Abtragfreies Trennen

Mit dem lasergestützten abtragfreien Trennverfahren können rissempfindliche Materialien, insbesondere Silizium, allein durch einen laserinduzierten Spannungsriss getrennt werden. Es kommt dabei zu keinerlei Schmelz- oder Verdampfungsprozessen, wodurch nur eine minimale thermische Belastung der Bauteile im Randbereich gegeben ist und Ver­schmutzungen durch den Trennprozess gänzlich vermieden werden können.

Für das Verfahren sollte die Startkante rau sein, da ein Mikroriss als Ausgangspunkt benötigt wird. An polierten oder bereits mit Spannungsriss getrennten Kanten ist es deshalb notwendig, eine Initialschädigung am Startpunkt, z. B. durch einen Laserpuls, einzubringen. Der Spannungsriss kann danach mit dem induzierten Wärmefeld des defokussierten Laserstrahls vom Startpunkt aus nahezu in beliebiger Richtung durch das Material geführt werden.

Die erzeugten Schnittkanten besitzen eine äußerst geringe Rauigkeit und sind frei von Mikrorissen. Dies verleiht den Bauteilen eine hohe mechanische Stabilität.

Der Einsatz von schnellen Galvanometerscansystemen in Verbindung mit Monomode Faserlasern hoher Strahlleistung ermöglicht sehr hohe Trenngeschwindigkeiten von bis zu 50 m/s bei einer Laserleistung von 10 kW. Mit entsprechender Materialzuführung könnten auf diese Weise theoretisch bis zu 300 Solarzellen pro Sekunde bearbeitet werden. Das Verfahren zählt damit zu den Hochrate-Laserbearbeitungsverfahren.

Mit dem Verfahren wurden bislang am Laserinstitut Hochschule Mittweida Siliziumwafer und fertige Solarzellen definiert bearbeitet. Weiterer Wafermaterialien mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften sollten ebenfalls getrennt werden können.

Das Spannungsrisstrennen ist ebenso zum Zerkleinern von Erz anwendbar. Hierzu wurden grundlegende Versuche durchgeführt und die Machbarkeit nachgewiesen. Insbesondere die Feinstzerkleinerung von feinverwachsenen Erzen ist damit realisierbar.

 

Anlagentechnik:

  • Monomode Faserlaser (300 W, 3 kW, 10 kW)

 

Materialien:

  • Siliziumwafer (poly-, quasimono- und monokristallin)
  • Erz

 

 

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Spalten von laserkonditionierten Ingots bei Tieftemperatur (SPLIT)

Laufzeit: 2016 - 2018
Förderung: SAB / EFRE
Projektpartner:
  • Siltectra GmbH Dresden
  • FCM GmbH Freiberg
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H. Exner

 

Excellenzcluster Lasertechnik - Adaption einer neuen Erzaufschlusstechnologie an die Anforderungen des Berg- und Maschinenbaues

Laufzeit: 2014 - 2014
Förderung: SMWK
Projektpartner:
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H. Exner
S. Mauersberger, L. Schneider, A. Streek:
Erzaufschluss mittels Lasertechnologie,
In: Scientific Reports, Journal of the University of Applied Sciences Mittweida 4/2015, S. 217-220

R. Ebert, S. Weinhold, A. Gruner, S. Mauersberger, H. Exner:
Hochgeschwindigkeits-Lasertrennen von Silizium,
In: Lasermagazin 1/2014, S. 30-31

S. Weinhold, A. Gruner, R. Ebert, J. Schille, H. Exner:
Study of fast laser-induced cutting of Silicon materials,
In: Proceedings of SPIE 8967 (2014), S. 57

Projektanfragen / -koordination
Forschungsgruppenleiter
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Horst Exner
Tel.: +49 (0) 3727 / 58-1413
Fax: +49 (0) 3727 / 58-1867
eMail: exner(at)hs-mittweida.de