Вдохновляет ли вас весна на творчество, дает энергию, силы и новые идеи?

Электронные версии
Наука

Свет в волокне

Как в приморскую промышленность внедряют лазерные технологии

Во Владивостоке, на базе Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, готовится к открытию Лазерный технологический центр. Вначале он будет обслуживать Дальзавод, но потенциал у центра огромен: он способен выйти на обслуживание предприятий всего Дальнего Востока. Причем и крупных, и малых.

«Мускулы» есть, ума еще больше

– Лазерный центр – это, по сути, полигон, где испытываются возможности технологических лазеров, – рассказывает директор ИАПУ академик Юрий Кульчин.

Для сотрудников Дальзавода составляется своеобразная инструкция, или, как модно сейчас говорить, дорожная карта: какое оборудование и программное обеспечение должны быть установлены для выполнения конкретных задач с заданным качеством. Учитываются все нюансы – вплоть до нагрузки на фланцы (соединительные элементы).

Лазер выполняет огромный функционал: режет материалы, сваривает их, наплавляет, производит очистку поверхности и т.д. Используемый метод лазерно-порошковой наплавки позволяет в короткий срок провести ремонт и восстановление деталей.

Причем основная работа происходит на атомарном уровне. За тысячные доли секунды к поверхности прикладывается гигантское количество энергии: лазер расплавляет три верхних слоя атомной решетки. Больше не требуется. В этих слоях происходит смешивание порошка и металлической основы. Спайка настолько крепка, что металл в итоге кажется однородным.

Лазерный центр состоит из двух основных частей. Первая – робот-манипулятор. Он представляет собой металлическую «руку» со сменными узлами (механической и лазерной обработки) и блоком управления. По сути, это «мускулы» установки, рабочая сила. А «интеллект», то есть вся научная часть, сосредоточен в нескольких закрытых щитках. В них и располагается технологический лазер.

Одним таким комплексом можно обеспечивать выполнение задач для многих предприятий. С экономической точки зрения это гораздо выгоднее, чем если бы каждая компания проводила подобные работы самостоятельно.

Обработка лазером – это в первую очередь качество: работы ведутся с микронной точностью. Во вторую – сокращение времени производственного цикла и себестоимости продукции. Но главное – это появление таких возможностей, которые раньше были просто недоступны.

Например, на Дальзаводе есть детали ответственного назначения: гребные винты, клапаны диаметром несколько метров. Стоимость подобных изделий – миллионы долларов. Их восстановление связано с огромными денежными и временными затратами. С помощью лазерной технологии эти же задачи решаются в течение нескольких дней. Кроме того, некоторые детали сейчас просто не выпускаются: закрылись профильные заводы. Единичное же производство этих деталей в десятки раз дороже серийного.

Лазерный комплекс, используя современные аддитивные технологии (послойного синтеза), позволяет изготовить любую деталь. Узел механической обработки убирает из куска металла все лишнее, а лазер затем «наращивает» то, что необходимо. Причем открывается возможность использования материалов с любыми наперед заданными свойствами: диамагнетиков, ферромагнетиков, цветных и черных металлов. Лазеру поддается практически все. Например, он может сплавлять даже бронзу со сталью – то, что невозможно сделать другими методами.

Первые шаги

Все это стало реальным благодаря тому, что лазерная технология пережила оптоволоконную революцию: свет научили двигаться по проводам. Дальневосточная наука взяла это на вооружение и приступила к внедрению в производство.

– Как в мире, так и в России лазерным технологиям уделяется самое серьезное внимание, – отмечает академик Кульчин. – В чем особенность нашего центра? Во-первых, налажено конструктивное сотрудничество с компанией IPG Photonics – одним из лидеров в данной сфере.

Кстати, латинская аббревиатура имеет вполне российские корни. IPG – это предприятие, созданное на основе Института радиоэлектроники (ИРЭ) и компании «Полюс» – лидера в разработке технологических лазеров. Первые две буквы как раз и посвящены этим отечественным организациям. Кстати, владелец компании – бывший сотрудник ИРЭ. Сейчас предприятие осуществляет свою деятельность по всему миру. Отделения имеются в Японии, США, Германии, других странах. Очень важно, что компания создает новые – волоконные – виды лазеров.

– Волоконные лазеры в своей области сделали то же самое, что и микрочипы в электронике: резко уменьшили размеры аппаратов, – объясняет Юрий Кульчин. – Например, если раньше в электронике использовались большие транзисторы, а первые компьютеры могли занимать несколько комнат, то теперь миллион транзисторов может содержаться только на одном микрочипе, а соответствующие устройства помещаются в карман. То же самое и с волоконными лазерами. Волокно является активной проводящей и генерирующей средой. От его длины, в частности, зависит мощность установки. Но «длину» эту, то есть волоконные провода, можно свернуть, скрутить и спрятать в щиток.

Еще одно превосходство – высокая эффективность преобразования излучения. Если КПД углекислотного лазера составляет доли процента, то у современных его «коллег» – больше 30 процентов. Это значит, что к аппарату не надо подводить целую электростанцию.

– Перед нами открылись новые возможности применения, – продолжает Юрий Николаевич. – Что может делать лазер? Резать материалы, сваривать их, наплавлять, производить очистку поверхности. Новизна заключается в том, что раньше под лазерным лучом требовалось перемещать саму деталь. А если она громоздкая, весит несколько тонн, как гребной винт? Да еще необходимо соблюдать точность до одного микрона. Возникают проблемы, как ее установить, как правильно закрепить, как добиться надежности и прочее. Сейчас, с появлением новых технологий, лазер можно установить на робота-манипулятора и проводить работы с высокой точностью. Главная задача сегодня – внедрить эти технологии в промышленность Дальнего Востока. Поэтому совместно с ДВФУ и Дальзаводом был разработан крупный проект по организации технологии лазерного восстановления деталей.

И первым шагом к продвижению технологии стало создание на базе ИАПУ лазерного технологического центра. Надо отметить, что ближайший подобный объект расположен в Новосибирске, а у наших ближайших соседей – в Южной Корее и Китае – они и вовсе отсутствуют.

От спутника до плуга

Наработки института в области лазерных технологий можно использовать в судостроительной и судоремонтной отраслях, в сельском хозяйстве, градостроительстве и многих других сферах деятельности.

–Например, мы занимаемся системами спутникового мониторинга, – говорит академик Кульчин. – Но качество показаний спутника зависит от протекающих в атмосфере процессов: какая погода, есть ли облака, рассеяние проходящего излучения или прочие помехи. Поэтому получить при помощи спутника абсолютные значения чрезвычайно сложно. Лазерные технологии позволяют откалибровать произведенные при помощи спутников измерения. С этой целью мы в институте разработали лазерные (лидарные) технологии зондирования атмосферы. В результате комбинирования спутниковых и лидарных измерений мы можем получить полноценную картину.

В будущем планируем создание регионального ситуационного центра спутникового и лидарного мониторинга, который будет следить за состоянием поверхности суши и океана. Благодаря этому, например, возникает возможность контроля рубки лесов с точностью до одного дерева. Также будет возможно осуществлять контроль пожаров, возникающих на территории региона, производить наблюдение за урожаем, следить за использованием земель по назначению, выполнять мониторинг загрязнений.

В прошлом году, например, произошел выброс нефтепродуктов в водной акватории Хасанского района. Определить виновника оказалось невозможно, так как никто не признался в содеянном. Используя разработанные в институте технологии, мы можем не только засечь случаи разлива нефтепродуктов и прочих загрязнений, но и найти виновника.

Также в институте подготовлен большой проект по использованию лазерных технологий, направленных на развитие ТОР на острове Русском. Сейчас эта инициатива отправлена на рассмотрение в администрацию Приморского края. Авторы видят ее развитие в рамках создаваемого на острове Русском технопарка.

– Созданный центр даст малым предприятиям доступ к высоким технологиям, – подчеркивает Юрий Кульчин. – Например, в Приморье существует множество небольших фермерских хозяйств, использующих плуги и прочее оборудование по обработке почвы. От режущей кромки таких приспособлений зависит производительность и качество вспахивания и обработки земли. А земля у нас, как правило, каменистая, лемехи быстро затупляются. Если их обработать с помощью лазера, то износостойкость увеличивается в десятки раз. Естественно, одному фермеру покупать лазер и все приспособления невыгодно. Поэтому с помощью центра мы создадим малое предприятие, которое и будет предоставлять фермерским хозяйствам прямо на месте высокотехнологичные услуги: лазерную заточку, восстановление оборудования и т.д.

Широкое поле деятельности

Чтобы внедрить технологию в производство, одной воли ученых мало. Тут должна быть инициатива руководителей предприятий. Поэтому сотрудничество с Дальзаводом – хороший зачин, способный стать примером.

– Дело новое, и на старте директора предприятий относились к нему с настороженностью. В случае с Дальзаводом, я думаю, сработал профессионализм руководителей, – говорит Юрий Кульчин. – Многие из тех, кто сейчас стоит у руководства заводом, – выпускники политехнического института, профессора, кандидаты наук, инженеры высокой квалификации. Это, наверное, позволяет им видеть ситуацию несколько глубже и объемнее, рассмотреть потенциал применения последних научных достижений. Кроме того, у нас прекрасные отношения с Дальневосточным федеральным университетом. Получился, на мой взгляд, удачный симбиоз образования, науки, промышленности. Сейчас создан костяк – профессиональный и технический. Есть специалисты, которые прошли переподготовку, есть оборудование, есть лазерный центр. Мы полностью готовы к работе. И, в свою очередь, понимаем, что задача перед таким центром будет ставиться шире.

  

Автор : Сергей ПЕТРАЧКОВ

comments powered by Disqus
В этом номере:
​Свободный порт теперь реальность
​Свободный порт теперь реальность

Владимир Путин подписал закон о введении во Владивостоке режима порто-франко

Детский сад в Трудовом растет на глазах
Детский сад в Трудовом растет на глазах

Еще одно большое дошкольное учреждение во Владивостоке скоро распахнет свои двери для 200 маленьких горожан. Строительство детсада в поселке Трудовое, на улице Порт-Артурской, 68, ведется активными темпами.

Поезд дружбы соединяет Корею и Россию

Двести участников «Поезда дружбы «Евразия» прибыли вчера из Сеула во Владивосток, чтобы затем проехать через всю территорию нашей страны по Транссибу.

Талантливы вопреки всему

Ставший уже традиционным фестиваль народного творчества общественных организаций инвалидов «Я талантлив!» пройдет в ближайшее воскресенье во Владивостоке.

«Разрешенных» пляжей стало больше
«Разрешенных» пляжей стало больше

Сотрудники краевого управления МЧС и государственной инспекции по маломерным судам (ГИМС) расширили список пляжей, где официально разрешено купаться.

Последние номера
газета
газета
газета
газета