Рынок лазеров в России и странах СНГ

Рынок лазеров в России и странах СНГ

Н. В. Буров, генеральный директор АО «ЛЛС» (СПб), А. Г. Игнатов, эксперт Минобра в научно-технической сфере, член КНЭ по лазерам и лазерным технологиям: 2005–2021 гг., е-mail: laseris-spbo@yandex.ru; www.lenlasers.ru; www.laseris.ru

В России и странах СНГ производятся почти все виды лазерно-оптической техники, имеющейся сегодня на мировом рынке. По данным Лазерной ассоциации (ЛАС), 50 отечественных фирм-производителей предлагают 1,4 тыс. моделей источников лазерного излучения, 45 производителей — более 300 моделей лазерных технологических установок, 54 производителя — 310 моделей лазерных медицинских аппаратов и инструментария, 28 производителей — более 1,1 тыс. моделей устройств для оптической связи, 58 производителей — около 270 моделей лазерной аппаратуры для технических измерений и диагностики, 53 производителя выпускают разнообразные оптические материалы, элементы и узлы [1].

Объем продаж лазерно-оптической техники российскими производителями за период с 2014 по 2017 гг. рос на 3–4% в год и в 2017 г. достиг уровня в 65–67 [1], 74 млрд руб. [2]. Много это или мало? Смотря с чем сравнивать. Если с отечественным станкостроением — то лазерная отрасль производит почти в 2 раза больше (в стоимостном выражении). Если с другими странами, то доля России — менее 0,3% от мирового объема продаж фотоники (у Китая — в 90 раз больше) [1, 2].

На высоком уровне находится лазерно-оптическая отрасль в Белоруссии. Армения, Казахстан, Киргизия, Узбекистан сегодня являются в большей степени пользователями лазерных технологий, чем их разработчиками [1].

Но в целом спрос на технологии и оборудование фотоники в реальном секторе отечественной экономики остается невысоким, что обусловлено как общим состояние экономики, так и отсутствием технических стандартов, необходимых для использования инновационных лазерно-оптических технологий в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Остро не хватает кадров, грамотных пользователей, знающих реальные возможности этих технологий и умеющих их применять на практике [1].

В России сегодня действует «дорожная карта» развития фотоники, имеется организованная Лазерной ассоциацией технологическая платформа «Инновационные лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии — Фотоника». Лазерная ассоциация выступила соучредителем евразийской техплатформы «Фотоника». Она уже создана и сейчас готовит проекты для поддержки в рамках Евразийского экономического союза [1].

Фотонику в России сегодня развивают, например, в Ростехе, в Росатоме и в Роскосмосе. Готовятся к запуску комплексная научно-техническая программа (КНТП) «Фотоника», разрабатываемая в Минобрнауки, и комплексный план научных исследований (КПНИ) «Фотоника» — в ФАНО и РАН. Но реальная координация усилий по развитию фотоники на межведомственном уровне практически отсутствует [1].

Основные поставщики и производители

В таблицах 1 и 2 приведена статистика продажи лазеров и лазерных систем в России. Данные получены от производителей в результате опросов по телефону и по электронной почте, c фирменных сайтов в интернете, а также в результате экспертных оценок, когда данные производителями не были предоставлены. Российские, да и зарубежные производители сегодня, как правило, стараются не афишировать и не озвучивать собственные объемы производства. Поэтому приведенные данные весьма приблизительны — результат маркетинговой работы авторов, М. Степановой и редакции. Показатель продаж «в год» приводится средний за последние годы, и он очень разнится из-за действия санкций (иногда до 2–3 раз).

Таблица 1. Ориентировочная статистика продажи производителями и поставщиками в России лазеров для обработки материалов и других применений 

В дополнение к таблице 1, по данным Лазерной ассоциации (ЛАС, 2019), в России и СНГ лазеры выпускают и предлагают [3]: «АЗИМУТ ФОТОНИКС», г. Москва (ДЛ, ККЛ, ТТЛ (Nd:YAG), УФЛ, ФВЛ); ООО «АИБИ», С.-Петербург (ППЛ); ВНИИТФ — Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е. И. Забабахина, г. Снежинск Челябинской обл. (ТТЛ, ППЛ); «ВОЛО» — ООО «Научно-производственное предприятие волоконно-оптического и лазерного оборудования», С.-Петербург (ППЛ); «ВОСХОД»-КРЛЗ — ОАО «Восход» — Калужский радиоламповый завод», г. Калуга (ППЛ); ООО «ВЭЛИТ», Московская обл., г. Истра (Лпм); ОАО «ГОИ им. С. И. Вавилова», С.-Петербург (ТТЛ); ООО «Научно-производственная фирма «Дилаз», Ленинский район Московской области, п. Мосрентген (ППЛ); «Евролэйз Photonics», г. Москва (ВЛ, ГЛ, ДЛ, ТТЛ, СО2Л, ФВЛ); ИАиЭ СО РАН — Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск (ТТЛ); ИЛФ СО РАН — Институт лазерной физики СО РАН, г. Новосибирск (ТТЛ); ООО «Научно-производственное предприятие «Инжект», г. Саратов (ТТЛ, ППЛ); ИОА СО РАН — Институт оптики атмосферы СО РАН, г. Томск (Лпм; КрЛ; ЛСи); АО НПП «Исток» им. Шокина, г. Фрязино Московской обл. (ГЛ, ЛПм; СО2Л); ИСЭ СО РАН — Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск (ЛК); ИФ НАНБ — Государственное научное учреждение «Институт физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук Белоруссии», Белоруссия, г. Минск (ТТЛ); ЗАО «Кантегир», г. Саратов (ППЛ); ООО «Квантовая оптика», С.-Петербург (ТТЛ); ЛАГРА-Сервис, Москва (ЛГ, ЛМ — ULS, США); ЗАО «Лазервариоракурс», г. Рязань (ГЛ), Фирма «Лазеры и оптические системы», С.-Петербург (ТТЛ); ЗАО «Лазерный Технологический Центр», г. Шатура Московской обл. (ГЛ); НПП «Лазерные системы», СПб (ВЛ, ГЛ, ППЛ, ХЛ); Ламет, г. Москва (ППЛ); «АО «ЛЛС» », г. С.-Петербург (ОК, УФЛ, ВЛ, ЛМ); ЛИДАРТЕХ — ООО «Лидарные технологии», г. Нижний Новгород (ТТЛ); ЛОМО, С.-Петербург (ТТЛ); «ЛОТИС», г. Москва (УФЛ); МЛЦ МГУ — Международный учебно-научный лазерный центр Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, г. Москва (ТТЛ); ООО «МИКРОСЕНСОР ТЕХНОЛОДЖИ», г. С.-Петербург (ППЛ); НИИЭФА — ФГУП «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова», С. Петербург, п/о Металлострой (ГЛ, ТТЛ); ЗАО «Нолатех», г. Москва (ППЛ); ООО «НЦВО-Фотоника», г. Москва (ТТЛ); ООО «Оптосистемы», г. Троицк Московской обл., ЦФП ИОФАН (ЛСи; Л; ДЛ; ГЛ; ФВЛ; СО2Л; ТТЛ; ЭЛ); «Оптоэлектронные технологии», С.-Петербург (ППЛ); ОАО «Пеленг», Белоруссия, г. Минск (ТТЛ); ЗАО «Полупроводниковые приборы», С.-Петербург (ТТЛ, ППЛ); ОАО «Научно-исследовательский институт «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха», г. Москва (ТТЛ, ППЛ); ЗАО «СОЛАР — Лазерные системы», Белоруссия, г. Минск (ДЛ, ТТЛ, УФЛ, ФВЛ); «Специальные системы», г. Москва — СПб (ТТЛ, ВЛ, ДЛ, УФЛ); «Спецоптопродукция», Москва — Дания (ТТЛ); РЛС — ЗАО «Российские лазерные системы», С.-Петербург (щелевые СО2 Л; ЛР); ООО «Специальные технологии», г. Новосибирск (ГЛ; СО2 Л; ЛСи); ООО «СО Линструментс», Белоруcсия, г. Минск (ТТЛ, УФЛ); Техноскан-лаб, г. Новосибирск (ТТЛ, ВЛ); «ТехноСкан», «Лазерные системы», г. Новосибирск (ВЛ, ГЛ, ДЛ, КрЛ, Лспдви, ТТЛ, ФВЛ); ООО «Эльфолюм», С.-Петербург; ACI Laser GmbH, Германия (ЛГ, ЛМ); Ekspla, Литва (ДЛ, ТТЛ, ФВЛ); Stormoff, Красногорск Московской обл. (ФВЛ, ЭЛ для медицины) и др.

Из весьма значимой продукции предлагаются лазеры большой мощности. Ведущие мировые производители, представленные в России, производят: НТО «ИРЭ-Полюс» (Россия) — мощные волоконные лазеры до 30–100 кВт [4], немецкие производители фирмы TRUMPF — дисковые лазеры ≥ 30 кВт [5], американская COHERENT, производитель эксимерных, диодных лазеров — до ~6 кВт (поглотившая недавно фирму ROFIN SINAR — производителя волоконных лазеров до 10 кВт) [6]. Немецкая LASERLINE производит диодные лазеры до 30, (разрабатывает до 60 кВт [7]. Обзор мирового рынка за последнее десятилетие — см. в [8].

Из российских производителей лазеров хотелось бы отметить следующие компании.

ОАО «Плазма» предлагает большой выбор гелий-неоновых лазеров — производятся одномодовые, одночастотные, многомодовые и стабилизированные по частоте излучения модели. Спектр излучения выпускаемых лазеров расположен в видимой и инфракрасной областях. Производится также широкий спектр HeCd-лазеров, газоразрядных молекулярных лазеров на двуокиси углерода, газоразрядных молекулярных лазеров с азотным наполнением.

«Авеста-Проект» уже более 25 лет производит и поставляет фемтосекундное лазерное оборудование на российский и международный рынок. Клиентская база насчитывает более 2500 клиентов по всему миру. Штат компании — около 50 сотрудников.

Группа компаний «ЛАЗЕР-КОМПАКТ» (включая ООО «Лазер-экспорт») много лет специализируется на разработке, производстве и продаже твердотельных лазеров с диодной накачкой: с 1992 года более 48 тысяч DPSS-лазеров поставлено в 42 страны мира, основная доля — в США, Германию, Францию и Японию. Выпускаемые лазеры в основном используются в аналитическом оборудовании и промышленных установках. На основе многолетнего опыта в разработке и производстве лазеров для ОЕМ-проектов компания «Лазер-экспорт» разработала и предложила на рынок портативный лазерный анализатор химического состава металлов и сплавов «ЭЛАНИК», не имеющий прямых аналогов в мире по своим функциональным возможностям. С 2017 года прибор внесен в Госреестры СИ РФ, Белоруссии и Казахстана.

Компания «ФТИ-Оптроник», основанная в 1994 году на базе Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук, является разработчиком и производителем твердотельных лазеров с диодной накачкой (DPSS) и диодных лазеров в диапазоне длин волн от 255 до 9150 нм, а также лазерных модулей видимого спектрального диапазона.

В таблице 2 приведены данные о производителях / поставщиках лазерных систем российским потребителям.

Таблица 2. Ориентировочная статистика продажи производителями и поставщиками в России лазерных систем (и лазеров, комплектующих) для макро- и микрообработки и для других применений 

Производители и поставщики лазерных систем (ЛТУ, ЛТК и др.), которые работают на российском рынке (помимо приведенных в табл. 2) [9]: Durma, Турция (ЛР); JFV, Китай (ЛР); HAN`S LASER, Китай (ЛР); Messer, Германия (ЛР), LaserGURU, СПб (ЛГ, ЛМ, ЛР, ЛС, УФЛМ); Mitsubishi, Япония (ЛР); P-laser, Бельгия (ЛОч); Salvagnini, Италия (ЛР), SharpLase Laser Systems, США (ЛГ, ЛМ); «Автогенмаш» (ЛР); АССОЦИАЦИЯ ПП КПО — ООО «Ассоциация потребителей и производителей кузнечнопрессового оборудования», г. Воронеж (ЛР), «Атеко», г. Москва (ЛМ); ИАиЭ СО РАН — Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск (ЛСи; ЛМ); ИПЛИТ РАН — Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, г. Шатура Московской обл. (ЛСи); ФГУП «НПП ИСТОК», г. Фрязино Московской обл. (Лпм; ЛГ, ЛОч, ЛР, ЛСв); Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН), г. Новосибирск (ЛС, АдТ); ИФ НАНБ — Государственное научное учреждение «Институт физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук Белоруссии», Белоруссия, г. Минск (ВЛ, ТТЛ, ЛМ); Научно-производственное республиканское унитарное предприятие «КБТЭМ-ОМО», Белоруссия, г. Минск (ЛСи; ЛК); ООО «Квантрон», г. Москва, г. Зеленоград (сканеры и КИМ); Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук (КТИ НП СО РАН), г. Новосибирск (ЛСи, измерения и контроль); «ЛазерМастерГрупп», г. Москва (ЛР); «Лазерные машины», г. Ярославль (ЛГ, ЛМ, ЛР); Научно-производственное предприятие «Лазерные системы», С.-Петербург; МГТУ им. Н. Э. Баумана (АдТ, АдУ); «Лазерный Технологический Центр», г. Шатура Московской обл. (ЛН, ЛР, ЛС, ЛТупр, СО2Л —до 6–10 кВт); «Лазер-резерв», Москва (ТТЛ («Квант»), ЛГ, ЛМ, ЛР, ЛСв, подгонка резисторов); «ЛазерТрэк», г. Москва (ЛМ и др., ГЛ, ДЛ, ППЛ, ТТЛ, ФВЛ, СО2Л, ЭЛ); ООО «Научно-производственная фирма «Лазер-Юнит», г. Москва; «Московский центр лазерных технологий» — МЦЛТ (АдТ, ЛМ/ЛГ, ЛН, ЛР, Лрем, ЛС, ЛТупр), «Маркирующие идентификационные комплексные системы», г. Москва (ЛГ, ЛМ, ЛТК); ООО «Мултитех»,

С.-Петербург (Лсв., ЛГ, ЛФ); НИИЭФА — ФГУП «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова», С.-Петербург, пос. Металлострой (ЛСи); г. Владимир; НТЛТ — ООО «Новые технологии лазерного термоупрочнения» (ЛОМ

до 15 кВт), в т. ч. ЛС, ЛР, ЛН, ЛТупр, ЛГ), г. Владимир__ / г. Радужный Владимирской обл.; НТЦ УП РАН — Научно-технологический центр уникального приборостроения РАH, г. Москва (ЛСи); «Петровские мастерские», Москва (ЛМ, ЛГ); «Плакарт», г. Москва (ЛН); ГНПО «Планар», Белоруcсия, г. Минск (ЛСи); АО «Научно-исследовательский институт «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха», г. Москва (ЛСи; ТТЛ; ЛК); «Промлазер», г. Шатура Московской обл. (ЛР), АО «Научно-производственное предприятие «Сапфир», г. Москва (ЛСи; электроника); «Сканер Плюс», г. Москва (ЛГ, ЛМ, ЛР); ООО «СТАНКО-МОНТАЖ», г. Стерлитамак (ЛР, ЛМ); ООО НПК «ТЕЛАР», г. Тула (ЛР); ООО «Термолазер» (ЛТупр), г. Владимир;

«Тета», г. Москва (ЛР на ТТЛ и ВЛ); ООО «Технол Лтд», г. Москва (ЛГ, ЛМ); ЦЛТ-ТРАНСМАШ — Центр лазерных технологий ОАО МТЗ "ТРАНСМАШ", г. Москва (ЛСи; ЛС; ЛМ; ЛГ), ЦТСС — АО «Центр технологии судостроения и судоремонта» (ранее ЦНИИТС), С-Петербург (ЛР, ЛС, ЛН, ЛТК); ООО «Научно-производственная компания «ШАГ-ЛАЗЕР», г. Москва; «Швабе-Фотосистемы», г. Москва (микрообработка электроники: ЛР и др.); ООО «Ювента», г. Москва (ЛМ, ЛГ).

В России также существует ряд центров лазерных технологий и компаний, которые решают актуальные производственные задачи и оказывают услуги лазерной обработки материалов: РЦЛТ (г. Екатеринбург), Вятский лазерный инновационно-технологический центр (г. Киров), Лазерный инновационно-технологический центр (г. Москва), «Лазеры и технологии» (г. Зеленоград), «Лазертерм» (г. Санкт-Петербург), «Страж-лазер» (с. Беседы Московской обл.) и др. С 1990 г. в Москве работает неправительственная некоммерческая международная организация «Лазерная ассоциация» (ЛАС).

27–31 мая 2019 г. в Москве в «Экспоцентре» прошла традиционная выставка «Металлообработка–2019», где демонстрировались лазерные машины для обработки материалов. На этот раз наибольшее впечатление в области лазерных технологий произвел скачок мощности лазерных источников, в последние годы применяемых в машинах для лазерной резки: с 3–6 кВт до 12 кВт (BYSTRONIC, BLM GROUP, BODOR, TRUMPF, AMADA, MAZAK, PRIMA POWER и др.). На «Металлообработке» было представлено порядка 15 производителей и поставщиков машин лазерной резки (рис. 1), в т. ч. VNITEP (Россия) с системой «Навигатор» с лазером 15 кВт, HAN`S LASER анонсировал машину резки с лазером 20 кВт. Мало того, 26 марта компания Bodor Laser провела конференцию в Цзинане (Китай) по запуску нового продукта и официально выпустила сверхмощную лазерную режущую машину серии Bodor S мощностью 25 кВт для резки стали толщиной до 70 мм [10].

(а)(б)

(г)(в)

(е)(д)

Рис. 1. Машины для лазерной резки листового металла и труб от ведущих мировых и российских производителей: AMADA — новый ЛТК ENSIS 1015 AJ (а), VNITEP — ЛТК «Навигатор» с лазером IPG 15 кВт и лазерной головкой Precitec Procutter (б), MAZAK — ЛТК Optiplex 3015 DDL (в), BLM GROUP– ЛТК Lasertube TL FIBER для резки труб (г), ЛТК BODOR, BYSTRONIC — ЛТК Fiber 10000 (д, е)

   Как отметил на выставке «ФОТОНИКС ВЕСТ» (США) финансовый директор IPG Тим Маммен, «IPG наблюдает постоянный сдвиг в спросе на более мощные лазеры, и теперь некоторые клиенты начинают переходить на источники непрерывного излучения мощностью 20 кВт, которые будут поддерживать более скоростную резку металла». «Продажи лазеров ≥ 10 кВт увеличились на ≥ 40% по сравнению с прошлым годом» [11].

Арабы и индийцы на выставке «Металлообработка–2019» проявили повышенный интерес к флагману машин лазерной резки российской компании VNITEP мощностью 15 кВт. Генеральный директор ВНИТЭП А. Н. Коруков объясняет это потребностью заказчиков в более производительных машинах. Руководители компании IPG эту тенденцию также подтверждают [11]. Однако, есть оппоненты, которые в этом еще сомневаются.

Надо заметить, что увеличение мощности — не единственный путь для повышения толщин разрезаемых материалов, производительности и качества лазерной резки. Эти задачи возможно решать и более дешевыми способами, например: путем сканирования, регулирования свойств фокального пятна и совершенствованием устройства режущей головки, как это осуществляют компании Fraunhofer IWS и AMADA, nLIGHT (Vancouver, WA), Lockport (США, Нью-Йорк) и TRUMPF, соответственно.

Компания VNITEP (Россия) на выставке «Металлообработка–2019» продемонстрировала образцы лазерной резки из стали и меди толщиной до 30 и 6 мм соответственно, алюминиевых и латунных сплавов толщиной до 12 мм. Стоит также вспомнить, что в ассортименте продукции компании ВНИТЭП запатентована разработка — станок с двумя независимо работающими режущими головками. Каждая лазерная головка может раскраивать свою раскладку на общем или отдельном листе. Этот станок практически удваивает выпуск продукции. Для примера: согласно каталогу компании, он способен производить перфорацию стального листа толщиной 1 мм отверстиями диаметром 2 мм с межцентровым расстоянием 4 мм со скоростью 20 отверстий в секунду.

Необходимо отметить, что сегодня лазеры уже начинают закрывать точным раскроем стали и сплавов большую часть их промышленного сортамента — до 80–90%.

Другая российская компания, «Юнимаш» («МорСвязьАвтоматика»), является опытным разработчиком и производителем лазерных раскройных комплексов, предлагая станки покупателям с 2006 года. В 2018 году компания вывела на рынок новую модель — LaserCutMaster (рис. 2). Находясь формально в бюджетном ценовом сегменте, данный станок оснащен линейными приводами, что позволило значительно увеличить скорость холостых ходов, ускорение во время резки и общую надежность системы перемещения оптической головки в целом. Создание подобного раскройного комплекса стало возможным в первую очередь за счет того, что «Юнимаш» самостоятельно производит основные составляющие своих станков, в том числе линейные двигатели.

Рис. 2. Новый ЛТК Laser Cut Master компании «МорСвязьАвтоматика» 

Российский филиал компании PRIMA POWER представил на выставке новейшую установку скоростной 2D-лазерной резки LASER GENIUS 1530 с собственным волоконным источником мощностью 4 кВт, адаптивным коллиматором, линейными приводами и новейшими пакетами дополнительного оборудования для непрерывного производства (рис. 3).

Рис. 3. ЛТК LASER GENIUS 1530 компании PRIMA POWER 

Японская корпорация Yamazaki Mazak показала новинку — станок лазерной резки на прямых диодах Optiplex 3015 DDL (4 кВт) — рис. 1в. Особенностью лазера на прямых диодах является более короткая, чем у волоконного лазера, длина волны, что способствует увеличению скорости резки тонких и средних листов, включая материалы с высокой отражающей способностью, такие как медь и латунь.

Одной из первых компаний, интегрировавших оптоволоконный лазер производства IPG в промышленный комплекс раскроя листового металла, стала в 2004 году белорусская компания «Рухсервомотор». Предприятие поставляет на рынки СНГ, Европы и США широкий спектр лазерного оборудования с рабочим полем от 1,25*1,5 м до 12*2,5 м, технологические комплексы лазерной закалки и наплавки.

Научно-производственная компания «РАПИД» (Воронеж) имеет большой опыт по созданию прецизионныхпортальных координатных систем различного назначения и в настоящее время специализируется на производстве промышленных лазерных раскройных станков, в том числе и длинномерных. В 2018 году компания серьезно обновила конструкцию и электронику станков, подписав партнерское соглашение с Mitsubishi Electric о применении в своей продукции систем ЧПУ, сервоприводов и программного обеспечения последнего поколения. Это позволило существенно поднять надежность и без того надежных станков «РАПИД» и серьезно улучшить динамические характеристики и, как результат, производительность.

Немецкая компания TRUMPF (Германия) — старейший, самый крупный производитель лазерного технологического оборудования (ЛТО), на «Металлообработке» предложила машину для АдТ с 1 кВт зеленым лазером для выращивания деталей из цветных металлов [12] — рис. 4. О разработке и серийном производстве зеленых импульсных лазеров (с длиной волны 515 nm) со средней мощностью до 400 Вт (и пиковой мощностью до 4 кВт) и непрерывных лазеров мощностью до 1 кВт компания TRUMPF сообщила еще в начале 2019 года. Новая технология позволяет качественно сваривать с высокой абсорбцией (35–40%) компоненты для электрических устройств и электроники из меди, обладающей высокой теплопроводностью и отражающими свойствами, что существенно затрудняло лазерную сварку [13].

Хочется отметить еще одну разработку. 23 апреля 2019 года было опубликовано сообщение о том, что группой исследователей из Центра оптики Photonique et Laser (COPL) университета Лаваль по международному проекту PROTEus был предложен новый метод 3D-печати оптических элементов из халькогенидного стекла. Это может привести к революционному прорыву в производстве инфракрасных оптических компонентов. Фактически 3D-печать открывает путь к новой эре проектирования и комбинирования оптических материалов [14]. Целый ряд российских компаний — производителей лазерных систем развивает также тему аддитивных технологий. СПбГМТУ/ИЛИСТ на «Металлообработке» была продемонстрирована установка для изготовления крупногабаритных стальных деталей 2×2×0,8 м методом прямого выращивания и самое большое в мире «напечатанное» кольцо из титана (рис. 5). Подобная установка в мае 2019 г. была смонтирована на площадке ПАО «ОДКУМПО» [15]. Она имеет двухкоординатный рабочий стол грузоподъемностью полторы тысячи килограммов, позволяющий обрабатывать изделия диаметром более 2 метров. Технологический инструмент перемещается с помощью 6-осевого промышленного робота-манипулятора. Кинематическая схема установки имеет девять синхронно управляемых осей, что обеспечивает возможность выращивания изделий сложной пространственной конфигурации. Время непрерывной работы УПЛВ составляет не менее 100 часов. На данный момент это самая крупногабаритная машина в линейке аддитивных установок СПбГМТУ. Ранее роботизированная установка прямого выращивания была поставлена также на ПАО «Кузнецов», г. Самара. Разработчики утверждают, что данная технология позволит увеличить скорость изготовления запчастей для газотурбинных двигателей более чем в 2 раза по сравнению с традиционными методами. Плюс ко всему, появится возможность уменьшить количество отдельных деталей конструкции и сделать агрегат более надежным [16]. Еще ранее вице-президенту АО «ОСК» Алексею Рахманову ИЛИСТом были продемонстрированы изделия для судостроения [17], рис. 6.

Рис. 4. SLM машина TruPrint 1000 c зеленым лазером компании Trumpf и образцы выращенных медных изделий [12]. 

Рис. 5. Установка прямого лазерного выращивания СПбГМТУ/ ИЛИСТ и самое большое в мире «напечатанное» кольцо из титана 

На выставке «Металлообработка» НПП «Лазерные системы» (СПб) показало свою установку селективного лазерного сплавления (SLM) М250 (рис. 7). Представителем предприятия отмечено, что удалось добиться хорошей микроплотности стальных изделий. Серия машин SLM и порошковой наплавки созданы ГК «Лазеры и аппаратура ТМ». Работы по выпуску оборудования ведутся в «Русатом — Аддитивные технологии» и у других производителей [18].

Рис. 6. Примеры изделий для российского судостроения, выращенных на оборудовании компании ИЛИСТ (СПб) 

Хорошо известны российским специалистам маркеры и граверы от компаний «Лазерный центр» и «Центр лазерных технологий» (СПб), а также другое оборудование для лазерной микрообработки (рис. 8, 9).

Рис. 7. SLM-принтер по металлу М250 производства НПП «Лазерные системы» (СПб) (фото: «Лазерные системы») 

Так, на выставке «Металлообработка–2019» ООО «Лазерный центр» представил несколько новинок. Новая система «ТурбоФорма» реализует технологию трехмерной лазерной эррозионной обработки (LaserBarking®) с функцией суперфинишной обработки поверхности любых металлов и превосходит традиционные механические и электроэрозионные методы, т. к. обрабатывается металл любой твердости без применения шаблонов, а лазерный луч диаметром 30 мкм позволяет создавать 3D формы с очень высокой детализацией. Технология применяется при изготовлении матриц, пуансонов, штампов, пресс-форм, чеканов, штемпелей и прочих мелкоразмерных объемных изделий. Также «ТурбоФорма» имеет функции скоростного нанесения надписей и изображений на различные материалы и резки металла до 3 мм. Отличительная особенность другой новой прецизионной высокоскоростной лазерной системы «МикроСЕТ» — возможность производить обработку с точностями от 3 мкм. Также специалисты «Лазерного центра» совместно с компанией FANUC представили стенд, на котором два роботизированных манипулятора сваривали заготовки на системе «Фотон-150» и маркировали получившееся изделия на системе «ТурбоМаркер» (рис. 8). Все операции происходили в автоматическом режиме. Отличительные особенности данного комплекса: специалистам удалось обеспечить зазор между свариваемыми изделиями 0,4 мм и благодаря этому значительно уменьшить ширину сварного шва.

Рис. 8. Авторизированный стенд для сварки и маркировки компании «Лазерный центр» 

Рис. 9. Портальный комплекс маркировки с расширенным полем обработки компании «Центр лазерных технологий»

«АО «ЛЛС» » (СПб) совместно с HGTECH (Китай) поставляют в Россию ультрафиолетовые лазеры и маркеры на их основе (рис. 10), а также волоконные лазеры мощностью до 12 кВт, оптические и электронные комплектующие для лазеров и ЛТО. Разнообразие задач и обрабатываемых материалов диктует особые требования к комплектации лазерной системы. Так ультрафиолетовые лазеры хорошо подходят для использования в кабельной промышленности и для маркировки пластиков различного назначения. Конфигурация лазеров MOPA позволяет изменять ширину импульса волоконного лазера, без потри в энергии, а также обладает повышенным диапазоном регулировки частот. Среди представляемых компанией поставщиков комплектующих для сборки лазерных комплексов: JPT — один из лидеров производства волоконных лазерных MOPA источников до 200 Вт. WSX — ведущий производитель лазерных головок с автофокусом для лазерной резки и сварки и др.

Рис. 10. Ультрафиолетовый маркер HGTECH для маркировки кабелей и других изделий (а), лазерный комплекс LSF-20H на базе волоконного MOPA лазера (б) 

Российские лидеры в производстве оборудования для лазерной микрообработки — «Лазеры и аппаратура» и «Булат» (г. Москва, г. Зеленоград) — рис. 11, 12.

Группа компаний «Лазеры и аппаратура» реализует полный «жизненный цикл» серийного и специального лазерного оборудования, уделяя большое внимание использованию качественных отечественных комплектующих, в том числе собственного производства (лазерные головы, линейные двигатели и др.). Среди нового оборудования можно отметить многофункциональный станок для сварки, резки и глубокой гравировки МЛ4 Компакт, станок для лазерной резки поликора и кристаллов МЛП-2106, станок скоростной прецизионной резки и раскроя листовых и рулонных материалов МЛ35 Компакт, созданный для резки трансформаторной стали. В перспективном аддитивном производстве компания выбрала для себя три направления и добилась определенных успехов: SLM (серия машин МЛ-6), LMD (серия машин МЛ7 для лазерной наплавки и прямого выращивания из металлического порошка), микротехнология (совместно с МФТИ и при поддержке Минэкономразвития выполнен макет микроаддивной машины для производства 3D структур электроники и фотоники, опытный образец будет представлен в 2020 г.). Новая установка лазерной наплавки (рис. 11) демонстрировалась на выставке «Металлообработка–2019» в комплекте с первым российским питателем порошка МЛ7.

Рис. 11. Установка лазерной наплавки ГК «Лазеры и аппаратура»

Основанная в 1991 году компания «ОКБ «БУЛАТ» специализируется на разработке и производстве лазерного оборудования для сварки, резки, наплавки, гравировки и других технологических операций. Ее установки соответствуют уровню ведущих мировых производителей и работают в 30 странах мира. Из нового оборудования можно отметить технологические установки серии HTF CLEAN, предназначенные для выполнения операций по лазерной очистке поверхности (рис. 12). Благодаря импульсному лазерному излучению установка деликатно удаляет окалину, ржавчину, краску, следы нефтепродуктов и многие другие виды загрязнений без повреждения самой детали.

Рис. 12. Система очистки HTF CLEAN, «ОКБ «БУЛАТ» 

Головки для лазерной обработки предлагали фирмы HIGHYAG (Германия), ЦкСПА (от Precitec, Scansonic и др.) и ЛЛС (от китайских производителей). ЦкСПА предложила датчик scanSPA для слежения за сварочным швом, разработанный в России.

На выставке были представлены многие новейшие разработки. И их внедрение могло бы иметь взрывной характер. Но санкции США существенно тормозят российский и другие рынки лазерных технологий, снижая поставки/продажи от производителей ЛТО в разы.

В таблице 3 приведен прогноз возможной реализации лазеров и лазерных систем в 2019/2020 годах, а также ориентировочная потребность российского рынка, которая, как правило, на порядок больше объема реальной/фактической реализации (по объективным и субъективным причинам). Стоимость бывшего в эксплуатации/восстановленного оборудования может быть в 2–3 меньше приведенных данных, относящихся к новым лазерам (Л) и лазерным системам (ЛСи).

В России традиционно выполняются и научно-исследовательские работы по созданию новейших лазерных источников излучения, а не только коммерческие проекты. Так, например, в пресс-службе Российского федерального ядерного центра — ВНИИЭФ заявили о завершении сборки центрального элемента новейшей лазерной установки. Как стало известно, аппарат, созданный отечественными конструкторами, не имеет аналогов во всем мире, а мощность его импульса превосходит таковую у существующих ныне установок в 1,5 раза [19].

Внешне новейший лазер напоминает огромную сферу диаметром 10 метров и весом 120 тонн (рис. 13). На данный момент исследователи уже приступили к испытаниям систем первого модуля устройства. Запуск аппарата намечен на конец текущего года, а в 2022 году установку планируют ввести в эксплуатацию [19].

Рис. 13. Сборка центрального элемента новейшей лазерной установки [19]. 

Российские ученые из команды Дмитрия Федянина с помощью пластинок из алмазов с различными примесями создали лазер в несколько тысяч раз мощнее, чем это считалось ранее возможным. Российские физики из Московского физико-технического института в Долгопрудном выяснили, что при создании лазеров и светодиодов один из эффектов может работать и в «чистых» полупроводниках. Ранее это считалось невозможным. Об этом сообщает журнал Semiconductor Science and Technology, передает «РИА Новости». «Если в случае кремния и германия для этого требуются криогенные температуры, что ставит под вопрос ценность этого эффекта, то в таких материалах, как алмаз и нитрид галлия, он может наблюдаться уже при комнатной температуре. Это означает, что данный эффект можно использовать в создании устройств для массового рынка», — рассказывает сотрудник МФТИ Дмитрий Федянин [20].

Опыт работы последних лет над технологическими лазерами пригодился и российским военным. Так, стоит напомнить о поступившем в войска в декабре 2018 года российском боевом лазере «Пересвет». По мнению экспертов, его мощность сможет достигать 400 кВт, а питание будет осуществляться от мобильной АЭС — как на земле, так и в космосе (а возможно — и на море, и в авиации — как у американцев) [21]. США и Китай объявляли в последние годы о разработках/испытаниях боевых лазеров мощностью до 100 кВт [22], но, конечно, при желании они могут использовать и лазеры мощностью до ≥ 500 кВт. А по большому счету, нужны лазеры нового поколения, новых типов, с большей на порядок эффективностью воздействия на объекты. Роль физиков и инженеров в будущем этих проектов сложно переоценить.

Заключение

Ситуация на рынке лазеров и лазерных систем сегодня существенно зависит от политической и экономической ситуации в текущий период в стране и за рубежом. США оказывают в последние годы сильнейшее давление на европейских и мировых производителей с целью изоляции России, соблюдения эмбарго на поставки высокотехнологичной продукции, и в том числе лазерной.

В российской промышленности соотношение объемов применения различных видов лазерной обработки материалов аналогично ведущим зарубежным странам. Лидер по объему продаж — резка, а по количеству проданных установок — маркировка и гравировка. Их применение носит массовый характер. Применение же лазерной сварки, наплавки, очистки и сверления, аддитивных технологий требует индивидуального подхода, разработки соответствующей технологии, проведения испытаний и исследований, аттестации, поэтому они имеют пока небольшой объем применения, хотя отрабатываются в большинстве лазерных центров и имеют очень хорошие перспективы, подобно промышленным внедрениям в ведущих странах мира: США, Германии, Японии и Китае.

Сдерживают внедрение лазерной техники и технологий в России (и даже за рубежом, хотя там ситуация намного благополучнее) отсутствие нормативных документов, необходимых стандартов, хотя в последние годы произошел некоторый положительный сдвиг применительно к сварке и маркировке — благодаря работе ТК 423, ТК 364, ТК 355, ТК 296, ТК 145, ТК 124, МТК 109 [23].

Литература

1. Отчетный доклад президента Лазерной ассоциации И. Б. Ковша / Лазер-Информ. 2018. № 5–6 (620–621). С. 1–7.

2. Ковш И. Б. Фотоника в России: состояние и задачи / Лазер Информ. 2019. № 4 (643). С. 1–16.

3. Лазерные источники излучения. Часть 1 (газовые лазеры и лазеры на красителях), 45 с. Часть 2 (твердотельные лазеры, включая волоконные), 124 с. Часть 3 (полупроводниковые лазеры) 84 с. / П. Е. Дубовский, И. Б. Ковш // Каталоги справочники по странам СНГ. Издание 20-е. — М.: НТИУЦ ЛАС, 2019. 45 с.

4. Создавая новую реальность — НТО ИРЭ-Полюс. Технологические волоконные лазеры IPG // URL: http://youtu.be/WOZtp1jh5ko?t=14; www.ntoire-polus.ru; www.ipgphotonics.com.

5. Лазеры TruDisk немецкой фирмы TRUMPF // URL: https://www.trumpf.com/.

6. Лазеры фирмы COHERENT // URL: https://www.coherent.com/.

7. Project works to develop laser welding processes for thick metal sheets / Laser Zentrum Hannover (LZH) // Industrial Laser Solutions. 2019. JANUARY/FEBRUARY. Р.5.

8. Мировой рынок фотоники и лазерных технологий: 2010–2019/ Н. В. Буров, А. Г. Игнатов // Ритм машиностроения. 2019,

№ 4. С. 60–67.

9. Лазерные технологические установки, выпускаемые в странах СНГ / П. Е. Дубовский, И. Б. Ковш // Каталог-справочник по странам СНГ. Изд.18-е. — М.: НТИУЦ ЛАС, 2019. — 263 с.

10. Bodor Laser 25000W сверхмощная лазерная резка, мировая премьера // URL: https://ru.bodor.com/News/317.html, 20/05/2019.

11. IPG видит признаки восстановления рынка лазеров в Китае / URL: http://лазер.рф/2019/05/30/13106/, 30/05/2019.

12. Trumpf demonstrates additive manufacturing with copper and gold // Industrial Laser Solutions. 2019. JANUARY/FEBRUARY. Р. 6.

13. Laser welding at the green wavelength benefits electrified mobility applications/HENRIKKI PANTSAR, EVA-MARIA DOLD, MARC KIRCHHOFF, OLIVER BOCKSROCKER // Industrial Laser Solutions. 2019. JANUARY/FEBRUARY. Р. 30–32.

14. 3D printing of optical materials will pave the way for a new era of designing and combining materials / URL: https://www.industriallasers.com/additive-manufactu-ring/article/16489129/3dprinting-of-chalcogenide-glass-is-promising-forlowcost-manufacturing?cmpid=&utm_source=enl&utm_medium=email&utm_campaign=newsletter&utm_content=2019–

05–16&eid=324695413&bid=2442222 23/04/2019.

15. В Уфе завершены работы по вводу в строй уникальной роботизированной установки

16. Россия напечатает газотурбинные двигатели на 3D-принтере // URL: https://topcor.ru/7484-v-rossii-zarabotal-samyjkrupnyj-3d-printer.html 07/04/2019.

17. Аддитивное производство: что нового?/ Н. М. Максимов//Аддитивные технологии. 2019. № 2. С. 12–21.

18. Рынок 3D печати в России и мире (Аддитивное производство, АП / Additive Manufacturing, АМ), 2018 // 01.2019.

19. В России собрали самый мощный в мире лазер//URL:https://topcor.ru/8060-v-rossii-sobrali-samyj-moschnyj-v-mirelazer.html 22/04/2019.

20. Российские физики создали «невозможный» лазер

21. Скрытые угрозы — Спецвыпуск номер один

22. Игнатов А. Г. Россия и США. Лазеры в системах ПВО и ПРО. LAP LAMBERT Academic Publishing. 2017. C. 385

23. Стандартизация в области лазерных производственных технологий / С. М. Шанчуров, Л. Б. Жирнова, А. Г. Сухов, М. М. Малыш // Ритм машиностроения. 2019. № 2. С. 24–28.