Lasersystem verhindert Verunreinigungen auf Flugzeugoberflächen

Wissenschaftler haben ein Lasermaterialbearbeitungsverfahren entwickelt, um strukturierte Oberflächen herzustellen, die Schmutz und Wasser abweisen. Diese Technologie wird vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.

Die Verwendung von Beschichtungen, die der Lotuspflanze nachempfunden sind, deren Blätter selbstreinigende Eigenschaften haben, wird in einem breiten Anwendungsspektrum von der Industrie bis zur Medizin immer häufiger eingesetzt. Wenn Wasser auf diese Blätter fällt, bildet es Perlen, die abperlen und dank der komplexen mikroskopischen und nanoskopischen Struktur der Oberfläche Staub und Schmutz mitnehmen. Unterstützt durch das von der EU geförderte Projekt LASER4FUN hat ein Forscherteam eine vom Lotus-Effekt inspirierte Methode entwickelt, bei der filigrane Muster direkt in Metalloberflächen geätzt werden.

Dr. Tim Kunze fasste den Prozess in einer Pressemitteilung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS zusammen: „Mit unserem Verfahren wollen wir jede Form von Kontamination auf Flugzeugoberflächen verhindern.“ Er fügte jedoch hinzu: „Es wäre auch ein Erfolg, wenn wir ihn zumindest deutlich reduzieren könnten“.

Lotus-Effekt

In der gleichen Pressemitteilung wird festgestellt, dass die Ingenieure eine DLIP-Technik (Direct Laser Interference Patterning) verwendet haben. Dabei wird ein einzelner Laserstrahl mit einer speziellen Optik in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt, die sich auf der zu strukturierenden Metalloberfläche rekombinieren. Es erzeugt präzise und kontrollierbare Lichtmuster. „Wenn das Interferenzmuster auf ein Titanblech fokussiert wird, schmilzt und entfernt das hochenergetische Laserlicht das Material in den hellen Bereichen, während es das Material in den dunklen Bereichen unbeeinflusst lässt.“

Das Team stellte fest, dass diese Muster an Säulenhallen oder Wellblechdächer erinnern. „Die Abstände zwischen den Säulen können zwischen 150 Nanometern (Millionstel Millimeter) und 30 Mikrometern (Tausendstel Millimeter) eingestellt werden.“ Dadurch entsteht eine Oberfläche, auf der Wassertropfen nicht genügend Halt finden. Dadurch rollen oder gleiten sie ab, anstatt sich zu einem Film auszubreiten, ähnlich dem in der Natur beobachteten Lotuseffekt.

Solche wasserabweisenden oder superhydrophoben Oberflächen werden auch durch andere Technologien hergestellt, wie in der Pressemitteilung erläutert. „Die meisten lotusartigen Beschichtungen auf Blechen, Gläsern oder Badarmaturen werden heute noch durch spezielle Verfahren hergestellt. Der Hauptvorteil dieser Beschichtungsverfahren besteht darin, dass sie die Behandlung großer Flächen ermöglichen. Die Beschichtungen altern jedoch mit der Zeit, können leicht beschädigt werden und entsprechen teilweise nicht den neuen EU-Umweltvorschriften, die in Kraft treten“. Die Wissenschaftler betonen, dass die mit der DLIP-Methode hergestellten Strukturen durchaus Jahre halten können, ohne Umweltbedenken zu haben.

Neben der Flugerprobung von laserstrukturierten Beschichtungen auf einem Flugzeugflügel untersucht das Team auch andere Anwendungen für seine lotusartigen Nanostrukturen. Die Forscher schlagen vor, dass die Technologie zum Schutz vor Fälschungen oder zur Verbesserung der Biokompatibilität von chirurgischen Implantaten, wie sie beispielsweise in der Zahnmedizin verwendet werden, eingesetzt werden könnte.

Das laufende Projekt LASER4FUN (European Esrs Network On Short Pulsed Laser Micro/Nanostructuring Of Surfaces) zielt darauf ab, „Oberflächen zu strukturieren, die Eigenschaften für industrielle Anwendungen enthalten“, so CORDIS. Es konzentriert sich auf die „Wechselwirkung von Laserenergie mit verschiedenen Materialien (Metalle, Halbleiter, Polymere, Gläser und fortschrittliche Materialien) und auf neue Oberflächenfunktionalitäten wie Tribologie, Ästhetik und Benetzbarkeit“. Ein weiteres Ziel des Projekts ist der Aufbau eines internationalen Ausbildungsnetzwerks für Nachwuchsforscher im Bereich der Metallverarbeitung.

Mehr Informationen:
LASER4FUN Projekt-Website: www.laser4fun.eu/

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