A tecnologia laser no combate aos microplásticos

Atualmente, a sustentabilidade não é uma opção, mas sim uma obrigação, independentemente da tecnologia que se esteja a desenvolver. A indústria do laser está a utilizar cada vez mais a tecnologia de impulso ultracurto (ultrashortpulse laser technology, ou USP, na sigla em inglês) em diversos projetos que têm como objetivo melhorar a sustentabilidade. A tecnologia está a ser usada, por exemplo, para aumentar a eficiência do hidrogénio e para criar compartimentos de bateria absolutamente estanques em aplicações de eletromobilidade.

No projeto SimConDrill, financiado pelo BMBF, o Fraunhofer ILT uniu forças com parceiros industriais para criar um filtro que, pela primeira vez, consegue remover microplásticos de águas residuais. “O nosso desafio era efetuar tantos orifícios quanto possível, tão pequenos quanto possível, numa folha de aço, no menor tempo possível”, explica Andrea Lanfermann, gestora de projeto no Fraunhofer ILT.

Este objetivo foi alcansado. Após o processo ter sido desenvolvido no Fraunhofer ILT, especialistas da LaserJob GmbH executaram 59 milhões de orifícios com um diâmetro de 10 micrómetros numa folha de filtro, criando assim um protótipo viável. Colaboram igualmente neste projeto as empresas Klass Filter GmbH, Lunovu GmbH e OptiY GmbH.

A Klass Filter contribuiu o fornecimento de um filtro de ciclone patenteado, onde as folhas de metal perfuradas a laser foram instaladas. O produto final foi sujeito a testes intensivos. Num deles, foi filtrada água contaminada com pó fino de impressoras 3D. A instalação está agora a ser testada em condições reais numa central de tratamento de águas residuais.

Executar milhões de orifícios uns atrás dos outros é algo moroso, mas pode ser feito mais rapidamente com o processo multifeixe, no qual uma matriz de feixes idênticos é gerada a partir de um raio laser através de um sistema ótico especial. O Fraunhofer ILT utilizou este processo com um laser de impulso ultracurto (TruMicro 5280 Femto Edition) para efetuar orifícios simultaneamente com 144 raios. A base para tais aplicações é o conhecimento detalhado do processo, obtido no Fraunhofer ILT ao longo de décadas e implementado em software e modelos correspondentes. Graças a esta experiência, os parâmetros podem ser variados no computador e parâmetros de processo ideais podem ser encontrados rapidamente. A robustez do processo também pode ser analisada antes de a aplicação ser testada.

Em paralelo com esta aplicação de perfuração, um consórcio de seis parceiros está a trabalhar na melhor forma de integrar um sistema de processamento multifeixe numa máquina industrial. No projeto Multiflex da UE, os investigadores em conjunto com a indústria estão a aumentar a produtividade do processamento de material a laser com base em scanner, utilizando processos multifeixe. A característica especial deste projeto é que todos os raios parciais podem ser controlados individualmente e, assim, utilizados para produzir qualquer tipo de estrutura de superfície. Os parceiros do projeto procuram aumentar a velocidade do processo num fator de vinte a cinquenta, tornando assim todo o processo significativamente mais rentável.

O conhecimento do processo também é um fator crítico para a maior expansão do processamento de materiais com impulsos de laser ultracurtos com ou sem sistemas óticos multifeixe. Quando a potência é aumentada para a gama dos quilowatts, podem ocorrer danos térmicos na peça de trabalho. Tais efeitos são explorados através de simulações complexas e os processos podem ser adaptados em conformidade.

Os sistemas laser para tais experiências estão disponíveis no laboratório de aplicações no Fraunhofer ILT, em Aachen. Fazem parte do Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS, onde 13 institutos Fraunhofer desenvolvem em conjunto fontes de raios laser, tecnologia de processos e aplicações para potências de laser USP até 20 kW. Um segundo laboratório CAPS funciona no Fraunhofer IOF, em Jena.