Получение эффекта лотоса с помощью лазерной технологии

Сабри Аламри, Лаура Кунц, Тим Кунц, Бенджамин Крупоп.
11.08.2022 105

Стартап Fusion Bionic из Дрездена при Институте технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS разработал технологию, позволяющую мгновенно встраивать нано- и микроструктуры в поверхности с помощью лазеров.

Нано- и микроструктуры теперь можно мгновенно встраивать в поверхности с помощью лазеров. Технологию разрабатывает и продвигает на рынке дрезденская компания-стартап Fusion Bionic при Институте технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS. Возможности создания структур лазером практически безграничны. Преимущество технологии в скорости и универсальности по сравнению с нанесением покрытий. Поверхностям можно придавать самые разные эффекты. К примеру, в эффекте лотоса используется микроструктура, благодаря которой грязь, оседающая на поверхности, просто смывается во время ближайшего дождя. При этом тончайший рельеф «акульей шкуры» улучшает динамику воздуха и воды на наружных поверхностях самолетов и кораблей, тем самым обеспечивая экономию топлива.

Современные технологии интерференции света теперь позволяют быстро придавать эффект лотоса таким техническим поверхностям, как компоненты аккумуляторов, протезы и даже самолеты.

Многие подобные эффекты, созданные на основе природных явлений, получают путем нанесения покрытия или пленки на поверхность, в которую необходимо встроить определенную микроструктуру.

Однако покрытия и пленки могут износиться, что со временем приведет к исчезновению необходимого эффекта. За последние годы исследователи из Института технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS и Дрезденского технического университета разработали альтернативный, готовый к выпуску на рынок метод перманентного встраивания нано- и микроструктур в поверхности — прямое лазерное интерференционное формирование структур. В ходе этого процесса нано- и микроструктуры встраиваются непосредственно в поверхность с помощью лазера, имитируя эффекты, встречающиеся в природе. Это поразительно быстрый процесс, при котором можно обрабатывать до 1 м2 поверхности в минуту.

Новая технология настолько перспективна, что Институт технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS в этом году основал компанию Fusion Bionic. Fusion Bionic разрабатывает и продвигает на рынке системы прямого лазерного интерференционного формирования структур для придания биомиметического эффекта поверхностям, а также предоставляет своим клиентам услуги по функционализации поверхностей.

Быстрая обработка поверхностей большой площади

«Долгое время лазеры были слишком медленными, чтобы обрабатывать поверхности большой площади, по сравнению с нанесением покрытий или пленок», — говорит руководящий директор компании Fusion Bionic, доктор Тим Кунц, который основал компанию вместе с тремя партнерами.

«Благодаря процессу прямого лазерного интерференционного формирования структур мы совершили прорыв в быстрой обработке больших поверхностей».

У людей сложилось представление о лазере как об одном тонком луче. Использовать его как иглу для нанесения рисунка на поверхность было бы очень долго. Процесс прямого лазерного интерференционного формирования структур работает иначе. Прежде всего, один луч разделяется на множество пучков. Для нанесения рисунка на поверхность эти многочисленные пучки накладываются так, чтобы создать так называемый интерференционный узор. Этот узор можно распределить на большой площади, что позволяет быстро обрабатывать большие поверхности. Давайте кратко рассмотрим принцип действия интерференции: свет передается как волны. Когда два пучка света накладываются друг на друга, минимальные и максимальные точки их волн могут либо гасить, либо усиливать друг друга. Когда свет достигает поверхности, энергия лазера удаляет или изменяет часть материала. Темные области остаются без изменений.

«Это позволяет нам создавать практически любую вообразимую структуру», — говорит Тим Кунц. «Эффект лотоса, акулья шкура, глаз мотылька и многое другое».

На основе концепции, разработанной в рамках проекта LASER4FUN, финансируемого Европейским Союзом, и координируемого экспертом по лазерам, профессором Андресом Фабианом Ласаньи, Институт технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS в сотрудничестве с Дрезденским техническим университетом и компанией Airbus разработал микроструктуру, предотвращающую обледенение крыльев самолетов во время полета. Традиционно это достигается путем выведения горячего воздуха из двигателей самолета к крыльям. Однако из-за этого теряется энергия двигателей. В ходе проекта выяснилось, что количество энергии, необходимое для системы защиты от обледенения, снизилось на 80%, когда поверхности крыльев придали определенную микроструктуру с помощью прямого лазерного интерференционного формирования структур. «Это особенно удачное решение для электрических самолетов будущего, поскольку их двигатели не будут генерировать тепло», — говорит Тип Кунц. В рамках других проектов обрабатывались протезы тазобедренных суставов, чтобы сделать их поверхности совместимыми с живыми тканями и антибактериальными.

Стекло, функционализированное с помощью лазера, украшенное логотипом компании Fusion Bionic, вдохновленным бабочкой морфо.

Финансирование по программе Общества Фраунгофера «AHEAD»

Первый шаг к созданию прямого лазерного интерференционного формирования структур был сделан около десяти лет назад, когда Ласаньи перешел из Саарского университета в Институт технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS и сосредоточил свое внимание на технологиях. В то время процесс прямого лазерного интерференционного формирования структур был скорее предметом научных обсуждений, однако Ласаньи, который теперь является профессором по лазерному формированию структур на больших поверхностях в Дрезденском техническом университете, увидел огромный потенциал этой технологии. Он собрал команду высококвалифицированных специалистов в Институте технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS, разрабатывающих несколько оптических концепций и имеющих патенты в этой области, и с 2017 года проект продолжил развиваться под началом его преемника Тима Кунца. На основе революционной предварительной работы Ласаньи эти двое спроектировали головки для прямого лазерного интерференционного формирования структур для промышленного использования, которые с тех пор установили на пробных образцах по всему миру. В 2020 году стало ясно, что выход технологии прямого лазерного интерференционного формирования структур на рынок потребует перехода на новый уровень.

«Наши решения обеспечивают совершенно новую степень свободы при проектировании поверхностей, а такой скорости обработки раньше еще не было. Это означает, что теперь стали возможны совершенно новые виды продукции и процессов», — рассказывает Тим Кунц. Компания Fusion Bionic была основана при поддержке программы «AHEAD» Общества Фраунгофера. «Существует реальная необходимость в функционализации поверхностей», — подводит итог Ласаньи. «Каждая отрасль промышленности сталкивается со своими трудностями, от мороженого, прилипающего к стенкам контейнеров, до вопросов снижения трения. Без работы мы в ближайшее время не останемся».

Чтобы ускорить развитие инновационных поверхностей, компания Fusion Bionic при поддержке своего инвестора, Avantgarde Labs Ventures, работает над платформой прогнозирования с использованием искусственного интеллекта, направленной на разработку передовых функций лазерной технологии. Параллельно в Институте технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS строится испытательный стенд с искусственным интеллектом. Он представляет собой испытательный стенд со множеством датчиков для лазерной обработки, в котором искусственный интеллект используется для быстрого прогнозирования и создания оптимальной структуры поверхности для решения любой проблемы. Основатели компании Fusion Bionic — доктор Сабри Аламри, Лаура Кунц, доктор Тим Кунц и Бенджамин Крупоп.

Под редакцией Общества Фраунгофера (Мюнхен) и Института технологий материалов и лучевой техники Фраунгофера IWS (Дрезден), Германия presse@iws.fraunhofer.demarkus.forytta@iws.fraunhofer.de

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Формирование композитного слоя на базе износостойкого хромалмазного покрытия и антифрикционной оксидной пленки.
Формирование композитного слоя на базе износостойкого хромалмазного покрытия и антифрикционной оксидной пленки.
Рассмотрены технологические факторы получения покрытий хром-наноалмаз. Разработан технологический процесс нанесения антифрикционной пленки на электролитические хромовые…
Штемплюк Р.Г.
26.10.2020
499
Легкая липкая пленка SolvaLite для панелей кузова автомобилей
Легкая липкая пленка SolvaLite для панелей кузова автомобилей
Быстрое отверждение и безупречная ровность окрашенных поверхностей класса А большой площади, совместимых с передовыми препрегами,…
16.11.2022
29
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
ExpoCoating Moscow – ключевая в России специализированная международная выставка материалов и оборудования для обработки поверхности,…
28.11.2022
37
Инновационные противовспениватели для бетона
Инновационные противовспениватели для бетона
Ученые сообщают о применении разветвленных алкилполиэфиров в качестве новых противовспенивателей для бетона. Была получена серия…
15.08.2022
60
Решение проблем с коррозией при задержке инъецирования каналов
Решение проблем с коррозией при задержке инъецирования каналов
Запатентованная технология MCI®, разработанная компанией Cortec, теперь используется в наиболее сложных проектах, когда требуется обеспечить…
Ивана Липошчак
17.01.2022
389
Мир климата Экспо 2023: новая реальность – новые возможности
Мир климата Экспо 2023: новая реальность – новые возможности
Мир климата Экспо – традиционное место встречи отечественных и зарубежных производителей и поставщиков HVAC/R решений…
06.12.2022
28
Натуральные волокна в основе электрических фургонов для доставки посылок
Натуральные волокна в основе электрических фургонов для доставки посылок
Новый проект транспортного средства для доставки посылок предполагает использование препрегов из натурального волокна для обеспечения…
Элизабет Х. Лоу
16.06.2021
162
Следующий уровень: новая эра нанесения краски
Следующий уровень: новая эра нанесения краски
Москва, 10 ноября 2021 г. – Четыре дня, различные часовые пояса и языки. На своей…
Dürr Systems RUS
15.11.2021
113
14-я международная специализированная выставка «ПОЛИУРЕТАНЭКС»
14-я международная специализированная выставка «ПОЛИУРЕТАНЭКС»
С 28 по 30 марта 2023 года Выставочная Компания «Мир-Экспо» проводит 14-ю международную специализированную выставку…
01.11.2022
43