Technologie de pureté au Fraunhofer IPA

Il y a 30 ans, l'Institut Fraunhofer de Stuttgart pour la production et l'automatisation IPA a placé la technologie de la pureté à son agenda. Depuis lors, son engagement dans ce domaine n'a cessé de croître. Aujourd'hui, il fait partie des établissements leaders dans le monde entier. Il dispose non seulement de la plus grande salle blanche de test de classe ISO 1, 200 mètres carrés, haute de 6,50 mètres, mais aussi d'appareils de haute précision pour la validation de la pureté. Il est ainsi parfaitement équipé. »La combinaison de nettoyage, de contrôle et d’évaluation de la pureté est unique«, déclare le chef du département »Reinst- et Microproduktion«, Udo Gommel. L'institut couvre toute la gamme de la technologie de la pureté, du concept de pureté pour les installations de production et l’environnement de production pur jusqu’à leur mise en œuvre. Il nettoie des composants individuels ou même des satellites entiers avec différentes techniques, traditionnellement par ultrasons ou gaz ionisé, humide ou sec, ou avec des procédés de nettoyage au CO2 développés en interne, uniques. La formation et la certification font également partie de ses prestations.

« APPAREIL TESTÉ FRAUNHOFER »

L'IPA possède même son propre label de qualité. Le logo »Appareil Testé Fraunhofer« est connu et protégé partout dans le monde. Les clients peuvent faire tester et certifier la compatibilité de pièces individuelles ou de machines entières, du câble au robot, avec la salle blanche. Selon le problème, il peut s’agir de critères différents, comme la libération de particules ou les émissions de gaz, la résistance chimique ou la facilité de nettoyage. En plus du certificat, le client reçoit un rapport d’essai détaillé. L’IPA a déjà examiné plus de 1 700 produits issus de nombreux secteurs, de l’électronique à la technologie alimentaire. Au moins 100 nouveaux produits sont ajoutés chaque année.

Fabrication en conditions de salle blanche

Lorsque l’institut a commencé il y a trois décennies à s’intéresser à la technologie de la pureté, la fabrication de semi-conducteurs était au centre de ses préoccupations. Aujourd’hui, d’autres secteurs ont rejoint la liste, de la production automobile à la technologie médicale. Ainsi, l’IPA a élaboré pour un fournisseur automobile international, qui doit fabriquer ses composants électroniques en salle blanche, un concept de pureté. Le taux de rebuts a alors diminué de 55 %, ce qui, compte tenu du volume élevé, représente une économie d’environ un million d’euros par an.

Procédé de nettoyage au CO2

C’est par hasard que l’IPA s’est également intéressé à l’espace à partir de 1999. L’Agence spatiale européenne ESA avait demandé si les experts de Stuttgart étaient capables de stériliser des composants d’une sonde martienne. Alors que les méthodes classiques de stérilisation laissent des micro-organismes morts, le nettoyage approfondi au CO2 de l’IPA élimine même complètement ces micro-organismes de la surface, ce qui a permis à la division d’obtenir le contrat. Depuis lors, le secteur spatial a fortement accéléré ses recherches, car ici, les exigences sont particulièrement strictes. Actuellement, près de deux douzaines de projets avec différents axes sont en cours. Parmi les points forts, on trouve »ExoMars« de l’Agence spatiale européenne ESA ainsi que la mission satellite »EnMap«. Avec un partenaire industriel fiable, une coopération stratégique pour les années à venir est même actuellement planifiée.

Le institut a nettoyé presque toutes les 13 000 pièces du satellite d’observation de la Terre »EnMap«. Le projet martien était encore plus exigeant, car il s’agissait de rechercher des traces de vie sur la planète voisine. C’est pourquoi aucune substance organique provenant de la Terre ne doit être transportée, ce qui augmente encore les exigences en matière de pureté. Une méthode de nettoyage très douce, développée à Stuttgart, a fait ses preuves : la méthode de neige de CO₂. Initialement utilisée aux États-Unis pour enlever la peinture des fuselages d’avions, cette méthode a été perfectionnée par les experts de l’IPA, qui utilisent à la place de pellets de CO₂ durs, de minuscules cristaux de neige plus doux. Les impuretés sont dispersées par le choc thermique, se détachent et peuvent être aspirées. Pour augmenter l’efficacité, un flux de azote sursaturé accélère le jet à la vitesse supersonique. Une autre innovation consiste à utiliser du dioxyde de carbone supercritique. Dans des cavités fermées, il peut être injecté dans des tuyaux sous une pression de 70 bars, en les rinçant en profondeur.

L’Institut Fraunhofer IPA ne se contente pas de nettoyer et de contrôler le succès, il emballe également les composants nettoyés de manière professionnelle pour éviter qu’ils ne soient à nouveau contaminés par l’usure ou les émissions du matériau d’emballage. Gommel parle d’un »package tout compris«. Surtout dans l’aérospatiale, un emballage aussi sophistiqué est obligatoire, que ce soit en acier inoxydable ou en film d’aluminium vaporisé. En effet, jusqu’à l’assemblage et le lancement d’un satellite, les composants doivent souvent être stockés pendant plusieurs années.

Normes et directives de propreté

Un autre domaine de travail consiste à aider à l’élaboration de normes et de directives. De nombreux comités nationaux et internationaux, qui traitent de la propreté, sont soutenus par des employés de l’IPA, qu’il s’agisse de la conception d’une salle blanche ou de la classification de la propreté des surfaces. Et parfois, l’IPA crée également des consortiums spécifiques réunissant l’industrie et des partenaires de la recherche pour mettre en œuvre les exigences du milieu de production dans des règlements nationaux et internationaux.

Une des initiatives récentes concerne les matériaux consommables utilisés dans les salles blanches, comme les combinaisons, les gants ou les chiffons. Bien que ces articles à usage unique puissent causer des contaminations par usure ou émission de gaz, il manque encore des réglementations fiables sur leur composition. Le groupe industriel »Cleanroom Suitable Consumables« veut changer cela. Un autre groupe industriel, lancé en 2015, s’intéresse aux produits médicotechniques tels que les implants et les instruments chirurgicaux. Grâce à des directives uniformes et pertinentes, discutées dans le cadre du groupe »MediClean« avec les entreprises de technologie médicale concernées, il est possible d’assurer à la fois la sécurité pour les fabricants, responsables de la sécurité de leurs produits, et pour les patients.

Formations

Enfin, l’IPA transmet son savoir-faire par le biais de formations. Depuis 2005, environ 2 500 personnes ont été initiées aux techniques de la pureté, parfois dans les locaux de l’institut à Stuttgart, parfois lors de formations sur site dans les entreprises concernées. Depuis 2011, les diplômés qui réussissent reçoivent un certificat QMC (Centre de gestion de la qualité), délivré par le VDA.

L’expert de l’IPA Gommel est convaincu : la miniaturisation croissante rend la technologie des salles blanches de plus en plus importante et entraîne des exigences toujours plus élevées. »Nous ne voyons pas de fin au développement«. Les défis liés à l’industrie 4.0, sans l’aide des »propreurs«, seraient impossibles à relever.