运用激光技术创建功能化表面

　　位于德国德累斯顿的Fusion Bionic是一家初创型企业，同时也是弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所(Fraunhofer IWS)的衍生公司。公司成立的目的旨在开发和销售用于将纳米和微结构应用于表面的激光技术。

　　近年来，IWS和德累斯顿工业大学的研究人员合作开发了一种将纳米和微结构永久应用于表面的工艺技术——直接激光干涉图形(DLIP)。该过程使用激光将纳米或微结构直接构建到材料表面上，以产生仿生效应。

　　例如“莲花效应”（指莲叶表面具有疏水和自洁的特点），使用微结构创建的表面允许任何粘在上面的污垢在下雨时可以简单地冲走。同时，“鲨鱼皮效应”（鲨鱼为人类提供了完美的减阻模板）的细微波纹改善了飞机和轮船外部空气和水的动态，从而节省了燃料。

　　另一方面，新的激光方法不需要涂层或薄膜。这种构建表面的处理速度非常快，目前每分钟能够处理多达1平方米的材料表面。由于新技术前景广阔，接下来Fusion Bionic公司将致力开发和销售用于仿生表面处理的直接激光干涉图形系统解决方案，同时为客户提供表面功能化服务。

　　Fusion Bionic董事总经理Tim Kunze博士表示，公司正在利用DLIP技术提供全新的产品可能性。到目前为止，功能性表面通常是通过涂层创建的，仅仅是因为激光看起来太慢了。但涂料往往不能带来预期的效果，有时也不是很耐用，甚至对环境有害。Fusion Bionic的功能性表面结构提供了一种增强产品的新方法。借助干涉技术，现在可以快速实现表面功能化，该解决方案已成为经典涂层的有力竞争者。

　　合作期间，Kunze的团队与德累斯顿工业大学和空中客车公司的Andrés Lasagni教授密切合作并开发了一种微结构，可以防止在飞行过程中飞机机翼上的积冰。以往的处理方式需要通过热废气从飞机发动机输送到机翼实现，然而这样做就要浪费发动机的能量。该研究项目发现，当机翼还采用DLIP微结构时，防冰系统所需的能量减少了80%。

　　“对于未来的电动飞机来说，这是一个特别好的解决方案，因为这些发动机不会产生任何废热。”Kunze说。其他具有市场前景的项目包括加工假体髋关节和牙科植入物等植入物，以使其表面特别具有生物相容性或抗菌性。

　　DLIP工作原理

　　DLIP工艺不像用铅笔那样用单个激光束将所需的结构图案缓慢地“绘制”到工件上，而是以高速加工暴露大面积区域。在DLIP过程中，通过将单个激光束分成多个光束来工作。为了在表面上应用图案，这些多束激光束以受控方式叠加，以创建所谓的干涉图案。然后可以将这种图案分布在更广泛的区域，从而可以快速处理大面积的表面。激光在亮点处烧蚀材料，而在较暗处保持不变。

　　在实验室条件下，Fusion Bionic团队已经能够处理高达每分钟0.9米的速度。结果在表面上形成非常精细的结构，其中一些只有几百纳米（百万分之一毫米）的大小，就像激光纹理工艺中一样。

　　结构化表面不仅具有独特的功能，而且还可以以智能方式运行，具有多种功能，在医学、光伏和汽车工业等领域得到广泛应用。IWS为直接表面图案化提供了一种高效且具有竞争力的工艺。与其他技术相比，简单和复杂表面上的不同多层结构在单个工艺步骤中就能实现。

　　未来趋势

　　为了加速创新表面的开发，Fusion Bionic正在投资者Avantgarde Labs Ventures的支持下，开发一个使用人工智能的预测平台，旨在用于开发先进的激光功能。与此同时，IWS正在开发一个多传感器激光加工测试平台，该平台使用人工智能快速预测并为任何问题创建最佳表面结构。

　　Kunze的团队计划在那里建立完整的激光成型机，以及标准化的DLIP加工模块，例如将来一家中型工业公司可以将其安装在机器人上。Fusion Bionic除了自有的激光机器制造之外，作为一个更具有发展前景的业务领域，Fusion Bionic还计划向行业提供合同结构化和专门开发的功能性产品表面的服务。

　　最新一代的DLIP加工头允许在加工过程中改变结构的周期和方向。因此，只需一个系统和工艺步骤即可实现多种表面图案。加工头单独提供，例如可以在现有的机器人支持的激光设施中实施。另一方面，IWS提供紧凑的DLIP设备，带有已集成的头部、相应的外围设备（激光器、外壳等）和专门开发的控制软件。

　　作为IWS的衍生企业，Fusion Bionic的商业激光干涉图案解决方案适用于各种应用领域，例如提高生物相容性、减少摩擦、优化表面润湿性、防冰和不粘特性、装饰以及产品保护。