Referenzprojekte des Fraunhofer IST

Aluminiumoberflächen erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Auch auf Materialien anderer Art wie Kunststoffen oder anderen Metallen. Leider sind galvanische Verfahren, wie man sie von Kupfer, Nickel oder Gold kennt bei Aluminium nicht möglich. In einem vom BMBF geförderten Projekt »GALACTIF« wurde ein Verfahren entwickelt, um Aluminium galvanisch aus so genannten ionischen Flüssigkeiten abzuscheiden. Dabei ist es erstmalig gelungen, den Prozess aus der schützenden Glovebox in ein offenes System zu überführen, welches industriell weiterentwickelt werden kann.

Menschliche Stammzellen sind ein großer Hoffnungsträger der modernen Medizin, z.B. in der regenerativen Medizin oder als Zellmodell für die Medikamentenentwicklung, denn humane pluripotente Stammzellen können alle im menschlichen Körper vorkommenden Zellen bilden. Im Rahmen des Fraunhofer-internen Projekts »LabBag®« hatten es sich die drei beteiligten Fraunhofer-Institute zum Ziel gesetzt, ein geschlossenes oberflächenbasiertes »Labor im Beutel« zur Kultivierung von Stammzellen zu entwickeln.

Die Software MOCCA+® (Modular Optical Coating Control Application) kann auf Basis von optischen Spektren die Schichtdicke während einer laufenden Beschichtung eines Interferenzfilters berechnen und durch die Verknüpfung mit der Anlagensteuerung einen vollständig automatisierten Prozess realisieren. Sie wurde aus der institutionellen Forschungsumgebung auf Produktionsanlagen übertragen und hinsichtlich der damit verbundenen Anforderungen erweitert.

Das Anlagenkonzept EOSS® für die Beschichtung optischer Interferenzfilter wurde auf Basis von Lizenzvergabe an Anlagenbauer in die Industrie transferiert. Die Tauglichkeit als Produktionsanlage außerhalb des IST konnte nachgewiesen werden.

Mit der Beschreibung des nachfolgenden Referenzprojekts möchten wir Ihnen die Möglichkeit geben, sich selbst einen Eindruck über das Potenzial der verschiedenen Diffusionsbehandlungen zu machen. Dabei erhalten Sie ein Einblick in die Problemstellung und die aufgetretenen Herausforderungen, die verfolgten Lösungsansätze des Fraunhofer IST sowie die gewonnen Erkenntnisse und den daraus resultieren Benefit aus und über das Projekt hinaus.

Für die Mission Mars2020 wurden Bandpassfilter bei 950 nm in der EOSS® in Kombination mit der Steuersoftware MOCCA+® beschichtet. Die Beschichtungsmaterialien mussten dafür stabil gegenüber Strahlung sein und der Filter vielen Zyklen im Thermal-Vacuum-Test zur Simulation der Tage und Jahre auf dem Mars standhalten. Sie wurden auf ein Quarzglas beschichtet, welches zugeschnitten und anschließend auf den Sensor geklebt wurde.

Für die Neubestimmung der Avogadro-Konstante wird eine alternative, homogene SiO2-Beschichtung untersucht, um Messunsicherheiten zu verringern und Volumen und Masse der Kugel präzise bestimmen zu können. Mithilfe der am Fraunhofer IST verfügbaren Atomlagenabscheidung (ALD, Atomic Layer Deposition) können stöchiometrische SiO2-Schichten mit definierter Rauheit und einstellbarer Schichtdicke abgeschieden werden, deren Beschaffenheit den hohen Anforderungen entspricht. Die am Fraunhofer IST entwickelten SiO2-Schichten lassen sich nicht nur auf Kugelsysteme, sondern auf beliebig komplex strukturierte Oberflächen aufbringen. Mögliche zukünftige Einsatzbereiche reichen von optischen Anwendungen über den Halbleiter- und Elektronikbereich bis hin zur Medizintechnik.

Im Vorhaben Demo-medVer wird für eine systemisch integrierte medizinische Versorgung der Bevölkerung in der Pandemie sowie in Krisen- und Katastrophenfällen ein mobiles, dezentral einsetzbares System in modularer Bauweise entwickelt. Ein wesentlicher Bestandteil der dezentralen Versorgung und Schwerpunkt der Arbeiten am Fraunhofer IST sind der Aufbau und die Erprobung von mobilen Systemen zur Gewährleistung einer effizienten und flächendeckenden Versorgung mit Desinfektionsmitteln.

Das toxische Cobalt, das unter menschenunwürdigen und umweltvernichtenden Bedingungen abgebaut wird, ist bisher ein essentieller Bestandteil von Hochleistungswerkzeugen, die für die Bearbeitung von Verbundmaterialen und Leichtmetallen u.a. der Windkraft und E-Automobilität verwendet werden. »Grüne« Zerspanungswerkzeuge aus cobaltfreien Hartmetallen und neuartigen robusten Diamant- und Hartstoffschichtsystemen sollen für deutsche Schlüsselindustrien entwickelt und verfügbar gemacht werden.

Die ressourceneffiziente Fertigung von Kunststoffbauteilen im Spritzguss setzt eine exakte Temperierung der Werkzeuge voraus. Um die Auslegung und Überwachung der Temperierung zu verbessern, müssen die realen Temperaturen und Drücke während des Spritzgiessprozesses erfasst werden. Dazu wurde am Fraunhofer IST ein Multikupplungseinsatz mit einem medienbeständigem multisensorischen Dünnschichtsystem entwickelt, das in direktem Kontakt mit dem überströmenden Wasser die Größen Temperatur, Druck und Durchfluss messen soll.