Официально заявка кафедры лазерных технологий и систем Университета ИТМО на конкурс звучала как «Разработка лазерной технологии формирования микрогеометрии поверхности конструкционных материалов с целью управления их физико-химическими свойствами». Ученые вуза показали, что с помощью волоконного оптического лазера можно реализовать разнообразные технологические процессы. Для этого требуется лишь определенная настройка оборудования, а также разработка новых технологий на базе лазеров. На основе этих исследований к 2018 году будут разработаны пять экспериментальных образцов лазерных установок.
Лазерный маркер для создания цветных идентификационных меток на поверхности металлических изделий
Одно из применений волоконного оптического лазера, которое разрабатывается в вузе, — это цветная маркировка металлов. В основе метода лежит интерференция в тонких оксидных пленках металлов, когда на их поверхности при нагревании образуется радужная пленка. Лазер позволяет нагревать металл локально и получать пленку на ограниченном участке, создавая многоцветные изображения. Самое главное, что разработчикам проекта удалось полностью контролировать процесс и сделать его автоматическим — то есть запускать устройство и получать нужный цвет на металле нажатием кнопки. Подробнее о проекте можно прочитать здесь.
«Эту технологию можно использовать в декоративных целях, в сувенирной и ювелирной промышленности. Также это еще один способ защиты изделий от подделок — цвет здесь выступает в качестве дополнительной степени защиты. Цветная маркировка полезна и при брендировании изделий», — прокомментировала автор исследования, научный сотрудник кафедры лазерных технологий и систем Галина Одинцова, основатель МИПа ColorIT, который занимается цветной лазерной гравировкой.
Установка для интеллектуальной лазерной очистки
Лазерная очистка с применением волоконных лазеров сейчас применяется в нескольких областях, традиционно для работы с предметами культурного наследия или очень дорогостоящими объектами. Например, одни из первых экспериментов кафедры ЛСТ были связаны с лазерной очисткой радиоактивных деталей. При использовании лазера эту операции можно делать дистанционно: лазерное излучение транспортируется по оптоволокну. Эту технологию можно использовать для снятия лакокрасочных покрытий с объектов АЭС, для утилизации атомных подводных лодок и многих других действий с радиоактивными объектами. Также интеллектуальная лазерная очистка может применяться при реставрации объектов культурно-исторического наследия.
«Самое главное то, что мы можем полностью контролировать процесс очистки, исследуя спектры лазерного испарения вещества с поверхности. Если, например, очистка производится химическим воздействием, то степень контроля процесса значительно снижается. Лазер же можно настроить, чтобы полностью удовлетворить запросы реставратора. Кроме того, для лазерной очистки не требуются расходные материалы, установка может работать беспрерывно 50 тысяч часов», — отметил ассистент кафедры ЛТС, разработчик технологии Андрей Самохвалов.
На основе этого метода в Университете было создано МИП «ЛазерЪ», которое занимается лазерной очисткой типографских анилоксовых валов, эскалаторных механизмов и деталей автомобильного двигателя.
Устройство для модификации поверхности титановых имплантов
За счет лазерного структурирования поверхности титанового импланта можно увеличить его совместимость с биологическими тканями. Для улучшения совместимости необходимо, чтобы поверхность импланта имела определенный рельеф на микро- и наноуровнях и химический состав. Лазерная обработка позволяет одновременно управлять как рельефом поверхности, так и в некоторой степени ее составом — например, получая окислы титана, которые обладают значительно большей биосовместимостью.
«Сейчас мы как раз проводим эксперименты: высаживаем клетки на модифицированные поверхности и смотрим, как они на них приживаются. Такие исследования необходимы для создания более качественных и безопасных зубных, тазобедренных или любых других имплантов. Грубо говоря, клеткам не все равно, на какую поверхность садиться, а мы должны сделать так, чтобы им было удобно», — пояснила Галина Одинцова.
Устройство для структурирования поверхности конструкционных материалов.
Этот аппарат необходим для изменения свойств материалов, применяемых в различных отраслях производства. Так как большинство взаимодействий в технике (механических, гидрофизических, тепловых, оптических, электрических и других) идет на поверхностном уровне, регулирование свойств поверхности крайне важно для промышленности. Самый простой пример пользы от модификации поверхности — это повышение износостойкости лакокрасочных веществ. Чем прочнее адгезия красок, тем больше времени они будут сохранять яркость и целостность.
«Мы можем управлять структурой и составом поверхности также в автоматизированном виде и получать необходимую структуру по заранее созданным программам. Но сложность заключается в том, что сами заказчики, как и разработчики, не всегда понимают, с какими свойствами им нужны поверхности. Именно поэтому мы, ученые, постоянно сотрудничаем, например, с медиками, чтобы понимать оптимальные режимы совместимости искусственных и биологических поверхностей, или с технологами производств, чтобы, например, создавать поверхности с требуемыми режимами трения. Здесь очень важно кооперироваться с реальной индустрией», — сказал заведующий кафедрой ЛСТ Вадим Вейко.
Система комбинирования нескольких источников лазерного излучения
Сегодня лазерные технологии применяются как для микрообработки материалов, так и для резки, сварки и закалки крупных деталей. Однако зачастую в этом процессе возникают проблемы, когда нужно обработать материалы с разными физико-химическими свойствами. Для этого можно использовать сразу несколько установок, но это удлиняет процесс производства и делает его более дорогостоящим.
«Было бы удобнее использовать универсальную установку, которая работала бы с разными источниками лазерного излучения. Этот аппарат может, например, объединять излучение пяти, четырех, трех, двух лазеров в один оптический канал. Таким образом, мы можем комбинировать лазеры и увеличивать мощность устройства. Самое главное, что его можно применять для решения самых разных задач», — объяснил ассистент кафедры ЛТС, разработчик технологии Максим Сергеев.
Эти пять установок не только позволят создать и внедрить новые лазерные технологии на производства, но расширят образовательную деятельность Университета ИТМО. С использованием этого оборудования будет проводиться новый цикл лабораторных работ для студентов.
