Aktuelle Informationen der Verbundpartner

Pressemitteilungen

Optimierte Auftragschweißprozess an niederländischem Fabrikstandort von Bosch Rexroth

Supereffizient – Hydraulikkolbenstangen mit Hochleistungslaseranlage beschichten

Fraunhofer IWS / 10.10.2017

Über eine erhöhte Leistungsfähigkeit im Laserstrahl-Auftragschweißen verfügt ab sofort Bosch Rexroth am niederländischen Standort Boxtel. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden optimierte gemeinsam mit dem Hersteller von Antriebs- und Steuerungstechnik einen industriellen Fertigungsprozess. Dazu rüsteten die Wissenschaftler eine bestehende Plasma-Pulver-Auftragschweißmaschine auf, sodass große Hydraulik-Kolbenstangen deutlich schneller beschichtet werden können. Prof. Dr. Eckhard Beyer, geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer IWS, und Bernd Bodenstedt, Technical Plant Manager, Bosch Rexroth Boxtel, gaben den Prozess offiziell frei.

Für die Bearbeitung wird die Kolbenstange gedreht, während ein Laser mit gleichmäßigem Vorschub daran entlang geführt wird.
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Für die Bearbeitung wird die Kolbenstange gedreht, während ein Laser mit gleichmäßigem Vorschub daran entlang geführt wird.

Gaben die umgerüstete Anlage feierlich frei: Dipl.-Ing. Bernd Bodenstedt (l.) und Prof. Dr. Eckhard Beyer (3. v. l.) mit Holger Hillig (2. v. l.), Jan Hannweber (4. v. l., beide Fraunhofer IWS), Rene Weidauer (LSA, 5. v. l.) sowie Uvar Broug, Arthur Brussaard und Roy Orbon (Bosch Rexroth, v. l.).
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Gaben die umgerüstete Anlage feierlich frei: Dipl.-Ing. Bernd Bodenstedt (l.) und Prof. Dr. Eckhard Beyer (3. v. l.) mit Holger Hillig (2. v. l.), Jan Hannweber (4. v. l., beide Fraunhofer IWS), Rene Weidauer (LSA, 5. v. l.) sowie Uvar Broug, Arthur Brussaard und Roy Orbon (Bosch Rexroth, v. l.).

In enger Zusammenarbeit mit Bosch Rexroth entwickelte das Fraunhofer IWS Dresden einen Prozess für effizientes Hochleistungs-Laser-Pulver-Auftragschweißen. Im niederländischen Boxtel rüstete ein Wissenschaftlerteam des IWS eine Anlage für das Beschichten großer Hydraulik-Kolbenstangen bis zu 19 Metern Länge und 600 Millimeter Durchmesser um. Das neue Verfahren steigert die Produktivität der Anlage um ein Vielfaches, indem es Auftragsraten von bis zu 15 Kilogramm pro Stunde ermöglicht. Die Systemtechnik der Anlage optimierten die Forscher für Laserleistungen von bis zu 20 Kilowatt und bereiteten sie außerdem für Industrie-4.0-Anwendungen vor. Ideen für potenzielle weitere Entwicklungen werden in den kommenden Monaten Bosch Rexroth und das Fraunhofer IWS gemeinsam erarbeiten. Geplant sind demnach der Aufbau von geschlossenen digitalen Regelkreisen, Simulation der Prozessführung sowie die Anbindung von selbstüberwachenden Komponenten zur automatischen Fehlerüberwachung und -minimierung zum Zwecke der Qualitätssicherung.
 

Metallurgisch haftsichere Verbindungen und höchste Beschichtungsqualität

Im Vergleich zur früheren Konfiguration lassen sich mit dem neuen Verfahren zur Beschichtung von Hydraulik-Kolbenstangen um ein Vielfaches höhere Pulvermengen in deutlich kürzerer Zeit verarbeiten. Ziel der Entwicklung war es, Schweißgut so aufzuschmelzen, dass eine Beschichtung entsteht, die Verschleiß und Korrosion verringert. Während sich bei dem alternativen Verfahren des thermischen Spritzens lediglich eine metallische Verklammerung zwischen dem aufgebrachten Pulver und dem zu beschichtenden Grundwerkstoff ergibt, entsteht bei der neu eingeführten Lösung eine metallurgische Schweißverbindung auf der Oberfläche der Kolbenstange – bei gleichzeitig geringer Eisen-Aufmischung von niedriglegiertem Grundwerkstoff in die Deckschicht. Im Unterschied zum Plasma-Pulver-Auftragschweißen lassen sich beim Laser-Pulver-Auftragschweißen Aufmischungsgrade von unter drei Prozent bereits bei einlagiger Beschichtung erzielen. Für die Bearbeitung werden die zu beschichtenden Hydraulikstangen in der Anlage eingespannt und gedreht, während ein Laser mit gleichmäßigem Vorschub entlang der zu bearbeitenden Stange geführt wird. Auf diese Weise entsteht eine spiralförmige Beschichtungsraupe mit geringer Porosität und gleichmäßiger Schichthöhe. Die Laserleistung beschleunigt das Schweißverfahren nicht nur erheblich, sondern bringt gleichzeitig weniger Wärme ins Basisbauteil ein. So bleibt das Basismaterial hinsichtlich Struktur und Form intakt. Je nach Einsatzzweck und -bedingungen der Hydraulikstange lassen sich verschiedene Arten von Pulverwerkstoffen mit speziell angepassten Eigenschaften wie Verschleißbeständigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit oder spezifischen Reibeigenschaften auftragen.
 

Induktion ermöglicht Nickel-Chrom-Alternative

Zusätzlich rüstete das Fraunhofer IWS die Bosch-Rexroth-Anlage mit einem speziell entwickelten, induktiven Erwärmungsprozess aus. Dies ermöglicht eine gezielte Prozesswärmeführung wodurch auch risskritische und schwer schweißbare Beschichtungen fehlerfrei aufgeschweißt werden können. Somit gelang es Bosch Rexroth, die Beschichtungspalette um spezifisch angepasste Lösungen (»Enduroq«-Familie) zu erweitern. Diese schützen wirksam gegen Korrosion  und stellen preiswerte sowie umweltfreundliche Alternativen zu den konventionellen Nickel-Chrom-Beschichtungen dar. »Wir können von einer einzigartigen Entwicklung sprechen«, unterstreicht Bernd Bodenstedt. »Die Optimierung der Anlage und der Technologie zielte nicht nur darauf ab, unsere technischen Möglichkeiten sowie die Beschichtungspalette zu erweitern, sondern den gesamten Prozess hinsichtlich Effizienz zu verbessern. Dank dem Fraunhofer IWS war es uns möglich, den Ende 2016 eingeführten Prozess des Laserstrahl-Auftragschweißens weiter auszubauen. Wir verfügen nun über einen weniger kritischen, dafür deutlich stabileren Prozess – bei einer enormen Qualitätssteigerung.«

Besuchen Sie uns auf der Messe »Formnext« in Frankfurt vom 14.–17. November 2017: Halle 3, Stand F50.

Auszeichnung der Federation of European Materials Societies (FEMS)

Lasagni mit Materials Science and Technology Preis 2017 ausgezeichnet

Fraunhofer IWS / 6.10.2017

Prof. Andrés Lasagni vom Institut für Fertigungstechnik der TU Dresden und Leiter des »Center for Advanced Micro-Photonics (CAMP)« am Fraunhofer IWS erhielt den Materials Science and Technology Preis 2017. Alle zwei Jahre vergibt die Federation of European Materials Societies (FEMS) die Auszeichnung an junge europäische Materialwissenschaftler, die mit ihrer Forschungsarbeit einen bedeutenden Beitrag zur Materialwissenschaft und Werkstofftechnik leisten.

Erhielt von der Federation of European Materials Societies (FEMS) den Materials Science and Technology Preis 2017: Prof. Andrés Lasagni.
© Foto Berthold Leibinger Stiftung

Erhielt von der Federation of European Materials Societies (FEMS) den Materials Science and Technology Preis 2017: Prof. Andrés Lasagni.

Lasagni forscht seit September 2008 am Fraunhofer IWS Dresden und seit dem Sommer 2012 zusätzlich an der Technischen Universität Dresden im Bereich des Laserstrukturierens. Seit Juni 2014 hat Lasagni die Open Topic Tenure Track Professur für laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung am Institut für Fertigungstechnik inne. In seiner Forschung widmet er sich unter anderem der Herstellung von mikro- und nanostrukturierten Oberflächen mit dem Ziel neue Funktionen zu schaffen. Gemeinsam mit seinem Team entwickelt er laserbasierte Verfahren, um diese Strukturen mit hoher Geschwindigkeit zu produzieren.

Die offizielle Preisübergabe fand im Rahmen der Konferenz EUROMAT 2017 (17. bis 22.09.2017) in Thessaloniki statt, an der mehr als 2000 Besucher teilnahmen.

Datenbrille für AR- und VR- Anwendungen

Multifunktionale Datenbrille mit OLED-Mikrodisplays

Fraunhofer FEP / 6.10.2017

Die am Fraunhofer FEP entwickelten bidirektionalen OLED-Mikrodisplays wurden erstmals erfolgreich in eine Demo-Datenbrille integriert, mit der sowohl AR- und VR- Anwendungen als auch 2D- und 3D-Inhalte dargestellt werden können. Auf der awe europe vom 19. – 20. Oktober 2017 im MOC München wird die neue Datenbrille erstmals am Stand des Fraunhofer FEP, Nr. 420, vorgestellt.

Multifunktionale Datenbrille mit OLED-Mikrodisplays
© Foto Fraunhofer FEP

Multifunktionale Datenbrille mit OLED-Mikrodisplays

Datenbrillen und die damit verbundene virtuelle und erweiterte Realität (virtual reality, VR; augmented reality, AR) sind nicht nur aus der Entertainment- und Gaming-Branche nicht mehr wegzudenken. Sie werden zunehmend auch im professionellen Umfeld eingesetzt und dienen beispielsweise als Arbeitsunterstützung für Konstrukteure, Monteure, Chirurgen oder in der Katastrophenhilfe. Sie können aber auch als Lernmedium bzw. zur Lernunterstützung in fast allen Bereichen eingesetzt werden.

Voraussetzung für eine hohe Nutzerakzeptanz ist eine sehr gute Darstellungsqualität, und hier sind wiederum hochaufgelöste Displays, wie sie durch das Fraunhofer FEP entwickelt werden, essenziell. Die langjährige Erfahrung sowie ein umfassendes technologisches und prozesstechnisches Know-how ermöglichen uns die Entwicklung und Fertigung passgenauer oder kundenspezifischer OLED-Mikrodisplays für verschiedenste Anwendungen. Auch auf dem Gebiet der Integration von Mikrodisplays in Datenbrillen kann das Fraunhofer FEP weitreichende Erfahrungen aus unterschiedlichen Projekten vorweisen. Fortlaufend wurden die Mikrodisplays in verschiedene Demonstratoren integriert und in vielerlei Einsatzszenarien getestet und weiterentwickelt. Nun sind wir noch einen Schritt weiter gegangen, um neue Anwendungsszenarien aufzuzeigen.

Ein bestehender Demonstrator wurde gemeinsam mit der Juniorprofessur für technisches Design der TU Dresden baulich so weiterentwickelt, dass er sowohl für AR- als auch VR-Anwendungen einsetzbar ist. Daneben können den beiden Displays je Auge unterschiedliche Bildinhalte zugewiesen und so ein 3D-Eindruck beim Nutzer erzeugt werden. Durch die Nutzung der standardisierten Schnittstellen HDMI und USB ist die Datenbrille mit praktisch jeder Videoquelle verwendbar. Kunden können so mit der gleichen Hardware verschiedene Anwendungen evaluieren.

Entwicklerin Judith Baumgarten vom Fraunhofer FEP erklärt: „Mit diesem Demonstrator können wir nicht nur die Qualität und vielfältige Einsetzbarkeit unserer Mikrodisplays zeigen, sondern auch unser Know-How auf dem Gebiet des Elektronikdesigns unter Beweis stellen.“

Für den ersten Demonstrator nutzten die Wissenschaftler bidirektionale OLED-Mikrodisplays mit einer Auflösung von 800x600 Pixeln, die neben den OLED-Pixeln auch Photodioden-Pixel auf dem Chip integriert haben. Dadurch kann neben der Anzeige von Informationen über die Displaypixel mit dem eingebetteten Bildsensor auch das Auge des Nutzers aufgenommen und somit potenziell eine Augensteuerung umgesetzt werden.

Parts2Clean: Inline-Messsystem

Verschmutzungen auf 3D-Bauteilen erkennen

Fraunhofer IPM / 4.10.2017

Haften Verunreinigungen auf der Oberfläche von Bauteilen, kann dies den weiteren Produktionsprozess erschweren oder das ganze Bauteil unbrauchbar machen. Ein Fluoreszenzscanner von Fraunhofer IPM ermöglicht erstmals, metallische Bauteile im Fertigungsprozess bildgebend auf Öl, Späne oder Reinigungsmittel zu untersuchen – und jedes einzelne Objekt zu prüfen. Fraunhofer IPM präsentiert das Inline-Messsystem auf der Parts2Clean vom 24. – 26. Oktober.

Das bildgebende Inline-Messsystem F-Scanner untersucht Bauteile während der Fertigung punktgenau auf Verschmutzungen.
© Foto Fraunhofer IPM

Das bildgebende Inline-Messsystem F-Scanner untersucht Bauteile während der Fertigung punktgenau auf Verschmutzungen.

Kleinste Dinge können große Auswirkungen haben: So etwa winzige Schmutzpartikel, die bei der Fertigung von Bauteilen auf ihrer Oberfläche kleben. Beispiel Ölwanne: Sitzen Ölverunreinigungen dort, wo später die Dichtmasse angebracht werden soll, hält die Dichtung an dieser Stelle nicht – die Wanne wird hier wahrscheinlich durchlässig sein. Bisher ist es technisch nicht möglich, alle Bauteile auf Restverschmutzungen zu überprüfen. Es werden lediglich Stichproben genommen, die zum einen zeitintensiv sind, zum anderen keine Aussage darüber ermöglichen, an welcher Stelle der Bauteiloberfläche sich die Verunreinigung befand.

Ortsaufgelöste Inline-Messung: Qualität zu hundert Prozent

Künftig können produzierende Betriebe in puncto Verunreinigungen auf Nummer sicher gehen. Möglich macht dies das Inline-Messsystem F-Scanner, das Wissenschaftler am Fraunhofer IPM entwickelt haben. »Mit dem Scanner können wir nicht nur jedes einzelne metallische Bauteil inline vermessen – also direkt während der Fertigung, ohne zeitlichen Mehraufwand –, sondern auch genau sagen, in welchem Bereich sich Schmutzpartikel befinden«, erläutert Andreas Hofmann, Geschäftsfeldbeauftragter für Produktionskontrolle am Fraunhofer IPM. »Dabei sind wir in der Lage, selbst kleinste Verunreinigungen oder Ölfilme von unter zehn Milligramm pro Quadratmeter ortsaufgelöst zu identifizieren.«

Ölfilme, Späne und Co. verraten sich durch ihre Fluoreszenz

Das Prinzip: Während beispielsweise Ölwannen auf einem Fließband von A nach B transportiert werden, strahlt ein UV-Laser einen kleinen punktförmigen Bereich des Bauteils an. Befinden sich Öl, Reste organischer Reinigungssubstanzen oder Fasern auf der Oberfläche, senden diese ein sichtbares Fluoreszenzlicht zurück, quasi als Antwort auf das UV-Licht des Lasers. Genau dieses Licht fängt ein Detektor auf, für alle anderen Wellenlängen ist er blind. Daher kann er die Fluoreszenzsignale der Verunreinigungen sehr empfindlich detektieren. Das metallische Bauteil selbst schickt keine Fluoreszenzstrahlen zurück. Ein Scanner sorgt dafür, dass sich der Laserpunkt sehr schnell über die Oberfläche bewegt und sie somit Punkt für Punkt abrastert. Etwa 200 Mal pro Sekunde scannt der Laserstrahl über das Objekt. Als Ergebnis erhält der Qualitätsmanager ein Bild, auf dem genau zu sehen ist, ob und wo Schmutzpartikel oder Ölfilme vorhanden sind.

Verbundprojekt LiScell

Sichere und effektive Energiespeicher der Zukunft: Lithium-Schwefel-Technologie

Fraunhofer FEP / 27.9.2017

Im Mai 2017 ist das von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderte Verbundprojekt LiScell erfolgreich beendet worden. Erforscht wurde die Lithium-Schwefel-Technologie, die mit geringen Materialkosten und hoher Energiedichte eine attraktive Energiespeicherlösung für die Mobilität der Zukunft sein könnte.

Die effiziente Speicherung elektrischer Energie ist der Flaschenhals für alle mobilen elektronischen Anwendungen. Gewicht und Kosten pro kWh Speicherkapazität der Batterie begrenzen maßgeblich den Einsatzbereich eines Produktes. Für die Elektromobilität verursacht der Speicher beispielsweise den Großteil der Gesamtkosten des Fahrzeugs bei gleichzeitig eingeschränkter Reichweite von ca. 150 km bei Voll-Elektroautos mit Lithium-Ionen-Technologie. Dementsprechend groß ist der Bedarf an neuen Speichern mit höherer Energiedichte und geringen Kosten.

Lösung hierfür können neuartige Lithium-Schwefel-Batterien sein, bei denen zukünftig Energiedichten von bis zu 500 Wh/kg erwartet werden. Gleichzeitig wird bei dieser Technologie das teure Kathodenmaterial der Li-Ionen-Zellen durch kostengünstigen, ungiftigen und nahezu unbegrenzt verfügbaren Schwefel abgelöst.

An der Weiterentwicklung der Lithium-Schwefel-Batteriezellen auf der Basis neuer Kathoden, Elektrolyten und Anoden wurde im Rahmen des Verbundprojektes LiScell in den letzten drei Jahren geforscht.

Die Fraunhofer-Institute für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP und für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI aus Dresden sowie das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT aus Pfinztal beschäftigten sich neben der Materialentwicklung auch mit skalierbaren Herstellungsverfahren für Anoden und Kathoden als Rollenware und dem Aufbau von Batteriemodulen. Ziel ist es, die Lithium-Schwefel-Technologie für die Elektromobilität weiter zu erschließen.

Die Technologie zeichnet sich durch geringe Materialkosten und eine hohe Energiedichte aus und könnte so eine attraktive Energiespeicherlösung für zukünftige Mobilität darstellen. Die größte Herausforderung hierbei ist die geringe Zyklenstabilität der Zellen: Li-S-Zellen erreichen zwar bereits heute bis zu 40 % höhere Energiedichten (bis 400 Wh/kg) als die besten Li-Ionen-Zellen, können allerdings nur 50 bis 100-mal wiederaufgeladen und genutzt werden. Grund dafür sind Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten an der Anoden-Oberfläche, die aus metallischem Lithium besteht. Auf diese Herausforderung fokussierten sich die Wissenschaftler und entwickelten ein Zellkonzept auf Basis von Silizium-Legierungs-Anoden zur Substitution des metallischen Lithiums.

Am Fraunhofer IWS konnte dieses neue Anoden- und Zellkonzept in Li-S- und Li-Ionen-Prototypzellen umgesetzt und demonstriert werden. Hier entstanden auch neue Lösungen für die Fertigung der Schwefelkathoden. Dr. Holger Althues, Konsortialführer und Leiter der Abteilung Chemische Oberflächen- und Batterietechnik am Fraunhofer IWS, erläutert: “Mit dem Trockenfilmverfahren des Fraunhofer IWS lassen sich die pulverförmigen Aktivmaterialien ohne Einsatz von Lösungsmitteln in hochkapazitive Elektroden verarbeiten.“

 

Fraunhofer FEP auf der aimcal 2017

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

Fraunhofer FEP / 21.9.2017

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, Anbieter von Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der organischen Elektronik, stellt auf der aimcal 2017, vom 15. – 18. Oktober 2017, in Tampa/USA eine OLED auf hauchdünnem Edelstahl vor, die in Zusammenarbeit mit Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. (NSMAT) and Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) entstanden ist.

Edelstahl wird normalerweise mit Küchengeräten oder der Herstellung von Anlagenrohren in Zusammenhang gebracht. Seit einigen Jahren werden Edelstahlfolien aber auch für Dünnfilm-Photovoltaik und -Batterien verwendet. Nun soll Edelstahl als Substrat auch in flexiblen elektronischen Bauelementen Anwendung finden. Das Material verfügt hierfür im Gegensatz zu bisher üblichen Substratmaterialien wie Glas oder Kunststoff über spezielle Eigenschaften, womit es z. B. als Substrat für organische Leuchtdioden (OLED) gut geeignet ist. Aufgrund der von NSSMC entwickelten Planarisierungsschicht und der vergleichsweise guten thermischen Leitfähigkeit von Edelstahl sind homogene großflächige Leuchtflächen mit guter Wärmeableitung und der Betrieb unter Stromdichten > 10 mA/cm² einfacher realisierbar.

OLED müssen außerdem vor Feuchtigkeit und Sauerstoff geschützt werden, damit die organischen Schichten funktionstüchtig bleiben. Edelstahl hat eine ausgezeichnete Barrierewirkung gegen Umwelteinflüsse und eignet sich daher auch unter diesem Gesichtspunkt als Träger der OLED.

Jun Nakatsuka, Manager Business Developement bei NSMAT, zeichnet ein Bild der Zukunft: ”Durch die gute Glätte und der hohen thermischen Leitfähigkeit der Edelstahlfolie erreichen wir ein sehr homogenes OLED-Licht. In drei Jahren sehen wir vielleicht schon OLED auf Edelstahl in Autos als Blinker oder Rücklicht, in Fassadenverkleidungen oder in Displays.“

Kohlenstoffbeschichtung »Diamor®«

Fraunhofer IFraunhofer IWS bringt neue Beschichtungsansätze zur EMO mit

Fraunhofer IWS / 15.9.2017

Zwei neue Ansätze zur Beschichtung von Werkzeugen präsentiert das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS auf der EMO 2017. Im Gepäck haben die Dresdner Wissenschaftler die diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung »Diamor®« und einen neuen Ansatz zur Herstellung harter Verschleißschutzschichten mit einer Dicke von mehr als 100 Mikrometern.

Das Fraunhofer IWS Dresden nimmt auch im Jahr 2017 an der Leitmesse für Metallbearbeitung EMO teil. An ihrem Stand informieren Wissenschaftler des Instituts über zwei Möglichkeiten der Veredelung von Werkzeugoberflächen. Dazu gehört die Beschichtung mit diamantähnlichem Kohlenstoff (ta-C) »Diamor®«. Aufgrund ihrer reibmindernden Wirkung eignet sie sich sowohl für eine Vielzahl geschmierter als auch nicht geschmierter Anwendungen. Die besondere Haftfestigkeit der bis zu 15 Mikrometer dicken Schichten erlaubt die Beschichtung einer Vielzahl von Komponenten und Werkzeugen. Das Fraunhofer IWS setzt für den Beschichtungsprozess die speziell entwickelte Laser-Arc-Technik ein und nutzt einen Plasmafilter, um glatte und homogene Schichten zu erzeugen. »Diamor®«-Schichten erreichen Härten von bis zu 80 Gigapascal (das entspricht etwa 80 Prozent der Härte von Diamant als härtestem bekanntem Material). Im Ergebnis steigt der Widerstand gegen Verschleiß – zum Beispiel bei Zerspanungswerkzeugen – und gleichzeitig sinkt die Reibung mit dem zu spanenden Material. Die harte und glatte Kohlenstoffoberfläche reduziert die Anhaftung des Gegenwerkstoffs und eignet sich deshalb besonders für die Aluminiumzerspanung. Aufgrund der Eigenschaftskombination aus hoher Abrasionsbeständigkeit, geringer Reibung und Anhaftungsneigung empfiehlt sich die ta-C-Beschichtung besonders für das Zerspanen von Verbundmaterialien.

Dicke Schichten für höhere Belastung

Verschleißmindernde Eigenschaften stellt das Fraunhofer IWS auch in Form eines neuen Ansatzes für die Herstellung von dicken PVD-Beschichtungen vor. Galten Werte von drei bis fünf Mikrometern in den vergangenen Jahrzehnten als obere Grenze der Dicke für eine Vielzahl von Anwendungen der Zerspanung, der Umform- und der Kunststofftechnik, so gelang es den Dresdner Wissenschaftlern nun, harte Verschleißschutzschichten mit Stärken von 100 Mikrometern und mehr zu produzieren. Dies gelingt durch einen nanolagigen Aufbau, der über die gesamte Schichtdicke eine homogene Eigenschaftsverteilung aufweist. Der neuartige Schichttyp bietet einen substanziell verbesserten Schutz im Vergleich zu den herkömmlichen dünnen Schichten. Insbesondere für die Werkzeugherstellung eröffnen sich somit vielversprechende Perspektiven, da dicker beschichtete Oberflächen höherer Belastung widerstehen. Der Ansatz des Fraunhofer IWS ermöglicht zusätzlich neue Wege der Nachbehandlung, zum Beispiel für die Strukturierung, Politur oder das Schärfen von Schneidkanten.

Besuchen Sie uns auf der EMO in Hannover vom 18.–23. September 2017 in Halle 4, Stand F02. Neben den genannten Beschichtungsverfahren stellt das Fraunhofer IWS auch die Themen Laserstrahlhärten und Laserwalzplattieren vor.

Fraunhofer FEP auf der ISAL

Flexible farbvariable OLED – neue Gestaltungsoptionen für Lichtdesigner

Fraunhofer FEP / 12.9.2017

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, als einer der führenden Forschungs- und Entwicklungspartner für Oberflächentechnologien und Organische Elektronik, ist spezialisiert auf die Entwicklung und Fertigung von OLED-Modulen mit unkonventionellen Eigenschaften in kundenspezifischen Designs. Auf der ISAL 2017, vom 25. – 27.9.2017, in Darmstadt präsentiert das Institut erstmals auf seinem Ausstellungsstand Nr. 31, flexible farbvariable organische Leuchtdioden (OLED).

Mit ihren einzigartigen Aspekten wie Biegbarkeit, Segmentierung, Transparenz und nahezu unbegrenzter Formgebung ermöglichen organische Leuchtdioden (OLED) als effiziente Flächenlichtquelle auf flexiblen Substraten vielfältige neue Gestaltungsmöglichkeiten.

2015 gelang es Wissenschaftlern des Fraunhofer FEP erstmals, farbsteuerbare OLED auf starren Substraten zu prozessieren. Dies ermöglichte die Erweiterung des Anwendungsspektrums von OLED z. B. auch für die Integration in Fahrzeuginnenräume, in denen die Beleuchtung tageszeitabhängig steuerbar sein soll. Denkbar ist auch der Einsatz in der Ambient- oder Akzentbeleuchtung sowie in musealen Umgebungen, bei denen die Farbvariabilität nur eines Leuchtelementes Ausstellungsstücke in unterschiedlich farbigem Licht präsentieren kann.

Knapp zwei Jahre später ist nun der nächste große Entwicklungsschritt erreicht: Das Fraunhofer FEP bietet ab sofort die Integration farbvariabler OLED-Emittersysteme auf flexiblen Substraten an. Solche OLED-Module sind in der Lage, ihre Emissionsfarbe zwischen zwei Farbkoordinaten zu wechseln und über Dimming der Einzelfarben Mischfarben zu erzeugen. So kann bei einem blau-gelb-farbvariablen Emittersystem nicht nur zwischen den Emissionsfarben Blau und Gelb variiert werden, sondern bei gleichmäßiger Aktivierung beider Emissionsfarben sogar weißes Licht erzeugt werden.

Durch die Integration der farbvariablen OLED auf flexible Substrate rückt deren Einsatz z. B. in gebogene Oberflächen in Fahrzeuginnenräumen, wie Autodächer oder gewölbte Armaturen in greifbare Nähe. Dabei ist auch die Auswahlmöglichkeit des Substrates inzwischen breiter variierbar, OLED auf Metall- oder Kunststofffolien sind ebenso prozessierbar wie auf Dünnstglas. Die Wissenschaftler präsentieren das neue flexible farbvariable OLED-Modul erstmals auf der ISAL (International Symposium on Automotive Lighting). Das Symposium findet unmittelbar im Anschluss an die Internationale Automobil-Ausstellung IAA statt und adressiert Lichtanwendungen im Automobil. Am Stand des Fraunhofer FEP Nr. 31 werden die vielfältigen Möglichkeiten der OLED-Technologie auf flexiblen Trägersubstraten für Anwendungen an und im Automobil zu sehen sein.

Neues Exzellenznetzwerk

Max Planck School of Photonics: Nationales Exzellenznetzwerk für Photonikforschung vom BMBF ausgewählt

Fraunhofer ILT und IOF / 5.9.2017

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat die Einrichtung eines neuen Exzellenznetzwerks, das federführend durch das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF geleitet wird, befürwortet. Die Max Planck School of Photonics (MPSP) bündelt die Kompetenzen der deutschen Photonik-Community und wird hochbegabte Nachwuchsforscher auf Weltspitzenniveau fördern. Das nationale Exzellenznetzwerk will damit an Standards von Eliteeinrichtungen wie der US-amerikanischen Harvard-Universität oder dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) anknüpfen und neue Maßstäbe in der Forschung mit Licht setzen.

Übersicht aller Partner und Standorte der Max Planck School of Photonics.
© Foto Fraunhofer IOF

Übersicht aller Partner und Standorte der Max Planck School of Photonics.

Die Photonik ist in den vergangenen Jahren zu einer dynamischen Wissenschaftsdisziplin gewachsen. Allein seit dem Jahr 2000 wurden sieben Nobelpreise mit direktem Bezug zur Optik vergeben. Diese umfassten sowohl Arbeiten der Grundlagenforschung als auch Arbeiten, welche die Wirtschaft und Gesellschaft radikal verändert haben: optische Kommunikation, digitale Fotografie und energieeffiziente, umweltfreundliche Lichtquellen. Deutschland ist dabei einer der weltweit führenden Standorte der Photonikforschung. Nur in den USA und in China werden mehr wissenschaftliche Arbeiten zur Optik veröffentlicht. Bezogen auf das Bruttoinlandsprodukt liegt die Bundesrepublik unten den größten Wissenschaftsstandorten schon jetzt weltweit auf Platz 1.

Zeitgleich dient die Photonik als Katalysator innovationsgetriebener Wirtschaftszweige, wie z.B. der Informationstechnologie, der Luft- und Raumfahrttechnik oder der industriellen Produktion. Im Jahr 2015 waren in Deutschland über 130.000 Mitarbeiter bei überwiegend klein- und mittelständischen Unternehmen der Photonikbranche beschäftigt. Dabei erwirtschafteten sie rund 30 Mrd. Euro, mit hohem Wachstum.

Um hochbegabte Nachwuchswissenschaftler noch besser fördern zu können und den wirtschaftlichen Erfolg der Photonikindustrie weiter auszubauen, wird nun mit der Max Planck School of Photonics (MPSP) eine ganz neue Forschungsstruktur ins Leben gerufen. MPSP ist eines von drei Pilotvorhaben, deren Ziel es ist, einen neuen und global gültigen Standard für kompetitive Forschung von übergreifendem gesellschaftlichem Interesse zu etablieren.

Maßnahmen gegen das Risiko Weltraumschrott

Trümmer im Erdorbit mit effizienter Lasertechnologie zentimetergenau erfassen

Forschung Kompakt / 1.9.2017

Unkontrollierte Objekte im Erdorbit bergen massive Risiken für die moderne Raumfahrt – und aufgrund der heutzutage vielfältigen Abhängigkeit von Satelliten damit ebenso für die Weltwirtschaft. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena begegnet der Gefahr mit einem eigens entwickelten Faserlaser, der Lage und Bewegungsrichtung von Weltraummüll zuverlässig bestimmt.

Zentimetergenaue Erfassung von Trümmer im Erdorbit mit effizienter Lasertechnologie
© Foto Fraunhofer IOF

Zentimetergenaue Erfassung von Trümmer im Erdorbit mit effizienter Lasertechnologie

Weltraummüll ist ein großes Problem in der erdnahen Raumfahrt. Außer Dienst gestellte oder havarierte Satelliten, Bruchstücke von Raumstationen und Reste von Weltraummissionen bedeuten eine alltägliche Gefahr von Kollisionen mit aktiven Satelliten und Raumfahrzeugen. Zusammenstöße bergen neben ihrer zerstörerischen Kraft weiteres Risikopotential – Tausende neue Trümmerteile können entstehen, die wiederum mit anderen Objekten kollidieren könnten – ein gefährlicher Schneeballeffekt.

Die globale Wirtschaft hängt heutzutage in erheblichem Maße von Satelliten und ihren Funktionen ab – Anwendungsbeispiele sind die Bereiche Telekommunikation und Übertragung von TV-Signalen, die Navigation oder auch Wettervorhersagen und Klimaforschung. Die Beschädigung oder Zerstörung solcher Satelliten durch eine Kollision mit im Orbit verbliebenen Satelliten- oder Raketenresten kann immense und nachhaltige Schäden verursachen. Der gefährliche »Weltraumschrott« muss daher zuverlässig aufgespürt und erfasst werden, bevor an Bergungs- oder Gegenmaßnahmen zu denken ist. Experten des Fraunhofer IOF in Jena haben ein Lasersystem entwickelt, das optimal für diese Aufgabe geeignet ist.

Verbundprojekt FLEX-G - Forschungsinitiative ENERGIEWENDE BAUEN

Smarte Gebäude durch innovative Dächer und Fassaden

Fraunhofer FEP / 28.8.2017

Am 1. Juni 2017 ist das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Verbundprojekt FLEX-G (FKZ 03ET1470A) unter der Forschungsinitiative ENERGIEWENDE BAUEN gestartet. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung von Technologien zur Herstellung von transluzenten und transparenten Dach- und Fassadenelementen mit integrierten optoelektronischen Bauelementen. Im Fokus stehen dabei ein schaltbarer Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) und die Integration flexibler Solarzellen. Unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP haben sich 9 Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zusammengeschlossen, um sowohl im Bereich Energieeinsparung als auch im Bereich Energieerzeugung in Gebäuden einen maßgeblichen Beitrag zu leisten.

Solarmodule sind bereits seit langem fester Bestandteil zahlreicher Gebäude. Auch ausgetüftelte Energiemanagementsysteme, die zum Beispiel die Abwärme von Anlagen zum Heizen oder Kühlen nutzen, sind gut etabliert. Große lichtdurchlässige (transparente oder transluzente) Fassaden- und Dachelemente prägen immer stärker das Bild unserer Städte und sorgen durch viel Licht für einen angenehmen Aufenthalt in den Bauwerken. Der Werkstoff Glas ist dabei für den gewünschten Formenreichtum oft nicht flexibel genug und für große überspannte Flächen zu schwer. Daher haben sich fluorpolymere Werkstoffe wie zum Beispiel Ethylentetrafluorethylen (ETFE), nicht zuletzt wegen ihrer langen Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit, als Alternative zum Glas in diesen Anwendungen bewährt. Beispielhaft sei das Dach des größten Einkaufszentrums Europas (Dolce Vita, Lissabon, Portugal) mit 5-lagigen Folienkissen aus 200 000 m² ETFE benannt (siehe Foto). Im Gegensatz zu Glas sind Fluorpolymere in Beschichtungsprozessen schwierig zu verarbeiten. Aus diesem Grund konnten Membrandächer und -fassaden bisher nur sehr begrenzt mit energieeinsparenden Funktionen wie zum Beispiel einer Wärmeschutzbeschichtung, integrierten Solarmodulen oder einem schaltbaren Gesamtenergiedurchlassgrad ausgestattet werden. Eine Nutzung der Membrandach- und Fassadenflächen zur anpassungsfähigen Optimierung des Energiehaushalts des Bauwerks war bisher nicht möglich.

Ein Konsortium aus neun Industrie- und Forschungspartnern möchte dies nun ändern und die Oberflächen von Membrandächer und Fassaden mit optoelektronischen Bauelementen so funktionalisieren, dass sie einerseits einen schaltbaren Gesamtenergiedurchlassgrad und zum anderen eine Energieerzeugung mit flexiblen Solarzellen ermöglichen. Der Verbundkoordinator, Dr. John Fahlteich, fasst das Vorhaben so zusammen: “Folienbasierte Dach- und Fassadenelemente sollen mit elektrochromen, schaltbaren Bauelementen ausgestattet werden. So kann die Licht- und Wärmedurchlässigkeit elektrisch gesteuert werden. Die Energie dafür stellen flexible, organische Solarzellen bereit. Wir möchten im Projekt FLEX-G Technologien entwickeln, die sowohl für flexible Membrandach- und Fassadenelemente, als auch für glasbasierte Systeme anwendbar sind.“

Beschichtung für das neue Kilogramm

Maßarbeit: Defektfreie Schichten für Siliziumkugeln

Fraunhofer IST / 4.7.2017

Das Ur-Kilogramm, auf das alle Waagen kalibriert sind, verliert an Gewicht. Internationale Bemühungen streben an, die Basiseinheit der Masse neu zu definieren und künftig auf Naturkonstanten zu beziehen. Hierfür wird im sogenannten Avogadro-Experiment bestimmt, wie viele Atome in nahezu perfekten Siliziumkugeln enthalten sind. Fraunhofer-Forschern ist die homogene Beschichtung der Kugeloberfläche gelungen – unter anderem lässt sich dadurch die Messunsicherheit auf einen Bereich unter zehn Mikrogramm begrenzen.

Beschichtete Siliziumkugel
© Foto Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Die zu beschichtende Siliziumkugel muss wie ein rohes Ei behandelt werden. Rechts im Bild: eine der Dreipunktauflagen.

ALD-Beschichtungsanlage am Fraunhofer IST
© Foto Fraunhofer IST, Jan Benz

Im Innern der ALD-Beschichtungsanlage am Fraunhofer IST: die Beschichtungskammer für dreidimensionale Objekte.

Ein Kilo ist nicht mehr 1000 Gramm schwer. Denn das Maß der Gewichte, das Ur-Kilogramm, wird immer leichter. Die Ursache dafür ist unbekannt. Um von dem Zylinder, der in Paris in einem Tresor gelagert wird, unabhängig zu werden, suchen Forscher weltweit nach Alternativen. Geplant ist, das Kilogramm neu zu definieren. Künftig soll eine physikalische Konstante das materielle Kilogramm ersetzen.

Um dies zu realisieren, führt ein Team der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Experimente mit Kugeln aus istotopenangereichertem Silizium durch, die als neuer Kalibrierstandard verwendet werden könnten. Dabei bestimmen die Experten die Avogadro-Konstante, die die Anzahl der Atome in einem Mol angibt. »Wir errechnen die Anzahl der Atome in einer Kugel und erhalten über mathematische Gleichungen die Zahl der Atome pro Mol. Vereinfacht gesagt finden wir heraus, was ein Silizium-Atom wiegt und können im Umkehrschluss berechnen, wieviel Silizium-Atome für ein Kilogramm erforderlich sind«, erläutert Dr. Ingo Busch, Physiker an der PTB in Braunschweig. »Das Mol ist der Mittler zwischen der atomaren Massenskala und dem Kilogramm.«

Beim Herstellen der Kugeln, was ebenfalls an der PTB erfolgt, bildet sich eine natürliche Oxidschicht aus Siliziumdioxid, SiO2. Diese hat ebenfalls Einfluss auf Masse und Volumen der Siliziumkugeln. Das Problem: Die native Schicht wächst langsam und zum Teil ungleichmäßig. Dadurch lässt sich das tatsächliche Gewicht sowohl der Oxidschicht als auch der Kugel sehr schwer messen. Gefragt ist daher eine alternative, homogene Beschichtung, um Messunsicherheiten zu verringern und Volumen und Masse der Kugel präzise bestimmen zu können.

Alternative SiO2-Schicht minimiert Messunsicherheiten

Forschern des benachbarten Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST ist es gelungen, eine Siliziumkugel mit einer solchen alternativen SiO2-Oberfläche zu beschichten, deren Beschaffenheit höchsten Anforderungen genügt. »Mit unserem Verfahren können wir eine SiO2-Schicht mit definierter Rauheit und einstellbarer Schichtdicke auf die Kugel aufbringen. Die Schicht ist darüber hinaus stöchiometrisch. Dies bedeutet, dass das Verhältnis der einzelnen Atome untereinander beziehungsweise das Verhältnis zwischen Silizium und Sauerstoff konstant ist«, sagt Tobias Graumann, Wissenschaftler am IST.

Flexible OLED im Rolle-zu-Rolle-Verfahren

Hochleitfähige Folien ermöglichen großflächige OLED-Beleuchtung

Fraunhofer FEP / 28.6.2017

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP ist ein führender Forschungs- und Entwicklungspartner für Oberflächentechnologien und organische Elektronik. Gemeinsam mit der Sefar AG, dem führenden Hersteller von Präzisionsgeweben aus Monofilamenten, wurden in einem Gemeinschaftsprojekt neue großflächige, flexible OLED im Rolle-zu-Rolle-Verfahren entwickelt.

Flexible OLED hergestellt imm Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf SEFAR TCS Planar Substraten
© Foto Fraunhofer FEP, Fotograf: Jürgen Lösel

Flexible OLED hergestellt imm Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf SEFAR TCS Planar Substraten

Rolle-zu-Rolle-Anlage zur OLED-Prozessierung am Fraunhofer FEP
© Foto Fraunhofer FEP

Rolle-zu-Rolle-Anlage zur OLED-Prozessierung am Fraunhofer FEP

Großflächige OLED-Beleuchtung ist eine attraktive Technologie für verschiedene Anwendungen im Wohn-, Architektur- und Automobilbeleuchtungssegment. Die Sefar hat hochleitfähige, transparente und flexible Elektrodensubstrate entwickelt, die eine großflächige homogene Beleuchtung ermöglichen. Diese wird durch das Fraunhofer FEP im Rolle-zu-Rolle-Verfahren (R2R) umgesetzt.

OLED-Beleuchtungsanwendungen ermöglichen neue Designformen (großflächig, homogen, flexibel, leicht und dünn) und sind Lichtquellen, die den Bedingungen des natürlichen Lichtes am nächsten kommen und einen geringen Energieverbrauch aufweisen.

"Das neue Elektrodensubstrat SEFAR TCS Planar wird im Rolle-zu-Rolle-Verfahren prozessiert", erklärt Roland Steim, Projektleiter bei Sefar, "Es ist ein folienähnliches Substrat mit einer sehr hohen Leitfähigkeit von bis zu 0,01 Ohm/Quadrat und einer Transparenz von über 87 %. Diese hervorragend hohe Leitfähigkeit ist zurückzuführen auf eingebettete metallische Drähte mit einem Durchmesser von derzeit 40 μm."

Diese Metalldrähte reduzieren Widerstandsverluste im Elektrodensubstrat, die die Konstruktion von großflächigen und homogeneren Beleuchtungslösungen im Vergleich zu herkömmlichen Substraten mit reinem ITO ermöglichen. Darüber hinaus sind die eingebetteten metallischen Drähte robust gegenüber Biegung des Substrates und weniger spröde als dicke ITO Schichten auf Folien. Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung von SEFAR TCS Planar war es, die Oberfläche so glatt wie möglich zu bekommen, währenddessen sich Teile der metallischen Drähte, die den elektrischen Kontakt zur OLED bilden, immer noch auf der Oberfläche abzeichnen.

Das Fraunhofer FEP verfügt über umfangreiche Erfahrungen von OLED im Rolle-zu-Rolle-Verfahren und bietet Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen von der Konzeptstudie bis hin zur Musterfertigung im Bereich der R2R-Prozessierung organischer Bauelemente auf flexiblen Substraten für Industriepartner an.

LASER World of PHOTONICS 2017

Infrarot anders gesehen: Frequenzkonversion erweitert Wellenlängenbereich von Siliziumdetektoren

Fraunhofer IPM / 21.6.2017

Fraunhofer IPM präsentiert auf der diesjährigen »LASER World of PHOTONICS« Systeme zur nichtlinearen Frequenzkonversion. Die Methode ermöglicht den Aufbau abstimmbarer Laserlichtquellen für Wellenlängenbereiche, für die es bisher keine geeigneten Lasermaterialien gibt. Erstmalig stellt Fraunhofer IPM einen Wellenlängen-»Range-Extender« für NIR-Spektrometer vor, der mittel-infrarote Strahlung mit schnellen Siliziumdetektoren sichtbar macht. Besuchen Sie Fraunhofer IPM vom 26. bis 29. Juni 2017 auf der »LASER« (Stand B3.327).

Optisch parametrische Oszillatoren (OPO)
© Foto Fraunhofer IPM

Nichtlineare Frequenzkonverter eignen sich zum Bau durchstimmbarer, kontinuierlicher Laserlichtquellen.

Optikexperten am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg entwickeln seit vielen Jahren Systeme und Applikationen, die das Prinzip der nichtlinearen Frequenzkonversion nutzen. Schwerpunktmäßig werden abstimmbare Laserlichtquellen wie etwa kontinuierlich gepumpte optisch-parametrische Oszillatoren (OPOs) für solche Wellenlängenbereiche gebaut, für die es bislang keine geeigneten Lasermaterialien gibt. Typische Anwendungen solcher Lichtquellen sind die Spektroskopie und Prozessanalytik.

6500 Spektren pro Sekunde im mittleren Infrarot

Neben der Lichterzeugung erschließt Fraunhofer IPM jetzt ein weiteres Anwendungsfeld im Bereich der Lichtdetektion. Für den empfindlichen Nachweis mittelinfraroter Strahlung (z. B. bei der Überwachung chemischer Prozesse) sind bislang teure, kryogengekühlte Detektoren erforderlich. Mithilfe der nichtlinearen Frequenzkonversion kann die Mittelinfrarot-Strahlung (MIR, z. B. aus dem Bereich von 3–5 µm) zu kürzeren Wellenlängen im nahen Infrarot (NIR) konvertiert werden, sodass sie auch mit siliziumbasierten Detektoren und Kameras nachweisbar wird. Diese sind deutlich günstiger, schneller und empfindlicher. So entsteht ein Wellenlängen-»Range-Extender« für NIR-Spektrometer, der die Vorteile von Siliziumdetektoren auch für den MIR-Bereich nutzbar macht. Dabei geht es vor allem um die Möglichkeit, schnell ablaufende chemische Prozesse durch die Messung von Infrarot-Spektren mit hohen Aufnahmeraten zu überwachen. Klassische MIR-Systeme wie Gitter- oder Fourier-Transform-Spektrometer sind für solche Anwendungen mit ca. 100 Spektren pro Sekunde zu langsam.

Joseph-von-Fraunhofer-Preis

Korrosions- und Verschleißschutz: wirtschaftlich, umweltschonend und extrem schnell

Fraunhofer ILT / 31.5.2017

Bauteile sollen per Hartverchromen, thermischem Spritzen oder Laserauftragschweißen vor Korrosion und Verschleiß bewahrt werden. Allerdings bergen all diese Verfahren Nachteile – so ist beispielsweise die Beschichtung mit Chrom(VI) ab September 2017 nur noch nach Autorisierung erlaubt. Das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und der RWTH Aachen University merzt die Mankos erstmals aus. Für ihre Entwicklung wurde das Aachener Forscherteam am 30. Mai 2017 mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis geehrt.

Mit EHLA lassen sich Metallschutzschichten mit extremer Hochgeschwindigkeit aufbringen.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert

Mit EHLA lassen sich Metallschutzschichten mit extremer Hochgeschwindigkeit aufbringen.

Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA): Flexibel beschichten, reparieren oder additiv fertigen – mit einer Systemtechnik.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA): Flexibel beschichten, reparieren oder additiv fertigen – mit einer Systemtechnik.

Die Entwickler des EHLA-Verfahrens Thomas Schopphoven, Gerhard Maria Backes und Andres Gasser (v.l.n.r.).
© Foto Piotr Banczerowski / Fraunhofer

Die Entwickler des EHLA-Verfahrens Thomas Schopphoven, Gerhard Maria Backes und Andres Gasser (v.l.n.r.).

Bauteile vor Verschleiß und Korrosion zu schützen, ist keine einfache Angelegenheit. Die üblichen Verfahren – das Hartverchromen und das thermische Spritzen – warten mit Nachteilen auf. Das Laserauftragschweißen konnte sich bislang in diesem Bereich nur vereinzelt durchsetzen. Forscher des Fraunhofer ILT in Aachen und der RWTH Aachen University haben mit dem extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA nun ein alternatives, patentgeschütztes Verfahren entwickelt, welches die Defizite der herkömmlichen Verfahren in den Bereichen der Beschichtungstechnik und Reparatur beseitigt. »Mit EHLA können wir erstmalig dünne Schichten im Bereich Zehntel Millimeter auf große Flächen in kurzer Zeit ressourceneffizient und wirtschaftlich auftragen«, fasst Dr.-Ing. Andres Gasser, Gruppenleiter am Fraunhofer ILT, zusammen.

Alternative zum verbotenen Hartverchromen

Eines der herkömmlichen Verfahren für den Verschleiß- und Korrosionsschutz ist die Hartverchromung. Diese verbraucht allerdings viel Energie, zudem schädigt Chrom(VI) die Umwelt. Ab September 2017 darf es daher nur noch nach Autorisierung eingesetzt werden. Das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA bietet Unternehmen erstmalig eine wirtschaftliche Alternative. Da keinerlei Chemikalien zum Einsatz kommen, ist das Verfahren sehr umweltfreundlich. Die entstehende Beschichtung ist stoffschlüssig mit dem Grundstoff verbunden, im Gegensatz zur Hartchromschicht kann sie nicht abplatzen. Während die Schichten aus der Hartverchromung Poren und Risse aufweisen, sind die per EHLA erzeugten Schichten dicht und schützen das Bauteil wesentlich effizienter und langfristiger.

Ressourcenschonender als thermisches Spritzen

Auch das thermische Spritzen bringt Nachteile mit sich. Da nur etwa die Hälfte des eingesetzten Materials später die Bauteil-Oberfläche bedeckt, verbraucht dieses Verfahren sehr viel Material und Gas. Zudem haften die entstehenden Schichten schwach am Substrat. Da sie porös sind, müssen stets mehrere etwa 25 bis 50 Mikrometer dicke Schichten übereinander aufgetragen werden. Anders beim neuen Verfahren EHLA: Hier wird rund 90 Prozent des Materials genutzt, das Verfahren ist somit weitaus ressourcenschonender und sehr viel wirtschaftlicher. Bereits die Einzelschichten sind dicht, zudem ist die Beschichtung fest mit dem Substrat verbunden.

Schneller und breiter einsetzbar als Laserauftragschweißen

Über das Laserauftragschweißen lassen sich verschiedene Materialien hochwertig beschichten. Allerdings ist das Verfahren für große Bauteile zu langsam. Im Verschleiß- und Korrosionsschutz konnte es sich daher bislang nur vereinzelt durchsetzen. Ein weiteres Manko des Verfahrens besteht im verfahrensbedingten, hohen Wärmeeintrag ins Bauteil: Das Bauteil wird lokal aufgeschmolzen, während eine Pulverdüse einen pulverförmigen Zusatzstoff in das Schmelzbad lenkt. »Beim EHLA schmilzt der Laser die Pulverpartikel bereits oberhalb des Schmelzbades auf«, erläutert Dr. Gasser den Kernpunkt des neuen Verfahrens. Da flüssige Materialtropfen statt feste Pulverpartikel in das Schmelzbad fallen, wird die Schicht homogener. Zudem muss das Grundmaterial nicht so weit aufgeschmolzen werden: Statt bis zu einem Millimeter reichen nun einige Mikrometer.

Das Ergebnis: Das Bauteil lässt sich 100- bis 250-mal so schnell beschichten wie beim konventionellen Laserauftragschweißen, zudem heizt es sich kaum auf. Somit ermöglicht es EHLA, hitzeempfindliche Komponenten zu beschichten, bei denen dies bislang aufgrund des zu hohen Wärmeeintrags nicht möglich war. Weiterhin werden gänzlich neue Materialkombinationen möglich, etwa Beschichtungen auf Aluminium- oder Gusseisenlegierungen.

In Kürze liefert die Fa. Hornet Laser Cladding B.V aus den Niederlanden in enger Zusammenarbeit mit der ACunity GmbH aus Aachen, einer Ausgründung des Fraunhofer ILT, die erste EHLA-Anlage nach China. Diese soll am Advanced Manufacture Technology Center of China Academy of Machinery Science & Technology CAMTC in Beijing für Forschungszwecke und industrielle Anwendungen genutzt werden.

Auf der LASER World of PHOTONICS vom 26.-29. Juni 2017 in München (Stand A2.431) stellen unsere Experten das EHLA-Verfahren vor.

Ehrung mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2017

Für ihre Entwicklung wurden Dr.-Ing. Andres Gasser, Dipl.-Ing. Thomas Schopphoven und Dipl.-Ing. Gerhard Maria Backes auf der Fraunhofer-Jahrestagung am 30. Mai in Dresden mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis geehrt. Der Preis ist mit 50.000 Euro dotiert.

FLEX 2017

Rolle-zu-Rolle Beschichtung für flexible Elektronik mit exzellenten Eigenschaften

Fraunhofer FEP / 31.5.2017

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, als eines der führenden Forschungs- und Entwicklungspartner für Oberflächentechnologien und organische Elektronik, stellt auf der FLEX 2017, vom 19. – 22.6.2017, in Monterey, USA am Stand Nr. 1004 erstmals eine Rolle flexibles Dünnglas aus, auf der 100 m durchgehend hochleitfähiges ITO im Rolle-zu-Rolle Verfahren beschichtet wurde.

Funktionalisierte, gebogene, Oberflächen aus Glas oder Kunststoff, rollbare Displays, hochwertige gebogene Flächen für Architektur oder Innenausstattung im Automobil- oder Luxusmöbelbereich – flexible Materialien ausgestattet mit einer Reihe an Funktionalitäten sind nicht nur Trend sondern erobern bereits viele Märkte. Zukunftsweisende Ideen wie z. B. einer vollfunktionsfähigen, gebogenen und optisch hochwertigen Armatur in Autos oder die Touch-Funktionen für die Fernsteuerung seiner Hauselektronik versiegelt mit haptisch angenehmen, kratzfestem, entspiegeltem Glas in der Armlehne des Designersessels sind in greifbarer Nähe.

Grundelement für solche Anwendungen ist das passende flexible Substratmaterial, das entsprechende Voraussetzungen und Eigenschaften mitbringen muss. Flexibles, ultradünnes Glas stellt hierfür eine optimale Basis z. B. für gedruckte elektronische Bauelemente dar. Flexible Barrierefolien werden überall dort benötigt, wo Glas nicht zum Einsatz kommen kann, aber die Bauelemente zuverlässige gegen äußere Einflüsse wie das Eindringen von Wasser oder Sauerstoff geschützt werden müssen. Beide Substrate erfordern umfangreiches, technisches Know-How und speziell abgestimmte Prozesse und Technologien, um sie erfolgreich bearbeiten und beschichten zu können.
 
Das Fraunhofer FEP ist führender Forschungspartner für Oberflächenbeschichtungen und Vakuumbeschichtung und der Abscheidung von organischer Elektronik auf flexible Substrate. Seit vielen Jahren entwickeln wir kontinuierlich unser Know-How speziell im Bereich der Rolle-zu-Rolle-Prozessentwicklung und Vakuumbeschichtung weiter und nutzen hierfür unterschiedliche Forschungs- und Entwicklungslinien am Institut. Seit 2015 agiert das Fraunhofer FEP in diesem Rahmen bereits als Kompetenzzentrum für flexibles Glas.

Dank des exzellenten Prozess-Know-Hows der Experten des Fraunhofer FEP und seiner Kooperationspartner, wird ultra-dünnes flexibles Glas nun rollenweise prozessiert. Eine 100 m lange Rolle flexiblen Dünnglases konnte so mit hochleitfähigem ITO bei 350 °C Prozesstemperatur defektfrei beschichtet werden. Erreicht wurde dieses beeindruckende Ergebnis in Kooperation mit unseren langjährigen Partnern VON ARDENNE GmbH und Corning Incorporated auf der Anlage FOSA LabX 330 Glass. Diese Rolle-zu-Rolle Beschichtungsanlage wurde erst kürzlich in Betrieb genommen. Seitdem wird sie gemeinsam vom Fraunhofer FEP und dem Anlagenhersteller VON ARDENNE GmbH für gemeinsame Forschungsprojekte betrieben. „Damit ist der Weg für die Beschichtung von flexiblem Glas zur direkten Umsetzung dieser Substrate in Applikationen geebnet“, blickt Dr. Manuela Junghähnel, Koordinatorin der Aktivitäten zum flexiblen Dünnglas am Fraunhofer FEP begeistert in die Zukunft. Diese Rolle des Corning-Glases wird erstmals auf der Messe FLEX 2017 in Monterey vorgestellt.

Joseph-von-Fraunhofer-Preis

Holographische Messtechnik im Produktionstakt

Fraunhofer IPM / 30.5.2017

Die Fehlertoleranz in der Automobilproduktion wird zusehends kleiner. Zulieferer stellte das bislang vor ein Problem: Es mangelt an Methoden, Mikrodefekte in der laufenden Fertigung zu erkennen. Bisher ist Sichtkontrolle das Mittel der Wahl, das jedoch für linienintegrierte Messungen während der Herstellung ungeeignet ist. Mit der Entwicklung der produktionstauglichen digitalen Holographie beenden Forscher von Fraunhofer IPM dieses Dilemma. Die digitale Holographie ermöglicht die vollflächige Prüfung aller Teile – und das im Sekundentakt.

Joseph-von-Fraunhofer-Preis für digitale Holographie
© Foto Piotr Banczerowski / Fraunhofer

Mit der Entwicklung der produktionstauglichen digitalen Holographie ermöglichen Markus Fratz, Alexander Bertz und Tobias Beckmann (v.l.n.r.) die vollflächige Prüfung aller Teile im Herstellungsprozess – und das im Sekundentakt. Für die Arbeiten wurde das Team mit dem diesjährigen Joseph-von-Fraunhofer-Preis ausgezeichnet.

Digitale Holographie im Produktionsakt
© Foto Fraunhofer IPM

Das System kann zentimetergroße raue Objekte in Sekundenbruchteilen mikrometergenau erfassen – auch unter Störeinflüssen wie Erschütterungen.

Manchmal zählt jeder tausendstel Millimeter – etwa bei Bauteilen für die Automobil- oder Luftfahrtindustrie. Um herauszufinden, ob das einzelne Bauteil auch fehlerfrei und maßhaltig ist, eignet sich grundsätzlich die digitale Holographie. Allerdings war diese Methode bisher erschütterungsempfindlich und langsam. Für Produktionsumgebungen war sie daher nicht geeignet und es konnten bislang nur Stichproben untersucht werden.

Schnelle und robuste Ergebnisse

Dr. Markus Fratz, Dr. Alexander Bertz und Dr. Tobias Beckmann, Wissenschaftler am Fraunhofer IPM, haben das Verfahren der digitalen Holographie nun aus dem Labor in die Produktion geholt. »Wir konnten alle Nachteile beseitigen und haben damit erstmals ein System entwickelt, das eine Hundertprozent-Kontrolle in der Produktion erlaubt«, freut sich Beckmann, der das Projekt gemeinsam mit Fratz leitet. »Unser System kann zentimetergroße raue Objekte in Sekundenbruchteilen mikrometergenau erfassen und kompensiert dabei Störeinflüsse wie Erschütterungen.« Es ermöglicht somit erstmalig Messungen während der laufenden Produktion. Statt also wie bisher nur Stichproben zu nehmen, lässt sich nun jedes einzelne Teil auf Maßhaltigkeit und gleichzeitig auf winzigste Fehler überprüfen. Die Aufgabe, die die drei Forscher dabei lösten, war alles andere als einfach. »Die Fehlersuche ist in etwa so, als wolle man aus 300 Metern Höhe die 3D-Form eines 25 Meter hohen Fußballstadions so genau vermessen, dass man den Fußabdruck eines Babys im Rasen findet – und das in Sekundenbruchteilen und auch dann, wenn das Stadion durch ein leichtes Erdbeben erschüttert wird«, verdeutlicht Fratz.

Laserwellen verschiedener Wellenlängen und intelligente Algorithmen

Statt den Gegenstand mit Laserlicht nur einer einzigen Wellenlänge interferometrisch zu vermessen, beleuchten sie ihn nacheinander mit Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge und verrechnen die entstehenden Bilder miteinander. Ein weiterer Clou liegt in den Algorithmen zur Auswertung. Die Forscher haben die Rechenschritte so parallelisiert, dass sie die komplette Leistung einer High-End-Grafikkarte ausnutzen. Dadurch ist das System so schnell, dass es innerhalb von Sekundenbruchteilen Gegenstände auf den Mikrometer genau vermessen kann. »Für hochgenaue dreidimensionale Messungen ist unser System das weltweit schnellste, das am Markt verfügbar ist«, freut sich Bertz, Gruppenleiter am Fraunhofer IPM. Diese Schnelligkeit wiederum macht das System robust und vergleichsweise unempfindlich gegen Störeinflüsse wie Erschütterungen. Das ist ähnlich wie beim Fotografieren: Je kürzer die Belichtungszeit, desto weniger verwackelt das Bild.

4. UKP-Workshop

Schnell, präzise, aber nicht kalt

Fraunhofer ILT / 16.5.2017

Am 26. und 27. April trafen sich 150 Experten aus Forschung und Industrie zum 4. UKP-Workshop: Ultrafast Laser Technology in Aachen. Die industrielle Anwendung ultrakurzer Laserpulse stand auch dieses Mal im Mittelpunkt des Workshops, organisiert vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Aufsehen erregten allerdings die Grundlagenforscher, die mit relativ einfachen Formeln zeigten, dass die oft beschworene »Cold Ablation« der Piko- und Femtosekundenlaser bei unsachgemäßer Parameter- und Systemauswahl bei höheren Leistungen ganz und gar nicht kalt ist.

Produktivitätssteigerung ist derzeit die größte Frage bei UKP-Lasern. Die Anwendung von Multistrahlsystemen stellt eine der möglichen Lösungen dar.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Produktivitätssteigerung ist derzeit die größte Frage bei UKP-Lasern. Die Anwendung von Multistrahlsystemen stellt eine der möglichen Lösungen dar.

Ein wesentliches Thema beim 4. UKP-Workshop waren thermische Effekte. Prof. Thomas Graf (rechts) sagte dazu: »Wieviel Wärme bei ultrakurzen Pulsen im Material zurück bleibt, haben wir noch nicht vollständig verstanden.«
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Ein wesentliches Thema beim 4. UKP-Workshop waren thermische Effekte. Prof. Thomas Graf (rechts) sagte dazu: »Wieviel Wärme bei ultrakurzen Pulsen im Material zurück bleibt, haben wir noch nicht vollständig verstanden.«

Ultrakurze Laserpulse haben enorme Vorteile: Ihr Abtrag ist bis in den Sub-Mikrometer­bereich präzise, das abgetragene Material verdampft sofort und es gibt weder Schmelze noch Spritzer. Das macht sie für viele Anwendungen interessant: Mediziner nutzen sie schon lange für Augenoperationen, industrielle Anwendungen in der Elektronik und Konsumgüterbranche bilden heute schon wichtige Marktsegmente ab und versprechen ein großes Anwendungsportfolio.

Als Haupthindernis für die breite industrielle Anwendung galten bis vor wenigen Jahren die komplizierten Strahlquellen. Das hat sich geändert: Alle großen Laserhersteller bieten heute solide Systeme im Leistungsbereich bis 100 W an. Schwieriger erscheint es derzeit, diese Leistung auch effizient auf das Werkstück zu bekommen. Entsprechend spannend sind die Debatten zu Systemtechnik und Applikationsentwicklung.

Alle zwei Jahre trifft sich die UKP-Community in Aachen, um Fortschritte bei der Anwendung ultrakurzer Laserpulse zu diskutieren. Dafür bildet der »UKP-Workshop: Ultrafast Laser Technology« sämtliche Aspekte der Technologieentwicklung ab: Von den Grundlagen bis hin zu vollautomatisierten Systemen für die industrielle Anwendung wird der Stand der Technik präsentiert.

 

Neuartiges Verfahren Kalt-Plasmaspritzen

Kalt-Plasmaspritzen: Eine Technologie mit Potenzial

Fraunhofer IST / 24.4.2017

Mikro- und Nanopartikel sind aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche die Basis vieler innovativer Anwendungen und Technologien, so auch für das sogenannte Kalt-Plasmaspritzen. Das Besondere an dem am Fraunhofer IST entwickelten neuartigen Verfahren ist, dass damit ein breites Spektrum unterschiedlicher Materialien behandelt und gleichzeitig vielfältige Schichtfunktionen realisiert werden können.

Kalt-Plasmaspritzen am Fraunhofer IST
© Foto Fraunhofer IST, Nils Mainusch

Schichtabscheidung mittels Kalt-Plasmaspritzen am Fraunhofer IST.

Beim Kalt-Plasmaspritzen werden die Mikropartikel – meist kleiner als 20 µm – mit Hilfe von Plasma in einem Plasmajet aufgeschmolzen und auf das zu funktionalisierende Substrat gespritzt. Durch den Einsatz besonders kleiner Partikel kann das Schmelzen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen ablaufen, was auch eine Beschichtung von temperaturempfindlichen Materialien wie z. B. Papier erlaubt. Mit dem Verfahren ist es möglich, auch dreidimensionale Objekte sowohl flächig als auch strukturiert zu beschichten. Neben den vielfältig einsetzbaren Beschichtungsmaterialien ist auch die Palette an möglichen Schichtfunktionen sehr breit. So können mit Hilfe des Kalt-Plasmaspritzens z. B. Leiterbahnen aus hochschmelzendem Metall oder Anti-Statikbahnen auf thermisch empfindlichen Fasern, Geweben und Kunststoffen aufgebracht oder Substrate mit antiadhäsiven bzw. antimikrobiellen Funktionsschichten versehen werden.

Forschungsprojekt CeGlaFlex

Projekt CeGlaFlex: Hauchdünne, bruchsichere und biegsame Keramik und Gläser

Fraunhofer ILT / 24.4.2017

Gerade mal doppelt so dick wie ein typisches Haar, rund 100 µm, fallen die transparenten, kratzfesten und zugleich formbaren Keramikschichten der Zukunft aus, die als Schutz für tragbare Elektronik dienen sollen. Die zu ihrer Herstellung nötigen Verfahren und Prozessketten entstehen seit März 2017 unter der Projektleitung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT im dreijährigen Forschungsprojekt CeGlaFlex.

Im Fraunhofer-Verbundprojekt CeGlaFlex entstehen extrem dünne, leicht verformbare, Schutzcover für OLEDS im Rolle-zu-Rolle Verfahren.
© Foto Fraunhofer FEP, Dresden

Im Fraunhofer-Verbundprojekt CeGlaFlex entstehen extrem dünne, leicht verformbare, Schutzcover für OLEDS im Rolle-zu-Rolle Verfahren.

Strukturierungsprozess von Glas durch direkte Laserablation mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert

Strukturierungsprozess von Glas durch direkte Laserablation mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung.

Der Einsatz von mobiler Elektronik, sei es ein Handy, Tablet oder Blutdruckmessgerät, steht und fällt mit der Qualität der Touch-Screen-Displays. Sie sollen nicht nur kratzfest, bruchsicher und chemisch beständig, sondern wegen des Trends zu individuell geformten smarten Endgeräten auch gut formbar sein. Doch das stellt die Hersteller vor ein Dilemma. »Gehärtete Gläser besitzen nicht die nötige Formflexibilität, während gut formbare Kunststoffe sehr leicht verkratzen«, erklärt M. Sc. Christian Kalupka, Experte für Ultrakurzpulslaser am Fraunhofer ILT. »Als Alternative bieten sich transparente Keramiken an. Sie verfügen zwar über die gewünschten Eigenschaften, doch bisher gibt es sie nicht in den gewünschten Größen und es fehlen geeignete Bearbeitungsverfahren.«

Komplette Prozesskette im Visier

Gründe genug für die Fraunhofer-Gesellschaft, um im März 2017 das interne Verbundprojekt CeGlaFlex (Prozesskette für formflexible, keramische und glasbasierte Schalt- und Displayelemente) zu starten. Es handelt sich dabei um »marktorientierte strategische Vorlaufforschung (MaVo)«, die bis 2020 Verfahren und Prozessketten entwickelt. Ziele sind:

  • die Herstellung dünner und damit leicht formbarer, transparenter Keramiken und Display-Laminate
  • die Verarbeitung transparenter Keramiken und Dünnglasverbünde, die sich auch räumlich ohne Schädigung der Werkstofffunktionen verformen lassen
  • die Herstellung integrierter Schalt- und Displayelemente auf formflexiblen Substraten aus Keramik-Glasverbünden

Das MaVo-Projekt verwirklicht die komplette Prozesskette in fünf Fraunhofer-Instituten: Dünne, hochtransparente Keramiken entwickelt das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Dresden. In Aachen entstehen am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Verfahren zur präzisen mechanische Endbearbeitung (Schleifen, Polieren) der Oberflächen und Kanten von transparenten, dünnen Keramiken und Gläsern, während das benachbarte Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT sich um die maßgeschneiderte Laserbearbeitung (Polieren, Strukturieren, Trennen) kümmert. Die zum Beurteilen der Bauteilqualität wichtigen werkstoffkundlichen Prüfmethoden entwickelt das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). Das Umsetzen der Verfahren geschieht abschließend am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden, das marktfähige Demonstratoren baut.

Hohe Marktchancen

Optimistisch blickt Christian Kalupka vom Fraunhofer ILT in die Projektzukunft: »Dank der im Verbundprojekt entstehenden Technologien lassen sich künftig aus hauchdünner Keramik biegsame und bruchfeste Displays für die tragbare Elektronik von morgen herstellen. Ich bin mir sicher, dass sie entscheidend zum Markterfolg vieler smarter Mobilgeräte beitragen werden.«

Plasmaverfahren in der Biomedizin

Oberflächenbehandlung mittels Atmosphärendruck-Plasmaverfahren

Fraunhofer IST / 11.4.2017

Im Bereich der Medizintechnik sind die Anforderungen an verwendete Materialien hoch. Bei vielen Produkten werden kostengünstige Kunststoffe eingesetzt. Oft müssen sie nicht nur biokompatibel sein, sondern auch noch definierte Oberflächeneigenschaften haben oder für die nachfolgende Ankopplung von Biomolekülen funktionalisiert werden. Atmosphärendruck-Plasmaverfahren, wie sie am Fraunhofer IST eingesetzt und entwickelt werden, bieten vielseitige Möglichkeiten, Oberflächen in ihren physikalischen oder chemischen Eigenschaften so zu verändern, dass sie für biomedizinische Anwendungen verwendet werden können.

Plasmabeutel
© Foto Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Atmosphärendruck-Plasmabehandlung am Fraunhofer IST: Verbessertes Wachstum der Stamm­zellen auf den Oberflächen plasmabeschichteter Beutel.

Bei der Kultivierung von Zellen, der Entwicklung von Medikamenten und Biosensoren oder beim Einsatz medizinischer Produkte wie Stents oder Schläuche spielen die Wechselwirkungen an der Grenzfläche zwischen Material und Medium oder Biomolekül eine entscheidende Rolle. Oft werden jedoch für biomedizinische Produkte Materialien wie z. B. Kunststoff oder Glas verwendet, deren Oberflächen inert sind, sodass es notwendig wird, die Oberflächeneigenschaften gezielt einzustellen. Am Fraunhofer IST werden dazu Prozesse für die Oberflächenfunktionalisierung oder -beschichtung mittels dielektrisch behinderter Entladung bei Atmosphärendruck entwickelt.

Bei dieser Technologie wird ein kaltes physikalisches Plasma gezündet, mit dem die Oberflächen unterschiedlichster, auch temperaturempfindlicher Materialien behandelt werden. Bei geeigneter Prozessführung ist es so z. B. möglich, die Benetzbarkeit mit polaren Medien wie Wasser zu verbessern, auch in kapillaren oder porösen Strukturen. Weiter können Oberflächen gezielt funktionalisiert werden, indem chemisch reaktive Gruppen erzeugt werden: Amino- oder Epoxygruppen eignen sich beispielsweise für eine nachfolgende Ankopplung von Biomolekülen wie Enzymen, Antigenen oder Antikörpern. Stickstoffhaltige Gruppen auf Oberflächen wie primäre und sekundäre Amine begünstigen das adhärente Zellwachstum und erlauben so eine effiziente Kultivierung verschiedener Zelltypen.

Ein wesentlicher Vorteil der Atmosphärendruck-Plasmaverfahren sind neben der universellen Eignung für verschiedenste Substrate – von Kunststoff und Glas über Metall bis hin zu Textilien und Leder – auch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im Hinblick auf die Substratgeometrie. Neben Flachsubstraten können auch komplexe Geometrien modifiziert werden, sogar eine Innenbeschichtung ist möglich. Damit eignet sich die Technologie u. a. für die Behandlung von PCR-Tubes, mikrofluidischen Systemen, Beuteln oder Scaffolds. Gegenüber anderen – oft nasschemischen Verfahren – zur Oberflächenbehandlung haben Atmosphärendruck-Plasmaverfahren den Vorteil, dass es sich um lösungsmittelfreie Prozesse handelt und nur vergleichsweise kurze Prozesszeiten erforderlich sind.

Kalt-Plasmen für die Oberflächenbehandlung

Kaltes Plasma: Mit dem Disc-Jet durchstarten

Fraunhofer IST / 3.4.2017

Im Zentrum von Sternen findet man Plasmen häufig – auf der Erde kommen die elektrisch geladenen Gasgemische nur selten vor, zum Beispiel in Blitzentladungen oder Polarlichtern. Man kann jedoch mit großer Hitze oder hohen elektrischen Spannungen nachhelfen. Fraunhofer-Forscher haben kalte Plasmen erzeugt und sie für die Oberflächenbehandlung temperaturempfindlicher Materialien genutzt. Dank einer neuartigen Technik waren dabei Vertiefungen oder Hinterschneidungen kein Problem mehr – der Disc-Jet kommt überall hin.

Plasmaquelle Disc-Jet
© Foto HAWK

Mit dem Disc-Jet lassen sich auch Hohlräume bearbeiten.

Plasmen werden in der Industrie schon lange eingesetzt, um Oberflächen zu reinigen oder so zu bearbeiten, dass Materialien wie Lacke oder Klebstoffe besser darauf halten. Der Vorteil: Auf die chemische Vorbehandlung mit Lösungsmitteln oder anderen Stoffen kann verzichtet werden. Das spart Geld und ist umweltfreundlich. Das Problem: Bisher konnten nur ebene Flächen behandelt werden, über Vertiefungen, Hohlräume oder Hinterschneidungen glitt das Plasma einfach hinweg. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST haben jetzt zwei Plasmaverfahren, den Plasmajet und die Gleitentladung, miteinander kombiniert, um auch dreidimensionale Bauteile effektiv bearbeiteten zu können.

Optimal für die Behandlung von Kunststoffen oder Holz

»Im Inneren des Plasmajets, der im Wesentlichen aus einer Elektrode und einer Düse besteht, wird ein kaltes Plasma mit Hilfe von Wechselspannung erzeugt«, erklärt Martin Bellmann, Ingenieur im Anwendungszentrum für Plasma und Photonik des Fraunhofer IST. Je nach Bedarf kommen unterschiedliche Gase oder Gasgemische zum Einsatz. Die hohe elektrische Spannung der Elektrode sorgt dafür, dass negativ geladenen Elektronen die Atomhülle verlassen, die größeren, positiv geladenen Ionen bleiben zurück: Das Gas wird leitfähig und damit zum energetischen Plasma. »Weil Plus- und Minuspol der Elektrode ständig wechseln, bewegen sich die Ionen kaum und setzen wenig Energie in Form von Wärme frei, sondern zittern lediglich ein wenig hin und her«, so Bellmann. Die Temperatur lässt sich auf diese Weise niedrig auf 30 bis 60 Grad halten – optimal für die Behandlung von hitzeempfindlichen Materialien wie Kunststoffen oder Holz.

Antibakterielle Beschichtungen

Neue Verfahren für Kampf gegen Keime: Maßgeschneiderte antimikrobielle Beschichtungen für Oberflächen

Fraunhofer FEP / 30.3.2017

Die am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, einem der führenden Forschungs- und Entwicklungspartner für Dünnschichttechnologien und Elektronenstrahlanwendungen, entwickelten Technologien werden effektiv und erfolgreich zum Kampf gegen Keime eingesetzt.

Antibakterielle Beschichtungen vom Fraunhofer FEP
© Foto Fraunhofer FEP

Antibakterielle Beschichtungen vom Fraunhofer FEP

Erst kürzlich veröffentlichte die Weltgesundheitsorganisation (WHO) eine Liste mit 12 Bakterienfamilien, die resistent gegen herkömmliche Antibiotika sind. Aber nicht nur in Krankenhäusern sind gefährliche Keime zu finden – sie lauern überall. Das deutsche Magazin „Testbild" hat zehn Berliner Hotelzimmer auf Hygiene getestet und in acht davon eine „außergewöhnlich hohe Konzentration an multiresistenten Staphylokokken" gefunden. Das klingt alarmierend.

Es wird daher nicht allein mit Hochdruck an neuen Antibiotika gearbeitet, sondern auch an antimikrobiellen Beschichtungen und Verfahren zur Keimreduzierung und -vernichtung auf Oberflächen von Alltagsgegenständen, vor allem auf Oberflächen von Medizinprodukten.

Am Fraunhofer FEP arbeiten Wissenschaftler bereits seit einigen Jahren an antibakteriellen Beschichtungen für textile und polymere Oberflächen, die hochwirksam und trotzdem zellverträglich sind. Zur Beschichtung werden PVD-Prozesse (physical vapor deposition) eingesetzt, um effizient und maßgeschneidert größere Flächen zu beschichten. Die Wissenschaftler machen sich beispielsweise die antibakterielle Wirkung von Silber und Kupfer zunutze. Zusätzlich wirken oberflächenmorphologische als auch energetische Charakteristika der bakteriellen Adhäsion entgegen, das heißt: Keime können sich gar nicht erst an der Oberfläche anlagern. Diese Strategie wird auch bei der Oberflächenmodifizierung von Beschichtungen mittels nicht-thermischer Elektronenstrahltechnologie genutzt, wodurch die Adhäsionseigenschaften von Oberflächen gezielt angepasst werden können.

„Besonders wichtig ist die passgenaue Wirkstofffreisetzung und Mischung bei antibakteriellen Metallschichten, um eine hohe Wirksamkeit im Kampf gegen Keime bei gleichzeitig guter Zellverträglichkeit zu gewährleisten", erläutert Dr. Jessy Schönfelder, Leiterin der Gruppe Medizinische Applikationen am Fraunhofer FEP. „Mit unserem Know-how können wir für jeden Einsatzzweck das geeignete Mischverhältnis herstellen und auf die Oberflächen aufbringen."

VISION | Flexible Glass am 4. und 5. April 2017

KONFEKT – Ultradünnes und rollbares Glas für flexible Elektronik

Fraunhofer FEP / 24.3.2017

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes KONFEKT (Förderkennzeichen 13N13818) erschließen die Partner Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, SCHOTT AG, VON ARDENNE GmbH und tesa SE seit 2013 neue Anwendungen für ultradünnes und rollbares Glas. Gemeinsam zeigen die Partner erste Ergebnisse auf der VISION | Flexible Glass am 4. und 5. April 2017 am Fraunhofer FEP in Dresden.

Glas, das biegsam und flexibel genug ist, um es direkt von der Schmelze auf Rolle zu wickeln, ist keine Zukunftsvision, sondern Realität. Bereits auf der führenden Fachmesse für gedruckte Elektronik LOPEC vom 28. bis 30. März in München zeigen die Partner an ihren Messeständen Exponate zu flexiblem Dünnglas. (Halle B0: Fraunhofer FEP – Stand 318, SCHOTT – Stand 106, VON ARDENNE – Stand 210). Der internationale Technologiekonzern SCHOTT präsentiert dort gleich mehrere ultradünne Glastypen, die sich durch ihr hohes Maß an Flexibilität nicht nur um den Finger, sondern auch auf Rolle wickeln lassen. Das Highlight am Messestand ist ein seriennaher Prototyp von ultradünnem Glas auf Rolle, das im Rahmen des Forschungsprojektes KONFEKT in enger Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (Fraunhofer FEP) und den Unternehmen tesa SE und der Von Ardenne GmbH noch bis Mitte 2018 optimiert und weiterentwickelt wird.

Ultradünnglas als Basis-Technologie

Mit einer minimalen Dicke von 25 Mikrometern (µm) sind die innovativen Gläser von SCHOTT dünner als ein menschliches Haar. In ultradünnen Dicken unter 150 Mikrometern erweisen sie sich als biegbar und zugleich stabil und bieten zudem ähnliche Eigenschaften wie Polymerfolien. Daraus resultieren Vorteile gegenüber anderen Substratmaterialien wie etwa Kunststoffen, Metallen oder Silizium. Hinzu kommt, dass Glas als anorganisches Material sehr vielfältige Vorzüge bietet, sei es die optische Qualität, die Temperaturstabilität, die chemische Beständigkeit, die Gasdichte, oder die mechanische Festigkeit.

Funktionalisierung von Scaffolds mittels Plasmaverfahren

Neue Wege in der regenerativen Medizin mit physikalischem Plasma

Fraunhofer IST / 17.3.2017

Im Bereich regenerativer Medizin spielen 3D-gedruckte biokompatible Stützstrukturen, sogenannte Scaffolds, eine wichtige Rolle. Sie dienen als Basis beispielsweise für die Herstellung von biologischem Gewebe, das die Wundheilung unterstützen oder das Risiko postoperativer Infektionen minimieren soll. Gemeinsam mit sieben weiteren Projektpartnern arbeitet das Fraunhofer IST derzeit an einer Weiterentwicklung des 3D-Drucks, die eine zeit- und kosteneffizientere Herstellung und gleichzeitige Funktionalisierung der Scaffolds mittels Atmosphärendruck-Plasmaverfahren ermöglicht.

3D-gedruckte Scaffolds
© Foto Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Plasmabehandlung von 3D-gedruckten Scaffolds am Fraunhofer IST.

Atmosphärendruck-Plasmaverfahren bieten eine vielversprechende Möglichkeit, die Oberfläche selbst dreidimensionaler Strukturen zu modifizieren, um z. B. so das Zellwachstum auf der Oberfläche zu fördern, es gezielt zu verhindern oder um funktionelle Gruppen für die chemische Ankopplung von Biomolekülen zur Verfügung zu stellen. Durch die Anwendung von Mikroplasmen ist es zudem möglich, die Oberfläche ortsselektiv zu funktionalisieren oder strukturiert zu beschichten. Darüber hinaus weisen Atmosphärendruck-Plasmaverfahren gegenüber anderen Technologien zur Oberflächenbehandlung eine Reihe von Vorteilen auf. Neben kurzen Behandlungszeiten lassen sich die Plasmaprozesse sehr gut skalieren und in bestehende Prozessketten integrieren.

Genau diese einfache Integration soll im vorliegenden Projekt genutzt werden: Schon beim Drucken sollen die Scaffolds mit Hilfe eines integrierten Plasmajets funktionalisiert bzw. beschichtet werden und so individuell an die jeweiligen Anforderungen des Patienten angepasst werden.

Niederenergetische Elektronenstrahlen

Impfstoffe zuverlässig inaktivieren mit Elektronenstrahlen

Fraunhofer FEP / 15.3.2017

Am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, einem der führenden Forschungs- und Entwicklungspartner für Elektronenstrahlanwendungen, werden darauf basierende Verfahren und Anlagen zum Einsatz in Medizin, Pharma und zum Schutz von Ressourcen und Umwelt entwickelt.

Wissenschaftler des Fraunhofer FEP forschen bereits seit einigen Jahren mit weiteren Partnern innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft erfolgreich am Einsatz der Elektronenstrahltechnologie in der Medizintechnik. Die dabei verwendete niederenergetische Inaktivierung der Krankheitserreger mit Elektronenstrahlen (LEEI - Low Energy Electron Irradiation) kann auch für eine besonders schonende Herstellung von Impfstoffen genutzt werden. Die Grundlagen hierfür werden seit 2014 zusammen mit den Fraunhofer-Instituten IZI, IPA und IGB erarbeitet.

Die meisten Impfungen beruhen auf Totimpfstoffen, bei denen die Viren inaktiviert, also an der weiteren Vermehrung gehindert werden. Die Erreger können im Patienten nun keine Krankheiten mehr verursachen. Dennoch erkennt das Immunsystem sie und bildet die entsprechenden Antikörper und damit einen wirksamen Schutz. Üblicherweise müssen die Erreger mehrere Tage in einer Chemikalie lagern, bis sie inaktiviert sind. So braucht bspw. Formaldehyd etwa zwei Wochen, um Hepatitis-A-Viren den Garaus zu machen. Dieser Zeitaufwand ist kostspielig und für die Industrie ein Nachteil. Zudem greift Formaldehyd auch die Proteine der Viren an, gegen die das Immunsystem Antikörper bildet. Es verändert die Viren also und damit sinkt die eigentliche Wirksamkeit des Impfstoffs.

Seit drei Jahren arbeitet das Fraunhofer-Konsortium an der Entwicklung einer alternativen Technologie unter Verwendung niederenergetischer Elektronenstrahlen. Die Projektergebnisse zeigen, dass die Technologie grundsätzlich auf verschiedenste Virusarten (z. B. Influenza oder PRRSV - „Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus“ löst das Reproduktions- und Atemwegssyndrom der Schweine aus) sowie andere Erregerarten (Bakterien, Parasiten) anwendbar ist. Durch die Bestrahlung wird die zur Vermehrung notwendige Erbsubstanz der Viren zerstört. Im Gegensatz zur chemischen Inaktivierung mit zum Beispiel giftigem Formaldehyd bleiben jedoch die für die Immunantwort wichtigen Oberflächenstrukturen erhalten. Der Körper kann dadurch deutlich spezifischere Antikörper gegen den Erreger bilden und ist somit besser geschützt. Im Ergebnis könnten geringere Dosen zur Impfung eingesetzt werden. Außerdem reichen dank dieser Technologie dann statt mehreren Tagen oder gar Wochen einige Millisekunden aus, um die Viren oder Bakterien zu inaktivieren. Weiterer Vorteil der Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronen ist, dass sie auch in jedem Labor durchgeführt werden kann.

Neue Lasermaschine für die Automobilbranche

Nimm zwei: Metallische Oberflächen effizient mit dem Laser strukturieren

Fraunhofer ILT / 15.3.2017

Im Automobilbereich bekommen immer mehr Oberflächen eine Mikrostruktur. Ob im Zylinder oder auf dem Armaturenbrett, solche funktionalen Oberflächen sind angesagt. Mit ihrer fast unbegrenzten Präzision sind Laser dafür die richtigen Werkzeuge. Damit auch die Produktivität stimmt, wird jetzt eine Maschine entwickelt, die mit zwei verschiedenen Pulsarten auch große Flächen effizient bearbeiten kann.

Mit der Kombination aus Nano- und Pikosekundenpulsen lassen sich funktionale Oberflächen mit großer Genauigkeit auch effizient herstellen.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Mit der Kombination aus Nano- und Pikosekundenpulsen lassen sich funktionale Oberflächen mit großer Genauigkeit auch effizient herstellen.

Die Bearbeitung erfolgt schrittweise: Erst wird eine Grundstruktur mit Nanosekundenpulsen erzeugt (rechts). Darauf werden Feinheiten mit hochpräzisen ultrakurzen Pikosekundenpulsen hergestellt (links).
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Die Bearbeitung erfolgt schrittweise: Erst wird eine Grundstruktur mit Nanosekundenpulsen erzeugt (rechts). Darauf werden Feinheiten mit hochpräzisen ultrakurzen Pikosekundenpulsen hergestellt (links).

Technisch anmutende Designs wie diese mit ps-Laserstrahlung erzeugte Pyramidenstruktur finden immer mehr Anwendung im Automobilinterieur.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Technisch anmutende Designs wie diese mit ps-Laserstrahlung erzeugte Pyramidenstruktur finden immer mehr Anwendung im Automobilinterieur.

Laser mit ultrakurzen Pulsen, sogenannte UKP-Laser, gelten seit einigen Jahren als äußerst vielversprechend für die Mikromaterialbearbeitung: Unabhängig vom Material können sie hochpräzise bis in den Mikrometerbereich abtragen. Oftmals lässt für die industrielle Anwendung nur die Geschwindigkeit noch zu wünschen übrig.

Bislang versucht man diesen Zielkonflikt mit mehr Laserleistung, schnelleren Scannern oder einer Aufteilung des Laserstrahls in mehrere Teilstrahlen zu lösen. Ein neues Konsortium aus Forschung und Industrie geht einen anderen Weg: Die Partner entwickeln eine Lasermaschine, die nur für die allerfeinsten Teile den exakten UKP-Laser nutzt. Den Rest erledigt zuvor ein produktiver Nanosekundenlaser.

Neue Lasermaschine für die Automobilbranche

Beim Blick in das Innere eines Autos vermitteln feine Strukturen ein Gefühl von Wertigkeit. Lange Zeit dominierte eine Lederoptik, inzwischen kommen auch feine, eher technische Strukturen zum Einsatz. Hergestellt werden solche dreidimensionalen Teile meist im Spritzgussverfahren.

Die entsprechenden Werkzeuge mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich stellt man oft noch mit photochemischen Ätzverfahren her. Die einzelnen Schritte werden mehrfach wiederholt, erfordern viel Fingerspitzengefühl beim jeweiligen Bearbeiter und sind nicht reproduzierbar.

Mit dem Laser lässt sich das auch machen, speziell Nanosekunden-Laser erreichen einen ähnlichen Durchsatz wie die Ätzverfahren. Bei der Präzision kommen sie jedoch an ihre Grenzen: Sie schmelzen das Material an, was gerade bei kleineren Strukturen zu unscharfen Konturen führt.

UKP-Laser mit Pikosekundenpulsen sind nicht so schnell, können dafür äußerst präzise abtragen. Eine Kombination aus Piko- und Nanosekundenpulsen ist nun das Ziel des Verbundprojektes eVerest. Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung soll dabei die komplette Maschinen- und Systemtechnik zur effizienten Herstellung großformatiger 3D-Formwerkzeuge für Designoberflächen entwickelt werden.

Einsatz ohne wesentliche Kenntnisse der eigentlichen Technologie

Im Verbund arbeiten Forscher von zwei Universitäten mit verschiedenen Industriepartnern zusammen. Vom Laserhersteller über den Systemintegrator bis zum Automobilhersteller ist dabei alles vertreten. In der Projektlaufzeit von Anfang 2016 bis Ende 2018 wird von der Software über den Laser bis zum Maschinenkonzept mit einer 8-Achs-Simultanbearbeitung eine komplette Lösung entwickelt.

Ein besonderes Anliegen des Projektes ist der Einsatz der Maschine ohne wesentliche Kenntnisse der eigentlichen Technologie. Damit wird ein deutlicher Fortschritt gegenüber dem besagten Fingerspitzengefühl bei Ätzverfahren angestrebt. Letztlich wird mit der genau steuerbaren Lasertechnik ein voll automatisierbares Verfahren möglich.

FOSA LabX 330 Glass

FOSA LabX 330 Glass – Flexibles Glas von Rolle zu Rolle beschichten

Fraunhofer FEP / 6.3.2017

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP und die VON ARDENNE GmbH intensivieren ihre Kooperation im Bereich der Beschichtung von flexiblem Glas. Dieser neue Werkstoff eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften ideal als Trägermaterial für eine Reihe zukünftiger Einsatzgebiete in der flexiblen Elektronik. VON ARDENNE und Fraunhofer FEP betreiben seit Oktober 2016 gemeinsam die Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage FOSA LabX 330 Glass.

Die neue, innovative Anlage wurde vom Dresdener Anlagenhersteller VON ARDENNE speziell für flexibles Glas entwickelt und ist weltweit die erste ihrer Art. Dank der hohen Präzision aller Komponenten kann das empfindliche Material umgewickelt, geheizt und beschichtet werden. Angesichts der Tatsache, dass das Material dünner ist als ein Zehntel Millimeter, ist für die Zuverlässigkeit der Verarbeitung großes technologisches Know-how notwendig.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes KONFEKT (Förderkennzeichen 13N13818) wollen die beiden Partner neue Anwendungen erschließen und die Leistungsfähigkeit der Anlage demonstrieren. An den Arbeiten in diesem Projekt sind auch die SCHOTT AG und TESA SE beteiligt, die Substratmaterial bereitstellen und optimieren sowie die Weiterverarbeitung sicherstellen.

Auf der LOPEC 2017, vom 29. – 30. März 2017, in München, präsentiert das Fraunhofer FEP in Halle B0, am Stand 318 erstmals Beschichtungsmuster von der neuen Anlage und VON ARDENNE stellt die FOSA LabX 330 Glass am Stand B0 / 210 vor.  

„Auf der Anlage konnten bereits bei den ersten Versuchen hervorragende Eigenschaften bei transparenten Elektroden erreicht werden.“, freut sich Dr. Matthias Fahland, stellvertretender Bereichsleiter „Flache und Flexible Produkte“ am Fraunhofer FEP. „Die Anlage bietet unseren Kunden ein hohes Potenzial für innovative Schichtentwicklungen auf flexiblen Substraten.“

Die außerordentlich hohe Qualität der Beschichtungen, die mit der FOSA LabX 330 Glass erzielt wird, ist die Grundlage für hochwertige Elektroden für organische Leuchtdioden (OLED). Die so erzeugten  Elektroden versorgen OLEDs bis zu einer Größe von 30 × 30 cm  gleichmäßig mit Strom. Dies ist nur ein Beispiel für die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Anlage für Beschichtungen und Schichtentwicklungen für die Optoelektronik.

„Aufgrund seiner überragenden Eigenschaften wird flexibles Glass eine wichtige Rolle als Werkstoff der Zukunft spielen“, sagt Dr. Andreas Nilsson, Vice President WebCoating bei VON ARDENNE. „Wir freuen uns auf die neuen Möglichkeiten, die dieser Werkstoff bietet. In dem Gemeinschaftsprojekt mit unserem langjährigen Partner Fraunhofer FEP heben wir den dafür notwendigen Prozess der Vakuumbeschichtung von flexiblem Glas im Rolle-zu-Rolle-Verfahren vom Labor- in den Industriemaßstab. Wir erwarten hieraus wichtige Kostenvorteile für alle Beteiligten der Wertschöpfungskette.“

ICE 2017, vom 21. – 23. März 2017

atmoFlex – Fraunhofer FEP erweitert Anlagenpark für Beschichtung von Kunststofffolien

Fraunhofer FEP / 1.3.2017

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP als ein führender Anbieter von Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet von Dünnschichttechnologien hat seinen Anlagenpark erweitert. Wissenschaftler erläutern die Möglichkeiten der neuen Anlage atmoFlex anhand eines Modells auf ihrem Messestand, auf der ICE 2017, vom 21. – 23. März 2017, in München, in Halle A5, am Stand Nummer 1157.

Bis zu 50°C beheizbare, 1200 mm breite Schlitzdrüse zum kontaktlosen Beschichten empfindlicher Substrate.
© Foto Fraunhofer FEP, Fotograf: Jürgen Lösel

Bis zu 50°C beheizbare, 1200 mm breite Schlitzdrüse zum kontaktlosen Beschichten empfindlicher Substrate.

Blick auf das Strahlaustrittsfenster des Elektronenstrahlers
© Foto Fraunhofer FEP, Fotograf: Jürgen Lösel

Blick auf das Strahlaustrittsfenster des Elektronenstrahlers.

Am Fraunhofer FEP werden seit vielen Jahren erfolgreich Dünnschichttechnologien zur Beschichtung von Kunststofffolien entwickelt. Grundlage hierfür sind Rolle-zu-Rolle-Anlagen, die Entwicklungen von Schichtsystemen vom Labormaßstab, über Bemusterungen bis hin zur ersten Pilotfertigung für industrielle Anwendungen ermöglichen. Im vergangenen Jahr ist nun das neue Anlagenkonzept atmoFlex in Betrieb genommen worden, das den Anlagenpark um die Möglichkeit von Atmosphärendruckprozessen erweitert. Die Anlage verfügt neben einem Elektronenstrahlsystem über Möglichkeiten zum berührungslosen Slot-Die-Coating. Sämtliche Umlenkwalzen innerhalb des Bahnlaufwerkes sind größer als bei vergleichbaren Anlagen und minimieren dadurch die mechanischen Belastungen der Substrate. Vielfältige Möglichkeiten zum Laminieren von Folien stehen zusätzlich zur Verfügung, um maßgeschneiderte Folienverbünde zu erforschen und herzustellen.

Erste, viel versprechende Ergebnisse liegen vor. So wurden erfolgreich Kombinationen von Schichten erzeugt, die mittels PVD-Verfahren (physical vapor deposition) und Lackierprozessen hergestellt wurden. Im kürzlich gestarteten, vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr SMWA geförderten Projekt OptiPerm (Förderkennzeichen: 3000651169) wird das Zusammenspiel einzelner Technologien besonders untersucht. Konkret wird hier die Herstellung optimierter Permeationsbarriereschichtsysteme für Funktionsfolien aus elektronenstrahlvernetzten Lackschichten in Kombination mit PVD-Schichten erforscht. Neben der Permeationsbarrierewirkung sind insbesondere die optischen Eigenschaften Schwerpunkt der Forschung.

„Die atmoFlex erweitert unser Angebotsspektrum erheblich. So können empfindliche und extrem dünne Vakuumbeschichtungen zum Beispiel direkt mit unter Normalatmosphäre aufgebrachten Lackschichten geschützt werden. Solche Kombinationsschichten sind sogar im Außeneinsatz zuverlässig verwendbar.“, erläutert Dr. Steffen Günther, verantwortlicher Projektleiter am Fraunhofer FEP. „Wir freuen uns, auf der ICE 2017 mit weiteren Anwendern ins Gespräch zu kommen.“

Beschichtungsprozesse für CFK-Bauteile

Funktionsschichten für Wettersatelliten

Fraunhofer IST / 21.2.2017

Präzise und zuverlässige Wettervorhersagen können Leben retten und dabei helfen, die weltweiten Auswirkungen von Wetterkatastrophen zu mildern. Daher wird Europas zweite Wettersatelliten-Generation MetOp-SG mit verschiedenen innovativen Hochleistungs-Forschungsinstrumenten ausgestattet. So soll beispielweise künftig ein verbessertes hochsensibles Radiometer zur Vermessung der Mikrowellen-Erdstrahlung eingesetzt werden, um Lufttemperaturen und Wasserdampfkonzentrationen in unterschiedlichen Höhen zu ermitteln. An dieser Entwicklung ist neben der Airbus DS und der Invent GmbH auch das Fraunhofer IST beteiligt.

CFK-Reflektor
© Foto Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Spezielles CFK-Kompositmaterial für die Fertigung von Mikrowellen-Reflektoren. Links: Material im Rohzustand. Rechts: Material nach der Metallisierung und Beschichtung.

Kernstück des Radiometers zur Vermessung der Mikrowellen-Erdstrahlung sind neuartige Mikrowellen-Reflektoren aus einem speziellen Kompositmaterial, einem Sandwich-Material aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und Aluminiumwabenstrukturen, das sich durch ein sehr geringes Gewicht und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit auszeichnet. Entscheidend für die Funktion der Reflektoren sind geeignete Metallbeschichtungen, die eine effiziente Mikrowellenreflexion ermöglichen. Darüber hinaus wird der zusätzliche Einsatz von glasähnlichen Schutzschichten evaluiert. Am Fraunhofer IST werden die notwendigen Schichtsysteme und Beschichtungsprozesse für CFK-Bauteile mit einer Dimension von bis zu einem Meter entwickelt.

Sensorelement mit kraftmessenden Sensorik und Temperaturmessung

Multisensorisches Dünnschichtsystem ermöglicht lokale Datenerfassung während des Produktionsprozesses

Fraunhofer IST / 20.2.2017

Im Zeitalter von Industrie 4.0 werden immer größere Anforderungen an die Produktion der Zukunft gestellt: Prozesse sollen flexibel, intelligent vernetzt und nachhaltig sein, die Produktionsanlagen müssen sicher, intuitiv und gleichzeitig ressourceneffizient arbeiten. Gerade vor diesem Hintergrund wird in den letzten Jahren häufig auch eine Weiterentwicklung der für die Messdaten verantwortlichen Sensorik gefordert. Diese soll die Messdaten dort generieren, wo Messsysteme nur schwer zu integrieren sind, z. B. in direktem Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug.

Sensorelement Fraunhofer IST
© Foto Fraunhofer IST

Sensorelement mit kraftmessenden Sensorik und zusätz­lichen Mäanderstrukturen zur lokalen Temperaturmessung.

Am Fraunhofer IST wurde daher ein sensorisches Dünnschichtsystem entwickelt, das direkt auf der Oberfläche von Werkzeugen und Bauteileinsätzen appliziert wird. Dabei handelt es sich um ein Mehrschichtsystem, das neben einer lokalen Kraft- bzw. Druckmessung auf der komplex geformten Oberfläche auch eine lokale Temperaturmessung an unterschiedlichen Bereichen des Bauteils ermöglicht und darüber hinaus eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist.

Beispiele für mögliche Anwendungen sind vielfältig: von sensorischen Unterlegscheibensystemen über Werkzeugeinsätze mit direkt applizierten Dünnschichtheizstrukturen für den Kunststoffspritzguss bis hin zu sensorischen Werkzeugen für den Tiefziehprozess und das Biegen.

Innovative CVD-Diamant-Schleifstifte

Mikroschleifstifte mit CVD-Diamantbeschichtung für präzise Bearbeitung von harten Werkstoffen

Fraunhofer IST / 15.2.2017

In vielen Bereichen der Fertigung wie z. B. im Maschinenbau oder in der Werkzeug­branche werden die Anforderungen immer größer: Alles muss möglichst schnell und vor allem präzise durchgeführt werden. Oft werden dabei auch sogenannte Mikro­schleifstifte eingesetzt, mit denen extrem feine Strukturen erzeugt oder punktgenau winzige Löcher gebohrt werden können. Herkömmliche Mikroschleifstifte sind jedoch meist auf Durchmesser oberhalb von 0,2 Millimeter und Körnungen größer als 20 µm beschränkt. Dies reicht aber oft nicht aus. Am Fraunhofer IST wurden daher innovative CVD-Diamant-Schleifstifte entwickelt, die Durchmesser von 0,05 Millimeter aufweisen.

Mikroschleifstift
© Foto Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Mikroschleifstifte mit CVD-Diamantbeschichtung.

Das Besondere an diesen Mikroschleifstiften ist die geschlossene compeDIA®-Diamantschicht, die auf ihnen abgeschieden wird. Die Schicht weist eine scharfkantige Rauheit auf, weshalb sie sehr gut für die Herstellung von Freiformflächen mit kleinen Abmessungen und engen Krümmungsradien im Formenbau oder zur Nachbearbeitung von Löchern in Düsen geeignet ist. Durch die gleichmäßige Schichtdicke ist es zudem möglich, Bauteile und Miniaturwerkstücke aus Glas, Keramik, Hartmetall oder gehärtetem Stahl mit einer sehr hohen Präzision zu bearbeiten.

flex+

Leuchtende Nachtfliegen, registrierte Medikamenteneinnahme, Open Innovation Plattformen

Fraunhofer FEP / 14.2.2017

BMBF gefördertes Projekt flex+ geht nach zweijähriger Projektlaufzeit erfolgreich zu Ende und hinterlässt auch in Zukunft seine Spuren: flexible Elektronik als Gesamtkonzept.

Das Fraunhofer FEP ist einer der führenden Forschungs- und Entwicklungspartner im Bereich der flexiblen organischen Elektronik und hat im Rahmen des BMBF geförderten Projektes flex+ gemeinsam mit unterschiedlichen Partnern neue Wege in der Konzeption und Entwicklung sowie der Erschließung neuer Anwendungen und Märkte für die flexible organische Elektronik beschritten.


Vollständig funktionsorientierte, flexible Bauelemente

Flexible Elektronik ist leicht, formbar, transparent, großflächig und „grün“. Durch diese vielseitigen Eigenschaften bietet sie Vorteile und Voraussetzungen für ganz neue und innovative Ideen und Anwendungen, die nun über eine im Projekt entwickelte Technologieplattform von der Idee bis zum fertigen Bauelement unterstützt und umgesetzt werden sollen.

Flexible Elektronik ermöglicht ein Bauelement, das alle Komponenten enthält: Flexibel wie eine Kunststofffolie oder ein Stück Stoff, ohne diskrete Bauteile oder ICs, leicht, flach, energieeffizient, nachhaltig, in einem Stück gefertigt, ohne Schnittstellen und mechanisch anfällige Verbindungstechnik: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe, Sensoren und Aktoren, die Energieversorgung, die Vernetzung – alles ist in diesem Bauelement integriert, das immer und überall funktioniert. Ein solches Bauteil könnte ein PC als Folie auf der Arbeitsplatte in Küche oder Labor sein, einfach zum Abwischen. Es könnte ein Gesundheitsüberwachungssystem im T-Shirt oder ein Mediaplayer im modischen Schal sein, die Smart Home Steuerung inklusive der Beleuchtung als Tapete oder das vollständige Dashboard eines PKW als Leichtbauelement, das sich in Form und Kontur flexibel den Vorstellungen des Designers und dem Bauraum anpasst.

Mithilfe der Technologieplattform flex+ soll der flexiblen organischen Elektronik zum Marktdurchbruch verholfen werden. Ziel des Projektes flex+ war die Erarbeitung eines Gesamtkonzeptes zur erfolgreichen Entwicklung und Produktion flexibler Elektronik. Umgesetzt wurde dies durch die Organisationsstruktur mit „Open-Innovation“-Charakter.
Entstanden ist ein Portal, welches eine Open Tech Base – ein Wiki über flex+, ein Open Tech Lab zur gemeinsamen Nutzung vorhandener Infrastrukturen und Technologien zur Verfügung stellt und Ideengeber, Unternehmen, Technologieanbieter und weitere Akteure zum Beispiel für Transferprojekte zusammenbringt und gemeinsam Fragestellungen und Projekte im Bereich der flexiblen organischen Elektronik bearbeitet.

Durch den Open Innovation Ansatz ergeben sich vielseitige Vorteile z. B. hinsichtlich der gemeinsamen Entwicklung von Basistechnologien, der Einsparung von Forschungs- und Entwicklungsausgaben, der gezielten Entwicklung flexibler Elektronik und dem Zugang zu Technologieanbietern und Infrastruktur.


Flex-MED – Ideenwettbewerb mit Weitsicht
Um gezielt Lösungen im Bereich der Medizin und Gesundheitsvorsorge zu erschließen, wurde im Rahmen des flex+ Projektes der Ideenwettbewerb „flex-MED“ ins Leben gerufen. Bis Juli 2016 konnten kluge Köpfe, innovative Denker, Experten und Laien, also Menschen und Unternehmer mit Ideen ihre Antworten und Skizzen zur Frage: „Gesünder dank flexibler Elektronik – wie kann diese Technologie die Gesundheitsvorsorge revolutionieren?“ einreichen. Das Ergebnis war überwältigend. Insgesamt gingen über 70 Ideen zum Thema ein, die inzwischen in Form eines Ideenbuches vorliegen. Die besten drei Vorschläge wurden im Rahmen des 4. Industry Partners Days des Fraunhofer FEP im September prämiert. Doch nicht nur die Gewinner des Wettbewerbs können sich freuen, denn aus allen eingereichten Ideen sollen auch weiterhin konkrete Projekte entwickelt werden.

Hierzu wurden Szenario-Workshops von den Projektpartnern in Dresden und München durchgeführt, um gemeinsam mit den Ideengebern, Interessenten und Firmen aus der Medizintechnik möglichst konkrete Zukunftsszenarien auszuarbeiten.

Projektleiter Christian Kirchhof meint begeistert: „Mit den Workshops haben wir die Grundlagen für eine offene und intensive Zusammenarbeit gelegt.“

Im Anschluss werden insgesamt sechs konkrete Projekt- und Produktideen in Projektteams bearbeitet und immer weiter verfeinert. Es wurden Rahmenbedingungen geschaffen, um die Ideen im letzten Schritt zu realisieren.


Musca Noctis, Papilio Lunae – Insekten zur Demonstration
Neben der Fokussierung auf konkrete Ideen zur Nutzung flexibler Elektronik in der Medizin bzw. Gesundheitsvorsorge wurde im Rahmen von flex+ ein weiterer Ansatz verfolgt. Hierzu stand die Frage im Raum, wie man der Öffentlichkeit die Möglichkeiten der flexiblen Elektronik plastisch und real näher bringt, ohne mit dem Objekt eine Richtung, Applikation oder Anwendungsnische hervorzuheben.

Gemeinsam mit den Projektpartnern Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Organic Electronics Saxony OES und Mareike Gast & Kathi Stertzig Industrial Design ist eine beeindruckende Serie an Demonstrationsobjekten entstanden, die diese Kriterien umsetzt – das „Insect Project“. Die Varianten der künstlichen Spezies verknüpfen die einzigartige Ästhetik der Insekten mit den technologischen Potenzialen der flexiblen Elektronik zu faszinierenden Demonstratoren. So werden die vielfältigen Möglichkeiten erlebbar. Papilio Lunae und Musca Noctis stellen den Beginn einer interdisziplinären „Insektenforschung“ dar, deren Ziel es ist, die Möglichkeiten der flexiblen Elektronik auszureizen und deren Vielfalt zu kommunizieren.

Funktionelle Beschichtung auf Motorkomponenten

Reibungsminderung und Verschleißschutz für Motorenteile, Maschinenbauteile und Werkzeuge

Fraunhofer IST / 14.2.2017

Viele Bauteile aus dem Automobilbereich und dem Maschinenbau sowie Werkzeuge sind vielfältigen Belastungen wie z. B. Reibung und Verschleiß ausgesetzt. Durch DLC-Beschichtungen (Diamond-like-Carbon) können die Lebensdauer und die Belastbarkeit dieser Teile gesteigert sowie die Reibungsverluste minimiert werden. So kann beispielsweise durch die Beschichtung verschiedener Motorbauteile wie Kurbelwellen oder Tassenstößel der Spritverbrauch deutlich gesenkt werden.

Motorkomponente
© Foto Fraunhofer IST, Rainer Meier, BFF Wittmar

Funktionelle Beschichtung auf Motorkomponenten zur Reibungsminderung.

Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST ist maßgeblich an der Entwicklung solcher DLC-Schichten beteiligt und beschäftigt sich auch weiterhin intensiv mit der Anpassung verschiedenster DLC-Modifikationen an kundenspezifische Anforderungen. Dabei spielt vor allem die Kombination verschiedener Beschichtungen und Beschichtungstechnologien eine bedeutende Rolle. Anwendungsfelder finden sich in der Automobilbranche, der Luft- und Raumfahrt, bei der Werkzeugherstellung und -anwendung sowie im Maschinenbau.

Ultrakurz gepulste Laserstrahlung

Strukturieren und Entschichten von Faserverbundbauteilen mittels Ultrakurzpuls-Laserstrahlung

Fraunhofer ILT / 18.7.2016

Verbundwerkstoffe aus Glas- oder Kohlefasern zeichnen sich durch ein geringes spezifisches Gewicht und herausragende mechanische Eigenschaften aus. Bereits heute werden faserverstärkte Bauteile erfolgreich in der industriellen Serienfertigung verarbeitet. Das Material bringt zwar Einschränkungen im Bereich der Verarbeitungsprozesse mit sich, diese lassen sich jedoch durch die geschickte Nutzung von Laserprozessen ausgleichen.

Freigelegte Faserstruktur.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Freigelegte Faserstruktur.

Mittels Laser entschichtete Bauteile aus CFK.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Mittels Laser entschichtete Bauteile aus CFK.

Mit Laser vorbehandeltes und anschließend metallisiertes 3D-Bauteil aus CFK.
© Foto Fraunhofer IST/ Falko Oldenburg

Mit Laser vorbehandeltes und anschließend metallisiertes 3D-Bauteil aus CFK.

Nachdem die Faserverbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt bereits seit längerer Zeit zum Einsatz kommen, haben sie ihren erfolgreichen Einzug auch in zahlreichen anderen Bereichen wie beispielsweise dem Automobilbau, der Medizintechnik oder der Baubranche gehalten. Der Bedarf nach Materialien und Bearbeitungsverfahren wächst entsprechend schnell.

Die hochwertigen mechanischen Eigenschaften von Faserverbundbauteilen resultieren aus einer belastungsangepassten Zusammensetzung aus Polymermatrix und Fasern. Um das Matrixmaterial oberflächennah zu entfernen, wurde am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist die äußeren Schichten der umgebenden Polymermatrix zu entfernen, ohne die darunterliegenden Fasern zu beschädigen.

Freilegen von Kohlefaserbauteilen

Durch die Verwendung von ultrakurz gepulster Laserstrahlung lässt sich der zumeist aus Epoxidharz bestehende Matrixkunststoff orts- und tiefenselektiv bearbeiten und sogar vollständig entfernen. Eine angepasste Prozessführung erlaubt eine Oberflächenbearbeitung derart, dass die nachfolgenden Fasern keine Schädigung erfahren. »Dies gelingt durch eine ortsselektive Anpassung von Laserleistung und Strahlführung. « erklärt Dipl.-Ing. Christian Hördemann, Wissenschaftler am Fraunhofer ILT. »Dabei lassen sich auch komplexe Geometrien und 3D Bauteile mit dem Laser bearbeiten. « Die Oberflächenbearbeitung ohne Störung der belastungsorientiert verarbeiteten Fasern ist insbesondere für die Luft- und Raumfahrt von großem Interesse.

Ungleiche Bauteile verbinden und Kunststoff-Bauteile umweltfreundlich metallisieren

Ein mögliches Einsatzgebiet des neuartigen Verfahrens ist die Vorbereitung einer festen Verbindung zwischen Verbundmaterialien und angrenzenden Bauteilen. Artungleiche Kunststoffe können in einem Folgeschritt direkt an die freigelegte Faserstruktur angespritzt werden, wobei sie die Fasern umgeben und formschlüssig miteinander gefügt werden. Auch für nachfolgende Arbeitsschritte mittels Kleben eignet sich das Verfahren. Für bestimmte Anwendungen müssen CFK- und Kunststoff-Bauteile mit leitfähigen Schichten versehen werden. Gemeinsam mit dem Fraunhofer IST wurde das Verfahren so weiterentwickelt, dass Kunststoffbauteile ohne Verwendung von schädlichen Cr(VI)-Verbindungen mit einer haftfesten Kupferschicht versehen werden können. Auch eine Direktmetallisierung ist möglich. Anwendung findet das Verfahren für hochbelastete Antennenkörper aber auch zur Verchromung von dekorativen Leichtbauteilen.

Systemtechnische Vielfalt zur Lasermaterialbearbeitung – das Fraunhofer IWS Dresden auf der LASYS 2016

25.5.2016

© Foto Foto Fraunhofer IWS Dresden / Frank Höhler

COAXwire-Bearbeitungsoptik zum Auftragschweißen und Generieren

Vom 31.5. bis 2.6. präsentiert das Fraunhofer IWS Dresden auf der Internationalen Fachmesse für Laser-Materialbearbeitung LASYS in Stuttgart innovative Technologien und Systeme für die Integration in den industriellen Fertigungsprozess. Ein Schwerpunkt sind die langjährig bewährten Systeme COAXn und COAXwire zum Auftragschweißen mit Pulver und Draht. Erstmals präsentiert wird die Neuentwicklung der COAXwire2016, die nun auch in Kombination mit Diodenlaser einsatzbereit ist. Sie ist zudem für die Verarbeitung von Fülldrähten geeignet und bietet somit ein noch breiteres Anwendungsspektrum als das Vorgängermodell.

Lasertechnische Beschichtungsverfahren besitzen eine Schlüsselposition in modernen Fertigungs- und Instandsetzungsprozessen. Die Anforderungen an die Oberflächenfunktionalisierung, Reparatur und Designänderung von langlebigen und komplexen Bauteilen sowie das Generieren von Individualbauteilen sind äußerst vielfältig. Das Fraunhofer IWS reagiert darauf mit variablen und maßgeschneiderten Laser-Bearbeitungsköpfen, deren Vielzahl beeindruckt. Auf dem Stand C31 in Halle 4 werden die modulare Systeme COAXn und COAXwire vorgestellt. Sie berücksichtigen Bauteilform und -größe, Beanspruchung, Werkstoff, Produktivität und Wirtschaftlichkeit und sind Basis für zahlreiche anwenderspezifische Lösungen in der industriellen Fertigung.

Selbstverständlich unterstützen die Dresdner Forscher bei der Technologieentwicklung und Bauteilcharakterisierung. Im Beschichtungsbereich umfasst die Bandbreite das Auftragen von Einzelspuren von 30 µm mit Lasern von 20 W bis hin zur Großflächenbeschichtung im m2-Bereich mit Lasern bis 20 kW Laserleistung. Eine Vielzahl an metallischen Werkstoffen (Stahl, Titan-, Nickel-, Kobalt-, Kupferbasis) und hartmetallähnlichen Legierungen (Wolfram- oder Titankarbide mit unterschiedlichen Binderwerkstoffen) wurden bereits verarbeitet und evaluiert.

Hochdynamische Scannerspiegel einfacher ansteuern

18.4.2016

© Foto Fraunhofer IWS

Prinzip des optischen Aufbaus (lasertronic® SAO x.x/6D) zur Laserbehandlung von kornorientiertem Elektroblech mittels zwei redundanter Strahlengänge (orange Linien = Laserstrahl)

Für eine flexible und schnelle Lasermaterialbearbeitung werden, wie bei einer Lasershow, hochdynamische Galvanometerspiegel zur Strahlablenkung verwendet. Diese sollen möglichst hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erreichen und schnell ansteuerbar sein. Mit einer speziellen, am Fraunhofer IWS Dresden entwickelten Elektronik, dem sogenannten ESL2-100 Modul, ist es möglich, die Galvanometerspiegel direkt aus der Maschinensteuerung heraus anzusteuern. Damit ist eine ganzheitliche Vernetzung zur Hauptsteuerung möglich, die Ansteuerung wird deutlich vereinfacht. Zudem kann eine Vielzahl von Scannerspiegeln gleichzeitig zur Realisierung eines Laserprozesses verwendet werden.

 

Diese Innovation zeigen wir auf der diesjährigen Hannover-Messe Industrie. Besuchen Sie uns auf der Hannover-Messe Industrie (25.-29.4.2016) in Halle 17, Stand C18.

 

Untersuchungen mit Licht als Werkzeug – das Fraunhofer IWS bietet eine neue Plattform zur berührungslosen, bildgebenden Materialanalyse

18.4.2016

© Foto Fraunhofer IWS Dresden / Frank Höhler

Hyperspectral Imaging System zur berührungslosen lateral auflösenden Oberflächen- und Schichtanalyse

Am 10. Mai 2016 ist es endlich soweit: Mit der Eröffnung der Messe Sensor+Test in Nürnberg präsentiert das Fraunhofer IWS einen ganz besonderen Höhepunkt. Das Fraunhofer IWS Dresden hat den Bereich der bildgebenden Materialuntersuchung mit Licht maßgeblich mitgestaltet und zeigt auf der Messe neueste Entwicklungen im Bereich des Hyperspectral Imaging und der imanto® Produktpalette.

Optische Technologien zählen zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Die optische Sensorik vereint dabei Schnelligkeit mit Selektivität und die berührungslose Materialuntersuchung erlangt durch effiziente Systeme immer neue Einsatzbereiche. Die sogenannte hyperspektrale Bildgebung (HSI, engl. Hyperspectral Imaging), ist der aktuelle Treiber dieser Entwicklung.

Das Monitoring-Werkzeug »HSI« steht für Schnelligkeit und Präzision. Neue innovative Verfahren zur Datenauswertung verkürzen die Prozessketten, reduzieren Herstellungskosten, erhöhen die Durchsatzraten in der Produktion, verbessern die Effizienz und Güte von Fertigungsprozessen und Produkten. Auf der Messe wird dabei ein Einblick in eine Vielzahl von Anwendungsbeispielen gegeben.

Die hyperspektrale Bildgebung gehört zu den bekanntesten bildgebenden, spektroskopischen Methoden und ist in der Massenproduktion durch die mögliche 100%-Untersuchung eine aufkommende Alternative zu konventionellen Einzelpunktuntersuchungen. Das HSI als berührungslose sowie flexibel einsetzbare Qualitätsbewertung bietet hervorragende Möglichkeiten zur Datenbewertung und führt zu einer hohen Automatisierbarkeit.

 

Grüne Laser mit 1 kW Ausgangsleistung im cw-Betrieb für Bearbeitung hochreflektiver Metalle im Einsatz

23.3.2016

© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Prozess des Laserstrahlschweißens von poliertem Kupfer

Metalle mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit, also Kupfer, Aluminium und Gold, sind für Anwendungen im Bereich Elektromobilität und Leistungselektronik besonders interessant. Wegen ihrer starken Reflektion im infraroten Wel-lenlängenbereich stellt die Lasermaterialbearbeitung dieser Werkstoffe eine große Herausforderung dar, da die meisten derzeit verfügbaren kontinuierlich strah-lenden Hochleistungslaser (cw-Laser) genau in diesem Wellenlängenbereich ar-beiten. Das Fraunhofer IWS Dresden kann für die Bearbeitung dieser Werkstoffe nun auf einen  neuen „grünen“ Laser zurückgreifen. Mit einer Ausgangsleistung von 1 kW bei 515 nm Wellenlänge und einer Strahlqualität von ca. 2,5 mm mrad eröffnet der Laser neue Anwendungsmöglichkeiten zum Schweißen und Schneiden der genannten Werkstoffe und zugleich neue Einsatzgebiete im Bereich Elektromobilität und Leistungselektronik.

 

LOPEC 2016: Laser-Innovationen zum Strukturieren und Abtragen für die organische Elektronik

9.3.2016

Lesbare Lösung - das Fraunhofer ILT demonstriert auf der LOPEC, wie sich organische Leuchtdioden beschriften lassen.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen.

Lesbare Lösung - das Fraunhofer ILT demonstriert auf der LOPEC, wie sich organische Leuchtdioden beschriften lassen.

Laser-Innovationen für gedruckte und organische Elektronik stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT dem Fachpublikum auf der LOPEC 2016 in München vom 6. bis zum 7. April 2016 vor. Dabei werden Laserstrukturierungsprozesse für die flexible organische Elektronik und die OLED-Technologie gezeigt.

Fraunhofer ILT beschriftet OLEDs

Die aktuellen Entwicklungen präsentiert seit sieben Jahren in München die LOPEC (Large-area, Organic & Printed Electronics Convention), die laut Veranstalter weltweit führende Fachmesse mit dem wichtigsten Kongress für gedruckte Elektronik. Auf die Bedeutung dieser Veranstaltung hat sich auch das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT eingestellt: Gemeinsam mit dem COPT NRW zeigt das Fraunhofer ILT Entwicklungen aus seiner Forschungsarbeit, die Unternehmen beim Herstellen neuer Bauelemente mit organischer und gedruckter Elektronik unterstützen. Derzeit entwickelt das Fraunhofer ILT eine Methode, mit der sich OLED-Bauteile beschriften lassen. »Uns gelingt es, durch selektives Deaktivieren der Organik einen Schriftzug in der Leuchtfläche zu erzeugen«, erklärt Dipl.-Ing. Christian Hördemann, Wissenschaftler am Fraunhofer ILT. »Zum Einsatz kommt dabei eine ultrakurz gepulste Laserstrahlquelle. Gemeinsam mit der Firma OLEDWorks arbeiten wir an der Entwicklung eines neuartigen Verfahrens, um eine langzeitstabile Beschriftung und Individualisierung von OLEDs zu erreichen.«

Ein weiterer Themenschwerpunkt betrifft das Laser-Mikrostrukturieren: Für das Verfahren sprechen die große Auflösung im µm-Bereich, der hohe Durchsatz bei großen Flächen und die Formfreiheit.

Fügetechnologien für die Elektromobilität

11.2.2016

© Foto Fraunhofer IWS Dresden / Frank Höhler

Dr. Jörg Kaspar (im Bild rechts) präsentiert den im Projekt erstellten Batteriedemonstrator und erklärt die dafür entwickelten Fügverfahren.

im Rahmen des geförderten Verbundprojekts »BatCon« (BMWi, Förderkennzeichen: 01 MX12055C) hat das Fraunhofer IWS Dresden in den letzten drei Jahren neue eigenschafts- und kostenoptimierte Fügeverfahren für die Herstellung von Aluminium-Kupfer-Zellverbindern entwickelt und qualifiziert. Im Dezember 2015 trafen sich die Kooperationspartner – die Robert Bosch GmbH, die ElringKlinger AG, die Wieland-Werke AG und das Fraunhofer IWS zum Abschlusskolloquium in Dresden. Sowohl die Kooperationspartner als auch der Projektträger – das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) – zeigten sich hoch zufrieden mit den gewonnenen Erkenntnissen. Das Fraunhofer IWS konnte die Technologien zum Fügen schwingungsbelastbarer und alterungsfreier Al/Cu-Zellverbinder mit sehr geringen Übergangswiderständen entscheidend weiter entwickeln. Gemeinsam mit den Industriepartnern ist eine Überführung in die Fertigung denkbar.

 

Die Ergebnisse des Projektes werden auch zum Internationalen Fügetechnischen Symposium »Tailored Joining« präsentiert, welches zeitgleich mit dem Internationalen Lasersymposium »Fiber, Disc & Diode« am 23. und 24. Februar 2016 stattfindet. Bereits am Montag, den 22. Februar, besteht ab 15:00 Uhr die Möglichkeit, Grundlagenkurse für ausgewählte Verfahren zu besuchen, die mit praktischen Vorführungen in den jeweiligen Laboren der Partner verbunden werden. Ab 17:00 Uhr öffnet das Fraunhofer IWS Dresden dann seine Türen für alle interessierten Unternehmen sowie Teilnehmer der Workshops und Symposien und bietet Live-Vorführungen und Präsentationen zu verschiedenen Themen der Laser- und Fügetechnik. Neben der individuellen Besichtigung zahlreicher Stationen gibt es bei kulinarischen Kleinigkeiten beste Möglichkeiten zum fachlichen Austausch mit unseren Wissenschaftlern und Projektleitern.

TAILORED JOINING – Fügetechnische Kompetenz versammelt sich in Dresden

Fraunhofer IWS / 3.2.2016

Fügen ist eine zentrale Herausforderung der Produktion und oft ein signifikanter Kostenfaktor. Die Kenntnis und Auswahl des richtigen Fügeverfahrens ist daher von entscheidender Bedeutung. Im Rahmen des 9. Internationalen Lasersymposiums und des Fügetechnischen Symposiums »Tailored Joining« treffen sich internationale Experten dieses Bereiches vom 22. bis 24. Februar 2016 zum Erfahrungsaustausch in Dresden. Die Symposien und der vorgelagerte Innovationsabend für Unternehmen »Industrie @ Fraunhofer IWS« bieten einen breiten Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand und industrielle Anwendungen von Laser- und sonstigen Schweißverfahren. Aber auch Festphasen- und mechanische Fügeverfahren, wie z. B. Kleben und Komposit-Technologien, finden eine breite Präsentationsplattform.

© Foto Fraunhofer IWS Dresden / Jürgen Jeibmann

Prozess des Laserstrahlschweißens von Al-Cu-Verbindungen

© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Pyrometergeregelte induktiv beschleunigte Klebstoffhärtung mit Industrieroboter

Dresden versammelt in einzigartiger Art und Weise die verschiedensten Kompetenzen im Bereich der fügtechnischen Verfahren. Daher wurde unter Führung des Fraunhofer IWS in Kooperation mit der TU Dresden und der Hochschule für Technik und Wirtschaft das Fügetechnische Zentrum »Tailored Joining« ins Leben gerufen. Es bietet Anwendern einen Überblick über Möglichkeiten und Grenzen diverser Fügeverfahren, ermöglicht deren direkten und unvoreingenommenen Vergleich, zeigt Neuentwicklungen auf und stellt industriebezogene Lösungen dar. Basis des Zentrums ist die international außergewöhnlich große Bandbreite an Fügeverfahren, die in Dresden intensiv untersucht und weiterentwickelt werden.

Das Internationale Fügetechnische Symposium »Tailored Joining«, welches zeitgleich mit dem Internationalen Lasersymposium »Fiber, Disc & Diode« am 23. und 24. Februar 2016 stattfindet, ist eine bewährte Möglichkeit des Erfahrungsaustausches. Das Fraunhofer IWS präsentiert u. a. aktuelle Entwicklungen zum Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckguss, neue Maschinenkonzepte zum Rührreibschweißen von 3D-Flugzeugrumpfschalen, Untersuchungsergebnisse zum Einfluss von Beschichtungen beim magnetischen Pulsfügen sowie Möglichkeiten zum thermischen Direktfügen von Polymer mit Metall.

Bereits am Vortag, Montag den 22. Februar, besteht die Möglichkeit, Grundlagenkurse für ausgewählte Verfahren zu besuchen, die mit praktischen Vorführungen in den jeweiligen Laboren der Partner verbunden werden. Damit können sich auch Neueinsteiger sehr schnell mit einer Technologie vertraut machen und deren Möglichkeiten und Grenzen evaluieren. Ab 17:00 Uhr öffnet das Fraunhofer IWS Dresden dann seine Türen für alle interessierten Unternehmen sowie Teilnehmer der Workshops und Symposien und bietet Live-Vorführungen und Präsentationen zu verschiedenen Themen der Laser- und Fügetechnik. Neben der individuellen Besichtigung zahlreicher Stationen gibt es bei kulinarischen Kleinigkeiten beste Möglichkeiten zum fachlichen Austausch mit unseren Wissenschaftlern und Projektleitern.

 

Weltrekord beim Reflexionsgrad von EUV-Lithografiespiegeln

Fraunhofer IWS / 11.12.2015

Dr. Stefan Braun, Maik Menzel und Peter Gawlitza (v.l.n.r.) vor der Beschichtungsanlage für die Entwicklung von EUV-Reflexionsschichten
© Foto Fraunhofer IWS Dresden / Frank Höhler

Dr. Stefan Braun, Maik Menzel und Peter Gawlitza (v.l.n.r.) vor der Beschichtungsanlage für die Entwicklung von EUV-Reflexionsschichten

Innerhalb des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojektes „EUV-Projektionsoptik für 14-Nanometer-Auflösung (ETIK)“ erreichte das Fraunhofer IWS signifikante Fortschritte bei der Erforschung von Reflexionsschichten für extrem ultraviolette (EUV) Strahlung. Das herausragende Resultat ist ein neuer Weltrekord beim Reflexionsgrad, der direkt zu einer Erhöhung der Produktivität von EUV-Lithografiesystemen führt. Darüber hinaus konnten weitere Eigenschaften der Schichten deutlich verbessert werden, die EUV-Spiegel für höhere numerische Aperturen bei gleichzeitig verringerter Streustrahlung ermöglichen.

 

Trocken- und minimalgeschmierte tribologische Systeme

Fraunhofer IWS / 11.12.2015

Die IWS-Arbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung von selbstschmierenden Schichtsystemen auf der Basis harter Kohlenstoffschichten.
© Foto Fraunhofer IWS / Frank Höhler

Die IWS-Arbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung von selbstschmierenden Schichtsystemen auf der Basis harter Kohlenstoffschichten.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden sowie acht Industrie- und zwei weitere Forschungspartner erhalten vom BMWi 7,2 Mio. Euro Fördermittel für die Reduktion des Energieeinsatzes in trocken- und minimalgeschmierten tribologischen Systemen. Die Verbundpartner entwickeln damit in den nächsten drei Jahren materialseitige Lösungen zur Reibungsminderung.

 

Kernziel des Vorhabens ist die Optimierung von Gleitsystemen in Getrieben, Lagern und Ketten dahingehend, dass diese Systeme in Zukunft keine Schmierung durch extern zugeführte Schmierstoffe (Öl, Fett etc.) mehr benötigen. Damit würden solche Systeme nicht nur nahezu wartungsfrei funktionieren und keine Beeinträchtigung der Umgebung und der Umwelt darstellen, sondern darüber hinaus durch die konsequente Reibungsreduzierung eine Verbesserung der Energieeffizienz und Reduzierung des CO2-Ausstoßes mit sich bringen.

»Es werde Licht!« beim Fraunhofer-Lichttag

Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces, 3.7.2015

Kinder bauen am Fraunhofer IOF ihr eigenes Periskop
© Foto Fraunhofer IOF

Kinder bauen am Fraunhofer IOF ihr eigenes Periskop

Mit dem eigenen Periskop um die Ecke schauen
© Foto Fraunhofer IOF

Mit dem eigenen Periskop um die Ecke schauen

Professor Alexander Szameit (FSU Jena) und Dr. Frank Schrempel halten eine spannende Vorlesung zu Phänomenen um das Thema Licht.
© Foto Fraunhofer IOF

Professor Alexander Szameit (FSU Jena) und Dr. Frank Schrempel halten eine spannende Vorlesung zu Phänomenen um das Thema Licht.

Begeisterung und Staunen lösten die Aktionen und Experimente aus, die sich die Institute des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces für ihren Lichttag ausgedacht hatten. Im UNESCO-Jahr des Lichts drehte sich am 3. Juli alles um das Thema Licht, aufbereitet für Kinder von 6 bis 15 Jahren.

»Warum ist der Regenbogen rund und hat so viele Farben?«, »Warum wird die Sonne am Abend rot?«, »Warum ist mein Pullover grün? Und dein T-Shirt pink?« und grundlegend natürlich »Licht – was ist das eigentlich?«. Zur Beantwortung all dieser Fragen haben sich die Institute viel einfallen lassen, um das Phänomen Licht und ihre Technologien anschaulich und kindgerecht präsentieren zu können.

Der Fraunhofer-Lichttag am IOF fand in Kooperation mit der Kinderuni der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU Jena) statt:

Professor Alexander Szameit (FSU Jena) und Dr. Frank Schrempel hielten für rund 100 Schulkinder aus Jena eine spannende Vorlesung zu vielen Phänomenen um das Thema Licht. Sie zeigten in Experimenten, die den Kindern manchmal wie Zauberei erschienen, wie man Licht durch Reflexion, Brechung, Totalreflexion sowie Beugung manipulieren und nutzen kann. Besonders begeisterten der durch Beugung erzeugte Sternenhimmel und die große Weltkarte, die mittels eines Hologramms auf die große Hörsaalwand projiziert wurde. Im Anschluss an die Vorlesung konnten die Kinder selbstgebaute Periskope als bleibende Erinnerung mit nach Hause nehmen.

Unter dem Titel »Licht und Farben« bot das Fraunhofer IPM dem künftigen wissenschaftlichen Nachwuchs die Möglichkeit, einfache Optikexperimente selbst durchzuführen und Optik so hautnah zu erleben. Außerdem wurden im Rahmen einer Führung durch das Institut Labore geöffnet, um das Thema Licht als Zollstock bzw. Messen mit Licht zu erklären und das Geheimnis zu lüften, was »die denn da am Fraunhofer IPM eigentlich machen«.

Die Veranstaltungen von IWS und FEP standen im Zusammenhang mit der »Langen Nacht der Wissenschaft« in Dresden.  Am IWS konnten die Kleinsten unter dem Motto »Es werde Licht ... – optische Experimente in 30 Minuten« spielerisch ihre Begeisterung für die Naturwissenschaften entdecken. Die Experimentierstraße »Auf dem Weg zum Laserprofi« für Schulkinder »beleuchtete« u.a. mit Kaffeesahne, einem Prisma und einer Taschenlampe die Gesetzmäßigkeiten und Eigenschaften des Lichtes.

Das FEP wartete mit einem Zauberspiegel und einem Exponat für »Weltmeister« auf, bei dem es galt, keiner optischen Täuschung zu unterliegen.

Am Fraunhofer IST hielt Institutsleiter Professor Günther Bräuer eine Vorlesung vor 40 Kindern im Alter von 10 bis 13 Jahren zum Thema Licht. In der »Kinder-Uni« wurde unter anderem gezeigt, wie man gasgefüllte Kugeln in der Mikrowelle zum Leuchten bringt. Aber nicht nur das versetzte die Kinder in ehrfurchtsvolles Schweigen. Auch das Erzeugen von Blitzen in einer »Plasmascheibe« und die Präsentation von »unsichtbarem« Glas stießen auf helle Begeisterung.

Frau Susan Oxfart, Verbundkoordinatorin des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces, war angetan von der Resonanz auf den Kindertag: »Die Anfrage und auch die Teilnehmerzahlen waren an allen Instituten sehr hoch. Viele Jungs und Mädchen interessierten sich für die Experimente. Diese Veranstaltungen sind ein wertvoller Beitrag für die Unterstützung der Nachwuchsgewinnung«.

Diamantartige Schichten sparen Treibstoff

Faunhofer IWS - 06, 2015

Mit dem Laser-Arc-Verfahren gelingt es Dr. Volker Weihnacht, Prof. Andreas Leson und Dr. Hans-Joachim Scheibe, reibungsmindernde verschleißarme Schichten auf Bauteilen abzuscheiden (v.l.n.r.).
© Foto Dirk Mahler / Fraunhofer

Mit dem Laser-Arc-Verfahren gelingt es Dr. Volker Weihnacht, Prof. Andreas Leson und Dr. Hans-Joachim Scheibe, reibungsmindernde verschleißarme Schichten auf Bauteilen abzuscheiden (v.l.n.r.).

Werden Motorenkomponenten mit hartem Kohlenstoff beschichtet, reduzieren sich ihre Reibungswerte fast auf null. Weltweit ließen sich jedes Jahr Milliarden Liter Treibstoff sparen. Ein neues Laser-Verfahren ermöglicht nun die Beschichtung in Serie.

Werkstücke mit diamantähnlichem Kohlenstoff zu beschichten, um damit Reibung zu minimieren, ist bereits möglich. Fraunhofer-Forscher entwickelten nun das Laser-Arc-Verfahren, um Kohlenstoffschichten mit nahezu der Härte von Diamant großtechnisch in hohen Beschichtungsraten und großen Dicken aufzutragen. Werden Kohlenstoffschichten etwa auf Kolbenringe oder Kolbenbolzen von Motoren aufgebracht, sinkt der Verbrauch der Antriebe. »Durch unsere Entwicklung könnte man bei konsequenter Anwendung in den kommenden zehn Jahren über 100 Milliarden Liter Treibstoff pro Jahr einsparen«, betont Prof. Andreas Leson vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden. Er bezieht sich dabei auf eine Studie, die 2012 im Fachjournal Tribology International veröffentlicht wurde.

Innovatives modulares Verfahren macht Beschichtung von Kunststofffolien hocheffizient

Fraunhofer FEP - 06, 2015

© Foto Fraunhofer FEP

Das vom Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) und Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) geförderte Verbundprojekt multiTask wurde erfolgreich beendet. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, der Firma ISA Installations-, Steuerungs- und Automatisierungs GmbH und der VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH legten innerhalb des Projektes die Grundlagen für ein neues Vakuum-Beschichtungsverfahren für Kunststofffolien.

Kunststofffolien erfüllen im alltäglichen Leben viele Funktionen. Sie dienen als Verpackung von Lebensmitteln, als Grundlage für flexible Solarzellen bis hin zu dekorativen Folien für Möbel. Um den vielfältigen Einsatzzwecken gerecht zu werden, müssen die Folien bearbeitet und beschichtet werden.

Zur Beschichtung von Kunststofffolien im Vakuum gibt es verschiedene Verfahren, die jeweils für den konkreten Einsatzfall geeignet sind, aber auch Nachteile besonders bei der Beschichtung großer Folienflächen haben. Die Elektronenstrahlverdampfung ist ein sehr komplexes Verfahren und daher teuer und mit hohen Investitionen verbunden, bei der Schiffchenbedampfung wird vor allem Aluminium verdampft und Sputtern benötigt viel Zeit.

Im Projekt multiTask wurden nun die Grundlagen für ein innovatives, modulares und äußerst flexibles Verfahren zur Vakuumbeschichtung gelegt. »Die Innovation dieses Beschichtungsverfahrens liegt in seiner großen Flexibilität.«, erläutert Steffen Straach, Projektleiter im Bereich »Flexible Produkte« am Fraunhofer FEP, »Neben Aluminium können eine Menge anderer Materialien, wie Kupfer, Silber oder Oxide aufgebracht werden und das sogar auf beliebigen Folienbreiten.«

Diodenlaser und Draht – ein starkes Team beim Auftragschweißen und Generieren

Fraunhofer IWS - 06, 2015

Anordnung der Bearbeitungsoptik zum Werkstück
© Foto Fraunhofer IWS Dresden / Jürgen Jeibmann

Anordnung der Bearbeitungsoptik zum Werkstück

Das Fraunhofer IWS Dresden und die Laserline GmbH aus Mülheim-Kärlich präsentieren zur diesjährigen LASER World of PHOTONICS in München erst-malig die für den Einsatz mit dem Hochleistungs-Diodenlaser optimierte Drahtbearbeitungsoptik zum richtungsunabhängigen Auftragschweißen und Generieren. Mit bis zu 5 kW Laserleistung und einem Drahtdurchmesser zwi-schen 0,6 mm und 1,6 mm können Bauteile großflächig beschichtet und drei-dimensional generiert werden. Dabei sind Aufbauraten von bis zu 250 cm³/h erzielbar.

Im Unterschied zu den bisher eingesetzten Laserbearbeitungsoptiken bietet die Bear-beitungsoptik „COAXwire“ des Fraunhofer IWS mehr als nur stechende oder schlep-pende Drahtzufuhr. Die koaxiale Drahtförderung ermöglicht Richtungsänderungen ohne Umorientierung des Drahtförderers und Beschichtungswinkels bis in den Über-kopfbereich. Neu- oder Reparaturteile können somit auch an bisher nicht zugängli-chen Positionen beschichtet werden. Weltklasse sind auch die besonders niedrigen Rautiefen. Bei einer Flächenbeschichtung mit Inconel 625 wurden beispielsweise Rau-tiefen von Rz < 45 μm quer zur Schweißraupe nachgewiesen.

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Emotionen erkennen und helfen - Grundlagen für neuartige Interaktionsgeräte für kranke Menschen werden im BMBF-Projekt "IRESTRA" erforscht

IOF, 21.4.2015

Mikrolinsenarray für die miniaturisierten Kameras im 3D-Messgerät
© Foto Fraunhofer IOF Jena

Mikrolinsenarray für die miniaturisierten Kameras im 3D-Messgerät

Technische Geräte werden zu einem immer wichtigeren Bestandteil unseres Lebens. Sie sind dabei Werkzeuge, deren Bedienung man erlernen und beherrschen muss. Dies ist gerade für ältere, hilfsbedürftige oder kranke Menschen nicht immer ganz einfach.

Eine mögliche Lösung für dieses Problem wäre ein Gerät, das den Menschen und seine Emotionen lesen und verstehen kann und dadurch auf den Menschen und seine Bedürfnisse angepasst reagieren kann.  

Intelligente Produktion: Forschungsprojekt zur verbesserten Verarbeitung von Messdaten startet

IPM, 20.4.2015

Intelligente Produktion: Forschungsprojekt zur verbesserten Verarbeitung von Messdaten startet
© Foto Fraunhofer IPM

Intelligente Produktion: Forschungsprojekt zur verbesserten Verarbeitung von Messdaten startet

»Big Data« zur Optimierung von Produktionsprozessen zu nutzen ist das Ziel des Forschungsprojekts »Production Intelligence« unter Leitung der Freiburger Jedox AG, an dem Fraunhofer IPM gemeinsam mit Industriepartnern arbeitet.

Kombinierte Verschleißschutz- und Antihaft-Schichten am Fraunhofer IST

IST, 7.4.2015

Am Fraunhofer IST beschichtete industrielle Messer.
© Foto Fraunhofer IST

Am Fraunhofer IST beschichtete industrielle Messer.

Verschmutzungen, Verklebungen, Ablagerungen oder auch Bio-Filme stellen ein großes Problem bei der Verarbeitung von Lebensmitteln oder pharmazeutischen Produkten dar. Derart belastete Oberflächen müssen neben guten Antihaft-Eigenschaften auch eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen um eine ausreichende Lebensdauer zu garantieren. Vor allem modifizierte diamantähnliche Kohlenstoffschichten (Diamond like Caron DLC), wie beispielsweise die am Fraunhofer IST entwickelte SICON®-Schicht, erweisen sich als besonders geeignet. Beispiele solcher am Fraunhofer IST mit SICON® beschichteten Messer werden vom 13. – 17. April 2015 auf der Hannover Messe (Halle 3, Stand D26) ausgestellt.

Industrietaugliche Suspensionsförderer für das Thermische Spritzen mit Suspensionen

IWS, 12.3.2015

Industrietaugliche Suspensionsförderer für das Thermische Spritzen mit Suspensionen
© Foto Fraunhofer IWS

Industrietaugliche Suspensionsförderer für das Thermische Spritzen mit Suspensionen

Das Fraunhofer IWS Dresden hat seine Kompetenz im Thermischen Spritzen mit Suspensionen weiter ausgebaut. Mit dem Verfahren lassen sich äußerst hochwertige Spritzschichten mit speziellen Eigenschaften herstellen. Als Spritzzusatz kommen Submikro- oder Nano-Pulver zum Einsatz, die in einer Flüssigkeit feindispergiert werden.

 

Künstlicher Mini-Organismus statt Tierversuche

Fraunhofer IWS - 01-2015

Mit dem kompakten Multiorgan-Chip (Größenvergleich Ein-Euro-Münze) und dessen drei separaten Mikrokreisläufen können Forscher die Regeneration von bestim
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Mit dem kompakten Multiorgan-Chip (Größenvergleich Ein-Euro-Münze) und dessen drei separaten Mikrokreisläufen können Forscher die Regeneration von bestim


Tierversuche sind in der medizinischen Forschung bislang ein notwendiges Übel. Fraunhofer-Forscher haben eine viel versprechende Alternative entwickelt: In einem Chip bauen sie einen Miniorganismus auf. Damit lassen sich die komplexen Stoffwechselvorgänge im menschlichen Körper realitätsnah analysieren.

Niemand möchte auf die Segnungen moderner Medizin verzichten, die vielen Erkrankungen ihren Schrecken genommen hat. Die Kehrseite der Medaille: Damit wirksame und sichere Medikamente zur Verfügung stehen, sind Versuche an Tieren in Forschungslaboren unumgänglich. Weltweit arbeiten Forscher an Alternativen zu Tierexperimenten. Doch Ersatz zu finden, ist schwierig. Denn um die Wirkung einer Substanz zu verstehen, genügt es nicht, die Stoffe an einzelnen Gewebeproben oder Zellen zu testen. »Die meisten Medikamente wirken systemisch, also auf den gesamten Organismus. Dabei entstehen oftmals erst durch Stoffwechselvorgänge toxische Substanzen, die wiederum nur bestimmte Organe schädigen«, erklärt Dr. Frank Sonntag vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff und Strahltechnik IWS.

Chip simuliert menschlichen Blutkreislauf

Dresdner Pioniere in der Lasertechnik – Tradition, Kontinuität, Zukunft

Dezember 2014 - Fraunhofer IWS

Faszination Licht - Dresdner Lichtjahr 2015
© Foto Dresdner Lichtjahr 2015

Faszination Licht - Dresdner Lichtjahr 2015

Forschung und Anwendung von Lasertechnologie haben in Dresden eine lange Tradition. Knapp ein Jahrzehnt nach der Entwicklung des ersten Laser durch Theodore H. Maiman im Jahr 1961 begannen Dresdner Wissenschaftler mit der Erforschung von Laseranwendungen für den produktiven Einsatz. Unter schwierigen, von Handelsembargo und Planwirtschaft geprägten Bedingungen entwickelte sich in Dresden eine rege Forschungstätigkeit für die Verwendung von unterschiedlichsten Lasertypen in Produktionsbereichen wie Textilindustrie, Maschinenbau, Luftfahrt und Automobilindustrie. Im Rahmen des Dresdner Lichtjahres 2015 will das Fraunhofer IWS Dresden verstärkt auf die Entwicklungsgeschichte und aktuelle Innovationen in der Lasertechnik aufmerksam machen.

Festakt zu 200 Jahren Fraunhofer'sche Linien

November 2014 - Fraunhofer IOF

Meridiankreisinstrument

Meridiankreisinstrument

Im Jahre 1814 berichtete Joseph von Fraunhofer erstmals im Detail über die Beobachtung von dunklen Linien im Sonnenspektrum – die »Fraunhofer’schen Linien«. Diese Entdeckung und seine grundlegenden Arbeiten zur spektralen Zusammensetzung des Lichts machen ihn zu einem Vater der modernen Physik. Seine Entdeckung jährt sich dieses Jahr zum 200. Mal. Dieses Jubiläum hat die Fraunhofer-Gesellschaft am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena mit einem Festakt gefeiert.

Fraunhofer COMEDD erweitert Kompetenzen des Fraunhofer FEP

Fraunhofer FEP, 7-2014

© Foto Jürgen Lösel / Fraunhofer FEP

Dresden, 1. Juli 2014; Der Juli hat für die Wissenschaftler des COMEDD (Center for Organic Materials and Electronic Devices Dresden) in letzter Zeit eine besondere Bedeutung: Auf den Tag genau vor zwei Jahren wurde für die Arbeiten auf dem Gebiet der organischen Prozesse und Elektronik eine eigene Fraunhofer Einrichtung unter dem Namen Fraunhofer COMEDD gegründet.

Gas – Schlüssel zur Energiewende

Fraunhofer IPM, Juli 2014

Die Bedeutung des Gasmarkts für die Energiepolitik wird systematisch unterschätzt. Diese Ansicht vertraten Experten auf dem Gebiet der Gastechnologie auf einem Workshop am Fraunhofer IPM.