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Beschichtigungstechnologien der Zukunft Vereinte Kompetenz

Beschichtungen sind überall zu finden und aus der modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Manche davon sind offensichtlich, andere kaum zu erkennen. Dr. Pierangelo Gröning ist Leiter des Departements für ›Moderne Materialien und Oberflächen‹ sowie Präsident der Forschungskommission der Empa. Er beschäftigt sich tagtäglich mit Beschichtungen – und stand BEYOND SURFACES für ein Interview zur Verfügung.


» Vieles ist denkbar; von der Forschung bis zur Umsetzung dauert es aber.«

Dr. Pierangelo Gröning Herr Dr. Gröning, Beschichtungen weisen zum Teil vielseitige Eigenschaften auf, die unser aller Leben stark beeinflussen und verändern können. In welche Richtung entwickeln sich die Technologien denn in den nächsten Jahren?
Sehen Sie sich einmal um – alles ist beschichtet. Die Bedeutung von Beschichtungen hat sich im Laufe der Zeit sehr verändert. Sie dienen nicht nur der Ästhetik, sondern ermöglichen oft erst hocheffiziente Prozesse und zusätzliche Funktionen. Die Oberfläche steht ja meist im direkten Kontakt mit der Umwelt. Denken wir einmal an die Oberfläche des Menschen – die Haut: Sie schützt einerseits den Körper vor äußeren Einflüssen; gleichzeitig besteht sie aber auch aus unzähligen Sensoren, die Informationen über die Umwelt ins Innere, an unser Gehirn, weiterleiten. Für derart komplexe Vorgänge besteht natürlich in der Technik noch enormes Entwicklungspotential. Vieles ist denkbar; von der Forschung bis zur Umsetzung dauert es aber.

Und wenn wir Sie bitten, einen Ausblick in die nahe Zukunft zu wagen?
Ich könnte mir vorstellen, dass in absehbarer Zeit organische Leuchtdioden unsere Umgebung erhellen könnten. Dann werden Oberflächen um eine weitere Funktion – die des Lichts – erweitert. Beispielsweise würden dann aus Wänden großflächige Raumbeleuchtungen. Aber auch der Einsatz von organischen Leuchtdioden in biegsamen Bildschirmen ist denkbar, und natürlich noch eine Fülle von anderen Anwendungsmöglichkeiten.

INGENIA S3p

INGENIA S3p im CCC der Empa

Fakten & Zahlen

Derzeit baut die Empa am Standort Dübendorf ein Beschichtungszentrum, das ›Coating Competence Center‹ (CCC), auf. An mehreren verschiedenen Beschichtungsanlagen werden dort neue Fabrikationstechnologien entwickelt und ausgebaut. Neben anderen Industriepartnern unterstützt auch Oerlikon Balzers das CCC – mit der Plasma-Beschichtungsanlage INGENIA S3p. Wissenschaftler und Ingenieure im CCC können damit an Anlagen forschen, wie sie auch in der Industrie im Einsatz sind. Sie können Prozessschritte und Abläufe durchführen, die mit jenen in der Produktion übereinstimmen und diese gleichzeitig – dank der analytischen Labors der Empa – mit den bestmöglichen wissenschaftlichen Verfahren analysieren. Dadurch werden Erkenntnisse gewonnen, die den Aufwand für das sogenannte Up-Scaling auf Industrieanlagen für Unternehmen stark reduzieren.

Die Entwicklung neuer Beschichtungen und der dafür nötigen Prozesse ist sehr aufwändig und damit teuer. Was heißt das für die Industrie?
Der Aufwand ist in der Tat sehr hoch, weshalb die Industrie oft nicht in der Lage ist, das alleine umzusetzen. Sie sucht die Lösung also über Kooperationen, z. B. mit Hochschulen. Viele Entwicklungen müssen auf molekularem und atomarem Niveau stattfinden; dafür ist eine breite Kompetenz in verschiedenen Bereichen erforderlich. Das will und kann sich verständlicherweise kein Unternehmen leisten.

Forschung und Industrie sollten also enger zusammen arbeiten?
Ja – und das ist auch heute schon sehr oft der Fall. Von der Zusammenarbeit profitieren beide Seiten gleichermaßen. Der Schritt vom Labor bis zur Produktion ist riesig. In der Fertigung ist man mit völlig anderen Herausforderungen als im Labor konfrontiert. Den Forschungseinrichtungen fehlt es aber meist an der Infrastruktur, denn Technikumsanlagen – das sind Versuchsanlagen, die es ermöglichen, die Prozesse in Echtzeit abzubilden – sind sehr teuer. Eine Finanzierung ist also nur mit der Unterstützung der Industrie möglich.

Wie wirkt sich diese Zusammenarbeit aus?
Sie ermöglicht die frühe Gewinnung von Daten unter entsprechenden Fertigungsbedingungen und unter Einbezug des benötigten Know-hows. Das hat viele Vorteile: Beispielsweise wird die Entwicklungszeit damit enorm verkürzt, da man ein Verfahren schon frühzeitig unter realen Bedingungen testen kann. Und ist man erst einmal in der Lage, einzelne Stückzahlen in entsprechender Qualität zu fertigen, dann schafft man das auch für 100, 1’000 und viele mehr. Die Unternehmen müssen ihrerseits natürlich Interesse an einer derartigen Zusammenarbeit zeigen.

Welche Rolle spielt dabei ein Institut wie die Empa?
Die Empa ist bestrebt, Innovationen zu schaffen und trägt dazu entsprechendes Wissen und gewonnene Erkenntnisse in die Industrie. Sie erfüllt sozusagen eine Brückenfunktion zwischen akademischer Forschung und der Industrie. Das neue Coating Competence Center auf dem Empa-Areal in Dübendorf ist beispielsweise ein großer Schritt bei der verstärkten Zusammenarbeit von Forschung und Beschichtungsindustrie. In den kommenden Jahren entsteht hier in Dübendorf, auf dem Gelände eines stillgelegten Flughafens, ein Standort des ›Switzerland Innovation Park (SIP)‹, mit dem Ziel, dass Unternehmen dort ihre Forschungs- und Entwicklungsabteilungen ansiedeln können, um in enger Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern der Empa, der Eidgenössischen Technischen Hochschule ETH und anderer Institute Erkenntnisse aus verschiedenen Prozessen zu gewinnen.

Die Empa arbeitet ja mit vielen verschiedenen Unternehmen – teilweise auch solchen, die direkte Konkurrenten sind.
Das stimmt. Die Empa steht für Open Innovation – das bedeutet, Wissen aus der Forschung allen zugänglich zu machen. Die letzten Feinheiten in der Entwicklung eines Prozesses oder eines Produkts müssen dann aber beim jeweiligen Unternehmen gemacht werden. Als Empa genießen wir den Ruf höchster Professionalität – das kommt uns auch in diesem heiklen Bereich entgegen. Vertrauen spielt hier eine große Rolle und bildet die Basis für eine gute Zusammenarbeit.

Welche Vorteile hat denn eigentlich der Endverbraucher von den neuen Beschichtungstechnologien, an denen Industrie und Empa arbeiten?
Da gibt es etliche. Beispielsweise kann durch Beschichtungen die Lebensdauer eines Produkts enorm gesteigert werden. Großes Potenzial haben beispielsweise auch ›printed electronics‹, also elektronische Bauelemente, die mittels Tief-, Offset oder Flexodruckverfahren hergestellt werden. Viele Produkte könnten dadurch deutlich billiger werden. Auch im Medizinbereich ergeben sich durch Beschichtungstechnologien neue Möglichkeiten, z. B. im Einsatz von beschichteten Hochleistungskunststoffen als Implantate. Anders als herkömmliche Implantate aus Metall-Legierungen sind diese röntgenstrahlendurchlässig – so können viel einfacher als heute Untersuchungen zum Heilungsverlauf vorgenommen werden.

Was macht denn eine ›gute‹ Technologie aus?
Eine gute Technologie ist in der Lage, Bedürfnisse zu befriedigen, die man vorher noch gar nicht kannte. Ein passendes Beispiel dafür ist das Mobiltelefon. Wer hätte vor Jahren schon daran gedacht, dass es einmal wichtig wäre, jederzeit und in jeder Situation telefonieren zu können? Oder mit einem Telefon zu fotografieren? Das wurde anfangs von vielen als komplett sinnlos angesehen, heute ist es für uns alle ganz normal! Derartige Entwicklungen sind immer unabsehbar.

Was würden Sie sich denn persönlich und in Ihrer Rolle als Forschungstreibender für die Zukunft im Technologiebereich wünschen?
Mein größter Wunsch ist es, dass die Menschheit intellektuell und kulturell mit der Technologie mithalten kann. Das ist meines Erachtens äußerst wichtig. Als verantwortungsbewusster Forscher muss man sich fragen: »Was ist im Labor möglich? Und was davon sollte auch nach außen gehen?« Nehmen wir das Beispiel der Lebensverlängerung – ist das sinnvoll? Und wenn ja, für wen? Mit all unseren Forschungen und Weiterentwicklungen sind natürlich immer auch gesellschaftliche Fragen verbunden. Dieser Verantwortung müssen sich die Beteiligten bei jeder Innovation bewusst sein.

Dr. Gröning, wir danken für das Gespräch!


Hocheffiziente Prozesse

Kommentar zum Thema

Dr. Helmut RudigierDr. Helmut Rudigier, als Chief Technology Officer bei Oerlikon Surface Solutions beschäftigen Sie sich seit Jahrzehnten mit der Entwicklung neuer Schichten. Welches sind die Schwerpunkte Ihrer Arbeit?
Grundsätzlich geht es bei unseren Beschichtungen immer darum, hocheffiziente Prozesse zu ermöglichen, beispielsweise durch Verschleißschutz oder Reibungsreduktion. Dafür wird eine Oberfläche mit einer Beschichtung und allenfalls zusätzlichen Behandlungen gezielt verändert oder verbessert, um den Grundkörper vor äußeren Einflüssen zu schützen. Dr. Gröning hat im Interview die menschliche Haut erwähnt – das ist ein gutes Beispiel, denn auch sie schützt unseren Körper wie eine ›Beschichtung‹ vor Reibung oder chemischen Einflüssen und Bakterien. Unsere Schichten wirken wie die Haut: Auch sie schützen den Grundkörper vor äußeren Einflüssen und ermöglichen Anwendungen, die ohne diese Schichten nicht möglich wären.

Wie setzt Oerlikon Surface Solutions die eigenen und externe Forschungserkenntnisse um?
Unsere Beschichtungen werden unter anderem für Motorenkomponenten verwendet, wo sie die Reibung verringern – dadurch wird der Kraftstoff besser genutzt. Oder sie verlängern die Lebensdauer von Turbinen oder Industriewerkzeugen, wodurch diese effizienter eingesetzt und Ressourcen geschont werden können. Unsere neuesten Entwicklungen gehen jedoch schon einen Schritt weiter und ermöglichen zusätzliche Funktionen. Ein Beispiel dafür ist unsere ePD-Technologie, ein umweltfreundliches Beschichtungsverfahren für den Chrom-Look von Kunststoffteilen. Die ePD-Beschichtung kann unterschiedliche Farbtönungen haben, und auch licht- oder signaldurchlässig sein – damit eröffnet sie Designern, etwa im Automobilbereich, völlig neue Möglichkeiten.

Und wie sehen die Schichten der Zukunft für Oerlikon Surface Solutions aus?
Ein interessantes und attraktives Gebiet sind die sogenannten ›selbstheilenden‹ Schichten, die mechanische Beschädigungen ihrer Oberfläche selbst reparieren. Unsere Schichtmaterialien werden in Zukunft vermehrt über ›selfhealing‹- Eigenschaften verfügen. Und noch ein weiteres spannendes Feld: Zukünftig werden ein Bauteil und seine Schicht nicht mehr als zwei individuelle Komponenten angesehen, sondern das eine ist integraler Bestandteil des anderen. Sie spielen abgestimmt zusammen, und eröffnen so neue konstruktive Möglichkeiten der Materialeinsparung.

Dr. Rudigier, wir danken für das Gespräch!

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