Beschichtungssimulation

Die Digitalisierung hat längst in der Industrie Einzug gehalten und ist zu einem der wichtigsten Elemente der Wertshöpfung geworden. Es ist inzwischen selbstverständlich, ein Bauteil am Computer zu konstruieren und sogleich dessen Verhalten im Einsatzfall zu simulieren. Am Fraunhofer IWS beschäftigen wir uns mit der Simulation von Arc-Beschichtungsprozessen, insbesondere mit den Vorgängen auf den Verfampferkathoden, im Plasma und auf der Substratoberfläche. 

Die Brennfleckbewegung ist entscheidend für den lokalen Abtrag der Kathode. Mit geeigneten Modellen für die Brennfleckbewegung kann somit die räumliche Verteilung des Kathodenabtrags berechnet werden. Dies ist die Grundlage für eine gezielte Optimierung der Kathodenausnutzung durch Anpassung der Steuermagnetfelder. Damit können erhebliche Kosteneinsparungen und Verbesserungen der Prozessstabilität erzielt werden. 

Die Beschichtung komplexer 3D-Teile mit dem Arc-PVD-Verfahren als quasi-Sichtlinienprozess stellt eine Herausforderung bzgl. der erreichbaren Schichtdickenverteilung bzw. Homogenität dar. In der Regel wird eine aufwändige Kinematik zur Bewegung der Teile während des Beschichtungsprozesses genutzt, um eine allseitige und gleichmäßige Beschichtung zu erreichen. Gerade die Einrichtung neuer Prozesse (z. B. bei Produktwechsel) erfordert viele Testläufe zur Optimierung. Der dafür nötige Anlagen- und Personalaufwand kann durch gezielte Simulationen wesentlich verringert werden. Geeignete Modelle zur Plasmaausbreitung und zum Schichtwachstum werden im Fraunhofer IWS entwickelt. In Kombination mit den Brennfleckmodellen entstehen mächtige Werkzeuge zur Simulation des Gesamtprozesses.