Výrobní zařízení splňující požadavky na čistotu podle normy

Výrobní zařízení v souladu s normami kvality

Kick-off setkání k průmyslovému sdružení »Cleanroom Suitable Materials CSM«, fáze 4, dne 28. ledna 2009 v Fraunhofer IPA v Stuttgartu

Výchozí situace

U různých technických komponentů je požadavek na rostoucí výkon a rychlost, stejně jako na snížení hmotnosti a energetické náročnosti, realizován procesem miniaturizace. Tento již několik desetiletí pozorovaný a trvající trend miniaturizace struktur ve vědě a technice vyžaduje mimo jiné zajištění kontrolovaného „čistého“ výrobního prostředí. Jejím úkolem je minimalizovat faktory poškozující výrobek. Prostředí zvané „čistý pokoj“, vzniklé filtrací vzduchu – původně vyvinuté především pro mikroelektroniku a mikrosystémovou techniku – se dnes nachází prakticky ve všech vysoce technologických sektorech.

Podle odvětví a procesu mají různé faktory čistoty odlišný vliv na poškození výrobku. Průzkum provedený v roce 2003 Fraunhofer IPA potvrdil, že největší hrozbou pro účastníky trhu je stále čistá výroba znečištěná částicemi – nejmenšími částicemi v mikrometrovém rozsahu, následovaná molekulárními kontaminacemi (degasování) a elektrostatickými výboji (ESD).

V posledních letech lze pozorovat změnu v příčinách kontaminace: samotný čistý pokoj má již pouze marginální vliv na kontaminaci výroby. I personál, který ještě před asi 15 lety představoval největší vliv na čistotu výrobního prostředí, ztrácí díky své eliminaci z kritických oblastí na kontaminačním potenciálu. Naopak, díky zvýšenému využívání automatizačních řešení se výrazně zvyšuje riziko kontaminace z výrobních zařízení, které je nyní odhadováno na více než 40 %.

Výrobní zařízení a materiály, které jsou v nich zabudované a často přicházejí do přímého kontaktu s produktem, se tak stávají stále důležitějším a ovlivnitelným faktorem kontaminace čisté výroby. Tento trend se odráží i v průzkumu provedeném Fraunhofer IPA: 91 % provozovatelů čisté výroby považuje vhodnost materiálů z hlediska čistoty za nejdůležitější, kontrolovanou veličinu. Více než 85 % zúčastněných firem má zájem o databázi materiálů a výrobků s údaji o jejich vhodnosti z hlediska čistoty. Výběr materiálů pro výrobní zařízení tak, aby vznikaly pouze minimální nebo žádné kritické kontaminace, je pro průmysl velmi důležitým, avšak dosud málo prozkoumaným tématem.

Udržitelný rozvoj průmyslového sdružení

Díky odezvě, kterou tento průzkum v rámci analýzy trhu v průmyslu vzbudil, se Fraunhofer IPA rozhodl založit průmyslové sdružení „Cleanroom Suitable Materials CSM“.

Hlavním cílem sdružení je poskytnout konstrukčním týmům zařízení pro čisté výrobní prostředí nástroje, které umožní výběr vhodných materiálů z hlediska čistoty. Základním předpokladem je úzká komunikace mezi koncovými uživateli výrobních zařízení a jejich výrobci. Vhodnou platformou je právě toto sdružení: klíčoví hráči z relevantních odvětví sedí u jednoho stolu a společně s Fraunhofer IPA vyvíjejí spolehlivé metody pro testování a hodnocení vhodnosti materiálů z hlediska čistoty (viz obr. 1). Obzvlášť udržitelná je práce sdružení díky jeho účasti na aktuálně vznikajících normách a směrnicích, do nichž jsou začleněny testovací metody sdružení.

Díky řadě testů materiálů na různých kombinacích keramických, kovových, povrchových a plastových materiálů, které si jednotliví účastníci mohou vybírat podle svých potřeb, vzniká již dva roky exkluzivní a rozsáhlý znalostní fond o vhodnosti materiálů z hlediska čistoty. V podobě celosvětově jedinečné internetové databáze výsledků mají účastníci přístup ke všem zkoušeným materiálům a těží ze synergií velkého počtu účastníků, kteří přinášejí rychle rostoucí datovou základnu o materiálech. Uživatelsky přívětivé grafické rozhraní databáze s různými vyhledávacími funkcemi umožňuje účastníkům cíleně využívat výsledky testů materiálů při vývoji, plánování a optimalizaci svých výrobních zařízení.

Příklad realizace

Při vývoji automatizovaného čistícího systému bylo možné již využít znalostí sdružení. Aby se předešlo nadměrným a nepřijatelným hodnotám emisí částic při pozdějším provozu zařízení, byly provedeny předběžné testy s možnými materiály. Díky vyvinuté metodě testování a hodnocení sdružením bylo možné již před realizací zařízení omezit a ohodnotit počet potenciálních materiálů. Výsledkem je téměř na míru přizpůsobený čistící systém (viz obr. 2).

Výhled

Aby bylo možné stále co nejkomplexněji hodnotit vhodnost materiálů pro čisté výrobní prostředí, jsou plánovány další rozšíření hodnotících metod, například zkoumání uvolňování částic z materiálů v vakuových podmínkách nebo mikrobiologické testy, které jsou důležité pro aplikace v LifeScience. Další postup bude rozhodnut na otevřeném a nezávazném kick-off setkání Fraunhofer IPA dne 28. ledna 2009 v Stuttgartu, na které jsou všichni zájemci srdečně zváni.

Sdružení se těší na přijetí nových partnerů, kteří do výzkumu přinesou své požadavky a specifické materiály, aby mohli i nadále být v kontaktu s nejnovějšími trendy v průmyslu.