LIPSS-based functional surfaces produced by multi-beam nanostructuring with 2601 beams and real-time thermal processes measurement

Abstract

Unikátní kombinace ultrakrátkého vysokoenergetického pulzního laserového systému s výjimečnou kvalitou paprsku a uninového difrakčního optického prvku (DOE) umožňuje současnou produkci 2601 laserových stop uspořádaných do čtvercové matice 1 × 1 mm za méně než 0,01 ms. Úpravou laseru a parametrů zpracování může každá stopa obsahovat laserem indukované periodické povrchové struktury (LIPSS, vlnky), včetně LIPSS s vysokou prostorovou frekvencí (HFSL) a LIPSS s nízkou prostorovou frekvencí (LSFL). DOE umístěné před galvanometrickým skenerem umožňuje snadnou integraci a spojování vzoru na větších plochách. Kromě toho byla tvorba LIPSS poprvé monitorována pomocí rychlé infračervené radiometrie pro ověření možností kontroly kvality v reálném čase. Během výroby LIPSS byly po každém laserovém pulzu pozorovány plata tuhnutí, což umožňuje řízení procesu sledováním akumulace tepla nebo délky plat pomocí nového přístupu derivace signálu. Analýza plat tuhnutí po každém laserovém pulzu umožnila dynamickou kalibraci měření. Z měření byly pozorovány teploty akumulace tepla od 200 do 1000 °C a porovnány s teoretickým modelem. Měření teploty odhalilo zajímavé změny ve fyzice procesu laserové ablace. Navíc nejvyšší produktivita na ploše 40 × 40 mm dosáhla 1910 cm2/min, což je podle našich nejlepších znalostí nejvyšší prokázaná produktivita nanostrukturování LIPSS. Ukazuje tak velký potenciál pro účinnou výrobu funkčních povrchů na bázi LIPSS, které lze použít ke zlepšení mechanických, biologických nebo optických vlastností povrchu.