Fraunhofer IST: Simulation als digitales Werkzeug für Prozessentwicklung
Simulationen sollen industrielle Prozessentwicklungen einfacher machen: Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) nutzt sie bereits bei Dünnschichttechnolgien, etwa bei Niederdruckplasmen und Gasflüssen in PVD-Beschichtungsprozessen.
Ob bei der Vakuumbeschichtung oder der Wasseraufbereitung: Simulationen sind unverzichtbare Werkzeuge für Forschung und Entwicklung. Sie ermöglichen es, physische Versuche zu reduzieren, Prozesse effizienter zu gestalten und wertvolle Ressourcen zu sparen. Bislang ist ihr Einsatz jedoch meist spezialisierten Fachleuten vorbehalten. Das Fraunhofer IST wird das grundlegend ändern – mit einem neuen Ansatz, der die Simulation aus der Expertennische holt und direkt in die industrielle Praxis überführt.
Simulation für Vakuumbeschichtung und dünne Schichten
»Wir wollen die Simulation aus der reinen Expertenhand lösen und sie direkt in die Entwicklungspraxis integrieren«, erklärt Dr. Dennis Barton, Teamleiter Simulation am Fraunhofer IST. Ziel sei es, Personen aus der Konstruktion und Entwicklung eine fundierte Entscheidungsgrundlage zu bieten, ohne dass sie sich tief in die Komplexität numerischer Modellierungen einarbeiten müssen. Bereits heute nutzt das Institut einen selbst entwickelten und in der Fachwelt etablierten PICMC/DSMC-Code zur Simulation von Niederdruckplasmen und Gasflüssen in PVD-Beschichtungsprozessen. Die Modelle liefern wichtige Informationen zu Gastrennfaktoren, Target-Abbrand und Schichtdickenprofilen. Ergänzt wird dies durch Methoden wie Computational Fluid Dynamics (CFD), die etwa in der Auslegung von Elektrolyt-Reaktoren oder Trocknerkonstruktionen zum Einsatz kommen.
Fraunhofer IST vereinfacht industrielle Simulationsverfahren
Künftig will das Fraunhofer IST den Zugang zu Simulationsverfahren weiter vereinfachen – mit einem wachsenden Team, intelligenten Datenstrategien und der Integration künstlicher Intelligenz. Machine-Learning-Methoden und Large Language Models sollen dabei helfen, simulationsgestützte Entscheidungen auch für Nicht-Expertinnen und -Experten zugänglich zu machen. Eine zentrale Rolle spielen dabei digitale Zwillinge, systematisches Datenmanagement und vernetzte Sensorik. Auch die Förderung zukünftiger Fachkräfte hat das Institut im Blick. In seiner Lehrveranstaltung Modellierungsverfahren in der Oberflächentechnik an der Technischen Universität Braunschweig vermittelt Barton das nötige Rüstzeug: »Das Simulieren erfordert ein eigenes Mindset – ein Verständnis dafür, wann ein Modell gut genug ist, welche Rechenkapazitäten zur Verfügung stehen und wie Ergebnisse mit der Realität abzugleichen sind.«