Европейский проект "Laser4Fun", в котором работают Институт материаловедения и лучевых технологий им. Фраунгофера, Технический университет Дрездена и Airbus, нацелен на ощутимые преимущества для авиакомпаний и пассажиров: наноструктуры на отдельных крыльях, которые едва различимы невооруженным глазом, предназначены для воды, Отбросьте насекомых, грязь и вообще нежелательные загрязнения.
Избегать загрязнения на поверхности самолета
«С помощью нашего процесса мы хотим избежать любых форм загрязнения поверхностей самолетов», - сказал доктор. Тим Кунзе, который возглавляет группу по поверхностной функционализации в IWS. «Но это также был бы успех, если бы мы могли хотя бы помешать этому». Это может произойти, например, с микро- и наноструктурированными поверхностями. Однако современное состояние техники заключается в том, что структурирование должно сочетаться с другими технологиями. Не так с решением IWS. Чтобы понять, что придумали инженеры Fraunhofer для отражения воды и грязи, полезна память об уроках физики: световой луч, проходящий через двойную щель, образует периодический рисунок из светлых и темных линий - так называемый «интерференционный рисунок».
Лазерные интерференционные узоры высекают колонны и траншеи в титан
Новые оптические модули DLIP из Дрездена генерируют такую интерференционную картину. «DLIP» означает «Прямая лазерная интерференционная картина» и означает нечто вроде «генерации прямой интерференционной картины лазером». Специальная оптика разделяет лазерный луч на несколько частичных лучей, которые впоследствии будут объединены для структурирования на поверхности материала. Этот трюк может быть использован для создания очень точных и контролируемых световых паттернов. Если интерференционная картина сфокусирована на титановом листе, лазерный луч высокой энергии плавится и удаляет материал в ярких областях, оставляя материал в темноте без изменений. В результате ученые из Fraunhofer IWS и TU Dresden создают крошечные структуры на поверхности титана,которые, если смотреть под микроскопом, напоминают, например, колонные залы или волнистые железные крыши. Расстояния между колоннами могут быть свободно установлены между 150 нм и 30 мкм.
Цель: из-за нано- и микроструктур на металле капли воды больше не могут распространяться и прикрепляться к поверхности. Поскольку они не могут найти достаточно контактов на поверхности, они скатываются или скатываются. Этот эффект заимствован у природы и уже много лет известен как «эффект лотоса».
Совет: Встреча пользователей облегченной конструкции На встрече пользователей легкой конструкции, которая состоится в Вюрцбурге с 4 по 5 декабря 2018 года, участники смогут узнать больше о легких материалах, конструкциях и производстве. В этом году основное внимание будет уделено оптимизации топологии, аддитивному производству и композиционным материалам.
Дополнительная информация: встреча пользователей для облегченной конструкции
Предыдущие покрытия очень похожи на возраст Lotus и иногда несовместимы с новыми экологическими нормами
Такие водоотталкивающие поверхности также были созданы с использованием других технологий. Большинство подобных лотосу эффектов на листовом металле, стеклах или сантехнике до сих пор производятся специальными покрытиями. До настоящего времени основным преимуществом метода покрытия было то, что он может использоваться для эффективной обработки больших площадей. Однако покрытия со временем стареют, могут быть легко повреждены и иногда не соответствуют новым экологическим нормам ЕС. Однако конструкции, изготовленные методом DLIP, могут прослужить долгие годы и не должны создавать никаких экологических проблем.
Большая структура поверхности с высокой пропускной способностью
Наноструктуры с эффектом Лотоса могли быть созданы с помощью лазерной технологии, но только очень медленно: лазерный луч должен был «рисовать» каждую канавку или колонку один за другим, как карандаш. Например, для большого крыла это заняло бы слишком много времени. Благодаря интерференционной технологии разработчики из Fraunhofer и TU Dresden смогли увеличить скорость обработки: в зависимости от того, должны ли быть структурированы титан, полимеры или другие материалы, оптика DLIP должна достигать почти одного квадратного метра в минуту. «Это мировой рекорд», - подчеркивает профессор Андрес Лазаньи, который заложил краеугольный камень рабочей группы в Fraunhofer IWS до 2017 года и в настоящее время является профессором лазерных методов крупномасштабного структурирования поверхности. «Вместе с нашим коллегой по IWS мы разработали крупнейшую в мире систему DLIP,который построен сегодня в ТУ Дрезден Система, финансируемая Инициативой совершенства Немецкого исследовательского фонда (DFG), позволяет обрабатывать большие площади с высокой пропускной способностью. Кроме того, лазерные головки DLIP должны быть интегрированы в имеющиеся в продаже промышленные машины, так что даже компании среднего размера теперь могут получить доступ к этой технологии ».
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ Семинар «Легкие материалы в строительстве» знакомит с методами, принципами проектирования и методами строительства легких конструкций. Участники получают обзор различных легких материалов, изучают критерии выбора материалов и узнают о преимуществах, недостатках и рисках различных материалов.
Следующая информация
Летные испытания с покрытиями с эффектом лотоса в Дрездене
Таким образом, инженеры Airbus сейчас испытывают наноструктурированные крылья на самолете на практике. «Для этого мы предоставили титановую испытательную площадку со структурой колонн», - сообщает Тим Кунце. Теперь покрытие, производимое DLIP, должно продемонстрировать свой потенциал на практике. Эльмар Бонаккурсо, специалист по материалам в Airbus Central R & T, говорит об этом так: «Летные испытания в различных условиях эксплуатации и регулярные проверки покрытий полезны для проверки прочности и функциональности таких водо- и грязеотталкивающих покрытий, которые уже хорошо зарекомендовали себя в лаборатории».
Лазерные структурные уплотнения затрудняют жизнь фальшивомонетчиков
Тем временем инженеры Dresden Fraunhofer и TU Dresden уже изучают возможности дальнейшего применения своих лотосоподобных наноструктур. Потому что они могут не только создавать водоотталкивающие поверхности, но и гарантировать, что вода или другие жидкости смачивают выбранные участки и, таким образом, становятся «гидрофильными» или «лиофильными». Защитные пломбы, которые трудно скопировать, также должны быть в состоянии создать. Например, эту технологию можно использовать для идентификации поддельных номерных знаков или для повышения биосовместимости зубных имплантатов. «Правильно структурированные винты имплантата могут быть лучше восприняты организмом», - надеется профессор Лазаньи. «И это будет означать меньше осложнений для пациента».