Technika čistoty na Fraunhofer IPA

Před 30 lety stanovilo Německé výzkumné centrum Fraunhofer pro výrobu a automatizaci IPA na své agendě techniku čistoty. Od té doby jeho angažovanost v této oblasti neustále rostla. Dnes patří k předním světovým zařízením. Má nejen největší testovací čistý prostor třídy ISO 1, o rozloze 200 metrů čtverečních, výškou 6,50 metru, ale také vysoce přesné přístroje pro validaci čistoty. Je tedy výborně vybaveno. »Kombinace čištění a kontroly a hodnocení čistoty je jedinečná«, říká vedoucí oddělení »Reinst- a mikroprodukce«, Udo Gommel. Institut pokrývá celé spektrum techniky čistoty, od konceptu čistoty pro výrobní zařízení a čisté výrobní prostředí až po jejich realizaci. Čistí jednotlivé součástky nebo dokonce celé satelity různými technikami, tradičně ultrazvukem nebo ionizovaným plynem, mokře nebo suchou metodou, nebo pomocí vlastních, jedinečných metod čištění CO2. Součástí služeb jsou také školení a certifikace.

»Fraunhofer TESTED DEVICE«

IPA má dokonce vlastní označení kvality. Logo »Fraunhofer TESTED DEVICE« je známé a chráněné po celém světě. Zákazníci si mohou nechat otestovat a certifikovat jednotlivé díly nebo celé stroje, od kabelů po roboty, z hlediska jejich vhodnosti do čistých prostor. Jde o různé kritéria podle problémové situace, ať už jde o uvolňování částic nebo vypouštění plynů, odolnost vůči chemikáliím nebo snadnost čištění. Zákazník obdrží vedle certifikátu také podrobnou zprávu o testování. IPA dosud prozkoumalo více než 1700 produktů z různých odvětví, od elektroniky po potravinářství. Každý rok přibývá alespoň 100 nových.

Výroba v čistých podmínkách

Když institut před třiceti lety začal s technikou čistoty, zaměřoval se na výrobu polovodičů. Postupem času se přidaly i další odvětví, od automobilového průmyslu po zdravotnictví. Tak například IPA vytvořilo pro mezinárodního dodavatele automobilových dílů, který musí vyrábět elektronické komponenty v čistých prostorách, koncept čistoty. Míra odmítnutí klesla o 55 procent, což při vysokém objemu výroby znamená úsporu nákladů kolem jednoho milionu eur ročně.

Metoda čištění CO2

Za to může náhoda, že se IPA od roku 1999 zabývá i kosmonautikou. Evropská kosmická agentura ESA požádala, zda jsou němečtí experti schopni sterilizovat komponenty marsovské sondy. Protože klasické sterilizační metody zanechávají mrtvé mikroorganismy, zatímco důkladné čištění CO2 je úplně odstraní z povrchu, získal tento oddělení zakázku. Od té doby kosmická divize intenzivně rozvíjí výzkum, protože zde jsou požadavky obzvlášť přísné. Momentálně probíhá téměř dvacítka projektů s různými zaměřeními. Mezi hlavní patří »ExoMars« Evropské kosmické agentury ESA a satelitní mise »EnMap«. S důvěryhodným průmyslovým partnerem je aktuálně plánováno dokonce strategické partnerství na příští roky.

Institut téměř všechny 13 000 dílů satelitu »EnMap« vyčistil. Projekt Marsu byl ještě náročnější, protože šlo o hledání stop života na sousední planetě. Proto nesmějí být na palubě žádné organické látky z Země, což dále zvyšuje požadavky na čistotu. Velmi šetrná metoda čištění, kterou vyvinuli ve Stuttgartu, je metoda čištění pomocí CO₂ sněhové kuličky. Původně se používala v USA k odstraňování nátěru z letadlových trupů. Experti z IPA ji zdokonalili a místo tvrdých pelletů používají menší a měkčí sněhové krystaly. Nečistoty jsou tímto způsobem rozptýleny tepelným šokem, uvolní se a mohou být odsáty. Pro zvýšení účinnosti urychluje obalující dusík paprsek na nadzvukové rychlosti. Další inovací je použití superkritického oxidu uhličitého. V uzavřených dutinách lze pomocí něj spláchnout hadice, protože při přetlaku 70 bar pronikne hluboko do nich.

Fraunhofer IPA nejenže čistí a kontroluje úspěšnost, ale také správně balí vyčištěné díly, aby se znovu neznečistily oděrem nebo vypouštěním plynů z obalového materiálu. Gommel mluví o »kompletním balíčku péče«. Především v kosmonautice je takové náročné balení povinné, ať už z nerezové oceli nebo z fólie s hliníkovou vrstvou. Protože díly musí často dlouhodobě skladovat před sestavením a startem satelitu.

Normy a směrnice pro čistotu

Další oblastí práce je pomoc při tvorbě norem a směrnic. Mnoho komisí doma i v zahraničí, které se zabývají čistotou, je podporováno pracovníky IPA, ať už jde o návrh čistých prostor nebo klasifikaci čistoty povrchů. Někdy IPA dokonce sestavuje vlastní konsorcia průmyslu a výzkumných partnerů, aby požadavky z výrobního prostředí převedla do národních a mezinárodních pravidel.

Jednou z novějších iniciativ je pomoc při tvorbě pravidel pro spotřební materiál používaný v čistých prostorách, například overaly, rukavice nebo utěrky. Ačkoliv tyto jednorázové výrobky mohou způsobovat kontaminaci oděrem nebo vypouštěním plynů, dosud chybí spolehlivé normy, jak by měly být vyrobeny. Průmyslové sdružení »Cleanroom Suitable Consumables« má tento stav změnit. Další průmyslové sdružení, které začalo v roce 2015, se zabývá zdravotnickými produkty, jako jsou implantáty a chirurgické nástroje. Díky jednotným a smysluplným předpisům, které se v rámci sdružení »MediClean« diskutují s příslušnými zdravotnickými firmami, lze zde zajistit bezpečnost jak pro zdravotnické firmy, které nesou odpovědnost za bezpečnost svých produktů, tak pro pacienty.

Školení

Ne naposledy předává Fraunhofer IPA své know-how prostřednictvím školení. Od roku 2005 bylo vyškoleno přibližně 2500 osob v technikách čistoty, částečně v prostorách institutu ve Stuttgartu, částečně formou školení přímo v podnicích. Od roku 2011 získávají úspěšní absolventi certifikát QMC (Centrum řízení kvality), který uděluje VDA.

Experta z IPA Gommel je přesvědčen: Rostoucí miniaturizace činí techniku čistých prostor stále důležitější a vede k stále vyšším požadavkům. »Nevidíme konec vývoje«. Také výzvy spojené s průmyslem 4.0 nelze zvládnout bez pomoci »čistotných«.