG входят фирмы: IPG Laser GmbH (Германия) и IPG Fibertech S.r.l. (Италия), а также фирмы в Индии (Бангалор), Англии (Лондон), Китае, Южной Корее и Японии. Основателем ведущих компаний и Транснациональной группы является известный российский физик В. П. Гапонцев (контролирующий IPG Photonics Corp.).

При этом отечественная компания НТО «ИРЭ-Полюс» разрабатывает и серийно производит высокоэффективные волоконные лазеры и усилители, оптические компоненты, узлы, модули и другие элементы для различного применения, в том числе для промышленных комплексов лазерной резки, сварки, закалки, термообработки, маркировки. Инновационный характер продукции «ИРЭ-Полюс» частично достигается за счет осуществления так называемой «параллельной накачки» волоконных лазеров и усилителей. Это позволяет реализовывать практически неограниченную выходную мощность и обеспечивает высокую надежность, а также длительный срок службы приборов.

В частности, компания поставляет на внутренний рынок уникальную серию новейших промышленных волоконных лазеров мощностью непрерывного излучения до 50 кВт и с КПД более 25%, что значительно превышает параметры лучших газовых и кристаллических лазеров традиционного типа. Эти суперлазеры позволяют осуществлять высокотехнологичную обработку металлов, сплавов и композитных материалов, предназначенных для автомобильной, судостроительной, аэрокосмической, нефтегазовой и других отраслей. А многомодовые волоконные лазеры оказываются предпочтительнее для лазерной сварки по сравнению с лазерами на углекислом газе. Так, длина волны иттербиевого волоконного лазера составляет 1,07 мкм, что обеспечивает более эффективное взаимодействие излучения с металлами, чем излучения СО(2)-лазеров с длиной волны 10,6 мкм (для использования в промышленности требуется длина волны «как можно меньше»).

Наряду с этим, в волоконных лазерах можно использовать длиннофокусные (до 2 000 мм) оптические головки, что позволяет применять на практике наиболее прогрессивную дистанционную сварку (например, заменить дуговую сварку на лазерную дистанционную в конвейерной сборке автомобилей). Кроме того, в случае оснащения мощного волоконного лазера оптическим переключателем можно одновременно обслуживать несколько (2…6) технологических установок. В таком комплексе эффективнее используется большой ресурс работы волоконного лазера и его способность быстро переключаться на различные режимы работы. А общая стоимость комплекса существенно ниже по сравнению с набором установок, каждая из которых оснащена своим лазером.

Следует отметить, что с 2005 г. НТО «ИРЭ-Полюс» производит собственный вариант современных лазерных систем как для отечественных пользователей, так и пользователей в странах СНГ. В частности, заключено соглашение между Лазерной ассоциацией и Российской ассоциацией «Станкоинструмент» о возможной организации серийного выпуска станков для металлообработки с использованием лазерного луча в качестве технологического инструмента.

Лидирующее положение в разработке высоких технологий занимает Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ), до 1991 г. — филиал ИАЭ им. И. В. Курчатова, который также демонстрировал свои достижения на выставке «Фотоника-2007». Признанием этих достижений является присвоение городу Троицк статуса «Наукограда». Одним из основных направлений разработок ГНЦ РФ ТРИНИТИ является создание мощных лазерных систем. В частности, институтом совместно с ОАО «Газпром» разработан мобильный лазерный технологический комплекс МЛТК-50, предназначенный для дистанционной (на расстоянии до 100 м) резки металлоконструкций (например, стальных труб толщиной до 20 мм) и железобетона при проведении демонтажа и аварийно-восстановительных работ на нефтяных и газовых скважинах. Специалисты рассматривают этот комплекс как вариант «гиперболоида инженера Гарина» (хотя и не такой портативный — размещен на двух автомобильных полуприцепах). В установке МЛТК-50 используется СО(2)-лазер мощностью 50 кВт, работающий в непрерывно-периодическом режиме. При этом время непрерывной работы в одном пуске составляет 10 мин., а интервал между пусками — около 20 мин. Кроме того, с помощью лазерного излучения можно удалять пленку нефтепродуктов с поверхности воды (со скоростью 10 тыс. кв. м/ч).

В последнее пятилетие в ГНЦ РФ ТРИНИТИ созданы новые оптоволоконные (ОВ) лазерные установки. Так, совместно с НТО «ИРЭ-Полюс» разработана универсальная, компактная установка МЛТК-2, с помощью которой можно резать, сваривать и наплавлять тугоплавкие металлы (толщиной до 20 мм). При этом используется оптоволоконный иттербиевый лазер непрерывного действия мощностью 2,1 кВт. Уникальность этой разработки в том, что излучение может быть доставлено в необходимое место по ОВ на расстояние до 300 м.

Лазерный плазмотрон — одна из последних важных разработок ГНЦ РФ ТРИНИТИ совместно с ЦЕНИ ИОФАН (Центр естественно-научных исследований Института общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук). Этот прибор позволяет создавать поликристаллические алмазные покрытия без вакуумных и других специальных условий.

К ведущим отечественным предприятиям по производству лазерной техники относится также ООО Опытно-конструкторское бюро «Булат» (ООО ОКБ «Булат» основано в 1991 г.), которое специализируется на разработке и производстве высокотехнологичного лазерного оборудования для сварки, резки, гравировки, прошивки отверстий и других технологических операций. В частности, компания «Булат» производит лазерные технологические установки серии LRS (LRS-100/150/200 и др.), в состав которых входят: лазерный излучатель с системой фокусировки и наблюдения, источник питания с блоком охлаждения лазера, координатный стол с ручным приводом и пульт управления. Наличие в установке оптической контрольно-фокусирующей системы со стереоскопическим микроскопом позволяет производить точное позиционирование места сварки и контролировать выполнение процесса. Так, специалистами компании разработана технология импульсной лазерной шовной сварки, которая заменила аргонодуговую сварку с присадкой (сварка производилась на твердотельном технологическом лазере модели HTF-100). Отмечается, что при аргонодуговой сварке изменение геометрических размеров детали вследствие большого теплового воздействия превышает поле допуска, поэтому предусматриваются припуски на последующую механическую обработку. А лазерная сварка позволяет сохранить геометрические размеры детали в микронном поле допуска и сделать технологическую операцию лазерной шовной сварки окончательной сборочной операцией.

Наряду с рассмотренными фирмами, развитием производства лазерного оборудования занимаются также отечественные машиностроительные компании. Так, ОАО «Савеловский машиностроительный завод» (ОАО «СМЗ) представил на выставке «Машиностроение-2007» (МВЦ «Крокус-Экспо») высокоскоростной лазерный комплекс КЛР-1 с ЧПУ, предназначенный для прецизионного раскроя по числовой программе плоских металлических листов с максимальными габаритами 1500х3000 и толщиной до 8 мм. КЛР-1 может использоваться при производстве изделий в автомобильной, авиакосмической, судостроительной, электротехнической и др. отраслях для резки плоских заготовок из конструкционной, инструментальной, нержавеющей, кремнистой стали и ее сплавов. В данном комплексе используется технологический лазер ТЛ-1,5; номинальная мощность излучения составляет 1,3 кВт, максимальный диаметр лазерного луча — 20 мм.

Другой ведущей компанией, — ОАО «Стерлитамакский станкостроительный завод», — разработан лазерный станок КАРЛ 3000, предназначенный для резки листового металла. Наиболее эффективно это оборудование используется при раскрое листового металла в заготовительном производстве машиностроительных заводов, а также для изготовления деталей сложной формы из листа. При разработке станка использован волоконный лазер. Комплекс оснащен системой ЧПУ Sinumerik-840D фирмы Simens.

Современное лазерное технологическое оборудование для машиностроения разрабатывает и производит также известная фирма ООО НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» (образована в 1991 г.). Основные ее работы ориентированы на создание законченных технологических комплексов (на основе твердотельных неодимовых лазеров), предназначенных для выполнения различных процессов в машиностроении: сварки и резки металлов, неметаллов и особопрочных материалов, размерной микрообработки, маркировки и т. д.

Разработкой и производством современного лазерного оборудования для резки, маркировки и сварки занимается Научно-производственная фирма «ТЕТА» (НПФ «ТЕТА» основана в 1991 г.). Базовой моделью для раскроя материалов (стали, сплавов алюминия и др. толщиной до 6 мм) являются лазерные комплексы ТЕГРА-500Р на основе твердотельных лазеров. Мощность излучения составляет 500 Вт, поле раскроя — 1,5х2,5 мм. Комплекс может оснащаться дополнительными устройствами, обеспечивающими прецизионную вырезку отверстий различной формы в стальных и алюминиевых трубах длиной до 3 м.

Также новое поколение современной лазерной техники разрабатывают и производят: ЗАО «ТехноЛазер», ЗАО «Лазерные комплексы» (Московская обл., г. Шатура), ООО «Центр лазерных технологий», ООО «Лазерный центр» (Санкт-Петербург) и другие отечественные фирмы.

«Дизайн-Оптимум Проф»: творческий потенциал и практический опыт.

Новый «Архитектурный ежегодник».

Энергосберегающие технологии ОАО «Термостепс-МТЛ».

О ходе реализации Федеральной целевой программы «Развитие наружного освещения Санкт-Петербурга «Светлый город» на 2000—2003 годы.

Олимпийский год — не только для олимпийцев.

Сведение водных балансов на источниках теплоты.

О «ненужных» и «избыточных» функциях приборов учета воды и тепла.

Главная Публикации