Новый метод лазерной обработки металлов открывает путь к защитным голографическим меткам и биосовместимым покрытиям. Рассказываем, как нейросеть помогает создавать цветные структуры LIPSS на стали и других материалах.Автор Hi-Tech Mail
Ученые Дальневосточного федерального университета совместно с коллегами из Харбинского технологического института разработали инновационный метод лазерной обработки металлов. Технология, управляемая нейросетью, позволяет наносить на нержавеющую сталь нано-бороздки, которые окрашивают поверхность в разные цвета за счет дифракции света, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Созданные таким образом метки невозможно подделать или стереть обычными способами, так как цвет формируется не краской, а самой структурой металла. Это открывает путь к созданию надежной защиты товаров от подделок, а также деталей для высокоточных спектрометров и оптических датчиков.
При многократном импульсном облучении лазером гладкая поверхность металла покрывается регулярными нано-бороздками — структурами типа LIPSS. Ранее управлять их параметрами одновременно было крайне сложно, так как период бороздок и их наклон зависели друг от друга. Любое отклонение приводило к хаосу в геометрии, и вместо четкого узора получалась тусклая рябь.
Чтобы решить проблему, инженеры собрали многокоординатную лазерную установку с пятью осями движения. Она позволила менять угол падения луча и поляризацию света. Однако простые формулы управления не давали нужной точности из-за побочных оптических эффектов. На помощь пришла нейросеть, которая связала углы наклона лазера с итоговым периодом решетки, позволив создать на металле многоцветное изображение.
Для оптимизации процесса исследователи использовали два программных модуля. Первый помог подобрать энергию импульса и шаг сканирования для получения ровных бороздок. Вторая нейросеть обучилась устанавливать прямую связь между углами лазера и геометрией наносимой структуры.
В качестве демонстрации технологии ученые напечатали на нержавеющей стали завиток из пяти цветов — красного, оранжевого, голубого, синего и фиолетового. Для каждой зоны искусственный интеллект рассчитал нужные параметры излучения. Сканирующая электронная микроскопия подтвердила высочайшую точность работы: отклонения параметров составили всего несколько десятков нанометров, а цвета почти идеально совпали с задуманными.
«Наш подход универсален. Он применим не только к нержавеющей стали, но и к другим металлам и полупроводникам, которые поддерживают формирование структур типа LIPSS. Более того, предложенная схема с пятью осями позволяет в будущем создавать такие структуры не только на плоских, но и на изогнутых поверхностях — например, на деталях сложной формы», — рассказал соавтор исследования, сотрудник ДВФУ и ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак.
По словам ученых, работа открывает новые возможности для производства защитных голографических меток, биосовместимых покрытий для имплантов и оптических сенсоров.
Ранее специалисты научились заряжать дроны в полете с помощью лазера. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.