Ultraschallrastermikroskopie für Grüne Technologien und Digitalisierung

Karriere 08. 08. 2021
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Materialwissenschaft der Hochschule Aalen baut Zusammenarbeit mit Firma PVA TePla aus

Die Nachhaltigkeit im Fokus: Energieeffiziente Elektromobilität benötigt Leichtbaukonstruktionen mit immer dünnwandigeren und hochkomplexen ­Materialkombinationen. Mit dem neuen Ultraschallrastermikroskop der PVA TePla GmbH können Forschende der Hochschule Aalen ab sofort einen Blick ins Materialinnere werfen und die Forschung für Grüne Technologien weiter vorantreiben. Auch Materialien für die Digitalisierung sind im Visier.

Im Zentrum Technik für Nachhaltigkeit (ZTN), einem der beiden neuen Forschungsgebäude der Hochschule Aalen, wurde das Ultraschallrastermikroskop jetzt in Betrieb genommen. Mit dem neuen Gerät werden nach Aussage von Prof. Silvia Schuhmacher, Leiterin des Ultraschalllabors und Studiendekanin des Masterstudienganges Angewandte Oberflächen- und Materialwissenschaften, schnelle und hochauflösende Prüf- und Charakterisierungsverfahren entwickelt und eingesetzt für die Forschung an Materialien der Zukunft. Hierbei sei eine enge bereichsübergreifende Zusammenarbeit, wie sie zum Beispiel im SmartPro-Netzwerk ermöglicht werde, sehr wichtig. Unsere Studierenden arbeiten am Ultraschallrastermikroskop mit und werden somit früh in Forschung und Industriezusammenarbeit eingebunden, so dass sie eine hochqualifizierte und praxisrelevante Ausbildung erhalten, so Prof. Silvia Schuhmacher.

Einsatz bei SmartPro – Energieeffizienter Leichtbau

Leichtbaukonstruktionen für Grüne Techno­logien erfordern immer dünnere Bauteilgeo­metrien und innovative Fügeverfahren unter­schiedlicher Materialkombinationen, deren Sicherheit dennoch gewährleistet sein muss. Für die Fertigungsüberwachung des Druck­gießverfahrens sind Prof. Lothar Kallien zufolge, Leiter des Teilprojekts Leichtbau im SmartPro-Netzwerk und Leiter des Gießereilabors der Hochschule, hochauflösende und vor allem schnelle Prüfverfahren gefragt. Die sehr kurzen Zykluszeiten des Aluminium-Druckgießverfahrens ließen sich dadurch ideal mit den ebenfalls sehr kurzen Prüfzeiten des Ultraschallverfahrens kombinieren. Prof. Harald Riegel, Leiter des LaserApplikationsZentrum (LAZ) der Hochschule, fügt hinzu: Wir funktionalisieren mit dem Laser Oberflächen und können nun deren mikroskopische Eigenschaften noch besser quantifizieren, was uns vermutlich einen erheblichen Erkenntnisgewinn für die Forschung bringen wird.

Einsatz für ­Materialografie und Digitalisierung 

Neueste Entwicklungen in der GHz-Sensorik der Ultraschallmikroskopie ermöglichen erstmals die Nutzbarmachung dieser Technik für die materialografische Praxis. Im Hinblick auf die Vermeidung von Chemikalien und den Einsatz im produktionsnahen Umfeld bietet die Ultraschallmikroskopie hohes Potential für die Gefügecharakterisierung der innovativen Materialsysteme der Zukunft.

Auch an Power-Modulen soll geforscht werden. Das sind vereinfacht gesagt Mikro-Chips, die zum Beispiel in Elektroautos oder Windkrafträdern große Ströme steuern und damit wichtig für die Digitalisierung und Industrie 4.0 sind. Wo große Ströme fließen, besteht nach Aussage von Prof. Schumacher Überhitzungs- und damit Brandgefahr. Mit Ultraschallrastermikroskopie werde die Sicherheit von Power-Modulen untersucht, Ablösungen funktioneller Schichten im Nanometerbereich könnten nachgewiesen werden.

Firma PVA TePla ist Technologieführer

Das neue Gerät der Hochschule Aalen kommt von der 2004 in Aalen gegründeten PVA TePla Analytical Systems GmbH, die mittlerweile über eine herausragende Positionierung im Halbleitermarkt verfügt. Unser Metrologie-Geschäft ist in den vergangenen Jahren jedes Jahr zweistellig gewachsen und wir sehen auch in Zukunft herausragende Perspektiven, sagt Dr. Peter Czurratis, Geschäftsführer PVA TePla Analytical Systems. Das Unternehmen erwirtschaftet ihm zufolge momentan am Standort Westhausen mit 60 Mitarbeitern einen Umsatz von über 20 Millionen Euro, 50 Prozent der Anlagen würden nach Asien geliefert, 25 Prozent in die USA und 25 Prozent verblieben in Europa. Auch bei der Qualitätsprüfung von Hightech-Materialien für industrielle Anwendungen bieten sich nach Aussage von Czurratis durch die weiter deutlich steigenden Materialanforderungen sehr gute Wachstumsmöglichkeiten. Das Geschäft werde in den nächsten Jahren weiter expandieren. Deshalb freuen wir uns auch, dass mittlerweile zahlreiche Absolventinnen und Absolventen der Hochschule Aalen in hochqualifizierten und verantwortungsvollen Positionen in unserer Firma arbeiten, sagt Dr. Peter Czurratis.

Strategische Partnerschaft ­zwischen Hochschule und Industrie

Wie Prof. Gerhard Schneider, Rektor der Hochschule Aalen, erläutert, arbeiten die Hochschule Aalen und PVA TePla bereits seit mehreren Jahren in Kooperationsprojekten zu den Themen Mikroskopie und Künstliche Intelligenz erfolgreich zusammen. Diese strategische und langfristig angelegte Partnerschaft befruchte beide Partner. Dr. Czurratis sieht durch die Kooperation von PVA TePla mit der Hochschule Aalen für beide Partner in hohem Maße Entwicklungsimpulse. Der Zugang zu Proben neuer Materialsysteme und deren funktionalisierten Oberflächen ermögliche PVA TePla die frühzeitige Suche nach Lösungsansätzen für die zerstörungsfreie Qualitätsüberwachung dieser wichtigen Materialsysteme in der späteren Fertigung. Die Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz ermögliche die Einbindung neuer zukunftsweisender Algorithmen für die vollautomatische Inspektion von Wafern und Power-Modulen. Bereits in diesem Jahr würden vollautomatische Inspektionssysteme mit Künstlicher Intelligenz als integralem Bestandteil ausgeliefert. Ein weiterer fester Bestandteil der Entwicklungsaktivitäten mit der Hochschule betrifft Czurratis zufolge den Bereich Elektronik. Hier würden Konzepte und Komponenten für die nächste Generation von Ultraschallsystemen entwickelt.

Im SmartPro-Netzwerk, in dem mittlerweile über 60 Partner zusammenarbeiten, ist PVA TePla nach den Worten von Dr. Kristina Lakomek, Managerin des SmartPro-Netzwerks, von Anfang an mit dabei. In Phase II habe die Firma ihr Engagement in der Partnerschaft sogar erheblich verstärkt. Die nun erfolgte Einrichtung des Labors für Ultraschallmikroskopie im neuen Forschungsgebäude ZTN ist eine konsequente Vertiefung und Erweiterung dieser erfolgreichen Partnerschaft.

Blendende Berufsaussichten für qualifizierte Absolventinnen und Absolventen 

In den zukunftsträchtigen Feldern rund um Grüne Technologien und Digitalisierung haben Studierende der Materialwissenschaften hervorragende berufliche Perspektiven als zukünftige Fach- und Führungskräfte. Innovative Materialsysteme sind Schlüsseltechnologien für die ökologische Zukunft und für die Digitalisierung. Der Aufbau einer von Asien unabhängigen Mikro-Chip-Kompetenz und -Fertigung in Europa wird im Rahmen der Digitalisierungsstrategie von ­Bundespolitik und EU massiv vorangetrieben, so dass sich hier hervorragende Berufsaussichten bieten.

Text zum Titelbild: Reinraum der Firma PVA TePla Analytical Systems GmbH in Westhausen (Foto: PVA TePla)

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