Популярнее, чем роботы. О лазерном оборудовании

Возможность использования лазерного оборудования воодушевила промышленников. Соответствующим оборудованием обладает каждое второе предприятие. Резка, сварка, термообработка, чистка — на что только не способен мощный луч! Однако многих терзает вопрос, почему именно он. Действительно ли лазер так нужен на производстве?

Количество лазерного оборудования за последние годы увеличилось в несколько раз. 25 лет назад было совершенно по-другому: таких установок были единицы, и не каждый мог себе их позволить. Ещё в начале 2022 года на рынке можно было встретить множество решений, как от отечественных производителей, так и от зарубежных. В 2023 году ситуация обстоит немного иначе, нежели год назад. В России по-прежнему достаточно поставщиков, но стало меньше зарубежных компаний. Популярность лазеров при этом не снизилась. Чем обосновано такое рвение промышленников иметь в своём арсенале устройство, которое преобразует электрическую энергию в световую? На этот вопрос в рамках конференции «Лазерные, аддитивные и сварочные технологии в промышленности» на выставке «Металлообработка. Сварка — Урал» ответили основные игроки этого рынка.

О лазерах сегодня: в общем

Прибыль, которую получают предприятия, определяется не станками, а множеством других факторов, считает директор по инновациям «Лазерный Центр» Иван Фоменко. Так в чём же тогда проявляется эффективность от использования такого оборудования в сравнении с другими средствами? Чтобы ответить на этот вопрос, спикер предложил углубиться в сферу лазерных технологий.

В этом направлении в России сейчас существуют три ниши, сильно между собой различающиеся. Первая — газовые CO₂ лазеры, не предназначенные для работы с металлом. Часто они недорогие и используются в основном в рекламно-сувенирном бизнесе.

В России нет производителей такого оборудования, и появляются они в стране исключительно из-за рубежа. Вторая ниша — системы с волоконными излучателями. По словам г-н Фоменко, благодаря ООО НТО «Ирэ-полюс», которое производит качественные и известные на весь мир источники, российские компании могут создавать конкурентноспособные системы. Как правило, это установки для резки, сварки и чистки мощностью свыше 1 кВт: 3, 15 и 20 кВт. Третий сектор включает в себя системы мощностью менее 1 кВт, в основном 20, 50 и 100 ватт. Предприятия используют их для микрообработки, например маркировки или подгонки резисторов.

Популярность волоконной технологии можно проанализировать по региональным отраслевым выставкам. Например, в 2018 году в Екатеринбурге презентовали два-три таких станка.

В 2023 году нужно ещё постараться найти оборудование, не связанное с лазерным источником.

При этом импортная составляющая этих установок в стране не так высока. Поэтому, несмотря на то, что большая часть брендов сейчас недоступна к ввозу, рынок не стал меньше, а качество продуктов не снизилось.

Иван Фоменко считает, что продавать в России системы даже из дружественных стран не так просто, ведь отечественные аналоги весьма конкурентоспособны. В связи с этим в сфере лазерного оборудования даже не поднимается вопрос импортозамещения: зарубежного тут и так мало. Кроме того, это обусловлено и качеством. Российский производитель «Ирэ-полюс», по словам спикера, на голову выше европейских, американских и китайских конкурентов.

«Российские производители лазеров очень сильны, а их оборудование — это то, чем можно гордиться. Наша компания поставила отечественные станки в 17 стран мира, среди которых Америка и Германия», — заявил г-н Фоменко.

Таким образом, сектор лазеров средней мощности — это та сфера, в которой стоит продолжать развиваться. Как раз сейчас у российских производителей появилось окно возможностей. Нужно запускать производство продуктов, которых не хватает. Потому что потребность в них в стране только растёт. Спикер считает, что два основных преимущества излучателей заключаются в большой конкурентоспособности России и открывшихся возможностях для роста производителей.

Например, сейчас можно изготовить и продать тот продукт, который раньше было бы невозможно сбыть, ведь теперь конкуренция гораздо меньше. Поэтому поддерживать лазерные технологии выгодно как для потребителей, так и для производителей. Это именно та ниша, в которой российские игроки проявляют себя лучше иностранных.

Большая экономия

В общем плане причина повышенного интереса со стороны производителей ясна, но это не отменяет вопроса, зачем такие источники нужны предприятиям.

По словам экспертов, современный волоконный источник имеет КПД более 40% и при этом потребляет электричество, как чайник, в пределах 2,5‒3 кВт. Кроме того, это один из самых быстрых способов обработки почти любого материала. Возьмём для примера маркировку: головка способна нанести до 60 тысяч штампов на изделия в час. Другое преимущество — это точность, которая достигает единицы микрон. Наконец, одно из наиболее любимых потребителями достоинств — сам лазерный луч, который не даёт вибраций и не оставляет отходов. Кроме того, это оборудование имеет повышенный срок работы. Спикер привёл в пример систему маркировки, изготовленную в 2004 году. Производитель заявил тогда срок ресурса в 100 тысяч часов, однако система исправно работает и сейчас, спустя 19 лет. Добавим сюда и деликатность. Лазер, по словам экспертов, — самый аккуратный, не разрушающий материалы инструмент.

Отсутствие деформации металла при обработке с помощью такого источника отметил и руководитель отделения лазерных технологий ООО НТО «ИРЭ-Полюс» Николай Грезев. Он рассказал, что на одном из заводов, на которых успели побывать специалисты компании, применяется плазменная резка. Однако дело в том, что уровень деформации при обработке этой технологией настолько высок, что заготовка не собирается в готовое изделие. Чтобы этого избежать, по мнению спикера, лучше использовать лазерное оборудование.

Директор по инновациям ПАО «Корпорации ВСМПО-АВИСМА» Михаил Ледер поделился собственным опытом использования технологии на заводе. Компания использовала лазерную резку в процессе обработки титана. По словам спикера, экономический эффект от внедрения не заставил себя ждать. Причём наиболее он был заметен не столько в производительности и скорости резки, сколько в экономии материала. Например, используя огневую технологию, предприятие теряло в шлак 5‒7 мм титана с каждого реза, а с лазером — всего 1‒1,5 мм.

Г-н Ледер отметил ко всему прочему, что если скорость реза по огневой технологии равна 1, то скорость луча по сравнению с ней — всего 0,6. Предприятие проанализировало производительность и экономию и установило для себя, что затраты на лазерное оборудование в два раза ниже, чем на дуговое и огневое.

Что касается лазерной сварки, то и тут эксперты отмечают большое экономическое преимущество. Один автоматизированный станок может за смену сварить более 600 погонных метров стали толщиной 10 мм, стоимость одного метра составит 83 рубля. Если говорить о традиционной дуговой сварке, то для того, чтобы обеспечить такую же производительность, придётся задействовать от 5 до 10 сварщиков. Ярким примером того, что лазерная сварка экономически выигрывает, является её внедрение на предприятие «Трансмашхолдинга» для сварки вагонов.

После замены традиционной контактной сварки станок повысил производительность в 4 раза. Кроме того, луч не касается лицевой поверхности вагонов, а это позволяет отправлять их сразу на покраску с минимальным нанесением.

Иван Фоменко, в свою очередь, предложил рассмотреть кейс с гравировкой традиционным способом и лазерной системой. Например, гравировка на алюминии — это довольно непростая задача. Сделать надпись толщиной в 2 мм фрезой просто не выйдет: материал гнётся, очень тонкая фреза ломается, в итоге получается брак. Что же делать? Варианта два. Покупать высокотехнологичный дорогой станок, который рассчитает весь процесс до мельчайших деталей, или использовать для маркировки и гравировки лазер. Отсутствие контакта с материалом исключает брак из-за недочёта кривизны поверхности. Кроме того, не нужно контролировать наличие фрез всех размеров. По словам эксперта, результат всегда стабильный.

В итоге, говорит г-н Фоменко, углубление в лазерные технологии поможет промышленникам, наконец, заняться тем, что приносит деньги, а не головную боль. Снизится необходимость контроля работоспособности традиционного оборудования, а сэкономленное время предприятия смогут потратить на производительность и уменьшение издержек.

Что предлагает рынок

Российские разработки и усовершенствования лазерных технологий постоянно выходят на новый уровень. Например, помимо качественных характеристик источников, компании повышают и эргономичность оборудования. Так, «Ирэ-полюс» уже представила свету 30-киловаттный источник в относительно небольшом корпусе — 1х1 м. И это действительно прогресс, раньше такой размер был возможен для менее мощного 20-киловатного излучателя. Не исключено, что вскоре лазер 30 кВт будет размещён в коробке размером с ручной сварочный инвертор.

Николай Грезев уверяет, что параллельно с уменьшением габаритов производители увеличивают мощность источников. Спикер рассказал о модификациях такого параметра, как BPP (Beam parameter product), который определяет силу фокусировки лазерного пучка. Он, как и корпус источника, становится меньше и меньше, а мощность — больше. Теперь высокую плотность можно получить, используя меньший размер пучка.

Среди других технологических новинок на рынке — оптическая головка, работающая при мощности до 30 кВт. Г-н Грезев уверен: если совместить её с лазером 20 кВт, то скорость резки получится увеличить в два, а то и в три раза. Спикер привёл в пример эксперимент, в котором сравнивалась скорость резания стали 12 мм лучами трёх разных мощностей: 10, 15 и 20 кВт. Так, 10 кВт дали скорость 3 м/мин., с 15 кВт лазером она увеличилась до 7 м/мин., а с 20 кВт — до 9,5 м/мин. Качество реза при этом сохранилось. Другими словами, 20-киловаттный источник в 3,5-4 раза быстрее, чем луч мощностью 10 кВт. Какая от этого польза? Сокращение времени реза позволяет снизить стоимость погонного метра.

Сварка тоже не осталась в стороне. Одна из интересных технологий — гибридная сварка. По словам Николая Грезева, её особенность в синергетическом эффекте от объединения двух источников: дугового и лазерного. Для чего это нужно? Такая коллаборация позволяет получить практически кинжальное сварное соединение, которое избавляет от необходимости разделки кромок. Кроме того, технология подходит для обработки высокопрочных сталей. Сваренные образцы прошли все испытания на вязкость и разрыв.

Никаких кадровых проблем

Говоря о том, что лазеры могут решить почти любые производственные задачи, не стоит забывать, что для работы с ними по-прежнему нужны операторы с квалификацией. А учитывая острый кадровый голод в промышленности, надеяться на способности одних лишь источников было бы опрометчиво. Однако представители рынка позаботились и об этом. ЗАО «Региональный центр лазерных технологий» занимается подготовкой кадров. В числе прочего производственная площадка предприятия является лабораторной и практической базой для обучения студентов, а также для прохождения практики. Кроме того, образовательная программа по направлению «Лазерные, аддитивные и упрочняющие технологии» есть в Уральском федеральном университете имени первого президента России Б. Н. Ельцина.

А где взять сварщиков? Настоящее чудо для предприятий сейчас — это найти квалифицированного свободного специалиста. Но и у этой проблемы есть решение. Спикеры утверждают, что для работы с лазерными сварочными аппаратами нужна минимальная квалификация. Несмотря на это, эксперты-практики решили посетить предприятия с демонстрационным оборудованием. Так заказчики и с технологией познакомиться смогут, и понять, нужно ли им искать дополнительного специалиста.

Мечты и реальность: нужно ли лазерное оборудование заводу?

Лазеры имеют десятки преимуществ перед другими технологиями обработки металла. Но нужны ли они заводу? Коммерческий директор компании «ЛЛС» Кирилл Жилин высказал очевидную истину: оборудование покупают не для красоты, а для решения тех или иных задач. Не может ли быть так, что хвалёные источники на конкретном производстве окажутся вовсе неуместными? Спикер заявил, что он, как представитель этого направления, часто сталкивается с ситуацией, когда предприятия хотят приобрести лазерный станок, но на самом деле производство не готово к внедрению соответствующих технологий.

Рассмотрим примеры классических ситуаций. Задача заказчика — сварить металлическую деталь с двумя кольцевыми швами. Можно ли это сделать с помощью лазера? Можно. Следующий вопрос в том, какое количество таких деталей предприятие собирается производить. В случае если от 400 штук, себестоимость такой продукции будет невероятно высока. Выходит, для этой задачи лазер использовать дорого, но купить его всё же хочется. Тогда заказчики придумывают новые причины для его внедрения, начинают новые ненужные процессы. Это, по мнению г-на Жилина, неправильный подход: прежде всего, нужно подумать об экономической стороне внедрения.

Или такой пример. Как правило, для тестирования оборудования производители выбирают идеальную заготовку. Из этого совершенного изделия изготавливают образец, а следом отправляют его на испытания, которые в результате проходят успешно. Почему бы и не внедрить технологию? Однако уже после монтажа оборудования и попытки изготовления первого образца в цеху покупателя выясняется, что это невозможно. Кирилл Жилин уверен, что любые тесты необходимо проводить на стандартных заготовках из массового производства без выборки идеальных. Тогда на этапе отработки технологии будет выявлено, какая именно из лазерных технологий подойдет для решения задачи заказчика: классическая лазерная сварка, сварка с подачей присадки, многопроходная лазерная сварка и т. д.

Ещё одна распространённая ситуация, когда у предприятия есть требования к готовому изделию, например усиление шва.

Его выполняют сваркой с присадкой или с помощью другого метода, и всё получается. Однако повторить это с помощью классической лазерной технологии не всегда удается. Здесь как раз возникает ситуация, при которой просто замена одной технологии на другую без изменений конструкции не позволяет добиться необходимого качества готового изделия. Очень важно перед внедрением любой новой технологии и оборудования привлекать к решению задач команду, обладающую требуемыми компетенциями.

Субъективный взгляд

Генеральный директор ЗАО «Региональный центр лазерных технологий» Анатолий Сухов напомнил, что на большинстве предприятий по-прежнему стоит иностранное оборудование, которое требует обслуживания, но не может его получить. Отсюда нарастает и множество других проблем, в частности нехватка линз для источников, контроллеров, блоков и практически всей номенклатуры запчастей. Помимо того, что производители официально отказались поставлять эту продукцию, в начале весны оказался закрытым и параллельный импорт товаров через Турцию. Безусловно, в России есть отечественные производители техники не худшего, а иногда даже лучшего качества. Однако переоборудование будет стоить предприятиям очень дорого и отнимет слишком много времени. Г-н Сухов призывает всех участников рынка объединиться и сплотить ряды.

Текст: Анастасия Семёнова