Platforma technologii laserowej przyspiesza tworzenie powierzchni funkcjonalnych
Struktury powierzchniowe inspirowane biologią oferują niezwykle obiecujące komercyjnie rozwiązanie pozwalające na projektowanie funkcjonalnych powierzchni zaspokajających zapotrzebowanie odbiorców przemysłowych. Zastosowanie powierzchni o kontrolowanej charakterystyce topograficznej pozwala na uzyskanie produktów o szczególnych właściwościach użytkowych, takich jak właściwości antybakteryjne, samoczyszczące, redukcja tarcia oraz funkcje bezpieczeństwa optycznego. Konieczne jest opracowanie metod wytwarzania ich przy niskich kosztach. Opracowanie ultrakrótkich źródeł laserowych o dużej mocy zaspokoi rosnące zapotrzebowanie na niedrogie produkty o nowatorskich właściwościach powierzchniowych.
Wysoka wydajność produkcji
W ramach finansowanego przez UE projektu LAMPAS naukowcy zbudowali ultraszybki system laserowy klasy kilowatowej o docelowych parametrach. Opracowany laser impulsowy przekroczył średnią moc optyczną 1,5 kW, a w testach działał z mocą szczytową klasy gigawatowej. Wykazał też jakość wiązki podstawowej przy długości fali bliskiej podczerwieni 1 μm. Uczeni zintegrują system demonstracyjny z maszyną przeznaczoną do przemysłowej mikroobróbki laserowej większych powierzchni o wymiarach liczonych w metrach kwadratowych. Laser został zaprezentowany w październiku 2021 roku na konferencji Advanced Solid State Lasers Conference przez uczestnika projektu, firmę TRUMPF, zajmującą się produkcją maszyn przemysłowych. Ma ona siedzibę w Niemczech i jest jednym z największych na świecie producentów obrabiarek. Jak czytamy w komunikacie prasowym opublikowanym w serwisie „Photonics Media”, „system pracował ze średnią mocą 300 W, natomiast stopień wspomagający lasera cienkowarstwowego zapewniał ponad pięciokrotne wzmocnienie”. Autorzy piszą ponadto: „Kompaktowy i wydajny moduł wzmacniacza wieloprzepustowego z cienkim dyskiem wyznacza nowe standardy technologiczne pod względem solidności. Duża powierzchnia dysku pozwala na uzyskanie ekstremalnej mocy szczytowej bez konieczności czasowej postkompresji impulsów, których czas trwania można regulować w zakresie od 3 do 10 ps za pomocą interfejsu front-end. Wąskie pasmo widma poniżej 1 nm idealnie nadaje się do bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej. Liniowy łańcuch wzmacniaczy zapewnia wysoką elastyczność, w tym funkcjonalność impulsową, jak również pełną moc średnią 1,5 kW w szerokim zakresie częstotliwości powtarzania między 375 kHz a 5 MHz, kompatybilną z szybkimi skanerami”.
Tania produkcja
Zwiększony poziom wydajności lasera powinien znacznie obniżyć koszty obróbki pojedynczego elementu. Dzięki temu nowe zastosowania staną się opłacalne. Efektem będzie też zwiększenie produkcji funkcjonalizowanych powierzchni do różnych zastosowań, takich jak urządzenia gospodarstwa domowego, opakowania farmaceutyczne, maszyny przemysłowe, implanty i instrumenty medyczne, przetwórstwo spożywcze, sprzęt sportowy, wykończenia mebli i magazynowanie energii. Założeniem projektu LAMPAS (High throughput Laser structuring with Multiscale Periodic feature sizes for Advanced Surface Functionalities) jest zwiększenie potencjału strukturyzacji laserowej do projektowania niedawno sfunkcjonalizowanych powierzchni, a tym samym zwiększenie wydajności, elastyczności i produktywności procesu. Pozwoli to na otrzymywanie właściwości dotyczących na przykład zapobiegania pozostawianiu odcisków palców, dekoracyjnego wykończenia, zmniejszania tarcia, łatwych do czyszczenia powierzchni, znakowania zabezpieczającego przeciw fałszerstwom, a także właściwości antybakteryjnych, przeciwoblodzeniowych i przeciwporostowych. Dzięki zrealizowanym w ramach projektu pracom europejski przemysł otrzyma dostęp do taniej i doskonałej technologii pozwalającej na otrzymywanie szerokiej gamy powierzchni funkcjonalnych. Projekt dobiegnie końca w czerwcu 2022 roku. Więcej informacji: strona projektu LAMPAS
Słowa kluczowe
LAMPAS, laser, powierzchnia, powierzchnia funkcjonalna, wzmacniacz
