Efectos de loto por láser
Rápido y mucho más versátil que los revestimientos: La fusión biónica establecida
Ahora es posible incorporar nano y microestructuras a las superficies en un instante utilizando el láser. La tecnología ha sido desarrollada y comercializada por la empresa Fusion Bionic, con sede en Dresde, una empresa derivada del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Rayos IWS. Las posibilidades de la estructuración por láser son prácticamente infinitas. Tiene la ventaja de ser rápida y mucho más versátil que los revestimientos.
Las modernas tecnologías de interferencia de luz de Dresde permiten ahora transferir rápidamente los efectos de loto y otros refinados trucos estructurales del mundo natural a las superficies técnicas.
© ronaldbonss.com
Las superficies de los productos pueden mejorarse con todo tipo de efectos diferentes. El efecto loto, por ejemplo, utiliza una microestructura que permite que la suciedad que se adhiera a la superficie se elimine simplemente la próxima vez que llueva. Las finas ondulaciones de la piel de tiburón, por su parte, mejoran la dinámica del aire y el agua en el exterior de aviones y barcos, ahorrando así combustible. Inspirándose en la naturaleza, muchos de estos efectos se han desarrollado recubriendo o aplicando una película a la superficie en la que se incorporan las microestructuras. Sin embargo, los revestimientos y las películas pueden desgastarse, lo que hace que el efecto deseado disminuya con el tiempo. En los últimos años, los investigadores del Fraunhofer IWS y de la Universidad Técnica de Dresde han desarrollado un método alternativo, listo para el mercado, de aplicación permanente de nano y microestructuras a las superficies: El patrón de interferencia láser directo (DLIP). Este proceso incorpora la nano o microestructura directamente en la superficie utilizando un láser para crear efectos biomiméticos. Es un proceso extraordinariamente rápido, y actualmente puede tratar hasta un metro cuadrado de superficie por minuto. La nueva tecnología es tan prometedora que ha llevado a la fundación de Fusion Bionic este año como empresa derivada de Fraunhofer IWS. Fusion Bionic desarrolla y comercializa soluciones de sistemas DLIP para el acabado de superficies biomiméticas, pero también ofrece servicios de funcionalización de superficies a sus clientes.
Suficientemente rápido para grandes superficies
"Durante mucho tiempo, los láseres eran demasiado lentos para ser utilizados en el acabado de superficies con grandes áreas en comparación con el recubrimiento o la aplicación de películas", afirma el director general de Fusion Bionic, el Dr. Tim Kunze, que fundó la empresa junto con tres socios. "Pero con el proceso DLIP hemos dado el salto a procesar rápidamente grandes superficies". Convencionalmente, la gente piensa en un láser como un único y fino rayo. Utilizarlo como una aguja para hacer un patrón en una superficie llevaría muchísimo tiempo. La forma en que funciona el proceso DLIP es diferente. En primer lugar, divide un único rayo láser en múltiples grupos de rayos. Para aplicar un patrón a la superficie, estos múltiples rayos láser se superponen de forma controlada para crear lo que se conoce como un patrón de interferencia. Este patrón puede distribuirse en una zona más amplia, lo que permite procesar rápidamente superficies de gran tamaño.
Expliquemos brevemente el principio de la interferencia: La luz se transmite en ondas. Cuando se superponen dos haces de luz, sus valles y crestas de onda pueden anularse o reforzarse mutuamente. Cuando la luz incide en la superficie, la energía del láser elimina o altera parte del material. Las zonas oscuras no se ven afectadas. "Esto nos permite crear prácticamente cualquier estructura imaginable", dice Tim Kunze. "Efectos de loto, piel de tiburón, ojos de polilla y muchos más".
Durante su estancia en Fraunhofer IWS, su equipo colaboró estrechamente con el profesor Andrés Lasagni de la Technische Universität Dresden y con Airbus para desarrollar una microestructura que impida la formación de hielo en las alas de los aviones durante el vuelo. Tradicionalmente, esto se consigue conduciendo el aire caliente de los motores de los aviones hacia las alas. Sin embargo, esto desperdicia la energía de los motores. El proyecto descubrió que la energía requerida por un sistema de protección contra el hielo disminuía en un 80% cuando las alas también incorporaban una microestructura DLIP. "Se trata de una solución especialmente buena para los aviones con motor eléctrico del futuro, porque esos motores no generarán calor residual", afirma Tim Kunze. Otros proyectos han trabajado en el procesamiento de implantes como prótesis de cadera e implantes dentales para que sus superficies sean especialmente biocompatibles o antibacterianas.
Financiación a través del programa Fraunhofer AHEAD
El impulso inicial para desarrollar el DLIP llegó hace aproximadamente una década de la mano del profesor Andrés Fabián Lasagni, experto en láser, cuando se trasladó de la Universidad de Saarland a Fraunhofer IWS y cambió su enfoque a la tecnología. Por aquel entonces, el DLIP era más bien un tema académico básico, pero Lasagni, que ahora es catedrático de Estructuración de Superficies Basada en Láser de Gran Superficie en la Universidad Técnica de Dresde, vio un gran potencial en este campo. Formó un equipo altamente capacitado durante su tiempo en Fraunhofer IWS, y ha seguido creciendo bajo su sucesor Tim Kunze desde 2017. Basándose en el innovador trabajo preliminar de Lasagni, ambos desarrollaron cabezales DLIP para uso industrial que, desde entonces, han sido instalados por varios clientes piloto de todo el mundo. En 2020, quedó claro que la comercialización de la tecnología DLIP tendría que elevarse a un nuevo nivel. "Nuestras soluciones ofrecen un grado de libertad completamente nuevo en el diseño de superficies, con velocidades que simplemente no estaban disponibles antes. Esto significa que ahora son posibles tipos de productos y procesos completamente nuevos", explica Tim Kunze.
Fusion Bionic se ha establecido con la ayuda del programa AHEAD, un programa de apoyo a las empresas derivadas de la Fraunhofer-Gesellschaft. "Existe una necesidad real de funcionalizar las superficies", resume Lasagni. "Cada industria tiene sus propios retos, desde los helados que se pegan a los lados de los contenedores hasta la cuestión de cómo reducir la fricción. No nos quedaremos sin trabajo pronto".
Para acelerar el desarrollo de superficies innovadoras, Fusion Bionic está trabajando con el apoyo de su inversor, Avantgarde Labs Ventures, en una plataforma de previsión mediante inteligencia artificial, destinada a desarrollar funcionalidades láser avanzadas. Paralelamente, se está construyendo un banco de pruebas de IA en Fraunhofer IWS. Se trata de un banco de pruebas de procesamiento láser multisensor que utiliza la inteligencia artificial para predecir y crear rápidamente la estructura superficial óptima para cualquier problema.
Los miembros fundadores de Fusion Bionic son el Dr. Sabri Alamri, Laura Kunze, el Dr. Tim Kunze y Benjamin Krupop.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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