弗勞恩霍夫研究所材料與光束技術(shù)研究所的工程師正在使用超短脈沖激光在發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生非常精細(xì)且減少摩擦的魚骨形狀，目標(biāo)是通過更多這種形狀來減少汽車十分之一的燃料消耗比。

參與這項(xiàng)工作的Fraunhofer IWS的電氣工程師Udo Klotzbach估計(jì)，如果選擇內(nèi)燃機(jī)中的單個(gè)零件，汽車可以節(jié)省百分之幾的汽油或柴油。“如果我們也用它來加工滑動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承和其他移動(dòng)的汽車零件，并計(jì)算整個(gè)汽車，我們甚至可以節(jié)省兩位數(shù)的百分比范圍，”他說。更重要的是，他補(bǔ)充道，這些組件的平均壽命延長了約30％。

當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞每分鐘上下移動(dòng)幾千次時(shí)，它們會摩擦汽缸的內(nèi)壁。這種摩擦?xí)�減慢它們的速度，浪費(fèi)動(dòng)能，最終也會加速燃料。此外，隨著時(shí)間的推移，小的材料損失和變形會損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，直至常說的“活塞癲癇發(fā)作”。

在許多機(jī)器中出現(xiàn)類似的摩擦問題 - 例如，在機(jī)車和銑床中。即使是現(xiàn)代電動(dòng)汽車也會因電動(dòng)機(jī)和其他運(yùn)動(dòng)部件的摩擦而浪費(fèi)部分電池電量。預(yù)測表明，摩擦和相關(guān)磨損消耗了德國年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的2-7％。但是，雖然不能完全避免摩擦，但是可以減少摩擦。作為一個(gè)例子，工程團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在活塞環(huán)上測試了其抗摩擦技術(shù)，活塞環(huán)將發(fā)動(dòng)機(jī)活塞封閉起來就像密封一樣，以保持潤滑油遠(yuǎn)離燃燒室。

使用發(fā)射非常短但高能量光脈沖的激光器，工程師可以在活塞環(huán)上產(chǎn)生幾微米的小孔。結(jié)果，產(chǎn)生了肉眼幾乎察覺不到的圖案，但在顯微鏡下看起來像排水通道或魚骨。這些骨骼圖案有兩個(gè)功能：“一方面，它們可以減少可以摩擦氣缸壁的區(qū)域，”Klotzbach解釋說。“另一方面，通道將發(fā)動(dòng)機(jī)油引導(dǎo)到通常發(fā)生最大摩擦損失的區(qū)域。從某種意義上說，如果我們堅(jiān)持魚骨，它的脊柱就是新油在需要時(shí)流過的通道。” 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這導(dǎo)致保護(hù)油膜在環(huán)和氣缸內(nèi)壁之間浮動(dòng)。

超短激光脈沖在發(fā)動(dòng)機(jī)部件（如活塞環(huán)）中產(chǎn)生微圖案，從而減少摩擦

然而，激光必須以高精度產(chǎn)生骨圖案而不產(chǎn)生尖銳的毛刺。這就是為什么工程師們也使用超短脈沖激光器，它發(fā)出的光脈沖通常只能持續(xù)500 fs。相比之下，需要兩萬億個(gè)這樣的脈沖，直到整整一秒鐘過去。“因?yàn)檫@些脈沖很短，所以材料幾乎不會升溫，”Klotzbach解釋說。“對材料幾乎沒有不良影響。”

與此同時(shí)，工程師們還開發(fā)了激光速度，使該技術(shù)可用于大規(guī)模生產(chǎn)。他們現(xiàn)在正與汽車行業(yè)的合作伙伴一起測試這一過程。他們還在探索其微圖案的其他應(yīng)用，例如，機(jī)械工程和運(yùn)動(dòng)器材。