【機床商務(wù)網(wǎng)欄目 科技動態(tài)】在過去的幾十年時間里，基于光子技術(shù)的解決方案，徹底改變了各個領(lǐng)域，其中包括通信、醫(yī)學(xué)、數(shù)據(jù)存儲等。工業(yè)材料加工也不例外，因為它目前完全依賴于激光和其他基于光學(xué)的特殊解決方案。
 

　　這促使了大量專業(yè)激光光源的產(chǎn)生，其中大多數(shù)是以納秒或更多的脈沖時間來工作的，這在宏觀制造中是完全可以接受的。比如汽車工業(yè)，在加工過程中，過多的熱積累降低了這種光源在微納米加工中的適用性——這是肉眼所無法看到的。為了徹底解決這一問題，9個合作伙伴(公司和研究機構(gòu))聚集在一起，開展了一個名為FemtoSurf的大型項目。該項目創(chuàng)造了一種金屬表面變形技術(shù)，使其具有疏水性、抗菌性等特點。
 

　　為什么它還沒有成為行業(yè)的改變者?
 

　　盡管飛秒(fs)激光表面成像的潛力很大，但目前它僅限于學(xué)術(shù)研究。阻礙這一技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要問題之一是飛秒激光功率不足，無法阻止加工過程的縮放。目前，實現(xiàn)所需脈沖能量可達(dá)MJ，從而使平均fs激光功率在W或幾十W范圍內(nèi)，使標(biāo)準(zhǔn)放大fs激光器達(dá)到了極限。使用平均功率為千瓦級的fs激光，可以使用多個激光點進(jìn)行并行處理，大大提高了從實驗室到fab的加工吞吐量。然而，目前市面上高平均功率fs激光器還是很少見的。此外，為了以有效和適用的方式控制和使用如此強大的激光束，必須開發(fā)新的光束控制和整形技術(shù)。我們需要考慮先進(jìn)的質(zhì)量控制方法和數(shù)字自動化，因為這些都是任何工業(yè)級材料加工設(shè)備中不可分割的部分。
 

　　這就是FemtoSurf項目的起點
 

　　為了解決上述所有問題，來自歐洲的不同機構(gòu)聚集在一起，成立了FemtoSurf聯(lián)盟，由歐盟地平線2020研究和創(chuàng)新項目(批準(zhǔn)協(xié)議編號825512)資助。該項目是由光子公私關(guān)系伙伴(PPP)(www.photonics21.org)提供資金。這個項目聯(lián)合了來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的專業(yè)人士，其中包括了激光研究人員，材料科學(xué)家，機器人系統(tǒng)設(shè)計師，牙科，船舶和飛機制造商。FemtoSurf項目的主要目標(biāo)是開發(fā)、測試和演示工業(yè)級固態(tài)2-3千瓦級fs激光器，其參數(shù)適用于工業(yè)環(huán)境的金屬表面圖案化。FemtoSurf工業(yè)級2- 3kw級fs激光將集成到可實現(xiàn)多光束處理的光學(xué)鏈中，集成到一個全自動處理裝置中，可以高效地對尺寸超過幾米的任意形狀金屬部件進(jìn)行圖形化處理，同時保持微米級精度和實時質(zhì)量評估(零故障部件交付)。
 

　　該項目對航空航天工業(yè)具有重要價值
 

　　在持續(xù)的壓力下，航空部件的磨損和污染是一個普遍存在的問題，因為它需要持續(xù)的清洗/修復(fù)操作，這顯然是復(fù)雜和昂貴的。FemtoSurf開發(fā)的表面處理，將允許覆蓋飛機或航天器組件的表面圖案增強其自清潔性能，并減少組件之間在重載下的整體摩擦。
 

　　Aerea s.p.a.(意大利)是該項目的合作伙伴和終用戶之一，該公司設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)和支持航空航天儲物架系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)。Aerea研究與技術(shù)部負(fù)責(zé)人Luca Pernechele解釋了該行業(yè)所面臨的主要挑戰(zhàn)：“我們必須以優(yōu)異的可靠性保證高的性能，因為我們的設(shè)備是集成在進(jìn)的飛機上或在不能持續(xù)失敗的空間平臺上。我們還面臨低速率的生產(chǎn)，因此我們需要靈活的解決方案，能夠根據(jù)客戶的需求(即設(shè)計到規(guī)范)來輕松定制。”然而,使用FemtoSurf表面紋理技術(shù)可以解決許多問題:降低零件磨損，降低機械機構(gòu)內(nèi)的摩擦阻力，從而提高機械效率；提高金屬零件表面疏水性的表面耐蝕性；改善涂料和樹脂與金屬基體與雜化復(fù)合材料的結(jié)合。
 

 

　　Luca Pernechele預(yù)測了如何使用FemtoSurf技術(shù)來提高性能：“由于更好的油漆附著力提高了粘接過程的效率，這可以減少粘接面積的小表面，簡化零件的幾何形狀和減輕組件的重量，減少摩擦可以通過減少定期維護(hù)來確定組件的更長壽命，增加腐蝕保護(hù)可以避免部件的替代”。我們終可以得出結(jié)論，F(xiàn)emtoSurf解決方案將顯著提高壽命，進(jìn)而提高航空航天業(yè)的盈利能力。
 

　　醫(yī)療設(shè)備的表面處理
 

　　任何醫(yī)療設(shè)備的表面特性在醫(yī)學(xué)中都起著非常重要的作用，它決定了生物相容性、對藥物的反應(yīng)，重要的是決定了植入物對活組織的排斥或粘附。事實上，目前使用的鈦植入物在骨科中發(fā)揮著重要的作用，因為它可以替換生病或損壞的骨頭。FemtoSurf解決方案可以直接調(diào)整鈦植入物的特性，包括在植入物的指定區(qū)域定向誘導(dǎo)斥力或粘附。
 

　　而另一家辛塔斯工廠是一家意大利醫(yī)療器械制造商，在世界各地設(shè)計、生產(chǎn)和銷售骨科假肢和脊柱植入物。該公司的目標(biāo)是開發(fā)具有物理化學(xué)特性的表面，增強生物反應(yīng)，在這方面，F(xiàn)emtoSurf技術(shù)可以增加骨骼的整合并減少摩擦，為開發(fā)新的和更符合生物相容性的假體做出重要貢獻(xiàn)。
 

　　船舶制造行業(yè)的防污性能
 

　　在所有的海洋整流船中，污染都是一個嚴(yán)重的問題，它會增加拖曳力和燃料的消耗，從而增加船舶的運營成本和碳足跡。羅拉SP螺旋槳SA(瑞士)公司提供高質(zhì)量和高性能的船舶推進(jìn)系統(tǒng)。該公司技術(shù)總監(jiān)Paolo Vagni表示，該公司要求保證海運部門的高性能和低油耗。當(dāng)被問及Femtosurf技術(shù)在航運業(yè)的投入時，Paolo Vagni聲稱，表面結(jié)構(gòu)將有助于保持產(chǎn)品的原有性能，延長產(chǎn)品的使用壽命，避免污垢，而無需進(jìn)行維護(hù)。FemtoSurf實施的船舶螺旋槳防污表面結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致船舶燃油消耗和維護(hù)的大幅減少，直接影響到航運業(yè)和航運業(yè)。
 

　　Femtosurf項目為終端用戶帶來了諸多優(yōu)勢。而來自Femtika(立陶宛)的Gedvinas Nemickas項目技術(shù)的協(xié)調(diào)員強調(diào)，F(xiàn)emtosurf技術(shù)將促進(jìn)激光表面納米化領(lǐng)域?qū)＠某霈F(xiàn)，并為整個科學(xué)界創(chuàng)造全新的機會，建立起千瓦級飛秒激光機器人系統(tǒng)。
 

　　(原標(biāo)題：Changing a face of the metals – femtosecond lasers for industry 4.0)