Развитие отечественных лазерных производств и технологий — это эффективный путь достижения технологического суверенитета страны.

 

Современный этап промышленно-­технологического развития России в значительной степени напоминает обстановку, в которой оказалась страна примерно сто лет назад. Тогда оказавшееся во враждебном окруженим руководство СССР искало пути наращивания индустриальной мощи государства, сегодня после введения беспрецедентных санкций необходимо развивать своё производство на базе передовых наукоёмких технологий.

 

Как хорошо известно, одними из важнейших таких технологий являются технологии фотоники, основанные на передаче энергии или информации пучком лазерного излучения (рис. 1, 2). В развитых странах фотоника признана одним из основных локомотивов инновационного развития современной экономики, и её развитию и практическому использованию уделяется сегодня большое внимание.

 

Рис. 1. Лазерная сварка

Рис. 2. Лазерная резка

 

 

Вопросы текущего развития этой отрасли в России обсуждались на круглом столе «Импортозамещение: защитные конструкции на основе титанокомпозитов. Лазерные технологии как эффективный инструмент производства в расширении кооперационных связей предприятий ОПК», проходившем 16 августа 2022 года в рамках форума «Армия–2022» в конгрессно-­выставочном центре «Патриот» в подмосковной Кубинке (рис. 3). Его организатором уже в третий раз выступил Региональный центр лазерных технологий (РЦЛТ), который является постоянным участником форума с 2015 года, демонстрируя возможности лазерных технологий для обработки титана и не только.

 

Рис. 3. Круглый стол в рамках форума «Армия». 

 

 

Развёрнутый доклад о развитии и роли лазерных технологий на конференции сделал президент международной Лазерной ассоциации профессор Иван Борисович Ковш.

 

Лазерный луч стал универсальным инструментом для обработки материалов, что предопределило его использование в машиностроении в самых разных технологиях. И если ещё 10–15 лет назад лазерные технологии были для большинства наших производственников ­чем-то новым и необычным и вопрос для них стоял так: «А нам это надо? Что нам это даст?» — то сегодня вопрос стоит совершенно иначе: «Как быстрее это освоить с минимальными затратами и максимальным техническим и экономическим эффектом?» Наша страна была одним из пионеров в части создания лазерной техники и практического использования её в промышленности. К середине 70‑х годов у нас выпускалось лазерных станков для электронной промышленности столько же, сколько во всём остальном мире, в 1969 г. на заводе АЗЛК было осуществлено первое в мире внедрение лазерной технологии в серийное машиностроительное производство — с помощью CO2‑лазера мощностью 1кВт осуществлялось упрочнение трущихся поверхностей в блоке дифференциала заднего моста автомобиля, что дало двой­ной ресурс этого узла. В 1976 г. на заводе «Красный пролетарий» впервые внедрили в серийное производство машины лазерной сварки с 7кВт-лазером, изготовленным в НПО «Астрофизика», начали сваривать ступенчатый блок шестерён токарного станка 16 К20 — выход годных вырос на порядок по сравнению с использовавшимся до этого склеиванием (вытачивание этого блока из цельного куска стали делало его недопустимо дорогим, а электросварка не обеспечивала нужной точности).

 

В 1989 г. в стране была принята государственная целевая программа «Развитие лазерной техники и технологии для машиностроения и металлообработки «Гиперболоид–95», давшая мощный толчок развитию производства мощных технологических лазеров и станков на их основе.

 

Несмотря на прошедшие непростые времена, отечественные производители лазерного оборудования организовали производство широкой гаммы этой продукции. В настоящее время 34 наших предприятия заняты выпуском лазерных технологических комплексов, среди производителей — крупные производственные корпорации и малые предприятия, научно-­технические центры, отраслевые НИИ и даже академические институты и университеты. Российских резидентов — 31 (8 регионов РФ), ещё 3 предприятия расположены в Белоруссии. Всего на рынке предлагается более 330 моделей такого оборудования (данные на март этого года), по функционалу их можно разделить на несколько групп, справочно указано число выпускаемых моделей:
1. Размерная обработка
1.1. Резка, в т. ч. газолазерная — 130
1.2. Абляционная резка — 3
1.3. Прошивка отверстий и фрезерование — 35
1.4.  Обрезка облоя — 2
2. Сварка и пайка
2.1. Шовная сварка — 89
2.2. Точечная сварка — 16
2.3. Лазерно-­дуговая сварка — 5
2.4. Пайка — 17
3. Нанесение маркирующей информации или рисунка
3.1. Гравировка — 57
3.2. Маркировка — 59
3.3. Лазерная запись в объёме — 3
4. Модифицирование поверхностного слоя
4.1. Закалка — 24
4.2. Наплавка — 34
4.3. Структурирование — 2
4.4. Очистка поверхности — 14
5. Аддитивные технологии
5.1. Послойное селективное сплавление или спекание  — 5
5.2. Лазерная стереолитография — 3

 

Достоинства лазерных технологий обработки материалов заключаются в целом ряде факторов:
1. Локальность воздействия, отсутствие контакта с обрабатываемым изделием. Возможность быстрой обработки нежёстких изделий.
2. Универсальность, возможность обработки различных материалов, в т. ч. особо твёрдых, хрупких, композиционных и т. д.
3. Высокая скорость и точность обработки в различных геометриях. Обеспечение высокой производительности.
4. Отсутствие потребности в финишных операциях. Сокращение сроков обработки и трудозатрат.
5. Высокая степень автоматизации, быстрота перенастройки лазерного оборудования. Обеспечение гибкости производства.
6. Энергосбережение, минимизация отходов. Экономия материалов и энергии.
7. Экологическая чистота. Возможность размещения лазерного оборудования в любых районах.
8. Возможность комбинирования с другими видами обработки.
9. Высокая экономическая эффективность (при грамотном использовании всего технологического комплекса лазерного оборудования).
10. Возможность реализации принципиально новых технологических и конструкторских решений.

 

Второе направление внедрения лазерных технологий в машиностроении — освоение измерительного и диагностического оборудования фотоники. Оно тоже активно предлагается отечественными производителями (35 организаций). Номенклатура их продукции весьма широка — около 140 моделей, в т. ч.:
1. Линейные измерения — 45 моделей
1.1. Линейные угловые размеры, расстояния, перемещения — 15
1.2. Скорости, ускорения, потоки масс (расходы) — 10
1.3. Отклонения от плоскостности и прямоугольности — 1
1.4. Деформации и смещения в поверхностных слоях — 19
2. Дистанционное зондирование — 40 моделей
2.1. Диагностика состава поверхностного слоя — 6
2.2. Диагностика состава газовых смесей параметров аэрозолей — 8
2.3. Дистанционный контроль состояния объектов — 26
3. Техническое (машинное) зрение — 42 модели
3.1. Диагностика вибраций и биений — 5
3.2. Дистанционный контроль формы и размеров, расстояний между ними — 7
3.3. Распознавание образов, скрытых изображений — 2
3.4. Пространственный контроль при монтаже конструкций — 28
4. Улучшение видимости объекта — 10 моделей
4.1. Анализ микро- и нанообъектов — 9
4.2. Интроскопия — 1

 

Применение лазерных технологий сегодня имеет первостепенное значение, поскольку они позволяют реализовать принципиально новые технологии изготовления различных изделий и узлов, контроля их качества и управления производственными процессами.
Например, можно прямо утверждать, что современная микроэлектроника существует в том виде, в каком мы её знаем, только благодаря применению лазеров. То же можно сказать и о точном машиностроении, и о приборостроении в передовых индустриально развитых странах.

 

Примеры эффективного использования лазерных технологий на отечественных предприятиях весьма многочисленны, но наши возможности в этой области используются далеко не в полной мере.

 

К сожалению, в России отсутствует единый государственный орган, который бы координировал работу в области лазерных технологий фотоники, хотя их созданием занимаются более 800 отечественных организаций. Единственной общеотраслевой организацией является созданная в 1990 году неправительственная и некоммерческая Лазерная ассоциация (ЛАС), действующая на территории стран СНГ. Организации–­члены ЛАС выпускают 90% 
отечественной лазерной продукции и публикуют 70% всех научных статей по лазерной тематике на русском языке.

 

Главная задача ЛАС состоит в оказании помощи своим членам в следующих областях:
1. Информационное обеспечение работ.
2. Анализ и экспертиза, консалтинг.
3. Организация сотрудничества, в т. ч. международного.
4. Повышение квалификации.
5. Развитие инновационной деятельности.
6. Взаимодействие с органами государственной власти.

 

В 2011 г. ЛАС организовала российскую отраслевую технологическую платформу (ТП) «Инновационные лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии — фотоника», в составе которой восемь рабочих групп с 16 подгруппами, за каждой из которых закреплён конкретный сектор фотоники.
1. Элементная база фотоники.
1.1. Оптические материалы и компоненты.
1.2. Волоконные световоды и волоконно-­оптические компоненты.
1.3. Оборудование для обработки материалов фотоники.
1.4. Узлы и устройства фотоники для научного приборостроения.
2. Метрологическое обеспечение фотоники.
3. Лазерные производственные технологии.
3.1. Лазерная макрообработка промышленных материалов.
3.2. Лазерная микрообработка.
3.3. Контрольно-­измерительные и диагностические технологии фотоники для обрабатывающей промышленности.
3.4. Аддитивные технологии.
4. Фотоника в медицине и науках о жизни.
5. Фотоника в сельском хозяйстве и природопользовании.
6. Информационно-управленческие технологии и системы фотоники.
6.1. Лазерные информационные системы.
6.2. Оптико-­электронные технологии.
6.3. Фотоника в навигации и геодезии.
6.4. Оптическая сенсорика.
6.5. Голографические технологии.
7. Оптическая связь и фотонная информатика.
7.1. Волоконно-­оптические линии связи (ВОЛС) и их комплектующие.
7.2. Радиофотоника.
7.3. Квантовые технологии.
8. Полупроводниковая фотоника. Нанофотоника.

 

 

Эксперты технологической платформы и секретариат Лазерной ассоциации оказывают конкретную помощь всем организациям, заинтересованным в освоении лазерных технологий. Мы предлагаем такие возможности:
1. Поиск на отечественном рынке готового оборудования и возможных поставщиков.
2. Рекомендации по возможным разработчикам нужных лазерных технологий.
3. Рекомендации по центрам инжиниринга для разработки оборудования под конкретное производство.
4. Организация ознакомительных визитов и консультаций специалистов нужного профиля.
5. Рекомендации по организации модернизации имеющегося ЛТО зарубежного производства.
6. Организация поиска нужного оборудования из дружественных стран.
7. Организация повышения квалификации инженеров-­технологов в области лазерных технологий.
8. Обучение на курсах лазерной безопасности.
9. Поиск нужных специалистов через региональные центры.

 

Другие выступавшие на круглом столе привели многочисленные примеры эффективного решения производственных задач на предприятиях ОПК с помощью лазерных технологий. Наиболее подробно были представлены результаты, полученные при работе с титаном — одним из наиболее востребованных в целом ряде критически важных отраслей металлом, который, к сожалению, исключительно труден в обработке. Уральские специалисты — сотрудники РЦЛТ — разработали лазерные технологии резки и сварки титана, обеспечивающие нужное заказчикам качество изделий и, по существу, создали практические возможности для существенного расширения ассортимента изделий из титана и его сплавов и удешевления такой продукции. На стенде РЦЛТ на выставке «Армия–2022» были представлены весьма впечатляющие примеры высокоточных крупногабаритных конструкций из титана, выполненных с использованием разработанных на этом предприятии уникальных технологий объёмной лазерной резки и сварки (рис. 4).

 

Рис. 4. Крупногабаритная конструкция из титана, выполненная с помощью технологий лазерной сварки и резки. Cтенд ЗАО «РЦЛТ»
 

 

Участники круглого стола пришли к единодушному выводу, что лазерные технологии должны внести существенный вклад в скорейшее серьёзное технологическое перевооружение промышленных предприятий как военного, так и гражданского сектора экономики. Общую коллективную точку зрения выступавших можно подытожить так: лазерные технологии необходимы для обеспечения устойчивого опережающего развития ОПК, диверсификации производства, расширения выпуска продукции гражданского и двой­ного назначения, достижения технологического суверенитета страны.
 

 

Литература

1. https://www.rusarmyexpo.ru/business_program/42715/42945.html

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 6-2022