F&E Projekte

Self-Adjusting Plasma Process Control Unit (SappCU)

Ziel des Projektes ist die Entwicklung, Implementierung und Verifizierung der selbstregulierenden Regelung eines Prozesses zur plasmagestützten Oberflächenhärtung metallischer Komponenten basierend auf der laseroptischen Messung der plasmaaktivierten Gaszusammensetzung. Innovativ ist hierbei der prozessbegleitende Einsatz der Laser-Absorptionsspektroskopie zur nicht invasiven, in-situ Messung der plasmaaktivierten Gaszusammensetzung innerhalb des Plasmareaktors, sowie die auf der Basis der erfassten Sensordaten angestrebte Neuentwicklung eines Regelalgorithmus des Plasmaprozesses.
Die gemeinsamen Entwicklungen zielen darauf ab eine neuartige Regelungseinheit zur Verfügung zu stellen, die eine zuverlässige selbstregulierende Plasmaprozessführung ermöglicht, wobei die Lösung auch auf beliebige andere plasmabasierte Reaktoren skalierbar ist. Die entwickelte Regelungseinheit eröffnet die Möglichkeit der Etablierung neuer, moderner Anlagenkonzepte sowie Prozesstechnologien zur effizienten und ressourcenschonenden Oberflächenhärtung metallischer Komponenten.

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FörderprogrammZentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
FörderkennzeichenKK5451301BR2

 
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INnovatives plasmanitrieren durch dynamische PROzesskontrolle mittels optischer Frequenzkämme (InPro-F)

Mit Nitrier- und Nitrocarburierverfahren wird industriell die Härte, Verschleiß- und Dauerschwingfestigkeit von metallischen Oberflächen verbessert. Gängige Praxis ist bisher aufgrund der einfacheren Handhabung das Gasnitrieren mit einem Anteil von etwa 93% des globalen, jährlichen Umsatzes von Anlagen. Das in Bezug auf Umweltbelastung, Ressourcenausnutzung und Flexibilität hinsichtlich behandelbarer Materialien wesentlich günstigere Verfahren des Plasmanitrierens hat bisher nur eine geringe Marktakzeptanz. Wesentliche Gründe dafür liegen in der bisher fehlenden kennzahlgesteuerten Prozessführung. Die Bereitstellung einer dynamischen Prozesssteuerung basierend auf in situ Messwerten kann den dafür gesuchten Technologiesprung beim Plasmanitrieren darstellen. Mit der Laserabsorptionsspektroskopie im mittleren Infrarot-Spektralbereich steht eine Messtechnik zur Verfügung, um Konzentration prozessrelevanter Moleküle in situ zu erfassen und für eine Prozesssteuerung bereitzustellen.
Der in der Kooperation verfolgte Lösungsansatz basiert auf einer neuartigen Laserklasse, einem optischen Frequenzkamm. Hierfür erforderliche neue Techniken und innovative Komponenten wurden im Rahmen von Inpro-F entwickelt. Das Projektergebnis ist ein Demonstrator eines optischen Mess- und Regelsystems, das zur Prozesssteuerung eines plasmagestützten Nitrier- bzw. Nitrocarburierprozesses unter industriellen Bedingungen geeignet ist.

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FörderprogrammKMU-innovativ
Förderkennzeichen13N14946

 
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mittel-infrarot-system mit LEVEl-crossing chirp-Spektroskopie in quantenkaskaden-lasern (LEVES)

Das Kooperationsprojekt LEVES zielt auf die Entwicklung eines neuartigen kompakten Mid-IR-Prozessüberwachungssystems für die in-situ Prozessüberwachung in der Halbleiterindustrie, Plasmaprozessdiagnostik, Umwelt- und Abgasüberwachung ab. Sein Kern ist ein kosteneffizienter Fabry-Perot-Cavity-Quantenkaskadenlaser (FP-QCL) mit einem innovativen, bahnbrechenden Ansatz für maßgeschneiderte gechirpte Emission mit einem spektralen Abstimmungsbereich von 20 cm-1. Dieses Gerät ist ein Umbruch in der Spektroskopieindustrie und war bislang auf dem Weltmarkt nicht erhältlich. Dank seiner breiten Abstimmbarkeit deckt es breite und sich überschneidende Absorptionsmerkmale mehrerer chemischer Verbindungen abdecken, so dass die Systeme jedes Molekül durch Spektralanalyse quantifizieren können.
Dank dieser Eigenschaften ist die neuartige Laserquelle für die Integration in kompakte Gasanalysatoren geeignet, die in einer Vielzahl von Branchen relevant sind (Halbleiterprozesse, Überwachung von Autoabgasen, Emissionen von Biogasanlagen und Erdgasanalysatoren, Überwachung von Industrieemissionen usw.). Damit bietet das neue Spektroskopiesystem eine noch nie dagewesene Leistung im Vergleich zu den bis dato auf dem Markt verfügbaren Lösungen.

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FörderprogrammEurostars
Förderkennzeichen12309

 
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MEMS based photothermal SPECtrometer for PROtein and dna analysis for laboratory and production (MEMSpecPro)

Zur Bereitstellung einer Lösung für die Analyse von wenigen Nanoliter-Proben teurer Bioproben, wie DNA und Proteine, wurde in Zusammenarbeit zwischen Fourien Inc, neoplas control GmbH und Fraunhofer IAF im Rahmen des MEMSpecPro Projektes ein MEMS-Mikrochip-basiertes entwickelt. Dabei entwirft und entwickelt der kanadische Partner Fourien Inc. die MEMS-Mikrochips (mikrofluidischer Cantilever), die Optik für das Spektrometer, sowie die Software zur Ansteuerung und Datenverarbeitung. Um die MEMS-Mikrochips für die spektroskopische Aufgabe einsetzen zu können, wurde in Zusammenarbeit der deutschen Partner neoplas control GmbH und Fraunhofer IAF eine speziell adaptiertes Infrarot-Lasermodul entwickelt und für die Systemintegration bereitgestellt. Im Projektergebnis konnte erfolgreich die Leistungsfähigkeit dieser modularen Lösung gezeigt werden.

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FörderprogrammZentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
FörderkennzeichenZF4602101BA8

 
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Mid InfraRed Innovative lasers For Improved SENSor of hazardous substances (MIRIFISENS)

Der mittlere Infrarotbereich (MIR) ist der bevorzugte Wellenlängenbereich für eine Reihe von Anwendungen, einschließlich hochempfindlicher Spurengasdetektion, Überwachung chemischer Emissionen, Prozesskontrolle und biologischer Sensoren. Im Bereich der MIR Laserquellen galt es noch weitere technologische Fortschritte zu erarbeiten, wobei die Abstimmbarkeit, der Platzbedarf, der Stromverbrauch und die Energieumwandlungseffizienz entscheidende Merkmale im Hinblick auf die spezifischen Anwendungsfelder bilden. Im MIRIFISENS Projekt wurden modernste Mikro- und Nanofabrikationstechniken eingesetzt, um die notwendigen technologischen Fortschritte bei den Themen Empfindlichkeit, Selektivität, Multigasfähigkeit, Kompaktheit, Effizienz und Kosten voranzutreiben.
Im Rahmen der Arbeiten im MIRIFISENS Projekt wurden damit die Grundlagen für eine neue Klasse von Sensoren mit überlegener Abstimmbarkeit, besserer Tragbarkeit und erweiterten Detektionsmöglichkeiten geschaffen und damit die Landschaft der chemischen MIR-Spektroskopie grundlegend verändert.

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FörderprogrammFP7
Förderkennzeichen317884

 
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