Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Dashboard-Ansicht der in-situ Prozessdaten von der Reinigungsanlage am Fraunhofer IST.
Datenerfassung und modellgestützte Prozessoptimierung
Mit innovativer Verfahrens-, Prozess- und Fertigungstechnik vom Material zum Hightech-Produkt
Am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST haben wir den gesamten Produktlebenszyklus im Blick und entwickeln nachhaltige Produkte und zugehörige Produktionssysteme. Dabei spielt die modellgestützte Prozessoptimierung eine zentrale Rolle. Digitalisierung, Vernetzung und Automatisierung sind dabei Schlüssel zur ganzheitlichen Gestaltung von Prozessketten und deren Einbettung in Fabriksysteme. Zentral für unsere Arbeit ist ein tiefergehendes Verständnis der Beziehungen zwischen den Prozessparametern, der resultierenden Struktur von Schichten und Oberflächen sowie den finalen Eigenschaften des Produkts. Inline- und Laboranalytik schaffen dafür das Fundament und liefern wichtige Daten für simulationsbasierte Ansätze, z. B. für eine Simulation des Schichtwachstums oder neue daten-getriebene Ansätze z. B. auf Basis von Machine Learning.
Mehrkammeranlage für die wässrige Reinigung am Fraunhofer IST mit hoher Reproduzierbarkeit und Flexibilität bezüglich der zu reinigenden Materialien.
Die Prozesskette für den Produktionsprozess startet mit der Vorbehandlung. Das kann eine trockene Reinigung mit Atmosphärendruckplasma sein oder eine nasschemische Reinigung in einer modularen Reinigungsanlage mit integrierter Wasseraufbereitung. Auch unsere Reinigungsprozesse haben einen digitalen Zwilling, auf dessen Basis die Prozesse weiter optimiert werden. Im Anschluss an die Reinigung erfolgt der Beschichtungsprozess. Dazu stehen uns je nach Anwendung eine umfangreiche Anlagentechnik in verschiedenen Skalierungsstufen zur Verfügung.
Dies umfasst beispielsweise industrielle Plasmabeschichtungsanlagen und eine Galvanik, wie sie unter anderem zur Herstellung von Verschleißschutzschichten eingesetzt werden, Anlagen zur Atomlagenabscheidung und selbst entwickelte Systeme wie die Beschichtungsplattform EOSS® zur Herstellung präzisionsoptischer oder hochkonformer Beschichtungen, Heißdraht-CVD-Beschichtungsanlagen zur Herstellung von Silizium- und Diamantschichten sowie Anlagen zur Atmopshärendruckplasmabehandlung zur Herstellung von Haft- und Antihaftschichten.
Photolithographische Strukturierung der nur 200 nm dünnen Chromschicht auf einem Königszapfen zur Herstellung der komplex geführten Leiterbahnen.
Mit digitalen Zwillingen, die wir für verschiedene Systeme entwickeln, gelingt es, die Prozesse bereits im Vorfeld zu optimieren. Unser Inline-Monitoringsystem MOCCA+® liefert Daten für die automatisierte Prozesssteuerung und -kontrolle. Eine begleitende Analytik stellt die Produktqualität sicher und liefert weitere Daten für die modellgestützte Prozessoptimierung.
Wir denken Digitalisierung ganzheitlich: Vom Werkstoff über die Prozesskette bis hin zum Recycling planen wir nachhaltige Fabriken. Das Ziel ist die nachhaltige Produktion von Hightech-Endprodukten wie einem smarten Königszapfen, der die Verbindung von Zugmaschine und Auflieger beim LKW bildet. Durch unsere integrierte Dünnschichtsensorik erhöht er die Sicherheit und verringert den Kraftstoffverbrauch. Ein weiteres Beispiel sind Prozessketten für Energiespeicher und hier insbesondere Batterien und Komponenten für Wasserstoffanwendungen. Ein anderes Beispiel ist die Entwicklung von sogenannten Green Tools, das sind nachhaltige, an die Anwendung angepasste Hochleistungswerkzeuge. Hier arbeiten wir gemeinsam mit unseren Partnern an Universitäten und insbesondere auch den Instituten aus dem Fraunhofer-Verbund Produktion.