Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT
Beschreibung und Projektziele
Ausgangssituation: Langlebigkeit vs. Recyclingfähigkeit
Hoch beanspruchte Elektroniken, wie z. B. Steuersysteme für Elektroantriebe oder smarte Messsysteme, werden zum Schutz vor Umwelteinflüssen herkömmlicherweise mit einem Lack oder einer Vergussmasse versehen. Durch diese Vorkehrungen werden Reparatur oder Recycling nahezu unmöglich. Es besteht ein typischer Zielkonflikt zwischen Langlebigkeit und Recyclingfähigkeit elektronischer Bauteile. Deutlich wurde dies an folgenden Zahlen: 2019 fielen weltweit 53,6 Mio. Tonnen Elektroabfall an, von dem nur 20 Prozent recycelt wurden.
Derzeit existieren keine Verfahren, die über ein manuelles Entfernen der aufgetragenen Vergussmassen hinausgehen. Bauteile mit Schutzbeschichtung auf Silikonbasis können lediglich thermisch verwertet werden, was weder wirtschaftlich noch nachhaltig ist. Der Bedarf an nachhaltigen, robusten und selektiven Entschichtungsprozessen wächst in vielen Industriebranchen, so beispielsweise bei der Windkraft, im Schiffbau, der Luftfahrt, oder der E-Mobilität.
Das Vorhaben kurz erklärt: Umsetzung von Reparatur- und Recyclinganwendungen
Laser-Abtragverfahren haben sich in verschiedenen industriellen Anwendungsfeldern bereits bewährt. Jedoch ist ein vollständiger und zugleich selektiver Laserabtrag bei Oberflächen mit 3D-Konturen, hohen Fertigungstoleranzen und hybriden Materialkombinationen aufgrund fester Verfahrensparameter nicht möglich. Fehler oder Schädigungen des Grundmaterials entstehen häufig aufgrund der notwendigen Fokussierung der Laserstrahlung, durch Reflektionen an schräg stehenden Oberflächen oder wegen der starken Abhängigkeit der Wechselwirkung mit dem zu behandelten Material.
Das Projektkonsortium möchte mit Rapid-KI neue Verfahren für das Entschichten von Elektronik-Bauteilen durch Laserabtragung entwickeln, um sie für Recyclinganwendungen einzusetzen, mit dem Ziel, Elektronikschrott recyclingfähig zu machen und nachhaltig verwerten zu können. In erster Linie profitieren Unternehmen aus der Sensor-, Haushaltsgeräte- und Consumer-Elektronik-Branche von den neuartigen Verfahren.
Projektziele: Innovation bei der Prozesskontrolle
Der beschriebene Ansatz bedingt den Wechsel von einer reinen Sensordaten-Erfassung hin zu einer Prozessregelung für hochdynamische Laserprozesse. Zu den geplanten Forschungszielen zählen u. a.
- eine automatische Bahnadaptierung für 3D-Konturen auf Basis einer scannenden Interferometrie
- akustische Prozesskontrolle mittels KI-Auswertung
- synthetische Erzeugung akustischer Trainingsdaten zur Verbesserung des akustischen KI-Modells
- die Entwicklung eines Regelkreises für die Inline-Anpassung der Laserparameter auf Grundlage akustischer Signale