Beschichtungssystem Präzisionsoptische Beschichtungen industriell herstellen

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Ein Forschungsteam vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig hat eine Beschichtungstechnologie für präzisionsoptische Systeme entwickelt. Damit lassen sich hochpräzise optische Schichten industriell skalierbar herstellen. Für ihre Entwicklung wurden sie nun mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2026 ausgezeichnet.

Das Forscherteam des Fraunhofer IST hat mit der Entwicklung des Produktionssystems EOSS (Enhanced Optical Sputtering System) eine neue Ära in der Präzisionsoptik eingeleitet. „Unser gemeinsames Ziel war es, die Herstellung hochpräziser optischer Schichten industriell skalierbar, effizient und flexibel zu gestalten. Mit dem EOSS-Produktionssystem und der ergänzend entwickelten Steuerungs- und Monitoring-Software MOCCA+ (Modular Optical Coating Control Application) haben wir es geschafft, wissenschaftliche Exzellenz in ein industrielles Produkt zu überführen, das weltweit Maßstäbe setzt. Die Anwendungsfelder reichen von autonomem Fahren und Medizintechnik bis zu Smartphone-Optiken, Telekommunikation und Raumfahrt“, erklärt Dr. Michael Vergöhl, Abteilungsleiter Optische und elektronische Systeme am Fraunhofer IST und wissenschaftlicher Motor des Projekts. Er verfolgt bereits seit 2012 die Vision, den industriellen Einsatz von Präzisionsoptik zu revolutionieren.

Die Möglichkeit, gleichzeitig beidseitig zu beschichten, eröffnet eine verdoppelte Produktivität sowie die Beschichtung sehr dünner Substrate bei höchster Prozessstabilität und Uniformität – das war bislang nicht denkbar.

Dr. Michael Vergöhl

Erstmals kommen im EOSS-System drehbare Doppelrohrkathoden, sogenannte Rotatable Magnetrons, zum Einsatz. In Kombination mit neuartigen Mischtargets aus Metall und Metalloxid gelingt ein reaktivgasfreier und extrem stabiler Beschichtungsprozess. Die räumlich getrennte Plasmanachreaktion und die nach oben gerichtete, partikelarme Konstruktion sorgen dafür, dass selbst anspruchsvollste optische Komponenten gleichmäßig und zuverlässig gefertigt werden können.
Ein weiterer technologischer Durchbruch ist die simultane doppelseitige Abscheidung optischer Schichten. „Die Möglichkeit, gleichzeitig beidseitig zu beschichten, eröffnet eine verdoppelte Produktivität sowie die Beschichtung sehr dünner Substrate bei höchster Prozessstabilität und Uniformität – das war bislang nicht denkbar“, erläutert Dr. Michael Vergöhl. Die Leistungsdaten des Produktionssystems sind beeindruckend: Extrem hohe und stabile Uniformitäten nahe 100 Prozent bleiben über einen bis zu zehnmal längeren Produktionszeitraum als bei bisherigen Systemen erhalten. Dies und die Möglichkeit reproduzierbarer Gradientenprofile sowie der hohe Automatisierungsgrad zeigen die industrielle Reife der Technologie.

Ergänzt wird die Hardware durch MOCCA+, eine modulare, modell- und datengetriebene Steuer- und Monitoring-Software, die Prozessführung, Datenerfassung und Analyse konsolidiert. MOCCA+ ermöglicht die Echtzeit-Überwachung des gesamten Beschichtungsprozesses . So wird zusätzlich die Qualität der präzisionsoptischen Systeme sicherstellt und gleichzeitig die Produktivität der EOSS-Anlagen maximiert. „Mit MOCCA+ haben wir die Grundlage geschaffen, komplexe Beschichtungsprozesse transparent zu steuern und nachvollziehbar zu dokumentieren. Das Monitoring in Echtzeit erhöht nicht nur die Qualität, sondern auch die Effizienz der Produktion“, betont Stefan Bruns, der technische Anker des Teams.