Lasery, které umí svařovat na několik metrů i léčit. Česká technologie hodlá ohromit svět

Technologická agentura České republiky podpořila výzkum účinného laseru, který je schopný konkurovat těm nejlepším na světovém trhu. Používat se může v automobilovém průmyslu i při náročných lékařských operacích.

Lasery, ilustrační foto
Zdroj: Wikimedia Commons Autor: 彭家杰

Až k novému českému patentu dovedli mladí výzkumníci spolu s odborníky z praxe výzkum takzvaných vláknových laserů. Ty patří k nejmladším a nejrychleji se rozvíjejícím typům laserů. Jejich bouřlivý rozvoj nastal na přelomu tisíciletí – zpočátku hlavně v oblasti telekomunikací.

V současnosti se hodně využívají jako součást klíčových technologií například v medicíně nebo v průmyslu. Konkrétně při úpravách povrchů, při řezání, značení nebo při svařování, kdy díky vysoce kvalitnímu svazku záření mohou vláknové lasery svařovat na vzdálenost i několika metrů.

Jak řezat velké molekuly

Výzkumníci vyvinuli thuliový vláknový laser (Tm laser) o vlnové délce světelného záření 2 mikrometry, která je mimo jiné ideální pro opracování polymerů. „Laicky řečeno tímto laserem lze rychle a velmi kvalitně opracovávat čiré polymery a nedochází přitom k jejich nežádoucímu zabarvení,“ vysvětlil Tomáš Mužík ze společnosti Matex PM, která se na vývoji podílela.

Polymery jsou velké molekuly, které například tvoří umělou hmotu – tedy vytvářejí to, co dělá umělou hmotu univerzálně použitelnou. Díky tomuto laseru se dají oddělovat látky v medicně, ale i v chemii a dalších vědách. Mezi polymerní materiály patří hlavně plasty a přírodní i syntetické kaučuky, řadí se mezi ně i laky, lepidla, prací prostředky a další látky, které se v moderní společnosti využívají téměř všude.

V plastech se mechanické, chemické i další vlastnosti materiálu upravují například přídavkem změkčovadel (např. u PVC), stabilizátorů, antioxidantů, plniv, kompatibilizátorů, barviv, pigmentů a podobně. U kaučuků jsou zásadními přísadami plniva, například saze a vulkanizační prostředky, jejichž úkolem je zesíťovat původně lineární řetězce polymeru.

„Novost řešení spočívá v prosazení laserového obráběcího systému, který by útočil na nejlepší systémy, které jsou dnes dostupné na trhu. Díky vlnové délce, která se dosud příliš nepoužívala, a díky malé dostupnosti takovýchto laserů se objevuje obrovské pole využití v různých oblastech průmyslu, medicíně, letectví a kosmonautice,“ dodal.

K úspěchu projektu přispěla i spolupráce s dalšími odborníky, například s výzkumnicemi a výzkumníky z laserového centra HiLASE v Dolních Břežanech, které nedávno vygenerovalo vůbec největší laserový výkon svého druhu (s pulzy o vysoké energii při současně vysokém středním výkonu přes 1 kW) na světě.

Co to umí

Český inovativní laser byl nejprve vyzkoušen v laboratoři v Ústavu fotoniky a elektroniky Akademie věd ČR a koncem minulého roku byl vyroben prototyp ve firmě SQS Vláknová Optika v Nové Pace. Firma SQS patří k předním českým výrobcům optických vláknových komponent a má řadu průmyslových řešení, která jsou patentově chráněna. Při vývoji inovativního laseru tým ÚFE navrhnul a vyzkoušel nový vláknový zesilovací modul.

„Podařilo se nám objasnit důležité principy absorpce optického čerpání ve vláknovém laseru. Tím se otevřela nová cesta optimalizace optických vláken pro vláknové lasery s vysokým výkonem. Vláknové lasery tak mohou být účinnější a mít jednodušší konstrukci. Jednu z námi navržených a ověřených konstrukcí laseru jsme si nechali patentovat. Zároveň již připravujeme další vylepšení a miniaturizaci,“ řekl Pavel Peterka z ÚFE AV ČR.

Co bude dál

Vysoce účinné vláknové lasery budou firmy nabízet na trhu buď jako samostatné řešení, nebo integrované v robotické výrobní stanici. Předpokládaná cena za kompletní robotickou stanici je v řádu jednotek až desítek milionů korun. „Inovace přispěje ke snížení nákladů, zvýšení bezpečnosti práce, umožní produkci zvláště plastových výrobků s vyšší přidanou hodnotou a lepšími vlastnostmi,“ poznamenal předseda Technologické agentury ČR (TA ČR) Petr Očko. 

Lasery najdou uplatnění také v senzorických systémech, které hlídají znečištění ovzduší, a v bezpečnostních a obranných systémech. Pro využití v medicíně je nutné nejprve získat certifikaci, což zabere dalších 3 až 5 let. „Výkonné lasery pak ale lékaři mohou používat například pro štěpení ledvinových kamenů, nebo pro léčbu nezhoubného zvětšení mužské prostaty,“ dodal předseda agentury.

Společnost Matex PM hodlá vytvořit pracoviště vybavené novou technologií, nejen pro testování a zdokonalování, ale hlavně pro zákazníky. Ti uvidí na reálných výrobcích, co novinka dokáže. 

Společné projekty akademiků s odborníky z praxe jsou podle Očka velmi efektivní. „Do výzkumu jsou často zapojování i studenti, kteří mohou pracovat na prakticky zaměřených výzkumných úkolech a následně vidět hmatatelné výsledky své práce,“ konstatoval.