- RU
- ENG
Универсальный токарно-винторезный станок модели CS6266Bх1500 (Ø660 х 1500 мм)Страна: КитайПроизводитель:
Эпоха лазеров началась в середине XX века. Ранний этап становления отрасли был отмечен стремлением потребителей лазерных технологий и производителей лазерного оборудования к взаимному обогащению, чтобы максимально приблизить свою продукцию к требованиям рынка. Первый экономически значимый результат по прибыли, заметный на рынке, был достигнут примерно в 1970 году. С этого момента ежегодный экономический рост отрасли составил приблизительно 20%.
Этапы развития лазерной отрасли в мире:
В 2006 году мировой рынок промышленных лазеров и лазерных услуг выглядел приблизительно следующим образом:
Продано лазеров (по количеству единиц лазерного оборудования):
9% - для резки
46% - для маркировки
45% - для иных целей
Доходы от продаж лазерных систем распределились следующим образом:
40% - системы для резки
15% - системы маркировки
45% - системы для иных применений
МАРКИРОВКА И ГРАВИРОВКА
Эта часть рынка генерирует почти 15% от всего дохода рынка лазерных систем. В 2006 году было продано и установлено почти 16000 твердотельных и СО2 лазерных маркеров. Пожалуй, на сегодня это наиболее сформировавшийся и зрелый рынок, хотя бы с той точки зрения, что лазерные маркеры - это продукт, наиболее полно отвечающий требованиям конечных пользователей по удобству и безопасности оборудования, по гарантийным обязательствам производителей и постгарантийной поддержке, с наиболее глубоко проработанными технологиями и программным обеспечением.
РЕЗКА
Резка листового металла - это еще один пример внедрения лазерных технологий в глобальном масштабе. И в Китае, и в Мексике, и в Канаде режут одинаковый листовой металл - инструментальную, нержавеющую сталь, алюминиевые сплавы - примерно с одними и теми же толщинами, скоростями и производительностью (табл. 1). Малые предприятия по оказанию лазерных услуг завоевывают рынок благодаря гибкости подходов к работе, быстрым срокам исполнения заказов и их доставкой в любую точку мира. Поэтому неудивительно, что лазерный раскрой металла уверенно потеснил традиционные технологии, такие как плазменная и гидроабразивная резка.
Мощность лазерных источников растет вместе с ростом требований к производительности раскройных установок и к толщине раскраиваемого металла. Если в 70-х гг. мощность самых распространенных СО2 установок составляла 500 Вт, то сегодня станки, оборудованные твердотельными и СО2 лазерами мощностью ниже 2,5 кВт, мало востребованы. Лидирующие производители станков ориентируются на уровни мощности 5-6 кВт. Наилучшим образом этот факт иллюстрирует сравнительная таблица (табл. 1) параметров лазерных станков для двумерной (2D) резки, составленная по материалам The 2D System Buyer's Guide журнала The Fabricator (США). Только мощные волоконные лазеры производства IPG Photonics демонстрируют почти в три раза более высокую эффективность резки по сравнению с С02 лазерами. [2], поэтому волоконный лазер 1 кВт следует сравнивать с С02 - 3 кВт.
В остальном, на сегодняшний день технологический уровень станков лазерного раскроя металла достиг такого уровня, что производительность и качество резки у всех предприятий очень близки. В связи с этим сильно снизились цены на услуги резки. Например, в США 4000 лазерных предприятий с трудом удерживают достаточную доходность только на этой услуге. Чтобы повысить доходность, им приходится не только увеличивать производительность за счет скорости, но и оптимизировать раскладку деталей на листах для уменьшения объема отходов, оптимизировать форму контура реза детали под лазерную резку, что позволяет увеличить скорость обхода углов, снизить количество врезок, а также уменьшить процент брака. Российские предприятия, сталкиваясь с подобными проблемами, также решают их за счет увеличения производительности и расширения ассортимента лазерных услуг.
Компания ThomasNet.com провела неформальный опрос лазерных предприятий о предоставляемых услугах. Результаты оказались следующими: компаний, занимающихся раскроем листового металла примерно в два раза больше тех, которые предоставляют услуги сварки. И во столько же раз больше тех, которые занимаются и сваркой, и резкой. При этом только 10% опрошенных компаний предлагают услуги мультикоординатной резки и сварки.
За последние два года производители лазерного оборудования совершили реальный технологический прорыв. Например, компания Mitsubishi [3] предлагает оборудование с таким уровнем проработки систем подачи газов и системы управления станком, благодаря которым оператор тратит лишь 15 минут на смену режущей головки для резки черного металла толщиной 14-16 мм на головку для 3D сварки на том же станке. Аналогичные эксперименты по проведению резки и сварочных работ на одном и том же станке со сменными головами уже проводятся в России в Дубне.
СВАРКА
Около 11% твердотельных и СО2 лазеров интегрированы в сварочные системы, применяемые в самых разных отраслях, начиная от микросварки в производстве стоматологического и хирургического инструмента и заканчивая сваркой кузовов в автомобильном производстве.
Любая сварка (процесс и оборудование) ориентирована на конечный продукт. И лазерная - не исключение. Хотя, как правило, лазерную сварку используют для новых производств, а не рассматривают в качестве возможной замены существующего сварочного оборудования. Это - одна из причин, почему лазерная сварка занимает всего 10-15% всего лазерного рынка.
Производители лазерного оборудования продолжают поиски отрасли, куда можно внедрить большое количество однотипного оборудования. Более всего для этого подходит автомобильная промышленность, где лазеры применяются, в частности, для сварки крыши и рамы кузова. Несмотря на то, что мировая автомобильная промышленность использует для своих нужд не самое большое количество единиц лазерного сварочного оборудования, потребность в нем убывать не будет. Это связано с постоянным появлением новых автомобилей. В список предприятий, использующих лазерную сварку, стоит также включить вагоностроительные заводы и производителей сельскохозяйственного, холодильного, химического оборудования, профессионального кухонного и ресторанного оборудования, мебели, а также рекламно-производственные компании.
Типичным примером применений твердотельных лазерных сварочных систем является сварка корпуса и подвески автомобиля или подвижного состава. Однако и в этих отраслях показатели количества проданных единиц оборудования не рекордное. Но в связи со сложностью и дороговизнои изделия, это направление является наиболее высокодоходным.
МИКРО- И НАНООБРАБОТКА
Приложения этой области относятся к операциям лазерной обработки материалов микронного масштаба. В 2005 году продажа промышленных лазеров в этом секторе отрасли составили примерно 12%, что ниже показателя предыдущего года на 15%. Это снижение носило локальный, временной характер и было связано с общим спадом в мировой микроэлектронной промышленности. По прогнозам в ближайшие десятилетия ожидается резкий рост доли этого направления в мировом лазерном рынке.
Максимальную долю рынка занимают два базовых приложения лазерной микрообработки - прошивка (сверление) сквозных микроотверстий (как в металлах, так и перфорация неметаллов), резка и сверление катетеров. Потенциал первого связан с развитием микроэлектронной промышленности, а второго - с постоянным ростом государственных и частных инвестиций в развитие здравоохранения. Другие приложения, относящиеся к микрообработке - это быстрое прототипирование и нанообработка, то есть обработка материалов с точностью выше 1 мкм. К последнему, как правило, относятся приложения, основанные на процессе лазерной абляции. Типичный продукт - элементы сопел для струйных принтеров, тонкопленочные резисторы с высокой точностью номинала, используемые для авиационных ЖК-дисплеев, фильтры с калиброванными отверстиями высокой точности для медицинских приборов, катетеров и т. д.
Прошивка микроотверстий традиционно проводилась СО2 лазерами с высоким качеством излучения, твердотельными лазерами на гармониках от основного излучения, и в ряде случаев - эскимерными лазерами. Однако в последнее время этот рынок постепенно занимают волоконные лазеры.
СТРУКТУРА МИРОВОГО РЫНКА ПО ТИПАМ ЛАЗЕРОВ
До сих пор СО2 и твердотельные лазеры были наиболее популярными в силу отработанности технологий, технической стабильности оборудования, развитой системы поддержки и обслуживания систем. Но появление мощных волоконных лазеров подвинуло их позиции на рынке. Пока эти лазеры остаются дорогими, но дальнейшее развитие технологий несомненно приведет к снижению их стоимости.
Лазерные источники других типов - эксимерные и диодные - продолжают стабильно занимать небольшую долю рынка, связанную с фотолитографией и микрообработкой.
В 2006 году лазерный эксперт Дэвид Белфорте оценил долю СО2 лазеров в 58% по количеству единиц и 52% по прибыли, при интегрировании в системы, их прибыль также составила 52% от продажи систем. Доля твердотельных лазеров (включая волоконные) составила почти 40% по количеству и 44% по прибыли. Доля остальных лазеров составила 2% по количеству, 4% по прибыли от продажи лазеров и 2% по прибыли от продажи систем.
Мощные СО2 лазеры демонстрируют отличные эксплуатационные показатели ($ за Ватт). Производители slab СО2 лазеров добились высокого качества излучения уже для машин мощности 6 кВт. Интенсивное развитие мощных технологических диодных и волоконных лазеров снизило аналогичный показатель для этих лазерных источников до $40/Ватт. Это привело к оживлению интереса пользователей станков.
ДУМАЯ О ДИЗАЙНЕ, НЕ ЗАБЫВАЙ О ЛАЗЕРАХ
Как повысить эффективность внедрения лазерных технологий в промышленность? Этот вопрос надо адресовать проектировщикам и конструкторам, работающим над дизайном следующего поколения продукции, поскольку ее себестоимость и качество на 70% закладывается на этапе проектирования. Для этого надо разработать и сделать доступной соответствующую документацию по требованиям к допускам, материалам и возможностям лазерных технологий, и еще важнее вырастить поколение специалистов, прошедших высшую школу лазерных технологий. Позитивные сдвиги в этом направлении в России уже наметились – во многих центральных и региональных технических университетах существенно возросло количество кафедр и факультетов лазерных технологий, имеющие прямые связи с промышленными предприятиями.
НАИБОЛЕЕ «ЗРЕЛЫЕ» ДЛЯ ВНЕДРЕНИЙ ПРИЛОЖЕНИЯ
Пока это все те же маркировка (гравировка), резка, сверление, сварка. Но наблюдается повышение интереса со стороны промышленности к внедрению термоупрочнения, легирования, лазерной пайки, прототипирования и микрообработки.
Сравнительная таблица 1, часть 1.pdf
Сравнительная таблица 1, часть 2.pdf
Мария Степанова, к.ф.м.н.
Журнал «РИТМ», декабрь 2007 г.
Литература:
