Воскрешение лазера

Тренды и перспективы высокотехнологичной отрасли металлообработки.

Текст: Филипп Хорват

Иллюстрация: Annastasy

В непростых условиях внешнего санкционного давления российская промышленность в последние годы изыскивает разные способы эффективной модернизации производства и оптимизации расходов при налаживании рабочих процессов. Особую роль в этом деле играет системный выпуск высокотехнологичного лазерного оборудования, с которым в РФ в последние годы не так все благостно, как хотелось бы.

Лазерным лучом по металлу

Новейшие лазерные технологии и фотоники (направления оптоэлектронных обрабатывающих устройств) наряду с цифровизацией определяют лицо разворачивающегося в наше время шестого технологического уклада в промышленности. Одна из его основных черт заключается в развитии технологий, позволяющих работать на производстве без активного участия человека.

Лазерные технологии считаются инновационными, поскольку лучи такого оборудования режут металл эффективнее, чем при классической фрезеровке. Помимо этого, лазеры позволяют проводить операции сварки, закалять и упрочнять изделия из стали и сплавов – в РФ востребованными в обрабатывающей промышленности лазерными операциями до сих пор остаются как раз раскрой и сварка. Новейшие технологии применяются также при термообработке веществ, сверлении отверстий, в процессах маркировки и гравировки. По мнению некоторых экспертов, именно развитие лазерных технологий в металлообработке позволит в ближайшие годы увеличить их долю до 50% от числа всех производственных операций.

Лазерная термообработка при помощи газовых CO2-установок используется сегодня практически во всех промышленных отраслях: в металлургии, нефтегазодобыче, станкостроении и инструментальном производстве, а также при производстве двигателей, в мотостроении, в авиационной, космической, атомной индустрии.

Передовые лазерные технологии помогают не только менять и модифицировать различные металлы. Качественная лучевая обработка в разы повышает прочность, долговечность и износостойкость различных деталей, тем самым повышая их производственный ресурс.

Активно в последние годы развиваются и аддитивные технологии печати изделий на промышленных лазерных 3D-принтерах.

Значение лазерных технологий для машиностроения довольно высоко. При их использовании отпадает необходимость перенастройки в момент смены производственного направления, что важно для быстрого переключения на выпуск деталей различных форм и конфигураций. От человека, по сути, требуется только изготовление чертежей и их ввода в компьютерную программу управления лазером: все это снижает затраты на стоимость готовых изделий и увеличивает производительность предприятий.

Общемировой рынок промышленных лазерных технологий

Согласно данным исследования Laser Technology Global Market Report 2023 американской технологической компании ReportLinker, мировой рынок промышленного лазерного оборудования оценивается в 13,82 млрд долл. при постоянном ежегодном увеличении на 10,4%. Анализ происходящих процессов показывает, что тенденции роста индустрии сохранятся: к 2027 г. рыночный объем может достигнуть 20,11 млрд долл.

В признанных лидерах по развитию и использованию лазерных технологий сегодня находятся США и Китай. При этом наибольшей востребованностью на международном рынке пользуется лазерное оборудование для промышленной обработки материалов. Европа импортирует для внутренних нужд не менее 19% такой аппаратуры, Северная Америка – 16%, на Китай приходится 35% от общих закупок современных инструментов обработки металла. Среди ключевых игроков международного масштаба, занятых в производстве и продаже лазерного оборудования, значатся такие корпорации, как TRUMPF, IPG, Coherent Corp., Han's Laser Technology Industry Group Co. Ltd, Lumentum Operations LLC.

Данные исследования демонстрируют тенденцию наибольшего роста в сегменте волоконных лазеров, использующих при обработке материалов кварцевое оптическое волокно. Доля такого рода оборудования выросла на протяжении последних 10 лет в разы – с 15% до 50%, причем драйвером увеличения потребностей стала отрасль микроэлектроники в странах первого мира.

Растет спрос и на газовые промышленные лазеры (CO2-лазеры), которые обычно используют для выборочной термообработки и закалки металлических компонентов. Объем мирового рынка CO2-лазеров в 2022 г. оценивался в 514,5 млн долл., а к 2029-му эксперты прогнозирует его увеличение до 713,6 млн долл. при среднегодовом приросте в 4,8%.

Китайский след

Растет востребованность лазерного промышленного оборудования и в России. Согласно данным отраслевых аналитиков, сегодня страна находится на 11-м месте по экспорту и импорту промышленных лазеров. Общий объем рынка оценивается в 1 млрд долл. (по состоянию на 2021 г.), а востребованность лазеров в различных отраслях колеблется в пределах 10-15%.

После ухода из РФ многих западных производителей заметен рост интереса в первую очередь к аппаратуре повышенной мощности: если раньше для производственных нужд покупали технику 1,5-3 кВт, то сейчас популярностью пользуется оборудование с 6 до 12 кВт. В 2021 г. доля лазерных станков мощностью выше 12 кВт не превышала 10%, тогда как сегодня этот показатель превышает 35%.

Основные изменения спроса коснулись прежде всего оптоволоконных лазеров, чьи модели в последние годы становятся компактнее по размерам с сохранением мощности. Машины с мощностью от 40 кВт конкурируют со станками плазменной резки, хотя в России использование оборудования мощностью выше 20 кВт явление пока редкое.

Как отмечают сами промышленники, обслуживание лазеров значительно выгоднее, чем при использовании классических систем оборудования обработки металлов. При работе на производстве с плазменной установкой расходники – электроды и сопла – нужно менять 2-3 раза за смену, в то время как один лазерный комплект служит 2-3 недели.

Положительно оценивают промышленники использование лазеров и с точки зрения последующей обработки после производственного цикла. В изготовленных изделиях не нужно зачищать швы, а скорость выполнения операций выше в 1,5-2 раза по сравнению с традиционными сварочными работами.

Если говорить об иностранных поставщиках лазерного оборудования в Россию, то здесь в лидерах пока что Китай. Однако многие производители из КНР не могут обеспечить достойного качества лазеров и хорошего сервисного обслуживания своей аппаратуры. Поэтому до сих пор, несмотря на санкционную политику, в конкурентах у китайских поставщиков производители лазерных установок из США, в частности одна из крупнейших на мировом рынке американская компания IPG.

Туманное будущее

По мнению отраслевых экспертов и аналитиков, в России в ближайшие годы тенденция увеличения спроса на лазерное оборудование только укрепится. Это связано с его удешевлением и постоянным развитием технологий – сейчас, к примеру, набирают популярность методики сканирования лазерной резки для обработки нержавеющих сплавов, алюминия, латуни и меди.

В самой РФ сегодня действует несколько десятков производителей отечественного лазерного оборудования, применяемого в различных отраслях промышленности. Специфика работы таких предприятий, однако, такова, что выпускается мелкосерийное оборудование, заточенное на тот или иной промышленно-хозяйственный сектор. Крупных национальных производств лазерного оборудования, которые могло бы всерьез конкурировать с иностранными компаниями, в России до сих пор нет. И в ближайшей перспективе вряд ли такие появятся.

Одна из основных проблем крупномасштабного развития отрасли заключается в отсутствии господдержки: производство лазерного оборудования просто не считается приоритетным. Структура российского рынка такова, что хорошо себя чувствуют предприятия, имеющие поддержку крупных концернов (вроде Росатома, Ростеха, Роскосмоса и т. д.). Среди таких предприятий занимающихся лазерными технологиями единицы.

По сути, организация и запуск сети подобного рода предприятий под эгидой государства с целенаправленной бюджетной поддержкой уже могли бы всерьез изменить ситуацию в сфере разработки и производств лазерного оборудования. И, возможно, лет через 10 Россия могла бы полноценно конкурировать с гигантами мирового рынка из Китая и США. Однако стратегического государственного подхода, четко оформленного заказа на внедрение в промышленность лазерных технологий по-прежнему нет. Что печально: видимо, через какое-то время России опять придется догонять в той отрасли, все предпосылки для активного развития которой вполне сложились уже сейчас.