Семинар «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» (рис. 1), организованный компанией «Лазерный центр» в рамках конференции «Оптика лазеров» (Санкт-Петербург, c 4 по 8 июня), еще раз подчеркнул, насколько многогранно индустриальное применение лазеров. Выступающие не только привели впечатляющие примеры, которые отвечают насущным задачам, но и обозначили перспективные направления, развитие которых без лазерных технологий трудно представить. Было сделано 16 докладов и сообщений для 117 участников.
Рис. 1. Открытие семинара президентом Лазерной ассоциации И. Б. Ковшом
Так, о широком спектре внедрений лазерных технологий для уральских предприятий: резки, сварки, термоупрочнения на изделиях, в т. ч. из титановых и алюминиевых сплавов, сообщил генеральный директор ЗАО «РЦЛТ», председатель Совета Ур РЦ ЛАС А. Г. Сухов (рис. 2, 3, 4), а об интересных решениях на базе термоупрочнения, наплавки и сварки для промышленных предприятий г. Владимира — С.В. Калистов из ООО «НТЛТ».
а) б)
Рис. 2. Передний отсек из алюминиевого сплава АМг6 (а) и рекуператор/теплообменник шахтной печи из нержавеющей стали 08Х18 Н10 Т (б), сваренные лазерами в ЗАО «РЦЛТ» (г. Екатеринбург)
а) б)
Рис. 3. Пример лазерной вырезки высокоточных отверстий в лопаткодержателе — а) и отверстий в стенке жаровой трубы авиадвигателя — б) в ЗАО «РЦЛТ» (г. Екатеринбург)
Рис. 4. Лазерное термоупрочнение зубьев колеса конического диаметром 400 мм из Ст 45
Профессор Университета ИТМО В. П. Вейко подчеркнул всеобъемлющее проникновение лазерных технологий в современную индустрию, процитировав известное выражение о том, что «в конструкции современных аудиоплееров (iPod) и мобильных устройств типа iPhone очень трудно найти хотя бы одну деталь, которая изготавливается без участия лазерных технологий» (G. Overton, S. G. Anderson, T. Hausken, D. A. Belforte. Optoelectronics report. V.16. N1. 2009). Основной акцент докладчик сделал на ключевой технологии обработки диэлектриков — абляции вещества лазерно-индуцированной плазмой методами микроструктурирования: LIPAA, LIBDE, LIBBH и др., определив основные параметры ЛИМП для обработки. Перспективы метода: 3D-объемная обработка прозрачных сред за счет отрыва плазмы от поверхности или ее прямого возбуждения в объеме среды комбинированным воздействием фсек/пксек- или нсек-плазмы; повышение эффективности, точности и других параметров метода за счет применения плазмы других диапазонов длительности импульсов (фсек и пксек) и длин волн (УФ и др.). Как говорят, новое — это хорошо забытое старое. В. П. Вейко напомнил о полученном им еще в 1969 году авторском свидетельстве (АС) на способ прошивки отверстий в прозрачных пластинах, позволивший успешно решить сложнейшую в то время задачу — сверление алмазных фильер.
Лазерные технологические комплексы на базе СО2‑лазера для лазерной резки от известной фирмы TRUMPF имеют заслуженную за десятки лет эксплуатации самую высокую репутацию, обеспечивая надежную, качественную, производительную работу в двух-трехсменном режиме работы. Лимитирующим ресурс работы комплекса вляется лазерный источник, который из-за коррозии после эксплуатации более пяти лет может потребовать замены. При этом все остальные модули комплекса возможно эксплуатировать еще не менее десяти лет. Если сравнить экономическую эффективность замены СО2‑лазера на аналогичный по мощности волоконный лазер с учетом его более высоких надежности и ресурса работы, а также существенного снижения эксплуатационных затрат, то окупаемость ускоряется более чем в 2 раза. ООО «СП «Лазертех» (СПб) имеет многолетний опыт эксплуатации и даже восстановительного ремонта таких лазерных комплексов фирмы TRUMPF. И, как сообщил в своем докладе генеральный директор ООО «СП»Лазертех» С. Н. Смирнов, недавно в компании была разработана и реализована методика модернизации по замене СО2‑лазера фирмы TRUMPF на волоконный источник излучения от ООО НТО «ИРЭ-Полюс». Для многих российских пользователей, которые планируют замену лучевых источников на своих аналогичных комплексах, находящихся в длительной эксплуатации, предлагаемый вариант модернизации и имеющийся опыт представляют безусловный интерес.
В. И. Юревич рассмотрел проблемы композиции оптических прецизионных лазерных технологических установок для обеспечения геометрии контура обработки, а также решения оптических задач по: обеспечению энергетического размера лазерного пучка в требуемом поле обработки, визуализации процесса, распознаванию объекта. Была предложена концепция разработки системы высокой мощности для прецизионных применений — оптического тракта с формированием необходимого профиля распределения плотности мощности конкретного лазерного источника, получением рабочего пучка с яркостью и геометрическими размерами, обеспечивающими максимальную скорость лазерной обработки. При этом, предпочтение отдается системе с дифракционно ограниченным пучком.
О. Ю. Трошинкин, генеральный директор представительства фирмы Trotec (Австрия) в России, прокомментировал технологические и технические решения в лазерной обработке неметаллических материалов.
М. В. Кузнецов рассмотрел проблемы и перспективы применения аддитивных и сварочных технологий, результаты разработки оборудования для изготовления крупногабаритных изделий методом прямого лазерного выращивания СПбМГТУ и Институтом лазерных и сварочных технологий (рис. 5). Прямым лазерным выращиванием уже получены изделия диаметром до 0,5 м, в т. ч. для ОДК. Предполагается выйти на изготовление изделий диаметром до 2 м в соответствии с пожеланиями заказчиков от ВПК.
Рис. 5. Изделия, полученные методом прямого лазерного выращивания Морским техническим университетом и ИЛиСТ (СПб)
Рис. 6. Новая технология обработки штамповой стали: а) стандартная технология, б) технология laserbarking, в) технология laserbarking с функцией superbarking
О разработке и патентовании нового способа лазерной гравировки — superbarking® (рис. 6), позволившего существенно повысить ее качество, сообщил генеральный директор ООО «Лазерный центр» (СПб) С. Г. Горный.
А директор компании по инновациям И. Н. Фоменко рассказал о программе и стратегии разработки и поставки предприятием лазерных станков промышленного назначения. «Лазерный центр» проводит глубокие исследования и расчеты для оптимизации сканеров и оптических систем и в целом лазерных установок для маркировки и гравировки, других процессов лазерной обработки материалов с целью обеспечения для конкретной технологической задачи оптимального соотношения «цена-качество», выбирая необходимые устройства и механизмы для двух-трехмернойобработки требуемых габаритов применительно к конкретному изделию.
В авиации, судостроении, медицине и многих других отраслях очень актуальна проблема управления гидрофобными/гидрофильными свойствами поверхности, ее смачиваемостью — за счет управления поверхностной микрогеометрией, ее видом и степенью шероховатости. Университет ИТМО и «Лазерный центр» предложили метод лазерного структурирования поверхности конструкционных и функциональных материалов для управления смачиваемостью поверхности стали и титана, а также других материалов. Р. М. Яцук, магистрант Университета ИТМО, сообщил о результатах таких исследований, о влиянии режимов лазерного воздействия на угол смачивания поверхности стали и особенностях получения биосовместимых рельефов на металлических поверхностях протезов и титановых зубных имплантов, способах улучшения регенерации тканей с модифицированными поверхностями (рис. 7).
а)
б) 
Рис. 7. Лазерное структурирование поверхности стали для управления ее смачиваемостью — а) и влияние режимов лазерного воздействия на угол смачивания поверхности стали — б)
Г. В. Одинцова (Университет ИТМО) сообщила об успешной разработке и патентовании технологии цветной маркировки металлов Colorit с высоким разрешением и возможностью защиты продукции различных производителей от фальсификации (рис. 8). Цветное изображение можно получать на нержавеющей стали, титановых и медных сплавах, тугоплавких металлах. Университетом ИТМО, совместно с ООО «Лазерный центр» разработана технология получения лазерных голографических защитных меток на поверхности металлов в три этапа:
1) разработка аутентификационного шаблона;
2) запись изображения с необходимой ориентацией лазерноиндуцированных поверхностных периодических структур;
3) считывание изображения на сканере и сравнение с шаблоном.
Рис. 8. Образцы цветной лазерной маркировки по технологии «Colorit» а) корпус электронной сигареты (титан), б) визитница (сталь), в) стоматологический абатмент (титан), г) сувенирная картина (сталь)
Защита обеспечивается визуальными признаками: изменением цвета и изображения, наличием эффекта движения отдельных элементов при рассмотрении под различными углами; скрытыми признаками: точным совпадением колориметрических координат при сравнении с ранее разработанным шаблоном в результате считывания изображений, наличием различных методов формирования структур по поверхности.
АО «Научные приборы» является ведущим российским предприятием, серийно выпускающим лазерные системы для лазерной гравировки и персонализации высокозащищенных ID-документов. В активе предприятия — высокотехнологичные разработки в области технологий формирования изображений фотографического качества с использованием волоконных лазеров. Как сообщил генеральный директор В. А. Елохин, компанией в сотрудничестве с НИИ Гознака были проведены разработки новых защитных элементов, которые могут применяться для изготовления ID-документов широкого применения. Также у предприятия имеются собственные инновационные разработки защитных элементов на базе технологий лазерной деметаллизации и стеганографии, некоторые из которых защищены патентами. Оборудование компании, обеспечивающее выпуск ID-документов, успешно эксплуатируется крупнейшими полиграфическими комбинатами страны, а также Министерством обороны, где оно используется для выпуска электронных карт военнослужащих. В настоящее время лазерный персонализатор «Штрих‑2017» признан наиболее перспективным для применения в проекте МВД по реорганизации системы выпуска водительских удостоверений, поскольку является отечественной разработкой, обеспечивающей высокое качество персонализации и надежность, проверенную временем (рис. 9).
Доклады, представленные на семинаре, вызвали у слушателей неподдельный интерес — порадовали новые разработки в области лазерных технологий, открытия и находки в, казалось бы, уже десятки лет применяющихся, хорошо знакомых технологиях маркировки и гравировки, а также их глубина и качество исследований.
Рис. 9. а) Лазерный персонализатор «Штрих‑2017», б) водительское удостоверение нового поколения
А. Г. Игнатов,
ООО НПП «Лазерные системы» (СПб),
член Коллегии национальных экспертов стран СНГ
по лазерам и лазерным технологиям 2005–2021 гг.,
эксперт МИНобра и науки в научно-технической сфере
е‑mail: laseris-spbo@yandex.ru
