Možnosti laserových aplikací - konference ICALEO
Stále častěji se na stránkách tisku setkáváme s příspěvky na téma možnosti využití laserového zpracování materiálů, každý měsíc narůstá počet poptávek po stavbě laserových zařízení. Podzimní konference v Orlandu na Floridě ukázala současný stav oboru. Na jednu stranu vědci nalézají stále nové možnosti a aplikace laserů, na druhé straně je však třeba přiznat, že ani ověřené postupy se neuplatňují snadno u průmyslových zákazníků. Takový je stav nejen v ČR, ale i v USA a jinde. Proč to tak je se pokusíme naznačit v následující reportáži.
V jednom z citátů slavného inovátora Steva Jobse stojí: „Lidé často nevědí, co chtějí, dokud jim to neukážete". Snad i proto se na konci října konala největší celosvětová konference ICALEO, zaměřená na využití laserů v průmyslu, které se účastnilo přes 400 odborníků. Měla ukázat současné možnosti laserové techniky. Hlavní zastoupení mělo vedle USA také Německo, Čína, Korea, Japonsko, Anglie a skandinávské země. Není náhodou, že místem setkání bylo Orlando na Floridě v USA, právě zde totiž sídlí pořádající organizace LIA - Laser Institute of America. Český průmysl zde zastupovala firma MATEX PM, která se zabývá laserovým kalením, navařováním a svařováním. Českou akademii pak hájili pracovníci ISI Brno. Během čtyř dní bylo v pěti sekcích předneseno přes 220 přednášek. Dvě sekce byly orientovány na pulzní lasery a mikroaplikace, zbývající tři pak zejména na svařování, navařování, kalení a simulace těchto procesů.
Zajímavé bylo mimo jiné setkání s Davem Belfortem, šéfredaktorem časopisu Industrial Laser Solutions. Ten vlastně potvrdil naší zkušenost z České republiky a Slovenska s problémy při uplatňování laserových technologií v průmyslu. Většina lidí pohybujících se v laserové technice jsou fyzici a konstruktéři, výrazně chybí materiálové inženýrství. Výsledkem je povrchní znalost toho, co se s materiálem po ozáření děje a především kde všude je možné laser využít. Pomineme-li řadu let omílané aplikace 2D řezání a svařování. Na druhé, aplikační straně stojí technologové a vedoucí výroby v provozech. O laserech mají několik základních informací a ty se bohužel vztahují na dnes již překonané CO2 a Nd:YAG lasery, o nových vláknových a diodových laserech většinou ani neslyšeli. Přežívá názor, že lasery jsou drahé a proto se vyplácejí pouze v hromadné výrobě. To byla donedávna pravda, dnešní nové lasery a pokroky v robotizaci tento trend mění. Důkazem je pestrost zakázek v naší firmě - od kalení přes svařování až po navařování vrstev, vše na jediném laserovém zařízení. Zde ale právě chybí know-how, které je třeba si vybudovat, nedá se sehnat a vlastně ani koupit. Problém už nespočívá v zařízení, ale ve znalostech. Proto jsou složitá jednání u průmyslových partnerů, přesvědčit je o dobrém výsledku. Příkladem může být povrchové kalení. Většina ozubených kol (nebo třeba forem a nástrojů) se povrchově kalí indukcí. U některých typů materiálů dochází k praskání, jsou problémy s rovnoměrností hloubky a tvrdosti. Laserem kalené díly vykazují lepší rovnoměrnou tvrdost (v rámci homogenity materiálu) i hloubku díky regulaci pyrometrem a konstantní rychlostí pohybu robota, existuje záznam z pyrometru, za dobu provádění kalení ještě nedošlo k popraskání kalené vrstvy. I přesto narážíme v řadě firem na zamítavý postoj nebo nepochopení. Častá odpověď je například, že není ověřena únavová životnost kola. To je pravda, je zde ještě spousta práce... Ale u inovativních technologií se s něčím podobným budeme setkávat vždy. Ve Spojených státech je situace o to horší, že o zavedení nového technologického postupu rozhoduje často manažer, který nemá dostatečné technické vzdělání, takže se podobné změny bojí. Tak to alespoň popisoval David Belfort.
Zmíníme pár novinek, které se pravděpodobně prakticky prosadí v blízké budoucnosti. Zjevný je zejména nástup vláknových, diodových a také diskových laserů. Již pracují lasery s výkonem 50kW, staví se vláknový laser s výkonem 100kW. Přitom ještě v roce 2005 měl vláknový laser firmy IPG maximální výkon pouze 1kW, tedy na hranici praktické průmyslové využitelnosti. Roste kvalita svazku, což umožňuje svařovat na větší vzdálenost (i několika metrů), využití se očekává zejména při svařování plechů v automobilovém průmyslu. Elektrická účinnost vzniku záření je již kolem 40%, takže zařízení má menší spotřebu energie při zachování výkonu paprsku. Několik článků porovnávalo svary provedené různými typy laserů. Výsledky stojí za pozornost, především v oblasti nových vysokopevných ocelí. Porovnání laserových svarů provedených ve vakuu ukazuje, že výsledky jsou v podstatě srovnatelné se svary elektronovým paprskem co do hloubky a geometrie svaru. Velké pokroky probíhají v prostorovém navařování prášků, tzv. rapid prototyping. Jsou vyvíjeny postupy pro výrobu a opravy lopatek leteckých i parních turbín, pracuje se zejména na automatizaci, regulaci a kontrole celého procesu. Lopatky lze postupně navařovat jednu po druhé přímo na disk. Nadějné jsou i technologie kombinace laseru s induktorem. Induktor může působit jako předehřev nebo dohřev ať už při svařování nebo navařování vrstev. Kromě zlepšené kvality a menším problémům při praskání legovanějších materiálů a vrstev dochází ke zvýšení rychlosti depozice o 50 až 100%. Výsledky z experimentů nástřiků vrstev nadzvukovou rychlostí ukazují, že při tomto způsobu již není vůbec ovlivněn základní materiál a i při malých tloušťkách stěny nedochází k teplotním deformacím navařované součástky. Ve výčtu by bylo možné pokračovat ještě dlouho, samotný sborník má přes tisíc stran.
Slavnostní meeting sloužil k předání cen za nejlepší příspěvky a k představení nového organizačního výboru LIA. Zároveň předseda předal ocenění za celoživotní přínos rozvoji a vzdělávání v oblasti laserových technologií. První ocenění získal Dr. A.L.Schawlow přesně před 30-ti lety, ve stejném roce kdy získal i Nobelovu cenu za rozvoj laserové spektroskopie. Letošní cenu získal Prof. Dr. Ing. Berthold Leibinger, dlouholetý prezident a inovátor firmy TRUMPF. Jemu i firmě TRUMPF lze přičíst významnou zásluhu o zavedení laserové technologie do průmyslu. Věříme, že i české firmě MATEX PM se podaří část uvedených výsledků využít v našem strojírenství a technologům i konstruktérům „ukázat, co chtějí".
Stanislav Němeček
Tomáš Mužík, Matex
