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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

超高速ナノ周期構造レーザ加工

 

 

こんなことでお困りではないですか?
  • ナノ周期構造技術により機能付与したいが、加工時間がかかりすぎて量産には使える技術がない・・・
  • 色々なパターンを生成したいが、保有する技術ではパターンの自由度が少ない・・・
  • フェムト秒レーザは高価すぎて買えない・・・・
  • パターニング後の後処理が面倒・・・
  • どんなパターンをつければ希望する機能が付与できるかわからない・・・

 

お任せください!このページにその答えがあります。

 

 

    バイオミメティクス

    ナノ周期構造の用途


    ナノ周期構造加工方法

    直接レーザ干渉パターニング


 

DLIPホワイトペーパー

 

 

 

バイオミメティクスとは?

ナノ周期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。
プロフィテットでは、この中でもナノ周期構造のような表面の微細な凹凸により、機能を付与する(表面機能化)に注目しています。
本ページでは、この表面機能化を高速に加工する技術をご紹介します。

 

 

 

 

 

 

 

どんなことに利用されるの?

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

 

 

細胞制御

インプラントを体に埋入するとタンパク質が吸着し、その後細胞が接着します。表面形状をつけることで、このプロセスを活性化することができ、骨とチタンの結合を早期に安定化させることができます。
従来はサンドブラストやエッチングなどで行われてきましたが、DLIPでこのプロセスを超高速化、有効化することができます。
DLIPによるインプラントへの周期構造形成

 

抗菌(アンチバクテリア)

微細周期構造による抗菌多剤性細菌は抗生剤が効かなくなった細菌です。接触感染をにより2050年までの死者数は1000万人になると予想されています。
微細周期構造を形成することで、小さなバクテリアが凹に落ち、それ以上繁殖ができなくなったり、表面に付着ができなくなったりします。

 

 

 

 

 

 

 

 

光制御

蛾の目には光を反射しないという特徴があります。この構造(モスアイ)を材料表面に生成することで、反射防止コーティングを施さなくても反射防止された表面を生成することができます。ディスプレイの映り込み防止や太陽電池の効率化に期待ができる技術です。
ガラスに形成したモスアイ構造による反射防止

 

 

加飾

微細周期構造による加飾アメリカ大陸に生息するモルフォ蝶は鱗粉の凹凸により、青い光だけを反射します。表面テクスチャにより光の反射を制御することができます。製品コピーを防止するため、デコレーション用途などに最適です。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

どんな加工方法があるの?

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。

 

リソグラフィ

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)
このプロセスの欠点は複数の工程があることです。これにより周期構造を形成するまで長い時間を必要とします。

 

 

リソグラフィーによる微細周期構造形成

 

レーザ誘起ナノ周期構造加工

レーザを使った微細周期構造技術もございます。有名なのはこのレーザ誘起名の周期構造=LIPPS(Laser Induced Periodic SurfaceStructure)加工という技術で、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。
この加工では、レーザの小さなスポット径のエリアに周期構造が形成されますが、広い面積に周期構造を作る場合、この小さなスポットで塗り絵のようにビームをスキャンする必要があるため、時間がかかってしまいます。
また、パターンが限定されてしまうという欠点もあります。

 

サンドブラスト

サンドブラスト加工は、研磨剤をコンプレッサーの圧縮空気に混ぜて吹き付けるという方式です。これにより表面に凹凸をつけることができますが、規則性に乏しいのと、洗浄というプロセスが入ってしまうため時間がかかります。またこの加工は選択的に行うことができないので、加工したくない場所にはマスクを貼る必要があります。

 

 

 

 

 

 

最新のナノ周期構造加工技術 DLIPとは?

本技術がYahoo!ニュースで紹介されました。

 

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。

 

 

 

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DLIPヘッド 超高速ナノ周期構造加工ヘッド

大面積への高速パターニングが持ち味のヘッドです。(最大0.9m2/分)
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。

フレキシブルDLIPヘッド フレキシブルDLIPヘッド

パターンを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。
最大スピード12cm2/分

DLIPスキャナ スキャナ付きDLIPヘッド

パターンを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。
干渉ビームをガルバノスキャナで操作することで、フレキシブルDLIPヘッドよりも高速に加工が可能です(0.24m2/分)

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。

 

 

 

直接干渉パターニングヘッド仕様

超高速DLIPヘッド

IR2V IR2H VIS2V VIS2H US2V UV2H
波長 1064nm 532nm 355nm
ピッチ 6-15um 10-20um 4-12um 5-10um 3-8um 3-6um
パターンタイプ
パターンの向き 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平
ワーキングディスタンス 60mm
対応レーザパルス幅 >1ns
寸法 300x125x75mm
重量 3-5kg

 

フレキシブルDLIPヘッド

IR50.4 IR50.2 VIS50.4 VIS50.2 UV50.4 UV50.2
波長 1064nm 532nm 355nm
ピッチ 2.0-11um 2.0-8.0um 1.0-6.0um 0.7-8.0um 0.5-6.0um 0.4-4.0um
パターンタイプ 点/線 点/線 点/線
2ビーム効率 50% 100% 50% 100% 50% 100%
ワーキングディスタンス 40mm
対応レーザパルス幅 >1ps
寸法 100x100x300mm
重量 3.5kg

 

DLIPスキャナ

IR30.4 IR30.2 VIS30.4 VIS30.2 UV30.4 UV30.2
波長 1064nm 532nm 355nm
ピッチ 4.2-30um 2.5-8.5um 2.5-8.5um 2.5-6.0um 1.3-7.1um 1.3-5.0um
パターンタイプ 点/線 点/線 点/線
2ビーム効率 50% 100% 50% 100% 50% 100%
ワーキングディスタンス 40mm
対応レーザパルス幅 >1ps
寸法 410x160x470mm
重量 20kg 18kg 20kg 18kg 20kg 18kg

 

 

 

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

 

 

DLIPホワイトペーパー

 


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