Za novým rekordem v multisvazkovém laserovém nanostrukturování, s ohledem na počet laserových svazků současně modifikujících povrch materiálu, stojí aktivní vědecká spolupráce Centra HiLASE s Izraelskou společností HOLO/OR Ltd.
Středem pozornosti v oblasti nanomateriálů jsou superhydrofobní povrchy a jejich možné průmyslové aplikace včetně povrchů proti námraze, korozi, samočisticích povrchů nebo povrchů snižujících odpor vzduchu. Příkladem je například eliminace námrazy na křídlech letadel nebo výroba účinnějších kloubních implantátů s antibakteriálním povrchem.
Ačkoliv je laserová modifikace povrchů pomocí definovaných nanostruktur známou metodou, v průmyslu není moc využívána. Hlavním důvodem je vysoká cena, která je daná rychlostí tohoto procesu. Efektivním řešením pro širší průmyslové využití laserů v této oblasti je multisvazkové obrábění, kterým lze zvýšit rychlost opracování povrchů až tisíckrát.
Čtvercová oblast o ploše 1mm2 tak může být současně strukturována 40 401 svazky o průměru pouhých 4,9 μm s produktivitou přesahující 8 miliónu mikrospotů za sekundu.
Vědci z Centra HiLASE a společnosti HOLO/OR vyvinuli metodu, jak efektivně nanostrukturovat velkou plochu pomocí pouhých několika laserových pulzů. „Principem je jedinečná kombinace vysokoenergetického ultrakrátkého pulzního laserového systému s optickou sestavou pro fokusaci a dělení vstupního svazku do uspořádané čtvercové matice 201x201 sub-svazků,“ vysvětluje Petr Hauschwitz, vedoucí týmu Laserové mikroobrábění Centra HiLASE. Dále upřesňuje: „Čtvercová oblast o ploše 1mm2 tak může být současně strukturována 40 401 svazky o průměru pouhých 4,9 μm s produktivitou přesahující 8 miliónu mikrospotů za sekundu. V rámci každého z těchto mikrospotů navíc vzniká periodická nanostruktura se specifickou funkcí, např. za účelem změny smáčivosti povrchu.“
Example of defocused multi-beam pattern. (a) Simulation of optimal pattern shape; (b) Simulation of defocused pattern for 10 µm; (c) Simulation of defocused pattern for 20 µm; (d) Optimal pattern shape on a sample; (e) Defocused pattern for 10 µm on a sample surface; (f) Defocused pattern for 20 µm on a sample surface.
Při experimentu byl použit speciální prototyp optiky navržený společností HOLO/OR - difrakční dělič svazku (Diffractive Laser Induced Texturing, DLITe), fokusační optické prvky a unikátní HiLASE laserový systém PERLA, který disponuje excelentní kvalitou svazku s vysokou energií v pulzu (až 20 mJ při 1030 nm ) a délkou 1,7 ps. „DLITe je zbrusu novou kategorií difrakčních děličů svazku zaměřených na difrakční laserové indukční texturování a byl naší společností vyvinut za účelem strukturování velkých ploch,“ říká Natan Kaplan, technický a výrobní ředitel společnosti HOLO/OR. „Jsme hrdí, že naše zařízení a vědci napomohli k takto významnému rekordu.“
Díky provedenému experimentu a dosaženému rekordnímu výsledku je průmyslová adaptace laserového nanostrukturování ve větším měřítku možnou inovativní metodou pro rychlou a ekonomickou výrobu superhydrofobních povrchů. Detailní popis experimentu včetně výsledků naleznete zde.
Kontakt:
Ing. Marie Thunová
marie [dot] thunova [at] hilase [dot] cz
+420 702 235 039