Strahlsimulation (Raytracing)

Licht im computergestützten Modell simulieren

Bei der Strahlenverfolgung geht es nicht nur darum, den beleuchteten Raum abzubilden. Der Raytracing-Algorithmus erlaubt es auch, Rückschlüsse auf die Intensitätsverteilung des Lichts zu ziehen. Für die Entwicklung von 3D-Computerspielen bedeutet dies, dass die Beleuchtung von 3D-Objekten und Schattenwürfe äußerst realistisch dargestellt werden können. Indessen macht sich die Oberflächentechnik diese Technologie zunutze, indem sie Lichtintensitätsverteilungen im dreidimensionalen Raum bei Verwendung von Volumenstrahlern, komplexen Lampenanordnungen oder Bauteilgeometrien berrechnet. Bestrahlungsanordungen können so optimiert und notwendige Bestrahlungsdosen genau errechnet werden.

Simulation von VUV-Vorbehandlungsprozessen für das Kleben und Lackieren

Bei der industriellen Klebung und Lackierung werden VUV-Lichtquellen häufig zur Vorbehandlung von Oberflächen eingesetzt. Um die dafür benötigten Bestrahlungsanlagen optimal zu konzipieren, simulieren die Expertinnen und Experten am Fraunhofer IFAM diese VUV-Vorbehandlungsprozesse mithilfe der Strahlenverfolgungstechnologie.

Excimerlampen oder Hg-Niederdruckstrahler werden dabei als Volumenstrahler dargestellt. Materialparameter wie Absorptionsquerschnitte an sauerstoffhaltiger Arbeitsatmosphäre und transparenten Materialien können ebenso berücksichtigt werden wie die Reflexionseigenschaften eingesetzter Oberflächen. Als Ergebnis lassen sich aus den Bestrahlungsstärken Prozessparameter wie Bestrahlungsdauer oder -geschwindigkeit vorhersagen.

Auslegung von UV-Bestrahlungsanlagen zur Desinfektion von Oberflächen

Aktuell werden am Fraunhofer IFAM die Möglichkeiten erforscht, Oberflächen mit UV-Licht gegen Viren (auch Corona bzw. Covid 19-Viren) und Bakterien zu desinfizieren. Zu denken ist an die Desinfektion von Masken, aber auch an eine Anwendung in Annahme- und Ausgabestellen von Krankenhäusern, um beispielsweise Pakete und Waren zu desinfizieren.

Für die Auslegung solcher UV-Bestrahlungsanlagen kommt Strahlung bei 254 nm einer Quecksilberlampe zum Einsatz. Mit Kenntnis der notwenigen Dosen zur Inaktivierung der Viren lassen sich mit dem »Raytracing« die Bestrahlungsdauer und optimale Lampenanordnung in Abhängigkeit der Lampenanzahl oder -geometrie durch Simulation bestimmen.

Die Oberflächentechnik ist eine Kernkompetenz des Fraunhofer IFAM. Die Arbeitsgruppe »VUV-Technik« von Dr. Christopher Dölle erforscht den Einsatz von Lichtquellen in der Oberflächenbehandlung. In der Abteilung »Plasmatechnik und Oberflächen« verfügt die Gruppe über umfassendes Know-how und neueste Technologien der Oberflächenbehandlung. Die Anwendungsfelder reichen vom Automobilbau, über die Flugzeugherstellung bis hin zur Medizintechnik.