Unser Fokus: Nachhaltigkeit in der Produktion

Ressourcenschonende Halbleiterproduktion und energieeffiziente Konsumgüter

Im Forschungsprojekt »GREEN EPITAXY« entwickeln wir gemeinsam mit unseren Projektpartnern eine Prozesskette zur Herstellung von WBG-Halbleitern. Forschungsgegenstand ist die Niedertemperaturepitaxie (NTE): Dabei wird die Prozesstemperatur durch die Verwendung eines intelligenten Plasmas von mehr als 1000 Grad auf 300 Grad abgesenkt. Der Prozessgas- und Energieeinsatz kann um rund 90 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren reduziert werden, ohne die Kristallqualität zu beeinträchtigen. Auf toxische Gase kann sogar vollständig verzichtet werden.

Ziel: Ein neues Produktionsverfahren für Halbleiter in Eurpoa

Das Ziel des Projekts ist es, die wissenschaftliche Grundlage zu schaffen, um die Niedertemperaturepitaxie als Standardverfahren zur Produktion von Wide-Bandgap-Halbleitern zu etablieren. Das Fraunhofer IPT entwickelt mit seinem Know-how in der Laser- und Automatisierungstechnik sowie der Glasumformung die Bausteine zum Gelingen des Vorhabens über die gesamte Prozesskette hinweg. Die Beiträge des Fraunhofer IPT reichen von der Vorbearbeitung der Wafer durch Laserstrukturieren über die Automatisierung der Prozesse bis hin zu nachgelagerten Prozessschritten wie der Verkapselung.

Umweltschonende und materialsparende Hybridfertigung in der Metallverarbeitung

Im EU-Projekt »DIAMETER« arbeiten wir mit internationalen Partnern aus Industrie und Forschung an hybriden Fertigungssystemen für eine Kreislaufwirtschaft in der metallverarbeitenden Industrie. Die Integration von additiver Fertigung und ergänzender Frästechnologie in einem hybriden Produktionssystem erlaubt eine besonders materialsparende und kreislauforientierte Herstellung von Metallbauteilen.

Ziel: Fertigung ohne lange Wege

Ein Ziel des Projekts ist es, den CO₂-Fußabdruck in der Fertigung zu senken: Indem Bauteile vor Ort im Unternehmen additiv gefertigt statt zentral produziert und transportiert zu werden, lässt sich die Ersatzteilfertigung erleichtern und Transportwege reduzieren.

Durch den schichtweisen Materialaufbau in der additiven Fertigung können anspruchsvolle Bauteilgeometrien mit Hohlräumen und filigranen Strukturen gefertigt werden. Das kann den Materialausschuss verringern und ermöglicht eine hohe Designflexibilität in der Bauteilkonstruktion. Designkriterien wie Langlebigkeit, Reparierbarkeit und Recycling stehen schon bei der Entwicklung von Komponenten im Fokus des Projekts, und ermöglichen es, den gesamten Lebenszyklus des Endprodukts im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zu gestalten.

Umweltauswirkungen alternativer Herstellungsprozesse in der Luftfahrtindustrie beziffern

Im EU-Projekt »Clean Sky 2« haben Forschende des Fraunhofer IPT die LCA auf Triebwerkskomponenten für die Luftfahrt angewandt und so die Ressourcen- und Energieverbräuche in verschiedenen Phasen des Produktlebenszyklus ermittelt. Nachhaltigkeitsindikatoren von Produktions- und Prozessketten ermöglichen es, die Auswirkungen alternativer Herstellungsprozesse zu beziffern, ihre Effizienz zu bestimmen und den Einsatz von »Green Materials« zu bewerten. Auf Grundlage der Material- und Werkzeugauswahl sowie der Bearbeitungsstrategie können im Fräsprozess bis zu 50 Prozent des ökologischen Fußabdrucks eingespart werden.

Methodik

• Definition alternativer Prozessketten für Triebwerkskomponenten wie Integralverdichterrotoren (»Blisks«)
• Erhebung von Daten zum Energie- und Ressourcenverbrauch entlang der Prozesskette
• Folgenabschätzung der alternativen Produkte und Prozessrouten

Ergebnis

• Reduktion des ökologischen Fußabdrucks einschließlich des Kohlenstoff-Fußabdrucks um 30 bis 50 Prozent für Fräsprozesse auf der Grundlage der Materialauswahl, Bearbeitungsstrategien und Werkzeugauswahl.