Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Virtuelle Beschichtungsanlage für industrielle Anwendungen

Due to increasing demands on size, throughput and precision in the fabrication of smart products, simulation methods are gaining in relevance in the development of coating processes. Nowadays, the increasing availability of high performance computing hardware enables simulation of the deposition process dynamics as well as film growth mechanisms on atomistic scale.

The proposed project VICIA is a cooperation between University of Namur and CRM Group in Belgium as well as Laserzentrum Hannover e.V. and Fraunhofer IST in Germany. Based on TiO2 and SiO2 as coating materials of interest, it realizes the above mentioned multi-scale simulation framework while addressing metal working industries in Belgium and optical precision coating technology in Germany.

In a previous Cornet project CAPRICe such a concept of a »virtual coater« (virtual coater is a registered trademark of the University of Namur) has been set up and successfully validated on several experimental research coating facilities. In VICIA, the virtual coater will be made ready for application in industrial deposition technology, and participating SMEs will be involved in the application of the simulation tools.

Novel topics of interest to be elaborated in VICIA are coatings on moving 3D substrates such as lenses or eyeglasses as well as modelling of the SiO2/TiO2 interface properties. Further, a simplified model of a PECVD process for coating organically modified SiO2 layers will be established where plasma ignition and diffusion of radicals are treated separately. The validity of this simplified approach will be evaluated via experiments on a test PECVD reactor installed at CRM group. The long term goal of VICIA is to establish the virtual coater as development tool in deposition technology for an increasing number of process configurations and material combinations. This requires the implementation of the industrial coating technology, which is often located at the SMEs, into the virtual coater.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel von VICIA ist die gemeinsame Erstellung eines digitalen Zwillings für PVD- und PECVD-Beschichtungsprozesse, der sowohl die Prozess- als auch die Schichtwachstumsdynamik beschreibt. Die bei den Partnern bestehenden, komplementären Softwaretools wurden weiterentwickelt, und es wurden an verschiedenen Beschichtungsanlagen validierte Demonstrationsfälle erarbeitet. Insbesondere wurden folgende Ergebnisse erzielt:

- Softwaretool zur schnellen Modellierung des Beschichtungsprofils auf bewegten 3D-Substraten (IST)

- Verbessertes Softwaretool zur Parametrierung und Durchführung von MD-Simulationen von Metalloxiden (LZH)

- Softwaretool zur Durchführung von kMC-Simulationen des Schichtwachstums von Metalloxiden (UNamur)

- Demonstrationscase EOSS zur modellgestützten Optimierung der Beschichtung optischer Filter auf Linsen (IST)

- Demonstrationscase Navigator (IBS), modellgestützte Analyse der Schichteigenschaften beim IBS (LZH, CEC)

- Demonstrationscase Mantis - Durchgängige Simulation des reaktiven Sputterprozesses und Schichtwachstums von TiO2 (UNamur, IST)

- Vereinfachtes Simulationsmodell zur PECVD-Abscheidung von SiOx-Schichten mit HMDSO als Prekursor (IST)

- Datensatz zur experimentellen PECVD-Abscheidung von SiOx-Schichten mit HMDSO als Prekursor (CRM)

Die weiterentwickelten Softwaretools können in industriellen Simulationsstudien zur Optimierung der Beschichtungsprozesse eingesetzt oder von Industriepartnern im Rahmen von Lizenzvereinbarungen selbst genutzt werden. Mit dem Multiskalen-Modell konnten erste Szenarien reaktiver Beschichtungsprozesse von Metalloxiden validiert werden. Der Ansatz kann demnach im Kontext der Digitalisierung industrieller Produktionsprozesse genutzt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit der Nutzung der Simulationstools im Rahmen von Vorlesungen und Schulungen.