Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
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Drei unterschiedliche AD-Plasma-Jet-Quellen
© Fraunhofer IFAM
Drei unterschiedliche AD-Plasma-Jet-Quellen

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Prozessanalyse und Prozessoptimierung für die physikalische und trockenchemische Oberflächenbehandlung

Neue Materialien, steigende Qualitätsanforderungen oder Lieferantenwechsel stellen bestehende Fertigungsprozesse regelmäßig vor Herausforderungen. Gerade bei der Oberflächenbehandlung, etwa vor dem Kleben, Beschichten oder Lackieren, reichen kleine Abweichungen in Material, Vorbehandlung oder Prozessführung aus, um die Produktqualität langfristig zu gefährden.

Das Fraunhofer IFAM unterstützt Unternehmen bei der Analyse, Entwicklung und Optimierung von Oberflächenprozessen – von der ersten Machbarkeitsstudie über die Prozessvalidierung bis zur Implementierung in die Serienfertigung. Unser Schwerpunkt liegt auf physikalischen und trockenchemischen Verfahren wie Plasma-, Laser-, VUV- und Strahlprozessen zur Reinigung, Aktivierung, Modifizierung und Beschichtung von Oberflächen. Mit mehr als 35 Jahren Erfahrung in F&E und Kundenprojekten stehen wir Ihnen mit analytischer Ausstattung und Prozess-Know-how bei allen Fragen zur Seite.

Wann ist eine Prozessanalyse oder Prozessoptimierung sinnvoll?

Oberflächenprozesse sind in der Praxis selten standardisiert, sondern hängen stark von Werkstoff, Geometrie, Vorbehandlung, Anlagenkonzept und Zielanwendung ab. Gerade bei neuen Materialien, Materialmixen oder umweltfreundlicheren Prozessalternativen ist die Prozessentwicklung häufig der Schlüssel, um stabile, reproduzierbare und industriell nutzbare Ergebnisse zu erreichen.

Eine Prozessoptimierung lohnt sich immer dann, wenn:

  • wiederkehrende Fehlerbilder (z.B. mangelnde Adhäsion, Delaminierungen oder Prozessunregelmäßigkeiten) auftreten
  • ein Materialwechsel oder Lieferantenwechsel die bestehenden Prozessparameter beeinflusst
  • nasschemische Verfahren ersetzt werden sollen
  • eine neue Produktgeneration oder ein Serienwechsel eine Prozessübertragung erfordert
  • die Prozesssicherheit erhöht oder ein neues Verfahren für den Serieneinsatz qualifiziert werden soll

Unser Ansatz: Prozesse verstehen und gezielt weiterentwickeln

Eine belastbare Prozessentwicklung setzt voraus, Material, Oberfläche und Prozess als Gesamtsystem zu verstehen. Deshalb betrachten wir nicht nur einzelne Prozessschritte, sondern die gesamte Prozesskette von den eingesetzten Materialien über die Oberflächenchemie bis hin zu den Anforderungen der späteren Anwendung. Die Kombination aus detaillierter Oberflächenanalytik und langjähriger Erfahrung in der Entwicklung physikalischer und trockenchemischer Verfahren ermöglicht es uns, Prozesse gezielt zu optimieren und belastbare Lösungen für industrielle Anwendungen zu entwickeln.

Unser Leistungsangebot umfasst:

  1. Analyse der Ausgangssituation
  2. Bewertung von Werkstoff, Oberfläche und Prozessanforderung
  3. Auswahl geeigneter physikalischer und trockenchemischer Verfahren
  4. Entwicklung und Validierung im Labor- und Technikumsmaßstab
  5. Unterstützung bei Scale-up und Implementierung
  6. Begleitung während Serienanlauf und Produktion

Technologien für die moderne Oberflächenbehandlung

Das Fraunhofer IFAM ist in der Abteilung Plasmatechnik und Oberflächen spezialisiert auf physikalische und trockenchemische Verfahren. Je nach Aufgabenstellung kombinieren wir unterschiedliche Technologien und entwickeln eine verfahrensunabhängige Lösung für Ihre Anwendung:

Technologie vorteile anwendungsbeispiele
Plasmatechnik Plasma ermöglicht die Reinigung, Aktivierung, Modifizierung und Beschichtung von Oberflächen ohne den Einsatz aufwändiger Nasschemie. Je nach Anwendung kommen Atmosphärendruck-Plasma (AD-Plasma) oder Niederdruck-Plasma (ND-Plasma) zum Einsatz Oberflächen-Feinstreinigung, Haftvermittlungs- und Schutzschichten, Metallisierung, Kombination mit Laserprozessen
Laserverfahren Laserprozesse erlauben die gezielte lokale Bearbeitung von Oberflächen Reinigung und Strukturierung von Oberflächen, Selektiver Materialabtrag, lokale Entschichtung
VUV-Technologie VUV-Verfahren eignen sich insbesondere für die Aktivierung und Modifizierung empfindlicher Oberflächen sowie für spezielle Adhäsionsvermittlungs- und Reinigungsaufgaben Silikon-Modifizierung, Mikrostrukturierung
Vakuum-Saugstrahlen

Mechanisch-trockenes Verfahren ohne komplexe Spezialchemie, gute Reproduzierbarkeit, geeignet für Serienprozesse

 definiertes Abtragen von Schichten im Mikrometerbereich, gezieltes Einstellen von Rauheit und Topografie, Entfernen von Kontaminationsschichten
Nano-Funktionsbeschichtungen und Nanokomposite

Gezielte Funktionalisierung von Oberflächen durch nanoskalige (metallbasierte) Schichten und Nanokomposite, ohne die Bauteilgeometrie wesentlich zu verändern.

 Antibakterielle Beschichtungen, katalytisch aktive Oberflächen, Funktionalisierung für die Metallisierung von Kunststoffen
Dünnfilmbeschichtung – Plasmapolymere Unterschiedlichste Anwendungen durch Abscheidung von Plasmapolymeren (Dünnschichtsystemen - typ.  unter 1µm) zur Änderung der Oberflächeneigenschaften, ohne das Substrat zu ändern Dünnschichtsysteme für z.B.: Adhäsions-/Haftvermittlung, Trennschicht, Alterungsschutz, Korrosionsschutz, dauerhafte Hydrophobie

Oberflächen- und Prozessanalytik am Fraunhofer IFAM

Ein Kern unseres Angebots ist die Inhouse-Analytik, mit der wir Prozesse auf molekularer Ebene verstehen und optimieren können:

  • Chemische Oberflächenanalytik: Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen im Fraunhofer IFAM
  • Analyse von Hilfsstoffen und Prozessmitteln: z.B. Reiniger, Primer, Strahlmittel, um deren Einfluss auf den Prozess zu verstehen
  • Analytik von Prozessabfolgen: Bewertung, wie sich einzelne Vorbehandlungs- und Prozessschritte gegenseitig beeinflussen, inkl. nasschemischer Schritte
  • Prüfung der Langzeitbeständigkeit: Klimatische Alterung unter definierten Bedingungen (inhouse möglich)
  • Kompatibilitätsanalysen: Verträglichkeit zu vor- und nachgeschalteten Prozessen (z.B. Kleben, Lackieren, Beschichten)

Unterstützung für QM, Einkauf und Anlagenplanung

Neben der technischen Prozessentwicklung unterstützen wir Sie auch bei der organisatorischen und dokumentarischen Umsetzung:

  • Erstellung von Lasten- und Pflichtenheften für Anlagenhersteller und Lieferanten
  • Unterstützung bei Spezifikationen für Materialien und Prozessparameter
  • Feintuning der Produktion, inklusive Überführung von Laborparametern in die Serienfertigung
  • Einführung und Auswahl von Prozess-Inline-Analytik zur Qualitätskontrolle
  • QM-konformes Monitoring und Prozessdokumentationen (z.B. für Automotive, Luftfahrt oder Medizintechnik)

Für wen ist unser Angebot besonders relevant?

Die Leistungen richten sich an Unternehmen und Projektteams, die neue Oberflächenprozesse entwickeln oder bestehende Prozesse verbessern möchten. Besonders relevant ist dies für

  • Prozessentwickler
  • Projektingenieure
  • Produktverantwortliche
  • Anlagenhersteller
  • Hersteller von Hochleistungs- und Funktionsoberflächen

in Branchen mit hohen Anforderungen an Adhäsion, Reinheit, Funktion und Reproduzierbarkeit.

Wie läuft eine Zusammenarbeit mit uns ab?

Jedes Projekt ist anders – abhängig von Aufgabenstellung, Materialien und Zielsetzung. Dennoch hat sich in der Praxis ein strukturierter Ablauf bewährt, der Transparenz schafft und eine zielgerichtete Prozessentwicklung ermöglicht:

  1. Kontaktaufnahme mit kurzer Beschreibung Ihres Anliegens (Fehlerbild, Ziel, Rahmenbedingungen)
  2. Erstgespräch zur Klärung von Zielsetzung, Randbedingungen und möglichen Vorgehensweisen
  3. Konzeption eines Analyse- und Entwicklungspakets – von der Fehleranalyse bis zur kompletten Prozessentwicklung
  4. Proof-of-Concept am Fraunhofer IFAM und/oder bei Ihnen vor Ort
  5. Auswertung, Handlungsempfehlungen und Begleitung bei Umsetzung und Schulung

Sprechen Sie uns gerne an. Ganz gleich, ob Sie bestehende Prozesse optimieren, neue Materialien qualifizieren oder eine neue Oberflächenbehandlung entwickeln möchten – wir unterstützen Sie mit analytischer Expertise, langjähriger Erfahrung und praxisnaher Prozessentwicklung. Unser Ziel sind robuste und reproduzierbare Lösungen, die sich zuverlässig in Ihre Fertigung integrieren lassen.