Prozess- und Systemsimulation

Die Simulation der verschiedenen Systemkomponenten und Bearbeitungsprozesse ist wesentlicher Bestandteil der Kompetenzen der Institute des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces. Erst durch eine umfängliche Simulation in Kombination mit einer tiefgehenden Analytik mit hoher Zeit- und Ortsauflösung lassen sich die verschiedenen Effekte und Einflussgrößen eines Bearbeitungsprozesses verstehen. Darüber hinaus dienen Simulationsmodelle der Verkürzung von Prozessketten in der Auslegung neuer Verfahren bzw. in der Übertragung der Verfahren auf verschiedene industrielle Anwendungsbereiche.

Dabei lassen sich die Simulationen unterteilen in:

• Laser- und Optiksimulation
• Werkstoffsimulation
• Simulation von Beschichtungsprozessen
• Simulation von Laser-Fertigungsprozessen

Für die Simulation der Laser- und Optiksysteme verfügen die Institute Fraunhofer IOF und Fraunhofer ILT über ein breit gefächertes Portfolio unterschiedlichster Simulationsprogramme. Hinzu kommt die hohe Kompetenz im Optikdesign, mit der optische Systeme mit einem Höchstmaß an Integrationsdichte und mit minimaler Anzahl optischer Komponenten ausgelegt werden können. Die Simulation umfasst dabei einfache Raytracing-Aufgaben bis hin zu komplexen, wellenoptischen Berechnungen.

Im Bereich der Werkstoffmodellierung bieten die Institute vielfältige Dienstleistungen an, so z. B. die Materialsimulation bei Legierungs- und Schichtentwicklungen, die Auslegung von Wärmebehandlungen, Diffusionsbehandlungen wie z.B. Nitrieren oder Borieren von Legierungen, Aufkohlen von Stählen, Homogenisierungsglühen von komplexen Legierungen bzw. Schichten sowie die Auflösung von Karbiden während der Austenitisierung.

Für die Beschichtungstechnik verfügen die Institute Fraunhofer IST und Fraunhofer FEP über ein umfassendes Simulationsverständnis. Dabei werden vor allem Niederdruck-Beschichtungsverfahren (Magnetronsputtern, Ionenstrahlsputtern, Verdampfen, Heißdraht-CVD und plasmaaktiverte CVD) simuliert und daraus ein erweitertes Prozessverständnis gewonnen. Zur Modellierung des Gas- und Teilchentransports im Niederdruckbereich kommen unterschiedliche Methoden wie die »Direct Simulation Monte Carlo« (DSMC)- oder die »Particle-in-Cell Monte-Carlo« (PIC-MC)-Technologie zum Einsatz. Das Angebot umfasst die Durchführung von Simulationsstudien zur Optimierung von Prozessen und Beschichtungsquellen sowie die Bereitstellung kundenspezifischer Simulationstools, die als Software lizensiert werden kann.