Vuilwerend met laser

Nano- en microstructuren kunnen nu met lasers in een handomdraai in oppervlakken worden verwerkt. De technologie heeft als voordeel dat ze snel en veel veelzijdiger is dan coatings. Hij wordt ontwikkeld en op de markt gebracht door de in Dresden gevestigde start-up Fusion Bionic, een spin-off van het Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS.

Productoppervlakken kunnen worden verbeterd met allerlei verschillende effecten. Het lotuseffect, bijvoorbeeld, maakt gebruik van een microstructuur om vuil dat aan het oppervlak kan blijven plakken, eenvoudig weg te spoelen als het de volgende keer regent. De fijne rimpelingen van haaienhuid verbeteren de dynamiek van lucht en water aan de buitenkant van vliegtuigen en schepen, waardoor brandstof wordt bespaard.

Met de natuur als inspiratiebron zijn veel van dergelijke effecten ontwikkeld door het oppervlak waarin de microstructuren zijn verwerkt, te coaten of een film aan te brengen. Coatings en films kunnen echter slijten, waardoor het gewenste effect na verloop van tijd afneemt.

De afgelopen jaren hebben onderzoekers van Fraunhofer IWS en Technische Universität Dresden een alternatieve, marktklare methode ontwikkeld om nano- en microstructuren permanent op oppervlakken aan te brengen: Direct Laser Interference Patterning (DLIP). Dit proces integreert de nano- of microstructuur rechtstreeks in het oppervlak met behulp van een laser om biomimetische effecten te creëren. Het kan momenteel tot één vierkante meter oppervlak per minuut aan.

Dit jaar is Fusion Bionic opgericht als een spin-off van Fraunhofer IWS. De startup ontwikkelt en verkoopt DLIP-systeemoplossingen voor biomimetische oppervlakteafwerking en levert diensten voor oppervlaktefunctionalisering.

Conventioneel denken mensen aan een laser als een enkele fijne straal. Het zou extreem tijdrovend zijn om het als een naald te gebruiken om een ​​patroon in een oppervlak te maken. De manier waarop het DLIP-proces werkt, is anders. Allereerst splitst het een enkele laserstraal in meerdere bundels van stralen. Om een ​​patroon op het oppervlak aan te brengen, worden deze meerdere laserstralen op een gecontroleerde manier over elkaar heen gelegd om een ​​interferentiepatroon te creëren. Dit patroon kan over een groter oppervlak worden verdeeld, waardoor oppervlakken met grote oppervlakken snel kunnen worden verwerkt.

Het team werkte nauw samen met Prof. Andrés Lasagni van de TU Dresden en met Airbus om een microstructuur te ontwikkelen die voorkomt dat zich tijdens de vlucht ijs op de vliegtuigvleugels ophoopt. Traditioneel wordt dit bereikt door hete uitlaatlucht van de vliegtuigmotoren naar de vleugels te blazen. Dit verspilt echter energie van de motoren. Uit het project bleek dat de energie die nodig is voor een ijsbeschermingssysteem met 80 procent afnam wanneer de vleugels ook een DLIP-microstructuur bevatten. "Dit is vooral een goede oplossing voor de elektrisch aangedreven vliegtuigen van de toekomst, omdat die motoren geen restwarmte genereren", zegt Tim Kunze, die het bedrijf samen met drie partners heeft opgericht. 

Ook zijn implantaten bewerkt, zoals prothetische heupgewrichten en tandheelkundige implantaten, om hun oppervlakken bijzonder biocompatibel of antibacterieel te maken. 

De beste structuur voorspellen

Om de ontwikkeling te versnellen, werkt Fusion Bionic met de steun van zijn investeerder, Avantgarde Labs Ventures, aan een voorspellingsplatform dat gebruikmaakt van kunstmatige intelligentie, bedoeld om geavanceerde laserfunctionaliteiten te ontwikkelen. Tegelijkertijd wordt bij Fraunhofer IWS een AI-testbank gebouwd. Dit is een testbank voor laserverwerking met meerdere sensoren die kunstmatige intelligentie gebruikt om snel de optimale oppervlaktestructuur voor elk probleem te voorspellen en te creëren.