FEMTOFUNC | Biomimetische oppervlaktefunctionaliteit door femtosecond lasertexturering

Gefinancierd door

Componenten met biomimetische oppervlaktefunctionaliteit maken met behulp van femtosecond lasertexturering

Femtosecond lasertexturering biedt een nieuwe mogelijkheid om biomimetische functionaliteit te bereiken door het aanbrengen van micro- en nanotexturen op het oppervlak van een component met een bijzonder hoge afwerkingskwaliteit. Die technologie wordt in meerdere opzichten als milieuvriendelijk beschouwd. Om ze te promoten, moeten de industrie en onderwijsinstellingen worden bewustgemaakt en geïnspireerd om met lasertexturering verkregen functionaliteit in te bouwen in hun activiteit.

Context

Het voorbije decennium heeft Sirris kennis opgebouwd en aangetoond dat lasergetextureerde materiaaloppervlakken kunnen worden gebruikt om diverse functionaliteiten te creëren voor tweedimensionale platte oppervlakken. Maar om tot een doorbraak in de verwerkende industrie te komen, wordt toegepast onderzoek op het vlak van 3D-componenten noodzakelijk. Figuur 1 geeft enkele voorbeelden van deze functionaliteiten weer.

Terzelfder tijd is het belangrijk de kennis over oppervlaktefunctionalisering met lasertechnieken te verdiepen bij verschillende doelgroepen zoals professionals uit de industrie, studenten en de algemene samenleving. Dit initiatief kan bijdragen tot toekomstige ontwikkelingen voor nieuwe producten, productieprocessen en geschoolde arbeidskrachten in de Belgische maakindustrie.

Lasertechnologie geldt als milieuvriendelijk op meerdere niveaus.

Productieniveau: bij lasertexturering worden geen materialen toegevoegd zodat de componenten herbruikbaar zijn zonder chemische reinigingsprocessen.
Procesniveau: bij lasertexturering worden geen ondersteunende (chemische) hulpbronnen gebruikt, zodat er ook geen afval ontstaat.
Energieverbruik: vergeleken met de huidige (elektro-/chemische) processen en behandelingen wordt bij lasertexturering slechts een zeer kleine hoeveelheid energie verbruikt.

functional demonstrators developed in 2D flat surfaces by Sirris through the use of femtosecond laser surface texturization — Figuur 1: door Sirris ontwikkelde functionele demonstrators in 2D vlakke oppervlakken dankzij het gebruik van femtosecond laser oppervlaktestructurering

Doelstellingen

Het project beoogt de ontwikkeling van drie demonstratoren om het potentieel van met de laser aangebrachte biomimetische texturen in de context van de circulaire economie aan te tonen. Het gaat om de volgende toepassingen:

Voorkoming van ijsafzetting: montage van een turbineschoep (of van een vliegtuigvleugel), een component in de vorm van een vleugelprofiel om hem te testen op ijsafzetting. De behoefte aan verbeterde anti-ijsoppervlakken is ontzettend belangrijk voor meerdere aspecten van ons dagelijkse leven. IJsafzetting op oppervlakken is een bedreiging, niet alleen voor de industrie, maar ook voor de veiligheid van mensen.
Antibacterieel effect: testen van een deurknop om te bepalen of de hechting van bacteriën wordt verminderd, dan wel de gevormde biofilm gemakkelijker kan worden verwijderd dan bij een niet-getextureerde component. Met antibacteriële texturering kan mogelijk het gebruik van biociden en reinigingsmiddelen worden vermeden. Dit kan ingrijpende veranderingen met zich brengen in de voedings- en de farmaceutische sector.
Vermindering van wrijving: keuze van een fietswiellager als component om de wrijving verminderende eigenschappen van lasertexturering te simuleren. Wrijving is een ontzettend belangrijk probleem in de machinebouw. Het gebruik van smeermiddelen en coatings leidt niet alleen tot extra kosten, maar is ook belastend voor het milieu.

Het project wil ook de technologie van lasertexturering promoten via inspiratiesessies en bewustmakingsevenementen voor industriële en onderwijsomgevingen. Bovendien zal promotiemateriaal worden ontwikkeld om informatie over deze vrij nieuwe, schone technologie te verspreiden.

Aanpak

De drie componenten zullen worden gebruikt om na te gaan of de met lasertexturering verkregen functionaliteit even goed is als dan wel beter is dan de klassieke alternatieven. Hun ontwikkeling is gebaseerd op de methodologie, geïllustreerd door Figuur 2.

Procesverloop en demonstraties van de demonstratoren — Figuur 2: procesflow van het ontwerp, de creatie en validatie van de demonstrators

Het project wil bovendien de technologie van lasertexturering promoten via inspiratiesessies en bewustmakingsevenementen voor industrie en onderwijs. Daartoe zullen collectieve workshops worden gepromoot, inclusief presentaties en live showcases van de demonstratoren. De deelnemers ontvangen een kleine publicatie ter referentie.

Bovendien zal een aantal ondernemingen individueel worden benaderd voor inspirerende discussies om mogelijkheden voor hun productaanbod of productieproces te identificeren. Bij die discussies zullen verschillende functies binnen de onderneming zoals ontwerpers, verkoop, productie enz. worden betrokken om verschillende invalshoeken aan bod te laten komen.

Er komt een promotiecampagne met ondersteunend materiaal zoals banners, posters, blogcontent en een 'casebook' waarin het potentieel van deze technologie uitvoerig wordt toegelicht.

De methodologie van het project wordt samengevat in Figuur 3. Ze moet het mogelijk maken het volledige doel van dit project te bereiken. Ze werd ontwikkeld als inspiratiebron en richtsnoer voor de toepassing van nieuwe technologieën door de industrie, en levert concrete, tastbare demonstratoren op om de interesse van studenten en het algemene publiek te wekken.