Projekt »C3PO«: Neues Laser-Kontaktierungsverfahren für Solarzellen entwickelt

Pulsar Photonics baut Laseranlage für neues LTF VERFAHREN für Fraunhofer

Laseranlage für neues LTF-Verfahren

(PresseBox) (Freiburg, 05.10.20) Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Solarzellen-Kontakten entwickelt worden. Das Laser Transfer and Firing (LTF) bietet insbesondere für bestimmte Solarzellenoberflächen Vorteile gegenüber dem Standardverfahren. Im Verbundprojekt »C3PO« ist es den Freiburger Forscher*innen gemeinsam mit Industriepartnern jetzt gelungen, auf einer Anlage der Pulsar Photonics GmbH den LTF-Prozess erstmals vollautomatisiert abzubilden. Das Verfahren kann nun im Hinblick auf eine industrielle Umsetzung systematisch getestet und optimiert werden.

Um den in einer Solarzelle erzeugten Strom entnehmen zu können, werden Leiterbahnen aus Metall – sogenannte Kontaktfinger – auf die Solarzelle aufgebracht. Das Standardverfahren hierzu ist der Siebdruck. Hier wird Silberpaste durch ein Sieb auf die Solarzellenvorderseite aufgebracht. Die Solarzellenproduktion ist heute einer der größten Silberkonsumenten weltweit. Auch deshalb werden intensiv alternative Metalle und entsprechende Verfahren zur Kontaktfingeraufbringung untersucht, darunter ein elektrochemisches Verfahren, das sogenannte elektrochemische Plating. Bevor das Plating allerdings eingesetzt werden kann, muss eine vorhandene elektrische Schutzschicht geöffnet werden. Dies erfolgt heute durch einen speziellen Laserprozess, der die Schutzschicht an bestimmten Stellen gezielt und präzise abträgt. Auf den so entstandenen Kontaktöffnungen wird dann der Kontaktfinger aus zunächst Nickel, dann Kupfer und zuletzt Silber elektrochemisch aufgewachsen.

Das neue LTF- Verfahren zur Öffnung der elektrischen Schutzschicht und Herstellung der Metallkontakte bietet gleich mehrere Vorteile gegenüber dem Standardverfahren. Es ermöglicht eine höhere Flexibilität bei der Wahl der Kontaktmetalle, indem statt Nickel zum Beispiel auch Aluminium, Titan oder Wismut zum Einsatz kommen können. Das LTF-Verfahren bietet zudem mehr Spielraum beim Kontaktfinger-Layout. Zudem eignet sich das Metallisierungsverfahren auch für Solarzellen mit temperatursensiblen Schichten, da es die Zelle nicht über Raumtemperatur erwärmt.

Der LTF-Prozess

Der LTF-Prozess besteht aus zwei Teilschritten: Durch ein direktes Laserdruckverfahren wird im ersten Schritt Metall im gewünschten Kontaktfinger-Layout von einer metallbeschichteten Folie auf eine Solarzelle übertragen. An dieser Stelle spricht man zunächst von LIFT (»Laser Induced Forward Transfer«). Wesentlich dabei ist, dass die übertragenen Metallstrukturen sehr schmal sind, damit die auf die Zelloberfläche auftreffende Sonnenstrahlung nicht übermäßig abgeschattet wird. »Mit dem Verfahren konnten wir im Labor bereits Metallstrukturen feiner als 5 µm auf die Solarzellenoberfläche aufbringen«, berichtet Dr. Saskia Kühnhold-Pospischil, Projektleiterin am Fraunhofer ISE. In der neuen Anlage wird für den LIFT-Prozessschritt die Solarzelle auf einem Vakuum-Chuck positioniert und unter eine metallbeschichtete Trägerfolie gefahren, von der das Metall auf die Solarzelle übertragen wird. Nach der Metallübertragung wird die Metallfolie vollautomatisch durch ein Rolle-zu-Rolle-System ein Stück weiter transportiert, um den Metallübertrag der nächsten Solarzelle durchführen zu können. Die beschichteten Folien wurden von der Firma ROWO speziell für den LIFT-Prozess entwickelt.

Im zweiten Prozessabschnitt werden die so entstandenen Metallstrukturen auf der Solarzellenoberfläche zu Kontakten ausgebildet. Dies geschieht mittels Laser Selective Heating (LSH). Dazu wird ein Laser der Firma Soliton/ Advalue mit einer Wellenlänge verwendet, welche lediglich von dem übertragenen Metall absorbiert wird, nicht aber vom darunter liegenden Silicium. So wird das Silicium durch diesen Laserschritt nicht beschädigt, was wiederum vorteilhaft für hohe Solarzelleffizienzen ist. Beide Prozessschritte können vollautomatisiert und auf wenige Mikrometer exakt aligniert in der neuen LTF-Anlage durchgeführt werden.

Im Labor war die Funktionalität des neuen LTF-Verfahrens bereits nachgewiesen worden. Im Rahmen des Verbundprojekts »C3PO« (»Cool Copper Contacts – Entwicklung einer industriellen Niedertemperatur- Technologie zur Herstellung 20 μm feiner Kupferkontakte für bifaciale PERC, Hetero- und TOPCon-Solarzellen«), das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurde, konnte in einer Zusammenarbeit zwischen PULSAR, Soliton, RENA, ROWO und Fraunhofer ISE der Prozess auf einer industrienahen Anlage erstmals umgesetzt werden. Zukünftig sollen neben der beschriebenen LTF-Anwendung auch Kontaktfinger in ihrer Gänze Schicht für Schicht, also additiv gefertigt werden. »Sowohl für die Herstellung kleinster 3D Strukturen als auch das lokale Beschichten sensibler Bauelemente sehen wir auch in weiteren Forschungsfeldern Anwendungsmöglichkeiten für die LTF-Technologie. Mit der Pilotanlage und unserem Konsortium bestehen nun beste Voraussetzung diese zukünftig erfolgreich zu entwickeln«, freut sich Dr. Jan Nekarda, Abteilungsleiter Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer ISE.

Vollautomatisierte Rolle-zu-Rolle Laser-Transfer und Feuer-Anlage am Fraunhofer ISE. Die Anlage wurde im Rahmen des öffentlich geförderten Projekts »C3PO« entwickelt. ©Fraunhofer ISE

Die Projektpartner

Pulsar Photonics

Die Pulsar Photonics GmbH ist ein innovatives HighTech-Unternehmen im Bereich Lasertechnik. Das Leistungsspektrum umfasst Entwicklung und Produktion von Lasermaschinen für die Materialbearbeitung mit Kurz- und Ultrakurzpulslasern. Weitere Geschäftsbereiche umfassen die serielle Mikrofertigung und die Entwicklung komplexer Strahlformungssysteme für die Multistrahl- und Präzisionsbearbeitung. Die Maschinen werden in Bezug auf die enthaltenen Komponenten dem Prozess und den Kundenwünschen angepasst und mit einer individualisierten Softwarelösung ausgestattet. Die Pulsar Photonics GmbH, gegründet im Jahr 2013, ist laut Financial Times und Statista eines der 1000 am schnellsten wachsenden Unternehmen in Europa.

www.pulsar-photonics.de

ROWO Coating

Ein Schwerpunkt von ROWO liegt in der Entwicklung maßgeschneiderter Schichtsysteme auf flexiblen Substraten wie Folien, Vliese und Gewebe. Die Anforderungen an die Schichtsysteme sind dabei so vielfältig, dass neben konventioneller Aufdampftechnik u.a. auch plasmagestützte Verfahren wie die Sputtertechnologie eingesetzt werden. Des Weiteren beschäftigt sich ROWO mit den der Beschichtung folgenden Weiterverarbeitungsschritten. Spezielles Augenmerk wird dabei auf innovative Strukturierungsverfahren zur Entwicklung und Optimierung von Materialien für die Leiterplatten- und Kabelindustrie und für EMV-Anwendungen gerichtet.

https://www.rowo-coating.de/

RENA

Die Firma RENA Technologies GmbH besitzt langjährige Erfahrung hinsichtlich der Prozess- und Anlagenentwicklung für kristalline Silicium-Solarzellen, insbesondere im Bereich nasschemischer Prozesse und zur galvanischen Kupferabscheidung.

https://www.rena.com/en/

Soliton

Die Soliton Laser- und Messtechnik GmbH bietet seit 1990 unter anderem diverse Laserquellen an.  Dazu gehören Gaslaser, Faserlaser, Diodenlaser und Festkörperlaser. Abhängig von der Anwendung in der Materialbearbeitung oder in der Spektroskopie werden Laser mit verschiedenen Wellenlängen, Linienbreiten im Dauerstrich- oder Pulsbetrieb mit Pulsdauern von Nanosekunden bis Femtosekunden angeboten. Für die Wartung der Laser steht das Soliton Serviceteam zur Verfügung.

https://www.soliton-gmbh.de/

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 74 Institute und Forschungseinrichtungen an Standorten in ganz Deutschland. Mehr als 28 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bearbeiten das jährliche Forschung volumen von mehr als 2,8 Milliarden Euro. Davon fallen 2,3 Milliarden Euro auf den Leistungsbereich Vertragsforschung. Über 70 Prozent dieses Leistungsbereichs erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten.
Die internationale Zusammenarbeit wird durch Niederlassungen in Europa, Nord- und Südamerika sowie Asien gefördert.

Link zur Veröffentlichung

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Direct Laser interference Patterning (DLIP) - Kopf

Bearbeitungskopf zur Nanostrukturierung von Oberflächen durch eine Mehrstrahlinterferenzbearbeitung. Mit dem Direct Laser Interference Patterning (DLIP) lassen sich Oberflächen effizient Nanostrukturieren und somit funktionalisieren. Anwendungen sind Anti-Icing Strukturen, Benetzungsändernde Strukturen, Antibakterielle Oberflächen und tribologische Oberflächen.

  • Anzahl interferierender Strahlen: 2, 3 oder 4
  • Typ. Wellenlängen: 355nm, 532nm
  • Typ. Periode der Interferenzstruktur: 700nm-5µm
  • Laserbearbeitung mit Festoptik durch Achsenscanner

Wendelbohroptik zum Präzisionsbohren

processing head for helical drilling of high aspect ratio holes
Bildquelle: Fraunhofer ILT

Bearbeitungskopf zur Präzisionsbohren mit hohen Aspektverhältnissen. Der 2teilige Bearbeitungskopf erleichtert die Integration bereits in kleinformatige und standardisierte Lasermaschinen. Dabei ermöglicht die eingesetzte Wendelbohroptik in der dritten Generation (Patent DE102005047328B3, 2006 Fraunhofer ILT) eine schnelle Rotation des Laserstrahls auf der Bohrkreisbahn. Gleichzeitig wird der Laserstrahl in Eigenrotation versetzt und überzeugt durch die optische Übersetzung mit einem Betrieb bei moderaten Drehzahlen. In Kombination mit einem XYZ-Achssystem können so sämtliche Bohrgeometrien realisiert oder Präzisionsbauteile geschnitten werden.

Werkstoffe und Anwendungen:

  • Bohren & Präzisionsschnitte
  • Kleinste und ideal runde Bohrungen mit einem Durchmesser ab 20µm
  • Grat- und bartfreie Schnittkanten, Bohrungen ohne Randabtragung
  • Bearbeitung von Metallen, Keramiken, Mehrschichtsystemen und Kunststoffen
  • Integrierte koaxiale Beobachtung
  • Wellenlängen: UV, VIS, IR
  • Prozesstechnischer Nachweis für Aspektverhältnisse >1:30
  • Einstellbare Konizität
  • Einstellbarer Bohrlochdurchmesser

MicroScan Extension

Einfach integrierbare und leistungsstarke Erweiterung für jedes Galvo-Scanningsystem.
Durch den einfachen Austausch des Objektivs gegen das MSE kann das System zu einem Microspot-Scanning-System erweitert und damit Fokusdurchmesser von weniger als 5μm mit einem IR- oder VIS-Laser erreicht werden

  • Maximale Dimensionen (L*B*H): 278mm * 185mm * 185mm
  • Befestigungsgewinde: M85x1 (Standard Galvoscanner)
  • Scanfeld-Größe: typ. 500μm * 500μm
  • Wellenlänge: IR (1030-1070nm) + VIS (515-532nm), UV
  • Spotgröße: 1-5μm
  • Arbeitsabstand: 20mm
  • Integrierter Kollisionsschutz
  • Für kleine Laserleistungen

Weitere Informationen auf der Produktseite

Flexiblebeam Shaper

Maschinenintegrierbares Strahlformungssystem zur Generierung frei gestaltbarer Strahlverteilungen.
Ermöglicht den Einsatz als photonisches Werkzeugmagazin mit vordefinierten Strahlformen.
Zusätzlich ist der FBS mit einem Galvanometerscanner ausgestattet, so dass die erzeugte Intensitätsverteilung über das Werkstück gescannt werden kann.
Diese kombinierten Werkzeuge in einem einzigen System eröffnen neue Wege in der Lasermikrobearbeitung: schneller, flexibler und effizienter.

  • Kombination von flexiblem Strahlformungssystem und Scansystem
  • Softwarebasierte Kalibration und Steuerung des Systems
  • Volle Maschinenintegration für digital wechselbare Werkzeuge
  • Strahlformung mit bis zu 100W Laserleistung

Weitere Informationen auf der Produktseite

Multibeam Scanner

Maschinenintegrierbares System zur statischen Strahlformung oder Multistrahlverteilung in der Bearbeitungsebene

  • Modulare Lösung für die Herstellung mehrerer Laserfoki in der Bearbeitungsebene
  • Signifikante Prozessbeschleunigung bei der Herstellung von periodischen Strukturen oder zur parallelen Bearbeitung von gleichen Komponenten
  • Reduktion der Bearbeitungskosten durch effizientere Ausnutzung der verfügbaren Laserleistung

Weitere Informationen auf der Produktseite

3D Bearbeitungskopf

2D-Scan-System zum Ablenken und Positionieren in der Bearbeitungsebene mit hoher Dynamik
mit zusätzlichem optischen Fokusshifter zur dynamischen Variation der Fokuslage (3D-Scanning)

  • Analoger Positionsdetektor oder digitaler Encoder
  • Positionsauflösung 18/20 Bit
  • Apertur abhängig vom Gesamt-Strahlengang (typ. 14 mm)
  • hohe Langzeitstabilität und Linearität

2D Bearbeitungskopf

2D-Scan-System zum Ablenken und Positionieren in der Bearbeitungsebene mit hoher Dynamik

  • Analoger Positionsdetektor oder digitaler Encoder
  • Positionsauflösung 18/20 Bit
  • Apertur abhängig vom Gesamt-Strahlengang (typ. 14 mm)
  • hohe Langzeitstabilität und Linearität

Service 3

Die Inbetriebnahme Ihrer Laser-Maschine, der Maschinenumzug, lasertechnische Messungen, Schulungen, ein Produktwechsel auf der Maschine oder die geplante Reinigung und Wartung  vor Ort.

Je nach Umfang, Dinglichkeit und Service-Ort entsenden wir unsere Spezialisten mit der Bahn, dem Service-PKW oder auch weltweit mit dem Flugzeug.

Unser Service-Personal verfügt über langjährige praktische Berufserfahrung in der Lasertechnik, einen eigenen Zugang zum Remote-Support und einen umfangreichen Bestand an Strahlführungskomponenten, Laseroptiken, allgemeinem Verbrauchsmaterial, Werkzeug oder ganze Ersatzteilpakete stehen für den Einsatz vor Ort bereit.

Service 2

Mit Ihrer Service-ID erhalten Sie Unterstützung durch den Remote-Support. Unsere Service-Experten unterstützen Sie telefonisch oder erhalten nach Ihrer Freigabe Zugriff auf die Maschinensteuerung. Sie selbst können weiter an der Maschine den Service beobachten und beenden.

Seit 2016 verfügen dazu alle RDX-Maschinen über eine Videoüberwachung der Prozesszone. Schulungen, praktische Hilfestellungen bei der Programmierung, Fehlerdiagnose und Prozessbeobachtung sind so technisch einfach möglich.

Profitieren Sie mit dem Remote-Support von der schnellen Fehlerdiagnose und Lösung. Günstig und ohne Personaleinsatz vor Ort maximieren Sie Ihre Maschinenverfügbarkeit.

Der Remote-Support wird direkt aufwandsbezogen oder in Kontingenten über Ihre Service-ID abgerechnet.

Service 1

An unserer Kunden-Hotline stehen persönliche Ansprechpartner für Ihre Anfragen bereit. So stellen wir unsere qualifizierte Erreichbarkeit sicher und übertragen ihre Anfragen an die verfügbaren und richtigen technischen Mitarbeiter.

Wir unterstützen Sie bei allgemeinen Fragen genauso wie im Software-Support, der Prozessentwicklung oder Bedienerschulung. Alternativ zur Hotline nutzen unsere Kunden das online Ticket-System für schnelle Service-Anfragen.

Für die Nutzung der Kundenhotline und des Ticket-Systems fallen keine weiteren Kosten an.
Maximieren Sie die Verfügbarkeit Ihrer Anlage, indem Sie mögliche Störungen schnell und sicher aus der Ferne beheben lassen – mit Remote Support (ehemals Teleservice).

Unsere geschulten Serviceexperten schalten sich nach Ihrer Freigabe über einen sicheren Remotezugriff auf Ihre Anlage.

Auf diese Weise profitieren Sie von einer schnellen Fehlerdiagnose und Lösung – ohne einen Einsatz eines Techniker vor Ort.

StrahlFÜHRUNG

Führung der Strahlung im gekapselten Freistrahl von der Strahlquelle bis zum Werkstück.

Neben den Umlenkeinheiten können weitere Funktionen integriert werden:

  • Wechsel der Wellenlängen
  • Schalten unterschiedlicher Ausgänge
  • Aufweitung der Laserstrahlung
  • Polarisierung / Polarisationswechsel
  • Laser Shutter

RÖNTGENSCHUTZ

Bei der Verwendung leistungsstarker UKP-Laserstrahlquellen, v.a. von Femtosekundenlasern, zur Materialbearbeitung kann im Abtragsprozess aus dem Bereich der Ablationszone Röntgenstrahlung entstehen. Ein Röntgenschutz für den Außenbereich der Anlage ist daher obligatorisch.

Alle Lasermaschinen von Pulsar Photonics verfügen über ein einheitliches konstruktives Maschinendesgin mit ausreichend dimensionierter Materialstärke und hinterschnittenen Blechverbindungen zur sicheren Eindämmung der Röntgenstrahlung im Innenraum der Maschine.

Die Zustatzausstattung Röntgenschutz umfasst ein Nachrüstsatz für das Laserschutzfenster und den Schutznachweis. Pulsar Photonics prüft für jede Maschinenkonfiguration einzeln die Notwendigkeit eines Nachrüstsatzes.

ABSAUGSYSTEM

suction system

Leistungsfähiges Absaug- und Filtersystem zur Erfassung des Laserrauchs und der Abtragspartikel in unmittelbarer Nähe der Prozesszone.
Ausgestattet mit einem Aktivkohle-Feinstfilter und einer umfangreicher PC-Schnittstelle regelt die Maschinensteuerung das Ein- und Ausschalten und die Überwachung der Absaugung.
Das Filtersystem besteht aus einem einem Beistellgerät mit mehreren Filterstufen und einfachem Kassetten-Handling.
Bedienelemente und Filterzugang an Frontseite sowie über die Software Photonic Elements

  • Max. Volumenstrom: 200 m3/h
  • Max. Unterdruck: 22.000 Pa
  • Nennleistung: 160/6.500 m3/h/Pa
  • Optional: Patronenfiltergerät

WERKSTÜCKSPANNVORRICHTUNG

Abhängig von den eingesetzten Bauteilen können verschiedene Fixierungen eingesetzt werden z.B.

  • Vakuum-Spannsysteme zur Fixierung insbesondere von flachen Bauteilen wie Wafern.
    Die Fixierung erfolgt durch Unterdruck auf einer porösen keramischen Platte
  • Nullpunkt-Spannsysteme zur flexiblen, schnellen und äußerst präzisen Umrüsten von Werkstücken, Spannmitteln oder Vorrichtungen
  • Applikationsspezifische Spannsysteme

MESSTASTER

Präzisionstaster zur taktilen Bestimmung der Fokuslage und automatischer Fokuslagenzustellung

  • Messbereich >12mm,
  • Auflösung <3µm

Softwareseitiger Bestandteil des Tool-Center-Point Managements zum Einfachen Wechsel zwischen verschiedenen Werkzeugpositionen Optional: 3D-Messtaster

DREH-SCHWENKEINHEIT

Dreh-Schwenkeinheit zur Positionierung von zylindrischen oder 3D-Bauteilen unter dem Bearbeitungskopf. Kundenspezifische Ausführungen sind möglich, z.B. einfache Drehachse zur Bearbeitung von Zylindern oder Dreh-Schwenkeinheit für die vollständige Freiheit der 3D-Positonierung.

Roboter-Beladung

Integration von kollaborierenden Robotern in oder an die Maschine zur flexiblen Bauteilbearbeitung z.B. im Batchprozess zur automatisierten Fertigung

  • Haltekraft bis 3kg
  • Unterschiedliche Fixierungsmöglichkeiten u.a. mechanisch, elektromagnetisch, pneumatisch
  • Einfache bedienbarkeit
  • Flexible Anpassung an Änderungen des Produktionsumfeldes

Rolle-zu-rolle-Bearbeitung

Rolle-zu-Rolle Zuführsysteme für die Produktion von z.B. flexiblen Leiterplatten in Kombination mit Linearachssystemen

  • 150mm – 500 mm Substratbreiten
  • Materialien: Kupfer, Polyamid, Polyimide, Dicken 25µm - 1000µm.
  • Bahnkantensteuerung
  • Vakuumklemmung
  • Ionisatoren

Rund-SCHalttisch

System bestehend aus

  • Schwingförderer mit Sortiertopf zur lagerichtigen Ausbringung
  • Füllstandsüberwachung
  • Rundschalttisch mit Qualitätskontrolle (Aussortierung von niO-Teilen)
  • Fördersystem
  • SPS-Steuerung

POWERMETER

Regelung der Laserleistung über integrierten Leistungsmesskopf auf Werkstückebene für UKP-Laserstrahlung der Wellenlängen IR+ VIS und bis zu einer mittleren Laserleistung von 350 W
Iterative Regelung der Leistung eines Lasersystems auf einen Sollwert basierend auf den Messwerten eines Leistungsmesskopfes. Systemparameter abhängig von der verwendeten Laserstrahlquelle.

TOPOGRAPHIEMODUL

Maschinenintegrierte Messtechnik zur Vermessung von Bauteilen im Anschluss an die Bearbeitung direkt in der Maschine

  • Punkt- und Linienvermessung (TM-R1) oder
  • Vermessung von Oberflächen (TM-R2)
  • Axiale Auflösung <100 nm

TM-R2: Flächenerfassendes 3D-Topografiemessgerät montiert auf zusätzlicher, eigener Z-Achse mit 100 mm Verfahrweg

  • Stitching-Funktion
  • Arbeitsabstand ca. 4,5 mm
  • Laterale Auflösung <2µm
  • Bildfeld ca. 850µm x 650µm

Die gemessenen Daten können in der Software PhotonicsSurfaces ausgewertet werden. Die Software PhotonicSurfaces ermöglicht das exportieren der Messdaten im ASCII-Format (Punktwolkenformat).

Condition Monitoring

Das Condition Monitoring System (CMS) besteht aus verschiedenen Sensoren und Aktoren, die Maschinenzustände überwachen und regeln können.

Das Leistungsspektrum des CMS umfasst:

  • Überwachung und Regelung der mittleren Laserleistung mit thermophilem Leistungsmesskopf
  • Aktive Strahllagestabilisierung
  • Überwachung der Umgebungs- und Aufstellbedingungen wie Temperatur, Schwingungen
  • Messung der Spotgeometrie bei großen mittleren Leistungen

Mit der Software PhotonicAssist können die Daten visualisiert und verarbeitet werden.

KAMERA SYSTEME

Die Systemkamera CM-R2 erweitert den konventionellen Bearbeitungskopf um eine bildgebende Komponente zur Werkstückpositionierung und Qualitätskontrolle. Die schnelle und freihändige Positionierung des Werkstückes wird durch den integrierten Laserpointer möglich. Dieser markiert für den Bediener gut sichtbar die aktuelle Position des Kamerabildes auf der Werkstückoberfläche. Gleichzeitig kann der Laserpointer gezielt eine monochromatische Bildauswertung unterstützen.

  • LED-Ringfeldbeleuchtung
  • Integrierter koaxialem Laserpointer,
  • Autofokusfunktion;
  • Erkennung der Position von einfachen Geometrien z.B. Kreis, Kreuz, Passmarken im Kamerabild über Softwarefeatures
  • Softwareroutine zur Vermessung von Abständen und Kreisdurchmessern

STRAHLLAGESTABILISIERUNG

Iterative Regelung der Strahllage auf einen Sollwert zur Kompensation des Drifts der Strahllage einer Laserstrahlquelle. Die Messung der Strahllage erfolgt durch zwei in den Strahlengang integrierte Kamerasysteme, die Manipulation der Strahllage durch zwei motorisierte Strahlumlenker. Die Auslösung der Regelung erfolgt z.B. durch den User oder einen Softwarebefehl

  • 2 mechanische Strahlumlenker (M5-Mounting, inkl. Posts und T-Nut-Adapter) mit je 2 Schrittmotoren (Hub >10mm, Auflösung 1.25µm); inkl. Spiegel-Substrat D1“
  • 2 Mechanische Strahlumlenker (M5-Mounting, inkl. Posts und T-Nut-Adapter) mit je 1 Inline-Kamera (CMOS, 2 MPixel); inkl. Spiegel-Substrat D30mm
  • Schrittmotor-Controller, 19“-Rack; zur Ansteuerung der Schrittmotor-Aktuatoren
  • Softwaremodul zur Ausgabe der Kameradaten und Steuerung der Schrittmotoren zur Strahllagestabilisierung.
  • API Schnittstelle zur Ausgabe von Kameradaten und ausgewählten Messdaten

Photonic Vectors (CAM-Software)

Für die Vorbereitung von Maschinen- und Vektordaten (CAM-Daten) für die 2.5D Laserbearbeitung verwendet Pulsar Photonics die eigene leistungsfähige CAM-Lösung PhotonicVectors. Die Software mit grafischer Oberfläche erlaubt das Einladen von Volumenmodellen, die im Anschluss prozessgerecht in Schichten, Scanvektoren und Achszustellungen zerlegt werden können. Als Resultat erhält der Anwender ein fertiges Jobfile, dass direkt in die Maschinensoftware PhotonicElements eingeladen und dort ausgeführt werden kann. Neben einer Vielzahl von Grundeinstellungen zur 2.5D-Laser-  Strukturierung sind u.a. nachfolgenden Funktionen für ihre Anwendung geeignet:

  • Slicing: Zerlegung des Volumenmodells in einzelne Lagen. Eingabe der Lagenanzahl, in die ein Abtragvolumen in z-Richtung zerlegt werden soll
  • Hatching: Schraffierung jeder Lage mit Scanvektoren. Eingabe der Schraffur, mit der eine Lage ausgefüllt werden soll; u.a. Schraffurabstand, -richtung, Randomisierung, etc.
  • Contouring: Randschnitte mit Parallelversatz zur Außenkontur. Eingabe der Randschnitt, mit der die Außenkontur ausgearbeitet werden soll; u.a. Abstand, Anzahl und Position
  • Tiling/Stitching: Automatische Aufteilung der Zielgeometrie in Bearbeitungsfelder variabler Größe. Randomisierung der Bearbeitungsfelder zur Qualitätsoptimierung bei der Mehrlagen-Bearbeitung.
  • Intelligent Tracking: automatische (Neu-)Sortierung der Scanvektoren zur Reduzierung der Sprungzeiten.

Weitere Informationen

Photonic Elements (Maschinensteuerung)

  • Modular aufgebautes System zur Ansteuerung unterschiedlicher Hardwarekomponenten wie
    • Maschinenachsen, Scansysteme, Laser
    • Sensoren und Aktoren
    • Vision Systeme, Messtechnik
    • SPS, Sicherheitssysteme, EA-Schnittstellen
  • Jobeditor mit Scripting (C#, Visual Basic) zur Erstellung eigener Prozessabläufe und komplexer Bearbeitungsprogramme
  • Integriertes CAD-Modul zum Erstellen von Modellen u.a.
    • Geometrien
    • Schriften, laufende Nummern
    • Barcodes
  • Integrierte Mess- und Regelungstechnik
    • zur Bauteileinmessung
    • Passmarkenerkennung
    • automatischer Scanfeldkalibrierung
    • Laser-Leistungsregelung
  • Sensor-Grid mit Datenbank-Anbindung zur Auswertung und Visualisierung von Daten
  • Datenstreaming zur Ausführung großer Jobdateien
  • Betriebsdatenerfassung
  • Systemsteuerung
    • Benutzerlevel
    • Logging
    • Software-Update Funktion
    • Fernwartung

Weitere Informationen

NAnosekunden-Laser (100W)

Industrietauglicher Kurzpuls-Faserlaser mit bis zu 100 Watt mittlerer Leistung (IR)

  • verfügbare Wellenlängen: IR
  • Repetitionsrate, Pulsdauer und Strahlqualität abhängig vom gewählten Hersteller

UKP-Laser (100W)

Industrietauglicher Ultrakurzpulslaser mit bis zu 100 Watt mittlerer Leistung (IR)

  • mittlere Leistung: typ. 100W IR
  • Pulsenergien: bis 2mJ
  • verfügbare Wellenlängen: UV, VIS, IR
  • Pulsdauerbereich: 300 Femtosekunden bis 15 Pikosekunden
  • maschinenintegrierte Laserüberwachung
  • spezialisierte Sicherheitsausstattung
  • Repetitionsrate, Pulsdauer und Strahlqualität abhängig vom gewählten Hersteller

UKP-Laserstrahlquellen haben in den letzten Jahren eine enorme Skalierung der mittleren Laserleistung erfahren. Im Forschungsumfeld sind hier schon Strahlquellen mit mehr als 1.000W verfügbar. Tatsächlich stellt die Integration dieser Strahlquellen die Integratoren vor zahlreiche Herausforderungen für einen sicheren Betrieb, optische Qualität, Verfügbarkeit, Ansteuerung und peripherer Ausrüstung der Maschine. Pulsar Photonics hat jahrelange Erfahrung in der Leistungsskalierung von Prozessen, notwendigen Systemtechnik und Qualifizierung von UKP-Strahlquellen oberhalb von 100W und dazu Maschinen für namenhafte Laserinstitute entwickelt.

UKP-Laser (20W)

Industrietauglicher Ultrakurzpulslaser mit bis zu 20 Watt mittlerer Leistung (IR)

  • verfügbare Wellenlängen: UV, VIS, IR
  • Repetitionsrate, Pulsdauer und Strahlqualität abhängig vom gewählten Hersteller