Exakte Positionierung: Mikroskoptische mit Kobalt-Samarium beschichteten Metallbändern

Herr Dr. Bandorf, Sie forschen an hartmagnetischen Schichten für die Mikroskopie. Wie kam es zu diesem Projekt?

Ralf Bandorf: Wir haben nach einer Vakuumbeschichtungstechnologie gesucht, die sich eignet, Magnetschichten als Dünnschichten abzuscheiden. Das Problem bei der klassischen Vakuumbeschichtung ist, dass vielfach ein Magnetfeld für die Schichterzeugung genutzt wird, das aber durch magnetische Materialien kurzgeschlossen wird. Dadurch wird in vielen Fällen bei magnetischen Materialien die Abscheiderate sehr gering. Zu diesem Thema arbeiten wir gemeinsam mit der TU Braunschweig intensiv seit mehreren Jahren zusammen. Bereits 2005 haben wir für verschiedene Magnetmaterialien erste Versuche gemacht. 2013/2014 kam dann die Firma ITK Dr. Kassen auf uns zu, weil sie magnetische Positioniersysteme statt optischer Positioniersysteme für ihre Mikroskoptische verwenden. So kam es, dass wir hier am Fraunhofer IST hartmagnetische Kobalt-Samarium-Schichten für magnetische Maßstäbe entwickeln. Diese stellen wir als Bänder her, die in den Mikroskoptischen verbaut werden. Zusammen mit Sensoren und einem speziellen Algorithmus erhöht sich so die Positioniergenauigkeit des Mikroskoptisches. Biologisches Material wie Zellen können sich bewegen, daher muss man Positionen bis auf den Mikrometer präzise anfahren können.

Wie genau funktionieren die Bänder in den Mikroskoptischen?

Bandorf: Wir bringen auf zunächst unmagnetischen Metallbändern Kobalt-Samarium-Schichten auf. Diese haben dann eine bestimmte Struktur. Man hat dann einen magnetischen Streifen, auf dem ein Signal oder eine Struktur aufgeschrieben wird, die man dann mit einem Lesekopf erfassen kann. Ganz ähnlich wie zum Beispiel Videokassetten funktioniert haben. Aufgrund der Codierung, die vorliegt, kann man dann ein absolut messendes System beschreiben. So kann man sich genau orientieren, wo man auf dem Mikroskoptisch ist und Positionen bis auf fünf Nanometer genau anfahren.

Können die Bänder auch nachträglich für weitere Produkte verbaut werden oder war es eine spezielle Anwendung für diese eine Firma?

Bandorf: Grundsätzlich können die Bänder auch für andere Anwendungszwecke verwendet werden. Letztendlich ist es ein Metallstreifen, der eine magnetische Schicht aufweist, den man nach Belieben beschreiben und anwenden kann. Gemeinsam mit dem Industriepartner ITK Dr. Kassen testen und bewerten wir weitere Anwendungsmöglichkeiten und planen die Vermarktung.

In der Pressemitteilung wurde betont, dass die Bänder besonders nachhaltig seien. In welchem Sinne?

Bandorf: Wir haben hier eine Platte aus einem Magnetmaterial und reines Argongas und keine weiteren Abfallstoffe. Der Herstellungsprozess ist deutlich umweltverträglicher als andere Verfahren. Zudem ist das Gesamtsystem an sich ist robust gegen Störungen.

Sie forschen im Labor und können vermutlich nur kleine Stückzahlen der Magnetbänder herstellen. Wie sieht es aus, wenn man an die industrielle Herstellung denkt? Wie schätzen Sie die Kosten ein?

Bandorf: Als Fraunhofer-Institut betreiben wir angewandte Forschung und verfügen neben Labor- und Versuchsanlagen auch über industrielles Equipment, sodass wir auch den Weg zur Skalierung unserer Technologie bereiten können. Aktuell stellen wir kleine Stücke her. Wir reden da von einigen Metern. Es ist aber möglich, die Magnetbänder auf Rollen zu wickeln. Hier haben wir bereits erste Ansätze und Lösungen. Vom Grundprinzip ist es so: Man braucht eine bestimmte Materialdicke, damit durch über das Magnetband ein Signal kommt. Das Kobalt-Samarium, das wir verwenden, ist nicht das billigste Material. Deshalb muss man bei industriellen Anwendungen schon mit Augenmerk schauen, für welche Anwendungen es sich vom Kosten-Nutzen-Prinzip lohnt. Wir forschen natürlich auch mit Partnern weiter an alternativen, preisgünstigeren Materialien. Bisher liefern diese aber nicht die geforderte Präzision. Hier ist ein tiefgehendes Verständnis zwischen Materialeigenschaften und Prozessparametern erforderlich. Das von uns entwickelte Verfahren ist bereits heute serientauglich und für die industrielle Produktion und auch für große Stückzahlen geeignet.