Científicos de la Far Eastern Federal University (FEFU), junto con colegas del Harbin Institute of Technology (HIT), han desarrollado un método para aplicar marcas de color en el acero utilizando un láser controlado por una red neuronal. A diferencia de un recubrimiento normal, esta marca se forma directamente en la estructura de la superficie del metal en forma de nano-surcos y no se puede borrar.
La tecnología permite aplicar imágenes de diferentes colores al acero inoxidable debido a la difracción de la luz. En otras palabras, el láser forma un patrón regular tan pequeño en la superficie que el metal comienza a dividir la luz de diferentes maneras y adquiere el tono deseado.
Con múltiples pulsos de láser, la superficie lisa se cubre con muchos nano-surcos idénticos. La distancia entre ellos determina la longitud de onda y, en consecuencia, el color. Y su inclinación establece la dirección y la intensidad de la difracción.
La principal dificultad es que durante mucho tiempo no fue posible controlar con precisión la distancia entre los surcos y su inclinación simultáneamente. Estos parámetros dependen del ángulo en que el láser incide sobre el metal y de su polarización. Cualquier error podría producir solo un brillo tenue en lugar de un dibujo brillante.
Para resolver el problema, los científicos ensamblaron una instalación láser multicoordenada con cinco ejes de movimiento. Permite cambiar el ángulo de incidencia del haz de -30°C a +30°C, y el ángulo de polarización de 0° a 180°. Sin embargo, incluso esto no fue suficiente para la precisión requerida debido a los efectos ópticos secundarios.
Entonces los investigadores conectaron dos redes neuronales. La primera optimizó los parámetros principales del procesamiento láser: energía del pulso, número de pulsos y paso entre las líneas de escaneo. Esto permitió obtener surcos más uniformes.
La segunda red neuronal fue entrenada con 130 conjuntos de datos experimentales. Estableció una conexión entre el ángulo de incidencia y la polarización del láser, por un lado, y el período y la orientación resultantes de las nanoestructuras, por el otro.
Como resultado, la dispersión de la orientación de los surcos se redujo a 6.5 grados. Con una selección aleatoria de parámetros, promediaba 47 grados, lo que hacía que los colores fueran tenues.
Científicos de la Far Eastern Federal University, junto con colegas del Harbin Institute of Technology, han desarrollado un método para aplicar marcas de color en el acero utilizando un láser controlado por una red neuronal. A diferencia de un recubrimiento normal, esta marca se forma directamente en la estructura de la superficie del metal en forma de nano-surcos y no se puede borrar.
La tecnología permite aplicar imágenes de diferentes colores al acero inoxidable debido a la difracción de la luz. En otras palabras, el láser forma un patrón regular tan pequeño en la superficie que el metal comienza a dividir la luz de diferentes maneras y adquiere el tono deseado.
Con múltiples pulsos de láser, la superficie lisa se cubre con muchos nano-surcos idénticos. La distancia entre ellos determina la longitud de onda y, en consecuencia, el color. Y su inclinación establece la dirección y la intensidad de la difracción.
La principal dificultad es que durante mucho tiempo no fue posible controlar con precisión la distancia entre los surcos y su inclinación simultáneamente. Estos parámetros dependen del ángulo en que el láser incide sobre el metal y de su polarización. Cualquier error podría producir solo un brillo tenue en lugar de un dibujo brillante.
Para resolver el problema, los científicos ensamblaron una instalación láser multicoordenada con cinco ejes de movimiento. Permite cambiar el ángulo de incidencia del haz de -30°C a +30°C, y el ángulo de polarización de 0° a 180°. Sin embargo, incluso esto no fue suficiente para la precisión requerida debido a los efectos ópticos secundarios.
Entonces los investigadores conectaron dos redes neuronales. La primera optimizó los parámetros principales del procesamiento láser: energía del pulso, número de pulsos y paso entre las líneas de escaneo. Esto permitió obtener surcos más uniformes.
La segunda red neuronal fue entrenada con 130 conjuntos de datos experimentales. Estableció una conexión entre el ángulo de incidencia y la polarización del láser, por un lado, y el período y la orientación resultantes de las nanoestructuras, por el otro.
Como resultado, la dispersión de la orientación de los surcos se redujo a 6.5 grados. Con una selección aleatoria de parámetros, promediaba 47 grados, lo que hacía que los colores fueran tenues.
El desarrollo fue probado en la práctica
Los científicos crearon una imagen multicolor en acero en forma de espiral de cinco áreas de color. Para cada zona, la red neuronal calculó los ángulos necesarios.
La microscopía electrónica confirmó la precisión del resultado: el período de la estructura difirió del calculado en no más de 20 nm, y la orientación en 0.6 grados. Los colores resultantes casi coincidieron con los planificados.
Según Alexander Kuchmizhak, empleado de FEFU e IAPU FEB RAS, este enfoque se puede aplicar no solo al acero inoxidable, sino también a otros metales y semiconductores. El esquema de cinco ejes también permitirá en el futuro crear estructuras similares no solo en superficies planas, sino también en piezas de forma compleja.
La tecnología se propone para su uso en marcas holográficas protectoras, elementos ópticos y superficies biocompatibles. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista ACS Applied Materials & Interfaces.
Los científicos crearon una imagen multicolor en acero en forma de espiral de cinco áreas de color. Para cada zona, la red neuronal calculó los ángulos necesarios.
La microscopía electrónica confirmó la precisión del resultado: el período de la estructura difirió del calculado en no más de 20 nm, y la orientación en 0.6 grados. Los colores resultantes casi coincidieron con los planificados.
Según Alexander Kuchmizhak, empleado de FEFU e IAPU FEB RAS, este enfoque se puede aplicar no solo al acero inoxidable, sino también a otros metales y semiconductores. El esquema de cinco ejes también permitirá en el futuro crear estructuras similares no solo en superficies planas, sino también en piezas de forma compleja.
La tecnología se propone para su uso en marcas holográficas protectoras, elementos ópticos y superficies biocompatibles. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista ACS Applied Materials & Interfaces.
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