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直接レーザ干渉パターニングヘッド|株式会社プロフィテット

直接レーザ干渉パターニングヘッド

直接レーザ干渉パターニングヘッド

周期微細構造

蓮の葉のロータス効果に代表されるように、自然界には35億年におよぶ進化の過程で備わった優れた機能を保つ構造が存在ます。バイオミメティクスとはそういった生体の優れた構造を模倣して技術開発に活かす技術です。
本製品は直接レーザ干渉パターニング(DLIP=Direct Laser Interference Patterning)という干渉パターンによる直接加工を行うことで、大面積に高速で微細周期構造の加工を行いバイオミメティクスを実現する加工ヘッドです。

 

 

 

本技術がYahoo!ニュースで紹介されました。

 

 

DLIPホワイトペーパー

 

 

直接レーザ干渉パターニング

直接レーザ干渉パターニング

 

本加工ヘッドに入射するコヒーレンスなビームは、2つ以上のビームに分岐され、加工ヘッド内部で設定した角度を持って加工対象上に照射されます。分けられたビームが加工対象上で生成する干渉パターンにより加工対象を直接加工し周期構造を形成します。
微細周期構造のサイズは、使用するレーザの波長やエネルギー、照射角度、加工対象物のプロパティなどにより変わりますので、用途に合わせた加工が可能となります。
直接レーザ干渉パターニングはフェムト秒レーザを使用したレーザ誘起ナノ周期構造加工とは異なり、広い面積での加工が可能となるため、非常に高速です。また、本加工はナノ秒レーザでも行うことができますので、装置全体のコストを抑えることが可能となります。様々なワークに対して加工が可能となります。

 

 

微細周期構造の用途

 ・濡れ性(超親水、超撥水)
 ・摩擦制御
 ・細胞増殖
 ・アンチバクテリア
 ・光制御
 ・加飾
 ・etc

 

 

直接レーザ干渉パターニングヘッド製品ラインナップ

直接レーザ干渉パターニングヘッドには以下3種類の製品がございます。

製品 特徴
超高速直接レーザ干渉パターニングヘッド

大面積への高速パターニングが持ち味のヘッドです。
ヘッド設計時に設定した特定のパターンのみ対応します。
過去に実現した加工スピードは以下のとおりです。
 ・金属: 0.36m2/分
 ・ポリマ: 0.9m2/分

フレキシブル直接レーザ干渉パターニングヘッド

パターンを内部で変更可能な自由度の高いパターニングが可能なヘッドです。
ガルバノスキャナ(オプション)により干渉ビームを走査することが可能です。
過去に実現した加工スピードは最大で0.1m2/分です。

ロールトゥロールヘッド

金型へ表面加工を行い、ポリマにプリントするロールトゥロール型の製品です。
加工スピードは15m2/分と極めて高速です。

 

 

直接レーザ干渉パターニングヘッド紹介動画

直接レーザ干渉パターニングヘッドでの加工サンプル

上記動画で生成した微細周期構造

 

DLIPで作製した超撥水プレートのテスト動画

 

 

直接レーザ干渉パターニングヘッドで生成可能な微細周期構造

 

DLIPによる微細周期構造加工例

 

 

微細周期構造加工技術の比較

今日、微細周期構造の生成を実現する様々なプロセス技術があります。
例えばリソグラフィは微細周期構造を生成する技術の一つです。リソグラフィでは基板に塗布したレジストを電子ビームや干渉技術でパターニングし、現像、リフトオフ、エッチングのプロセスを経てナノストラクチャを形成します。(以下図)

リソグラフィーによる微細周期構造形成

 

 

レーザを使った微細周期構造技術もございます。有名なのはLIPPS(Laser Induced Periodic Surface Structure)という技術で、材料の加工しきい値近傍のフルエンスでフェムト秒レーザを照射することでパターニングする技術です。これによりレーザの偏光と垂直方向に波長オーダーの周期的な溝が形成されます。

 

これら技術も微細周期構造形成に非常に有効ですが、プロセスの時間がかかるというデメリットがあります。リソグラフィでは上図のように工程が複数あり、LIPPSでは一度に加工できる面積がレーザのスポット径と同じサイズになるため、大面積のエリアに微細周期構造を形成するのに向いていません。
直接レーザ干渉パターニング技術はワンステップでパターニングが行なえ、かつ、比較的広い面積を一度に加工できるという優れた特徴があります。

 

 

微細周期構造の用途

濡れ性(超撥水、超親水)

固体の表面に液滴が触れると、液面と固体面がある角度を持ちます。これを接触角と呼びます。接触角θと固体、液体の表面張力との間には以下の関係があります(Yaoungの式)。
(固体の表面張力)=(液体の表面張力)×cosθ+(固体と液体の界面張力)
濡れ性

 

ロータス構造により撥水性を持つ蓮の葉

この接触角が5度以下になると超親水性、150度以上になると超撥水性と言われます。
自然界で、撥水性を持つ代表的なものといえば、「蓮の葉」です。右の写真にあるように、蓮の葉に落ちた水滴は玉状になります。
これを応用すると、例えば汚れがつきにくいキッチンまわりや、食品容器などに応用することができます。

 

 

 

摩擦制御(トライボロジー)

固体表面が互いに接しているとき、それらの間には相対運動を妨げる摩擦が発生します。これら個体の表面に凹凸をつけることで、動圧効果により摩擦が低減します。また油溜めの効果も現れるため、潤滑油の寿命が伸び、摺動部品の長期的な摩擦低減が実現されます。
自動車の場合、エネルギーロスの3割は摩擦ロスと言われています。摩擦低減を実現することでエネルギー効率が高まり、燃費の向上が実現できます。
微細周期構造ありなしでの摩擦係数の比較

 


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