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Morfología de áreas irradiadas sobre acero a diferentes tasas de repetición del láser producidas bajo diferentes condiciones de acumulación térmica.

Estructuras superficiales periódicas inducidas por láser (LIPSS)

Las estructuras superficiales periódicas inducidas por láser se pueden utilizar para aplicaciones en áreas como la óptica, la biología y la ingeniería.
En general, su proceso de fabricación consiste en un único barrido con el láser sobre muestras en condiciones ambiente, lo cual es compatible con procesos de fabricación para aplicaciones industriales en las que fácilmente se pueden incorporar sistemas láser para el micromecanizado.

El mecanismo de formación de estas estructuras consiste en la formación de una onda de superficie electromagnética que interfiere con el propio pulso láser, resultando en una modulación de la intensidad que finalmente se deposita preferencialmente en unos sitios que en otros. Su orientación depende en gran medida del estado de polarización del pulso láser. Así, es posible generar patrones o dibujos que se repiten en el material, y con ellos se forman las estructuras que consiguen las propiedades especiales, como color preferencial y mojado direccional en superficie entre otros.
Cuando el período de repetición de estas estructuras está cerca de la longitud de onda del láser (desde nanómetros hasta varias micras), se las llaman LIPSS de baja frecuencia espacial (LSFL, en inglés Low Spatial Frequency LIPSS).

Últimamente, la creciente disponibilidad de láseres de femtosegundo asequibles y estables de alta tasa de repetición ha permitido fabricar estas estructuras más rápidamente, pero eso conlleva efectos de acumulación de calor que pueden afectar drásticamente la formación y el rendimiento general del procesado. Además, estos procesados pueden penetrar más en el material, generando cantidades considerables de desechos que luego se redepositan en la pieza permanentemente.
Esto último puede conducir a cambios en el rendimiento de las estructuras fabricadas y su funcionalidad, dependiendo de las características de las partículas redepositadas.

En el estudio, a partir de la comparación de los resultados de la simulación con los experimentos en los que se forman LIPSS de baja frecuencia espacial, el equipo investigador ha determinado un rango de tasas de repetición operativa en el que la influencia de la acumulación de calor en la fabricación de LIPSS en sustratos de acero es insignificante, aunque sigue siendo atractiva desde el punto de vista de procesado industrial a altas velocidades.

Los hallazgos son relevantes para el desarrollo industrial del procesamiento de metales utilizando láseres de femtosegundos de alta tasa de repetición, permitiendo la identificación de futuros mejores diseños para la industria.