High Purity potřebuje technickou čistotu v celém procesu

Technologie CNp: Hráč měnící hru v procesech vysoké čistoty: V loňském roce získala společnost LPW, po mezinárodních právech, také evropské patenty na proces CNp (cyklická nukleace), který je používán již řadu let a je interně dále rozvíjen. CNp působí přímo na hranici vrstvy součástky, i v těžko dostupných vnitřních konturách (například 3D implantáty nebo v jemných kapilárách a lumen). Díky cíleným tlakových výkyvům v oblasti specifické parní křivky kapaliny, tvorbě parních bublin, čistícím účinkům mírné kavitation a efektivní výměně médií jsou kontaminanty rozpuštěny a případně odstraňovány i zbytkové kontaminace, které se mohly přenést. S kombinací ultrazvuku a CNp jako posilovače procesu LPW navíc řeší i ty nejnáročnější úkoly například v medicíně nebo ve vysokovakuové technice.

Nový CNp systém: Malý výkonový stroj pro nejvyšší vysokou čistotu: Novinkou v portfoliu LPW je úsporný standardní komorový systém PowerJet compact CNp. Tento dvoustupňový systém s integrovaným parním meziskladem zabírá pouhých přibližně 4 m² a kromě čisticích metod ultrazvuk a cyklická nukleace (CNp) disponuje také potřebným sušením pro vyšší nároky. To může být realizováno ve formě horkého vzduchu nebo infračerveného vakuového sušení. Dále je nový systém vybaven ošetřovací komorou vloženou do dvou předložních nádrží, určenou pro zboží o rozměrech až 600 x 400 x 300 mm a hmotnosti do 150 kg. Sendvičová konstrukce podporuje čisticí a oplachové procesy, stejně jako sušení díky vyšší teplotní úrovni. Oběhové řízení má integrovanou plnou filtrační soustavu s filtrační plochou přes 4 m² a filtračními jednotkami do 0,5 µm. Momentálně je tento malý výkonový stroj dostupný ve dvou verzích. Více informací: www.lpw-cleaning.de.

1. Nové produkty v lékařské technice, například aditivně vyráběné implantáty, představují pro výrobce čistících zařízení nové výzvy. K tomu přicházejí i regulační požadavky (v Evropě nařízení o zdravotnických prostředcích), které je třeba zvládnout. (Foto: LPW)

2. Kapilární struktury, například v jemných kanálcích a trubkách, podléhají (v závislosti na účelu použití) nejpřísnějším požadavkům na čistotu. Díky svému poměru stran (poměr vnitřního průměru a délky) znemožňují tyto součástky použití většiny známých čisticích metod a také kladou velké nároky na mycí a sušící procesy. Zde je 300 mm dlouhá skleněná kapilára s vnitřním průměrem přibližně 50 µm. (Foto: LPW)

3. V laserové a vysokovakuové technice je čištění spojeno s citlivými a vysoce přesně opracovanými povrchy – například zde s odrazy. (Foto: LPW)

4. Vliv sušení na stupeň technické čistoty je často podceňován. Energeticky úsporné recirkulační sušení má tendenci koncentrovat nejjemnější organické a anorganické nečistoty, což má za následek rekontaminaci součástí. Proto LPW používá infračervené systémy oddělené od prostředí. (Foto: LPW)

Celý výrobní průmysl se nachází v technologické změně. A to celosvětově. Změněné koncepty mobility, digitalizace a výroba zcela nových produktů vedou k vyšším požadavkům na technickou čistotu. Samotné čištění již nestačí. Vysoce čisté prostředí a jemně sladěné dílčí kroky v celé procesní řetězci jsou stejně důležité jako vhodná technologie čištění jako taková. To vyžaduje nová zařízení, myšlenkové přístupy i rozšířené porozumění u výrobců zařízení a jejich zákazníků.

Technická čistota již není vytvářena pouze procesem čištění. To bylo včera. U moderních úkolů High Purity jde o složení komplexní procesní symfonie a objasnění, jaké dopady má například předproces na čistitelnost součástky, jak se jeví čištění s jeho přímými interními parametry a jak by měl být navržen následující proces s faktory ovlivňujícími kvalitu při přepravě čisté součástky na místo použití („Point of Use“).

Podrobně každý odvětví přináší své vlastní speciální efekty: například ve výrobě analytických přístrojů, v medicíně, vysokovakuové nebo senzortech, stejně jako v automobilovém průmyslu (e-mobilita a palivové články) rostou požadavky na technickou čistotu s ohledem na filmové, pigmentové nebo biologické, toxické a atomové kontaminace, které jsou běžné v každodenní výrobě. Například při AM výrobě – tedy při výrobě 3D tištěných součástek s komplexními geometrickými tvary nebo kapilárními strukturami – je definovaná úroveň čistoty na těžko dostupných površích stále důležitější. Kromě těchto produktových faktorů je třeba vzít v úvahu i požadavek na sledovatelnost/validaci napříč celým procesním řetězcem.

Zkušenosti a výzkum

LPW Reinigungssysteme GmbH se v posledních letech etablovala po celém světě jako partner pro zákaznicky specifická zařízení v segmentu High Purity. Systémy jsou používány v mnoha high-tech oblastech a splňují nejvyšší požadavky na čistotu. Navíc jsou specialisté z Riederich aktivní ve výzkumu a spolupracují s uživateli z různých odvětví v jejich vlastním testovacím a službním centru, kde provádějí rozsáhlé pokusy a zakázkovou čištění, často i v čistých prostorách. Nejvýznamnější trendy a poznatky z výzkumu a zkušeností v oblasti jemného a velmi jemného čištění lze shrnout takto:

Obecně:
– Předprocesy je třeba posuzovat z hlediska jejich pozitivního a negativního vlivu na stupeň technické čistoty. Důraz je kladen na manipulační operace, použití pomocných a provozních látek nebo na environmentální a okolní parametry.
– Čím stabilnější je předproces z hlediska vznikající čisté kontaminace, tím efektivněji a bezpečněji lze dosáhnout požadované úrovně čistoty.
– Neplánované změny, například výměna pomocných látek, provozních prostředků nebo nástrojů, geometrické změny součástek nebo neplánované čekací doby, mají negativní vliv na čištění, až po jeho selhání.

Tyto základy platí s různou intenzitou pro každý proces čištění. S novými úkoly High Purity přicházejí ještě další vlastnosti:
– Filmové, pigmentové nebo biologické, toxické či atomové kontaminace se „skrývají“ v laminární vrstvě přímo na povrchu součástky.
– V souvislosti s komplexní, případně kapilární geometrií nebo hustým uspořádáním předmětu čištění, jsou mnohé zavedené procesy a média (vodní nebo plynné) omezené nebo zcela nevhodné.
– Dále je třeba vzít v úvahu vlivy okolních podmínek (například křížová kontaminace), riziko znečištění samotným zařízením na čištění nebo použitím nevhodných médií.
– Také následující proces po „kontrole kvality“ – čištění – má svá vlastní rizika. Existuje časová a prostorová vzdálenost mezi dosažením požadované úrovně čistoty a místem jejího využití. Poškození nebo kontaminace nesprávným zacházením, nevhodným balením nebo nesprávnými okolními parametry či stárnutím a změnami způsobenými příliš dlouhým skladováním a čekacími dobami narušují pečlivě dosažený výsledek na cestě k finálnímu použití.

High Purity od mini po XXXL

To je stručně teorie a seznam priorit High Purity. Přizpůsobené provozu zařízení tyto projekty z portfolia LPW dobře odrážejí praxi.

Výroba pomocí AM: Pro amerického výrobce zdravotnických zařízení a implantátů měly být aditivně vyráběné kyčelní náhrady po 3D tisku z práškových zbytků zbaveny kontaminace. Ve výrobním procesu vzniká otevřená porózní geometrie, která je zpočátku kontaminována práškovými zbytky. V následujících krocích může dojít například mechanickým dočištěním k znečištění vnitřní geometrie. Proto jsou zapotřebí dva procesy čištění. První po tisku, druhý bezprostředně po finální úpravě před balením. LPW navrhla pro tento úkol plně automatizovaný dvoukomorový systém typu PowerJet – s ultrazvukovou kombinací CNp v obou komorách a vhodným zachycením práškových zbytků.

Komponenty vysokovakuové techniky: V této oblasti se jedná především o citlivé součástky pro výrobu polovodičů, které mají organické filmové a molekulárně-atomové nečistoty. Samotný proces čištění je začleněn do klíčových kontrol kvality v rámci výrobního procesu. Takovým kontrolním bodem je mokré čištění před čistým prostorem (obvykle ISO 5), předcházející čistému prostředí v rámci „bake out“ v vysokovakuové peci za účelem dosažení finálních organických požadavků na čistotu. LPW dodává již řadu let složité systémy High Purity pro finální mokré čištění před ISO-5 čistým prostorem do Evropy, Asie a Severní Ameriky. V EU patří mezi uživatele přímí i nepřímí dodavatelé od ASML, například divize Trumpf Semiconductor. V USA jsou to zákazníci jako Applied Materials. A nedávno dorazil první XXXL-Grade1 systém k dlouholetému partnerovi VAT Malaysia. Pro tyto úkoly – finální mokré čištění k odstranění filmové kontaminace před „bake out“ v čistém prostoru – byly navrženy na míru plně automatizované vícekomorové systémy s ultrazvukovou kombinací CNp v každé komoře, s proudem ultra-pure vody a s upraveným (re-kontaminace odolným) vakuovým IR sušením.

Úkoly výrobců zařízení

Nové požadavky nelze zvládnout starými myšlenkami a přístupy. Proto se tým LPW od roku 2008 zaměřuje na nové výzvy a na základě důkladných analýz a vyhodnocení megatrendů v různých průmyslových odvětvích provedl zásadní přestavbu společnosti včetně jejích produktů, která je dodnes agilní. Kromě restrukturalizace interních procesů a postupů je velký důraz kladen na vzdělávání a rozvoj zaměstnanců. Dále byly všechny čistící zařízení kompletně přepracovány a dále rozvíjeny, byly vytvořeny seznamy zakázaných materiálů. Došlo k modifikaci mycích a sušicích procesů a k úpravě všech manipulačních a automatizačních systémů. Digitalizované monitorování procesů bylo vylepšeno a momentálně prochází intenzivním R&D procesem ve spolupráci s externími specialisty.

Neposlední změnou je vznik zcela nové obchodní jednotky s názvem Application Engineering, která kromě nových služeb (například školení, plánování a podpora aplikací, simulace procesů, optimalizace efektivity v oblasti energie a kvality a čistě prostorové zakázkové čištění) koordinuje také aktivity v oblasti výzkumu a vývoje. Všechny tyto technická řešení, procesy a metody jsou v LPW vyvíjeny společně se zákazníky v rámci intenzivního co-engineeringu, testovány a neustále zpochybňovány. Občas je to výzva pro obě strany, ale naprosto nezbytné, pokud mají nové úkoly a požadavky uspět.