Témata
Reklama

Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

V dnešní době se pro různé průmyslové aplikace lasery celkem běžně používají. Požadavky aplikací pak určují vhodný typ laserového zdroje, přičemž ty nejběžnější jsou kontinuální. Lasery, kterými disponuje centrum HiLASE, jsou lasery pulzní a díky progresivní technologii diodového čerpání jsou podstatně výkonnější, poskytující vyšší energii v pulzu, kompaktnější a stabilnější než zařízení, která jsou v současné době dostupná. Uplatnění by měly tyto lasery v budoucnu najít v high-tech průmyslu.

Centrum HiLASE se zabývá technologickým vývojem pulzních pevnolátkových diodově čerpaných laserů s vysokou energií v pulzu a zároveň s vysokou opakovací frekvencí a jejich aplikacemi. Díky inovačním řešením a optimalizované sestavě byl v Dolních Břežanech vyvinut ve spolupráci s britskou Science and Technology Facilities Council dosud nejvýkonnější laser s energií v pulzu až 100 J při opakovací frekvenci 10 Hz a délce pulzů několik nanosekund. Tento „superlaser“ se jmenuje Bivoj a slouží k testování optických a laserových součástek i technologií pro průmysl a modifikaci materiálů vyžadujících vysokou energii aplikovanou na velké ploše. Laserový systém Bivoj sice momentálně zabírá celou místnost (cca 20 m x 3 m), budoucí snahou je však tento i jemu podobné systémy zmenšovat, aby byly co možná nejvíce kompaktní, případně mobilní, a tím i snáze implementovatelné do průmyslových provozů. Bivoj, respektive jeho kopie, bude vedle výzkumných činností také sloužit jako čerpací laser pro systém L2 sousedního laserového centra ELI Beamlines.

Reklama
Reklama
Pikosekundové laserové systémy jsou sofistikované sestavy optických elementů, které si v HiLASE vyvíjejí a sestavují vlastními silami. Pro výzkumné účely jsou často rozložené na stole přes celou místnost. Pro komerční účely je snaha je zmenšovat, aby byly co nejvíce kompaktní.

Dalším z výzkumných programů centra HiLASE je vývoj pikosekundových laserů. Tyto lasery jsou založeny na technologii tenkých disků a pracují s opakovací frekvencí od stovek Hz až po jednotky MHz. Laserové zdroje s těmito parametry lze použít např. pro testování optických komponent, mikroobrábění a nanoobrábění či přesné vrtání nebo pro generaci EUV zdrojů záření v EUV litografii, které pak slouží pro výrobu mikročipů nebo displejů mobilních telefonů.

Na vývoji laserových systémů v centru HiLASE se podílí téměř osmdesát laserových specialistů a techniků, z nichž přibližně polovina je ze zahraničních, často i velmi renomovaných pracovišť.

Laserové systémy pro průmysl

Po ukončení vývojové etapy nové technologie vždy chybí ještě jeden krok k úspěšnému završení projektu a tím je zavedení dané technologi e do praxe. Vyvíjené pikosekundové a nanosekundové lasery jsou již nyní používány pro technologie mikroobrábění, přesného řezání, odstraňování povlaků, popisování, ablace a laserového vyklepávání. Technologie laserového vyklepávání je založena na principu opracování povrchu materiálu rázovou vlnou generovanou laserem a nazývá se Laser Shock Peening (LSP), kdy laserový paprsek generuje v povrchové vrstvě zpracovávaného materiálu tlaková zbytková napětí, která významně zlepšují únavové vlastnosti materiálu a omezují vznik a rozvoj povrchových mikrotrhlin. Metoda se česky nazývá vytvrzování povrchu materiálu rázovou vlnou pomocí laseru. Dalšími významnými aktivitami je např. testování prahu poškození materiálu laserem, kterou již dnes využívají klíčoví čeští i někteří zahraniční výrobci laserové optiky nebo tenkých vrstev.

Projekt úspěšně realizuje sehraný tým mezinárodních vědců s bohatými zkušenostmi z výzkumu i aplikační sféry v úzké spolupráci s významnými zahraničními výzkumnými institucemi, např. Japan Atomic Energy Agency, ENSTA-ParisTech (Francie), Ferdinand-Braun-Institut (Německo), Tohoku University (Japonsko). Pracovní uplatnění zde naleznou také mladí vědečtí talenti z technických univerzit v ČR.

Centrum excelence

Přestože konkrétní zakázky (zhruba jedna měsíčně) již v centru HiLASE probíhají a jednotlivá pracoviště jsou tímto momentálně plně kapacitně vytížená, byl zahájen v květnu loňského roku česko-britský projekt HiLASE CoE – Center of Excelence s hlavním cílem ještě více se zaměřit na aplikačně orientovaný vývoj špičkových laserových technologií podle skutečných potřeb průmyslu. Financování projektu je zabezpečeno z evropského programu Horizon 2020, jehož cílem je pozdvihnout inovační potenciál členských států Evropské unie. Pracovat na projektu budou vědci z centra HiLASE Fyzikálního ústavu AV ČR a z partnerského britského STFC (Science and Technology Facilities Council). Projekt bude trvat 5,5 roku a kromě vědeckého bádání, které je samozřejmostí, má vyústit ve vznik modelové instituce nového, moderního typu, která bude úzce propojena s průmyslem. Přechod k Centru excelence zvýší otevřenost pracoviště směrem k externím uživatelům z řad vědecko-výzkumných institucí, firem i širší veřejnosti a rozšíří jeho nabídku pro externí uživatele. Zároveň realizace projektu přispěje ve svém důsledku ke změně myšlení samotných vědců: „V budoucnu se chceme soustředit na větší propojení centra s průmyslovou praxí, abychom byli schopni rychle reagovat na jejich aktuální požadavky a naplnit tak naši vizi Superlasery pro skutečný svět,“ uvádí vedoucí centra HiLASE Tomáš Mocek.

Řídicí místnost (velín) nanosekundového laseru Bivoj disponuje veškerým řízením laseru a umožňuje sledování všech parametrů při chodu laseru.
Technologie Laser Shock Peening (opracování povrchu materiálu rázovou vlnou generovanou laserem) výrazně zlepšuje únavové vlastnosti materiálu a zamezuje vzniku povrchových mikrotrhlin.

Bezpečnost a zneužití

Bavíme-li se o laserech s takovým výkonem, nelze si nepoložit otázku možného zneužití. Pan Mocek mě však ubezpečil, že každá zakázka je pečlivě studována a ověřována její koncová aplikace. Možné zneužití výkonných laserů, např. pro vojenské účely, je tedy vyloučeno, mimo jiné i proto, že laserové systémy HiLASE jsou příliš drahé a sofistikované a tím pádem pro aplikace „v poli“ nepoužitelné. V případě jaderných technologií již lze hovořit o možných potenciálech využití, nikoliv však pro separaci izotopů. Technologie Laser Shock Peening (LSP) by mohla být vhodná např. pro údržbu či revitalizaci svarů na jaderných reaktorech. Další potenciál aplikace technologie LSP je v aeronautice, v oblasti turbín či heavy industry, v dlouhodobější perspektivě pak i v automobilovém či medicínském průmyslu (prodlužování životnosti kloubních náhrad apod.). Zneužití těchto světově unikátních laserů se tedy obávat nemusíme, alespoň zatím. Na bezpečnost bylo myšleno také při stavbě centra. Všechny laboratoře jsou postaveny na vibračně stabilním podloží, laserová hala má dvojité zdi bez oken a velmi omezený režim přístupu. Při dodržení striktních bezpečnostních pravidel (ochranný oblek, brýle apod.) a s doprovodem mi byl přístup povolen.

Ukázky testů technologie Laser Shock Peening pikosekundovým laserem s energii v pulzu 6 J. V rámci výzkumu bude technologie testována s postupným navyšováním energie až na 100 J.

Laserové centrum HiLASE nabízí již nyní širokou škálu produktů, technologií a služeb se značným potenciálem pro průmyslové a vědecké aplikace. Upgrade HiLASE na Centrum excelence pak výrazně rozšíří stávající nabídku pracoviště pro služby smluvního výzkumu.

Eva Buzková, Dolní Břežany

Eva.buzkova@mmspektrum.com

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 180131
Datum: 07. 02. 2018
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Cyklické zkoušky pro reálnější simulace

Životnost, trvanlivost, odolnost, ale i třeba degradace jsou důležitými pojmy, pokud se bavíme o životním cyklu jakékoliv součásti. Kupující nebo odběratel požaduje záruky, že právě obdržený díl, zařízení či konstrukce bude fungovat předem stanovenou dobu, navíc je-li ve hře také otázka bezpečnosti. Udělení certifikace či určení doby trvanlivosti často předcházejí různé zkoušky. Důležitou skupinou z nich jsou urychlené korozní zkoušky. Nejen jimi se v úzké spolupráci s průmyslem zabývají ve vědecko-technickém parku v Kralupech nad Vltavou.

Současný vývoj v oblasti svařování

Svařování, resp. spojování materiálů je v podstatě průřezová skupina technologií, která ovlivňuje prakticky všechny průmyslové obory. Některé obory by bez svařování a dalších způsobů spojování materiálů dnes již nemohly vůbec existovat, např. výroba automobilů, výroba konstrukcí ve stavebnictví a řady strojírenských složitých výrobků, včetně energetických zařízení.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Související články
Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Finance pro podnikání - Zaostřeno na úspory energie

„Je lepší dobrý úvěr a podpora úvěru než dotace. Jen tak se prokáže životaschopnost projektu.“ To jsou slova Ing. Vladimíra Fabera, zakladatele a dnes předsedy dozorčí rady české strojírenské společnosti FMP.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Achema 2012 také veletrhem strojů, materiálů a těsnění

Největší světová přehlídka chemické techniky, chemických zařízení, biotechnologií a technologií, konaná jednou za tři roky, je i největším veletrhem strojírenství, armatur, čerpadel, potrubí a kompresorů včetně konstrukčních materiálů, těsnění a ovládání.

EMO Hannover 2011, Část 8 - Materiály ve stavbě strojů

Dnešním předposledním dílem již pomalu uzavíráme náš profesně tříděný pohled na loňskou výstavu EMO Hannover. Dnes se zabýváme materiály ve stavbě obráběcích strojů, v příštím vydání se můžete těšit na zpracovanou oblast brousicích strojů.

Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Aplikace nanomateriálů ve strojírenství

Nanotechnologie umožňují vývoj nových generací kompozitů s vylepšenou funkčností a širokou škálou aplikací. V současnosti nanokompozity představují mnoho aplikací v mnoha průmyslových oborech. Užitné vlastnosti nanomateriálů vyplývají z jejich výjimečných fyzikálních a chemických vlastností, velikosti, tvaru či povrchové morfologii. Velikostní efekt (size efect) umožňuje výrazně zlepšovat užitné vlastnosti konvekčních materiálů. Nanotechnologie díky svému inovačnímu potenciálu již dnes výrazně ovlivňují moderní průmyslové produkty.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit