09 Jul 100-%-Qualitätskontrolle an ultradünnen Barriereschichten
Dank eines optischen Sensors lassen sich funktionale Barriereschichten auf Kunststoffprodukten in Produktionsgeschwindigkeit prüfen. Der Sensor nutzt Infrarotmesstechnik, um dünne Beschichtungen von weniger als 10 nm bis 200 nm Dicke inline zu erfassen.
Plasmabeschichtungen werden beispielsweise auf Kunststoffverpackungen aufgebracht, um Lebensmittel zu schützen. Hier bewahrt eine diffusionsdichte Schicht, beispielsweise aus Silizium- oder Aluminiumoxid, Produkte wie Kaffee oder Nüsse vor äußeren Einflüssen oder Aromaverlust. Vergleichbare Dünnschichten finden sich auch bei Pharmaprodukten, in Hausgeräten, in Brennstoffzellen oder auf Fahrzeugteilen, um die Benetzbarkeit, Haftungseigenschaften oder die Oberflächenchemie zu optimieren oder um vor Korrosion zu schützen. Bisher gab es keine Möglichkeit, die Qualität von Plasmabeschichtungen inline und zerstörungsfrei zu testen. Stand der Technik ist die stichprobenartige Qualitätsprüfung mit zeitaufwendigen Laborverfahren. Der von Fraunhofer IPM entwickelte neuartige Sensor ermöglicht nun eine prozessintegrierte 100-%-Einzelteilprüfung im Produktionstakt – auch für dreidimensional geformte, komplexe Oberflächen, wie sie beispielsweise für Verpackungen typisch sind.
((ZWITI)) Kompakt und einfach zu integrieren
Die Forschenden nutzen die infrarotoptischen Eigenschaften der Beschichtungen für die Qualitätskontrolle: Die chemische Bindung zwischen Atomen kann durch Infrarotlicht der passenden Wellenlänge resonant angeregt werden. Aus der Intensität des reflektierten Lichts lässt sich die Schichtdicke bestimmen. Die Wahl der Wellenlänge hängt vom Beschichtungsmaterial ab und ist materialspezifisch konfigurierbar. Der kompakte Sensor ist circa 20 mm x 40 mm x 80 mm groß und kann somit problemlos in die Produktionslinie integriert werden. In Fertigungsprozessen können mehrere Sensoren gekoppelt werden und über Profinet und OPC-UA mit der Anlagensteuerung kommunizieren. Für einfachere Anwendungen mit Einzelsensoren stehen eine USB-Schnittstelle und eine Auswertesoftware zur Verfügung.
Ein Array von acht Sensoren wurde beim Projektpartner Plasma Electronic in eine Plasmabeschichtungsanlage integriert und getestet. Neben der dort gezeigten Anwendung in einem Batch-Prozess kann Film-Inspect auch in kontinuierlichen Verfahren eingesetzt werden. Auch die Überwachung einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage ist somit möglich.
Projekt ‚O-Kuba‘
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten fanden im Rahmen des Projekts ‚O-Kuba – Optische Prozesskontrolle für ultradünne Barriereschichten‘ statt. O-Kuba wird im Rahmen des Förderprogramms Invest BW – Innovation II durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg gefördert (BW1_1002/02). Laufzeit: 01.04.2022 – 31.07.2024; Projektpartner: Fraunhofer IPM, Plasma Electronic
Quelle und Bild: www.ipm.fraunhofer.de
