High Purity a besoin de propreté technique dans toute la chaîne de processus

La technologie CNp : un changement de jeu dans les processus de haute pureté : L'année dernière, LPW a obtenu, après les droits internationaux, également les brevets européens du procédé CNp, utilisé depuis des années et continuellement développé en interne (Nucleation Cyclique). Le CNp agit directement sur la couche limite d'une pièce, même dans des contours internes difficiles d'accès (comme par exemple des implants 3D ou dans de fines capillaires et lumières). Grâce à des fluctuations de pression ciblées dans la zone de la courbe de pression de vapeur spécifique au liquide, à la formation de vapeur générée, aux effets de nettoyage de la cavitation douce, ainsi qu'à un échange efficace de médias, les contaminants sont dissous et, le cas échéant, les restes de contamination transportés en aval sont éliminés en toute sécurité. Combinée à l'ultrasons, la technologie CNp en tant que renforceur de processus permet également à LPW de relever les défis les plus difficiles, par exemple dans le domaine médical ou de la technologie à ultra-haute vacuité.

Nouvelle installation CNp : Petite centrale pour une pureté maximale : La nouvelle dans le portefeuille LPW est l'installation standard compacte PowerJet CNp. Le système à deux étages avec chambre intégrée pour vapeur intermédiaire occupe à peine 4 m² et dispose, en plus des procédés de nettoyage par ultrasons et de nucléation cyclique (CNp), du séchage nécessaire pour des niveaux d'exigence plus élevés. Celui-ci peut être réalisé sous forme d'air chaud ou par séchage infrarouge sous vide. De plus, la nouvelle installation est équipée d'une chambre de traitement intégrée dans les deux réservoirs de pré-traitement, conçue pour des marchandises jusqu'à une taille de lot de 600 x 400 x 300 mm et un poids jusqu'à 150 kg. La construction en sandwich soutient les processus de nettoyage et de rinçage ainsi que le séchage grâce à un niveau de température plus élevé. La boucle de circulation comprend une filtration intégrée à débit total avec une surface de filtre de plus de 4 m² et des unités de filtration jusqu'à 0,5 µm. Actuellement, cette petite centrale est disponible en deux versions. Plus d'infos : www.lpw-cleaning.de.

1. De nouveaux produits en technologie médicale, tels que les implants fabriqués par fabrication additive, posent de nouveaux défis aux fabricants d'installations de nettoyage. S'ajoutent à cela les exigences réglementaires (en Europe, le Règlement sur les dispositifs médicaux), qu'il faut gérer. (Photo : LPW)

2. Structures capillaires, telles que dans de fines canules et tubes, sont soumises à des critères de propreté très stricts (selon l'utilisation). En raison de leur rapport d'aspect (rapport entre le diamètre intérieur et la longueur), ces composants rendent impossible l'utilisation de la plupart des méthodes de nettoyage connues et mettent également à rude épreuve les processus de rinçage et de séchage. Voici une capillaire en verre de 300 mm de long avec un diamètre intérieur d'environ 50 µm. (Photo : LPW)

3. Dans la technique laser et en haute-vacuum, le nettoyage est confronté à des surfaces traitées sensibles et de haute précision — comme ici, par exemple, avec des miroirs. (Photo : LPW)

4. Les influences du séchage sur le degré de propreté technique sont souvent sous-estimées. Ainsi, le séchage par circulation d'air à haute efficacité énergétique tend à concentrer les plus fines impuretés organiques et inorganiques, ce qui entraîne une recontamination des composants. C'est pourquoi LPW utilise des systèmes infrarouges déconnectés de l'environnement. (Photo : LPW)

L'ensemble de l'industrie manufacturière est en pleine mutation technologique. Et ce, à l'échelle mondiale. Des concepts de mobilité modifiés, la digitalisation ainsi que la fabrication de produits entièrement nouveaux entraînent des exigences accrues en matière de propreté technique. Le simple nettoyage ne suffit plus. Des environnements extrêmement propres et des sous-processus finement coordonnés dans toute la chaîne de processus sont devenus aussi importants que la technologie de nettoyage elle-même. Cela nécessite de nouvelles méthodes, des façons de penser innovantes ainsi qu'une compréhension élargie chez les fabricants d'équipements et leurs clients.

La propreté technique n'est donc plus uniquement assurée par le processus de nettoyage. C'était hier. Pour les tâches de haute pureté modernes, il s'agit de composer une symphonie de processus holistique et de clarifier, par exemple, l'impact du pré-traitement sur la nettoyabilité d'une pièce, comment le nettoyage se présente avec ses paramètres internes immédiats, et comment concevoir le processus suivant avec ses facteurs influençant la qualité lors du transport de la pièce propre vers le lieu d'utilisation (« Point of Use »).

En détail, chaque secteur possède ses propres effets spéciaux : par exemple, dans la fabrication d'appareils d'analyse, en médecine, en haute-vacuum ou en technologie des capteurs, ainsi que dans le domaine automobile (e-mobilité et pile à combustible), les exigences en matière de propreté technique augmentent en ce qui concerne les niveaux de contamination filmique, pigmentaire, biologique, toxique ou atomique dans le quotidien de la production. Lors de la fabrication additive (impression 3D) — c’est-à-dire la production de pièces par impression 3D avec des formes géométriques complexes ou des structures capillaires — le degré de pureté défini devient de plus en plus crucial sur des surfaces difficiles d'accès. En plus de ces facteurs liés au produit, la traçabilité et la validation tout au long de la chaîne de processus sont également exigées.

Expérience et recherche

LPW Reinigungssysteme GmbH s’est imposée ces dernières années comme partenaire mondial pour des solutions d’équipements sur mesure dans le segment haute pureté. Les systèmes sont utilisés dans de nombreux domaines de haute technologie et répondent aux exigences de propreté les plus strictes. De plus, les spécialistes de Riedenich sont très actifs en recherche et mènent, avec des utilisateurs issus de divers secteurs, des séries d’essais approfondis ainsi que des nettoyages sous contrat, y compris en salles blanches, dans leur centre d’essais et de services interne. Les tendances principales et les enseignements issus de l’expérience et de la recherche dans le domaine du nettoyage fin et ultra-fin peuvent être résumés comme suit :

Fondamental :
– Les pré-traitements doivent être évalués quant à leurs influences positives et négatives sur le degré de propreté technique. L’accent est mis sur les opérations de manipulation, les auxiliaires et consommables utilisés ou les paramètres environnementaux et ambiants.
– Plus un pré-traitement est stable en ce qui concerne la contamination nette qu’il génère, plus il est possible de réaliser efficacement et en toute sécurité les exigences de propreté demandées.
– Les changements non planifiés, tels que le remplacement d’auxiliaires, de consommables ou d’outils, des modifications géométriques des pièces ou des temps d’attente imprévus, ont un impact négatif sur le nettoyage, pouvant aller jusqu’à l’échec.

Ces bases s'appliquent, avec différentes intensités, à presque tous les processus de nettoyage. Avec les nouvelles tâches de haute pureté, d’autres caractéristiques s’ajoutent :
– Des contaminations filmique, pigmentaire ou biologiques, toxiques ou atomiques se « dissimulent » dans la couche limite laminaire, directement sur la surface de la pièce.
– En lien avec une géométrie complexe, éventuellement capillaire, ou une disposition très compacte du matériel à nettoyer, de nombreux procédés et médias de nettoyage établis (liquides ou à base de gaz) ne sont que partiellement ou pas du tout adaptés.
– Il faut également prendre en compte les influences des conditions ambiantes (notamment la contamination croisée), le risque de pollution par l’installation de nettoyage elle-même, ainsi que par l’utilisation de médias inadaptés.
– Le processus suivant après le « Point de Contrôle Qualité » « Nettoyage » comporte aussi ses propres risques. En effet, il existe une distance temporelle et spatiale entre l’atteinte d’un niveau de propreté requis et le lieu où cette propreté est nécessaire. Une détérioration ou une contamination due à une manipulation incorrecte, un emballage inapproprié ou des paramètres environnementaux inadéquats, ou encore des effets de vieillissement ou de changement dus à un stockage prolongé ou à des temps d’attente, détruisent le résultat obtenu avec peine lors de la transition vers l’utilisation finale.

Haute pureté de mini à XXXL

Voilà pour la théorie et la liste prioritaire de la haute pureté. Adaptés à la pratique quotidienne en usine, ces projets du portefeuille LPW illustrent bien la mise en œuvre concrète.

Fabrication additive : Pour un fabricant américain de dispositifs médicaux et d’implants, il s’agissait de débarrasser des prothèses de hanche fabriquées par impression 3D de résidus de poudre. Lors du processus de fabrication, une forme géométrique poreuse se forme, initialement contaminée par des résidus de poudre. Lors des étapes suivantes, cela peut entraîner des contaminations dans la géométrie interne, par exemple lors d’un traitement mécanique. Deux processus de nettoyage sont donc nécessaires : le premier après l’impression, le second immédiatement après la finition avant l’emballage. LPW a conçu pour cette tâche un système entièrement automatisé à double chambre, du type PowerJet modular — avec une combinaison ultrasonique-CNp dans les deux chambres et une filtration adaptée des résidus de poudre.

Composants de haute technologie sous vide : Dans ce domaine, il s’agit principalement de pièces sensibles pour la fabrication de semi-conducteurs, présentant des contaminations organiques-filmiques et moléculaires-atomiques. Le processus de nettoyage lui-même est intégré dans des étapes clés de la fabrication, notamment une étape de nettoyage humide avant la salle blanche (généralement ISO 5), précédant un « bake out » en haute-vacuum pour atteindre les exigences finales de propreté organique. LPW fournit depuis de nombreuses années des systèmes complexes haute pureté pour le nettoyage humide final avant la salle blanche ISO 5, en Europe, en Asie et en Amérique du Nord. En Europe, les fournisseurs directs et indirects d’ASML, comme la division semi-conducteurs de Trumpf, en font partie. Aux États-Unis, des clients comme Applied Materials utilisent ces systèmes. En Asie, le premier système de grade XXXL1 a récemment été livré au partenaire de longue date, VAT Malaysia. Pour ces missions — nettoyage humide final pour éliminer la contamination filmique avant le « bake-out » en salle blanche — des systèmes automatisés multi-chambres, équipés d’une combinaison ultrasonique-CNp à plusieurs fréquences dans toutes les chambres, de rinçages à l’eau ultrapure et d’un séchage par IR sous vide, ont été conçus et fabriqués sur mesure.

Rôles des fabricants d’équipements

Les nouvelles exigences ne peuvent pas être satisfaites par de vieilles idées ou méthodes. C’est pourquoi l’équipe LPW s’est concentrée depuis 2008 sur ces nouveaux défis et, après des analyses approfondies et une évaluation des mégatendances dans différents secteurs, a profondément restructuré l’entreprise et ses produits, en restant agile. Outre la réorganisation interne des processus, la formation et le perfectionnement des collaborateurs constituent une priorité majeure. Par ailleurs, toutes les installations de nettoyage ont été entièrement révisées et améliorées, et des listes de matériaux interdits ont été établies. Les processus de rinçage et de séchage ont été modifiés, et tous les systèmes de manipulation et d’automatisation ont été adaptés. La surveillance numérique des processus a été améliorée et est actuellement en cours de développement intensif, en collaboration avec des spécialistes externes.

Enfin, une nouvelle unité commerciale, l’Application Engineering, a été créée, proposant de nouveaux services (par exemple, formations, planification et assistance à l’application, simulation de processus, optimisation de l’efficacité énergétique et de la qualité, nettoyage sous salle blanche en contrat de sous-traitance). Elle coordonne également les activités de R&D. Toutes ces solutions techniques, processus et méthodes sont développées en collaboration étroite avec les clients, dans un processus de co-engineering intensif, testé et constamment remis en question. Parfois un défi pour les deux parties, mais absolument nécessaire si l’on veut réussir face aux nouvelles exigences et défis.