Optische Beschichtungen sind im Alltag unsichtbar und doch allgegenwärtig: auf Brillengläsern, Displays oder Kameralinsen. Sie verhindern Reflexionen, lassen bestimmte Wellenlängen passieren oder blocken sie durch Filterwirkung ab. Technisch gesehen bestehen sie aus vielen aufeinanderliegenden künstlichen Glasschichten – jede nur wenige Nanometer dünn. Gründerin Qiaoshuang Zhang veranschaulicht: „Der Schichtaufbau lässt sich mit einem Stapel Pfannkuchen vergleichen. Nur nicht aus Mehl, Ei und Milch, sondern aus vielen etwa 100 Nanometer dünnen geschichteten transparenten optischen Materialien.“ Bislang werden diese Schichtstapel in langwierigen Vakuumprozessen hergestellt. Darin wird zunächst die Luft herausgepumpt, bevor das Produkt Schicht für Schicht im aufwendigen Aufdampfverfahren überzogen werden kann. „Der Prozess dauert mehrere Stunden, die Beschichtungsdimension ist auf die Größe der Kammer beschränkt und Materialien wie Kunststoffe können die Anlage verunreinigen“, erklärt Zhang. Das Verfahren ist wenig flexibel, die Arbeit unter Vakuumbedingungen außerdem energieintensiv und teuer. Eine Massenproduktion stößt deshalb schnell an ihre Grenzen. Es bräuchte eine ganze Halle voller Vakuumkammern, weshalb die Prozesse nur schwer skalierbar sind. Die Karlsruher Ausgründung Rheoo hat dafür eine neue Rezeptur gefunden. Statt die Pfannkuchenstapel im Vakuum zuzubereiten, drucken sie die Schichten in einem Tintenstrahldrucker aus.
Die Idee entstand während Zhangs Promotion am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT. Dort beschäftigte sie sich mit optischen Elementen für die Mikro- und Nanofabrikation. Erste Forschungsergebnisse und die positiven Reaktionen auf Industriemessen weckten Neugier – nicht nur bei ihr. „Wir haben schnell gemerkt, dass die Nachfrage einer effizienten Lösung riesig ist“, erinnert sich Zhang. Gemeinsam mit ihrem Kollegen Qihao Jin entschloss sie sich, die Forschungserfolge in die Praxis zu überführen. Mit Unterstützung des EXIST-Forschungstransfers gründeten sie 2024 Rheoo (damals noch unter dem Namen Prio Optics GmbH) und haben inzwischen eine kleine automatisierte Fertigungslinie mit Druck-Hardware aufgebaut.
Das von Rheoo entwickelte Inkjet-Verfahren erlaubt es, digitale Muster einzulesen und nur dort punktgenau zu beschichten, wo sie tatsächlich gebraucht werden. „Wir können gezielt Bereiche beschichten, flexibel strukturieren und sogar direkt auf Kunststoff oder Sensoren arbeiten – also auf Substraten, die mit Vakuumverfahren gar nicht kompatibel wären“, erklärt Zhang. Der große Vorteil: Inkjet-Druck ist längst als präzises Hochtechnologie-Verfahren etabliert – etwa bei der Herstellung von OLED-Displays, Solarzellen oder gedruckter Elektronik. Es lässt sich leicht in bestehende Fertigungslinien integrieren, ohne dass ganze Produktionsumgebungen neu aufgebaut werden müssten. Für die Industrie eröffnet das neue Freiheitsgrade: schnellere Prozesse, flexible Oberflächen, präzise Strukturen und das bei deutlich geringerem Energie- und Kosteneinsatz. Zhang bringt es auf den Punkt: „Durch das gezielte lokal begrenzte Drucken fällt kein unnötiger Abfall an und der Prozess dauert Minuten statt Stunden. Außerdem benötigt unser Verfahren deutlich weniger Energie, da wir nicht auf Vakuum angewiesen sind.“ Im Vergleich zu bisherigen Verfahren wirkt das wie ein kleiner, aber entscheidender Hebel – Nanometerarbeit mit großem Effekt.
Den Machbarkeitsnachweis hat das Gründerteam bereits erbracht. Die aktuelle Herausforderung besteht darin, die Technologie aus dem Labor in die industrielle Fertigung zu überführen. Dafür optimieren sie gerade gemeinsam mit dem Mitgründer Jan Fischer bei Rheoo ihre aufgebaute automatisierte Produktionslinie, in der Roboter die Proben zwischen Drucker und Nachbearbeitung transportieren. „Wir arbeiten derzeit an einem Zwischenschritt zwischen Forschung und vollautomatisierter Massenproduktion“, erklärt Fischer. „Das ist eine Herausforderung, weil alle Geräte perfekt zusammenspielen müssen. Unser Ziel ist es, eine reproduzierbare Qualität zu erreichen, sie messbar zu machen und die Prozesse kontinuierlich zu verbessern.“
Parallel dazu führt das Team anwendungsbezogene Machbarkeitsstudien mit Pilotkunden aus verschiedenen Branchen durch. Noch geht es um Tests und Prototypen, doch das Ziel ist klar: von der Machbarkeit in den Markt. „Wir befinden uns in intensiven Gesprächen mit unseren Partnern, um herauszufinden, wie der nächste Schritt aussieht und wie wir einen erfolgreichen Markteintritt schaffen“, sagt Zhang. Die Einsatzmöglichkeiten von einfachen Antireflex-Beschichtungen für Displays und Kameras bis hin zu komplexen Multilagen-Systemen für Sensorik, Medizintechnik oder Kommunikationstechnologie sind vielfältig. „Es gibt sehr einfache Beschichtungen mit nur einer Schicht wie ein einzelner Pfannkuchen, aber auch sehr komplizierte Varianten mit vielen Schichten, quasi ein ganzer Stapel Pfannkuchen“, beschreibt Zhang die Bandbreite. Das Team startet bewusst mit einfachen Beschichtungen für Antireflexwirkung, die sich in Kameras und Displays wiederfinden, um sich dann Schritt für Schritt zu komplexeren Systemen, wie beispielsweise Fensteranwendungen, vorzuarbeiten. „Vom einfachen Pfannkuchen zum Pfannkuchenstapel“, ergänzt Zhang mit einem Lächeln. Langfristig will Rheoo den Schritt in die Breite schaffen: in den kommenden zwei Jahren der Markteintritt, dann ein wachsendes Portfolio und stabile Einnahmen. Ob über Direktverkauf oder Lizenzmodelle – die Richtung ist klar: „Unsere Technologie kann nicht nur für bessere Bilder auf Displays oder Kameras sorgen, sondern auch einen Beitrag zu ressourcenschonender Produktion leisten – von Karlsruhe aus in die Welt“, so Zhang.
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Optische Beschichtungen schneller, flexibler und nachhaltiger herstellen – im Druckverfahren statt in Vakuumkammern
Von Smartphone-Kameras und Displays bis hin zu Fenstern, Sensoren und Laserschutzsystemen – das Anwendungsspektrum ist vielfältig
Dr. Qiaoshuang Zhang, Dr. Qihao Jin, Dr. Jan Fischer, Prof. Dr. Uli Lemmer
