Исследователи Дальневосточного федерального университета совместно с коллегами из Харбинского технологического института разработали метод лазерной обработки металлов с управлением при помощи нейросети. Технология позволяет создавать на поверхности нержавеющей стали наноструктуры, которые формируют разные цвета за счет дифракции света.
При многократном импульсном воздействии лазера гладкая поверхность металла покрывается регулярными нанобороздками. Такие структуры называют лазерно-индуцированными периодическими поверхностными структурами, или LIPSS. Они могут использоваться, например, для изменения свойств поверхности имплантов и покрытий, а также для создания оптических элементов и сенсоров.
Одно из интересных свойств LIPSS — структурная окраска. Когда свет попадает на упорядоченные бороздки, он дифрагирует и разделяется на разные оттенки. Цвет зависит от расстояния между элементами структуры, а ее ориентация влияет на направление и интенсивность дифракции. Поэтому изображение фактически становится частью поверхности металла, а не наносится сверху краской.
Проблема заключалась в точном управлении геометрией этих наноструктур. Исследователи использовали пятикоординатную лазерную установку, которая позволяет менять угол падения луча от −30 до +30 градусов и поляризацию от 0 до 180 градусов. Однако на результат влияли дополнительные оптические эффекты, поэтому простых расчетов было недостаточно.
Для повышения точности ученые использовали две нейросети. Первая оптимизировала параметры лазерной обработки — энергию импульса, число импульсов и шаг между линиями сканирования. Вторая была обучена на 130 экспериментальных наборах данных и связывала углы падения и поляризации лазера с периодом и ориентацией получающихся структур.
В результате разброс ориентации нанобороздок удалось уменьшить примерно с 47 до 6,5 градуса. В качестве демонстрации метода исследователи создали на стали многоцветный завиток из пяти областей — красной, оранжевой, голубой, синей и фиолетовой.
Измерения показали, что период получившейся структуры отличался от расчетного не более чем на 20 нанометров, а ошибка ориентации составила 0,6 градуса. Отклонение длины световой волны от заданной не превышало 27 нанометров.
Авторы считают, что метод можно применять не только к нержавеющей стали, но и к другим металлам и полупроводникам, на которых формируются структуры LIPSS. Пятиосевая установка также потенциально позволяет обрабатывать не только плоские, но и изогнутые поверхности.
Среди возможных применений технологии исследователи называют защитные голографические метки, оптические элементы, сенсоры и биосовместимые поверхности.
Источник: Минобрнауки России
Читайте также:
В России разработали веб-приложение для моделирования сетей и инженерных систем
Водородные накопители помогли ускорить стабилизацию автономной энергосистемы
Новая установка МАДИ проверяет асфальт на износ в условиях, близких к реальным