V 50. letech minulého století dala kvantová fyzika vzniknout i zcela novému oboru, oboru fotoniky, zabývajícímu se vlastnostmi a metodami využití optického záření s kvantovým charakterem interakce toku fotonů, metodami jeho generování, detekce nebo i přeměn na jiné druhy energie. Dnes je fotonika považována i za stěžejní oblast rozvoje nových nekonvenčních technologií a samotný laser se za tu dobu při svém už 57. jubileu od doby svého objevu dostal prakticky do všech oborů lidské činnosti od průmyslu přes komunikační techniku, medicínu, meteorologii, biologii, dopravu, stavebnictví až k bezpečnostní a kosmické technice, nemluvě o využití ve vojenské technice, která tomu všemu tradičně předbíhá. Přes vynikající dosavadní výsledky v kvalitě paprsku laseru, hustotě výkonu v pulzu i jejich frekvenci při ultrakrátké délce pulzů, kdy se laseru dostává už i označení „studený“ laser, ve vývoji laserových zdrojů pro extrémně ultrafialové spektrum EUV s návazností na laserovou mikrolitografii na vlně 13,5 a 6,7 nm a nejnověji i souboru generativních metod, vývoj laseru pokračuje nadále. Čeká jej řada dalších aplikací v průmyslu i medicíně včetně neinvazivní terapie a naděje se do laseru vkládá i pro uskutečňování řízené termojaderné reakce v budoucích letech. Pokud se podíváme na globální trh s laserovými technologiemi, provází ho každoročně poměrně vyrovnaná dynamika. Podle analýzy Strategies Unlimited se roční přírůstek v posledních letech pohybuje nad 6 % a po celkovém obratu v roce 2016 ve výši 10,4 mld. USD by tak ten letošní měl dosáhnout už na 11,1 mld. V minulém roce podstatný podíl na obratu vykazoval s hodnotou 4 mld. USD obor zpracování materiálů a litografie, následovala optická komunikační technika (3,7 mld.), lasery pro výzkum (877 mil.), pro medicínu a kosmetiku (838 mil.), měřicí techniku a senzoriku (608 mil.) a posléze lasery pro zábavní akce a tiskové účely (268 mil.). Koncem června se v Mnichově představil už 23. ročník mezinárodního veletrhu LASER World of PHOTONICS 2017. Na ploše 55 tis. m2 se ho zúčastnilo 1293 vystavovatelů a pozadu tu nezůstala ani Česká republika, tentokrát už s osmi domácími představiteli tohoto oboru. Po tradičních s. r. o. Crytur, Meopta- Optika či a. s. SQS Vláknová optika letos přibyly a. s. EZconn Czech, s. r. o. 4ISP, Ústav fyziky plazmatu AV a představila se i dolnobřežanská výzkumná centra HiLASE a ELI. Veletrh navštívilo na 32 000 vesměs odborných návštěvníků z 90 zemí, což všechno včetně dat o počtu vystavovatelů představuje rekordní počty v historii veletrhu, pořádaného každý druhý rok již od roku 1973. Co lze považovat za rekordní mezi exponáty vystavovatelů laserové techniky, byl patrný zájem o provedení, odpovídající už potřebám postupné digitalizace procesů v rámci programu „Průmysl 4.0“ – např. TRUMPF tu představil v tomto smyslu novou generaci diskových laserů. Z ankety, kterou Mnichovské veletrhy mezi návštěvníky pořádají, vyplynul jejich zájem nejen o novinky komerční prezentace výrobců, ale i o výsledky výzkumu a vývoje, prezentované na mnichovských veletrzích už tradičně oborovou strukturou německých výzkumných společností. Tím, že o novinkách v jednotlivých prezentacích výrobců bude Technický týdeník informovat v průběhu dalších vydání, vybrali jsme dnes některé technologie z oblasti spíše aplikovaného výzkumu a vývoje, které mohou zajímat co nejširší spektrum našich uživatelů laserové techniky. Jednou z takových technologií je i efektivní způsob laserové ochrany povrchu proti otěru a korozi, vyvinutý pod označením EHLA (Das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweisen) ve Fraunhoferově institutu ILT ve spolupráci s RWTH univerzitou v Cáchách. Ten při nepatrné hloubce navaření nahrazuje doposud většinou užívané, ale z různých důvodů spíše nevyhovující postupy tvrdého chromování, žárového stříkání a také laserového hlubokého navařování, které spotřebuje při nástřiku prášku kovu do nataveného povrchu dílu značnou dávku energie. U nové metody se na rozdíl od nástřiku kovu v pevné fázi stříká do natavené povrchové vrstvy již roztavený prášek. V tom případě natavení vrstvy postačí do hloubky jen několika μm oproti až 1 mm při klasickém laserovém navařování. Nový postup je vhodný i pro různé materiálové kombinace, včetně navařování slitin hliníku. Vítaný je i u na teplotu citlivějších dílů, přičemž by měl být až stokrát rychlejší oproti klasickému laserovému navařování a tedy ekonomicky vhodný i pro navařování velkých ploch (obr. 1). Zajímavostí pro výrobce i uživatele laserové techniky je vývoj lehčího materiálu pro laserovou optiku v podobě čoček ze syntetického diamantu. K tomuto poznatku se došlo při společném postupu ústavů Fraunhoferova institutu ILT, IAF a IPT při řešení úkolu, jak prodloužit životnost laserové optiky. Syntetický diamant díky vysokému indexu lomu nabízí oproti sklu nejen mnohem tenčí čočky, ale také díky výbornému vedení tepla i větší flexibilitu. Monokrystalické diamanty vykazují nízkou absorpci laserového paprsku, navíc mohou být opatřeny antireflexním povlakem. Výsledky vycházejí z testů diamantových čoček průměru 7 mm a při zatížení výkonem laseru až 2 kW. K prvním praktickým realizacím čoček dochází nyní u řezacích laserových hlav pro vláknové lasery s výkonem do 1 kW, které pak mají až o 90 % nižší hmotnost (obr. 2). Laserové hlavy budou postupně vystaveny i požadavkům, které na ně v pracovním procesu budou kladeny při zavádění programu „Průmysl 4.0“. I na to už dnes myslí Fraunhoferův institut IWS u modulární koncepce laserových hlav COAX s integrovanými senzory pro on-line sběr dat. Pro ověření vývoje byla zatím vybrána navařovací hlava s kruhovou práškovou tryskou s ohniskem 600 μm, koncipovaná pro výkon laseru až 6 kW, s volným směrem pohybu. V nové hlavě jsou integrovány senzory teploty, tlaku, průtočného množství a zrychlení, vzájemně softwarově propojené, které nejenže hlásí provozní podmínky, ale dokážou v závažném případě i proces zastavit (obr. 3). Ale vraťme se k výrobním technologiím, tentokrát s novinkou pro děrování velkoplošných kompozitů vyztužených uhlíkovými vlákny, tak jak se používají především v leteckém průmyslu. Oproti klasickému obrábění s výskytem prašnosti se tu stále častěji používá laserových technologií, kde se v poslední době prosazují především lasery s krátkými a ultrakrátkými pulzy s nízkým tepelným ovlivněním okolní zóny. V Laser Zentrum Hannover (LZH) vyvinuli v rámci projektu „Labokomp – Laserstrahlbohren von Kompositwerkstoffen“ postup laserového děrování i v případě sítě otvorů s užší vzájemnou roztečí pro příští nýtové nebo šroubové spoje, aniž by došlo působením laseru k vzájemnému tepelnému ovlivnění. Spoluprací s průmyslovými podniky se podařilo vytvořit i flexibilní automatizovaný výrobní systém s variabilitou podle velikosti dílu (obr. 4). /jš/
