Három évtizedes kutatás a tisztaságért

Ultrahangos precíziós alkatrész tisztítás egy ISO 1 levegőszennyezettségi osztályú tisztatérben.

Műhold

Fogyóeszközök

Fogyóeszközök

Dr.-Ing. Udo Gommel

Minden a mosóberendezéssel kezdődött az autóknál. Egy IPA-Osztály éppen optimalizálta ezt a berendezést, amikor megkeresést kapott a Szövetségi Kutatási és Technológiai Minisztériumtól, hogy vajon az intézet nem foglalkozhatna-e tisztatértechnológiával. Ez 30 évvel ezelőtt történt, amikor a személyi számítógépek virágkora kezdődött, és a kapcsolási áramkörök olyan kicsivé váltak, hogy a szennyeződések egyre több problémát okoztak. Akkor az intézet vezetője, Prof. Rolf Dieter Schraft egy félmosollyal megjegyezte, hogy aki autókat tisztít, az a félvezetőket is tisztán tudja tartani. Így az osztály, melynek vezetője éppen Wolfgang Schmutz volt (aki a szlogenje szerint: „Ne adj esélyt a szennyezésnek”), állami támogatással kezdett foglalkozni a tisztaságtechnológiával. Kezdetben mindössze 6 munkatársa volt, ma már 50.

Miniatürizálás hajtóereje

Az indulás óta az osztály folyamatosan bővült, körülbelül minden 5 évben következett be egy alapos átalakítás és bővítés. A bővülést a technológiai fejlesztések hajtották. Az elektronikus és mechanikus alkatrészek egyre kisebbé válása egyre nagyobb követelményeket támasztott a tisztasággal szemben. Az IPA nemcsak követte ezt a folyamatot, hanem jelentősen befolyásolta is. Erőssége a sokoldalúságában rejlik: az osztály rendelkezik a világ legnagyobb kutatási tisztatérrel az ISO-1 osztályban, ahol szinte bármilyen méretű alkatrészt tisztíthatnak, valamint magas precizitású eszközökkel a munkák validálására. „A tisztítás és értékelés kombinációja egyedülálló”, mondja Udo Gommel, az „Újratermelés és Mikrotermelés” osztály dinamikus vezetője.

Főbb események

A diplomás fizikus 20 éve dolgozik az IPA-nál, és 8 éve vezeti az osztályt. Visszatekintve több kiemelkedő pillanatra emlékszik. Például a romániai tevékenységre. A stuttgartiak LED-gyártó berendezést építettek a Microelectronica cég számára, a koncepciótól a működésbe helyezésig. 2012 szeptemberében indult el a projekt. A különleges külső körülmények jelentették a legnagyobb kihívást: a high-tech berendezést egy omladozó gyárépületben kellett kialakítani, ami a hidegháború idejéből származott. „A pince tele volt vízzel, térdig érő vízben álltunk”, emlékszik Gommel. És éppen ez a nedves pince, amely penész és más szennyeződések szaporodási helye volt, lett a tisztaterek helyszíne. A gyártáshoz az ISO-8 osztály elég volt, de mellette egy sokkal magasabb követelményeket támasztó elemző laboratóriumot is terveztek. Ennek az ISO-1 osztálynak kellett volna megfelelnie, tízmilliószor tisztábbnak, mint a gyártásban. A svábok végül sikerrel alakították át a nedves pincéket tisztaterré. A rendkívül tiszta elemző laborban ma egy szekrény méretű számítógépes tomográf áll – ez egyedülálló a világon.

Az, hogy a tiszta munkakörülmények mennyire döntőek a gazdasági siker szempontjából, egy autóipari példán keresztül mutatkozik meg. Egy nemzetközi beszállító kérte az IPA szakértőit, hogy készítsenek egy átfogó tisztasági koncepciót. Ennek megvalósítása 55%-kal csökkentette a selejt arányát. Ez a magas darabszám mellett körülbelül egymillió eurós éves költségmegtakarítást eredményezett.

Űrkutatás

Az intézet egyik kiemelkedő eredménye az űrkutatásba való belépés is. Miután évekig az ipari termelés volt a fókuszban, egy véletlen új területet nyitott meg. Az Európai Űrügynökség (ESA) 2009-ben érdeklődött, hogy a stuttgarti szakértők képesek-e Mars-szonda alkatrészeit sterilizálni. A mikroorganizmusok elpusztítása nem tartozott a feladataik közé, de helyette egy tisztítási szolgáltatást ajánlottak. Gommel akkor kevés reményt adott arra, hogy felülmúlják a már meglévő versenytársakat. Ám végül ők kapták meg a megbízást. A sterilizálás során, akár vegyszerekkel, akár hővel, halott mikroorganizmusok maradnak vissza, de a gondosan végzett tisztítás „tabula rasa”-t eredményez, és ez nagyon kíméletes módon történik.

Az űrkutatási szektor azóta jelentősen felgyorsította a kutatásokat Stuttgartban, mivel itt a követelmények különösen szigorúak. Jelenleg közel két tucat projekt fut különböző fókuszokkal. Kiemelkedő példák az „ExoMars” az ESA-tól, valamint az „EnMap” műholdas misszió. Megbízható ipari partnerrel jelenleg stratégiai partnerség is tervbe van véve a következő években. A „EnMap” földmegfigyelő műholdból az intézet szinte összes, 13 000 alkatrészét megtisztította, köztük egy négy tonnás alumínium tömböt is. A nehéz alkatrész miatt a munkatársaknak ideiglenes tisztatér építésére volt szükség, akkora, mint egy kis lakóház – nagy nyomás alatt, időszűkös határidővel.

A Mars-projekt az ESA irányítása alatt még nagyobb kihívást jelentett, mivel az űrszonda, amelyet március 14-én indítottak, életnyomokat keres a szomszédos bolygón. Annak érdekében, hogy ne küldjenek hamis eredményeket, nem szabad földi szerves anyagokat magukkal vinni. Ez tovább növeli a tisztasági követelményeket. Egy különösen kíméletes tisztítási eljárás, amelyet Stuttgartban fejlesztettek ki, a CO2-széstradírozás. Eredetileg az USA-ban használták repülőgépek festékének eltávolítására. Az IPA szakértői ezt a módszert a legmagasabb tisztítási hatékonyságú eljárássá finomították. A kemény CO2-golyók helyett kisebb és lágyabb hókristályokat használnak. A szennyeződések a hőshock hatására szétporladnak, leválnak, és beszívhatók. A behatolási mélység növelése érdekében a burkoló nitrogén gyorsítja a sugárzást szuperszónikus sebességre. Egy másik, nemrég kifejlesztett innováció az ultra-kritikus szén-dioxid alkalmazása. Így például a zárt csővezetékek belső felületei tisztíthatók, ha 70 bar nyomással öblítik őket.

Tisztasági normák és irányelvek

A stuttgarti „Tisztaság Mesterei” nemcsak vállalatokat segítenek a tisztaságtechnika összetett kérdéseiben, hanem normák és irányelvek kidolgozásában is részt vesznek. Széles körű berendezésparkjuk, amely még a legkisebb szennyeződéseket is mérni és értékelni képes, erre kiválóan alkalmas. Számos hazai és nemzetközi bizottság, amelyek a tisztasággal foglalkoznak, IPA-munkatársak támogatásával működnek. Legyen szó egy tisztatér kialakításáról vagy felületi tisztasági osztályozásról, a stuttgartiak részt vesznek benne. És nemcsak ez – az osztálynak saját ellenőrző pecsétje is van.

„Fraunhofer TESZTELT ESZKÖZ”

A „Fraunhofer TESZTELT ESZKÖZ” embléma világszerte ismert és védett, Németországtól Ausztráliáig. Vásárlók tesztelhetik és tanúsíthatják, hogy az általuk használt alkatrészek vagy berendezések, legyenek azok kábelek vagy robotok, megfelelnek-e a tisztatér követelményeinek. Ez a tesztelés különböző szempontokat foglal magában, például részecskekibocsátást, kipufogást, vegyszerekkel szembeni ellenállást vagy tisztíthatóságot. A vásárló a tanúsítvány mellett részletes vizsgálati jelentést kap. Az elmúlt 16 évben az IPA több mint 1700 terméket vizsgált különböző iparágakból, az elektronikai szektortól az élelmiszeriparig. Minden évben legalább 100 új termék kerül hozzáadásra.

Ipari szövetségek által meghatározott szabványok

Habár a tisztaságtechnika már számos nemzetközi szabvánnyal rendelkezik, még mindig vannak árnyékos zónák. Az IPA célja ennek megváltoztatása. Két konzorciumot hozott létre ipari és kutatási képviselőkkel, amelyek egységesítést kívánnak elérni. Az első a tisztatérben használt fogyóeszközökre vonatkozik, például overálokra, kesztyűkre vagy törlőruhákról. Bár ezek az egyszer használatos termékek kopás vagy kipufogás révén szennyeződést okozhatnak, eddig nem voltak megbízható szabályok azok beszerzésére. A „Cleanroom Suitable Consumables” ipari szövetség szabványokat kíván meghatározni. Ugyanilyen fontos a második ipari szövetség, amely orvostechnikai termékekkel, például implantátumokkal és fecskendőkkel foglalkozik. Mivel a szennyeződések fertőzéseket vagy elutasító reakciókat okozhatnak a betegeknél, a „MediClean” szövetség a szükséges biztonságot kívánja garantálni, még az orvostechnikai vállalatok esetében is, amelyek végső soron felelősek termékeikért.

Tudásátadás képzésekkel

Az IPA tudását, amit három évtized alatt szerzett, képzéseken keresztül adja át. 2005 óta mintegy 2500 személyt ismertettek meg a tisztaságtechnikával, részben a stuttgarti intézeti helyszíneken, részben helyszíni képzéseken a vállalatoknál. 2011 óta a sikeres végzettek QMC-bizonyítványt kapnak (Minőségirányítási Központ) a VDA szabvány szerint.

Gommel IPA-szakértő úgy véli, hogy a tisztatér-Osztály a következő években tovább fog növekedni. Az egyre kisebb méretek miatt a tisztatértechnika iránti igények folyamatosan nőnek. „Nem látjuk a fejlődés végét”. Az ipar 4.0-val járó kihívások sem érhetők el pormentes környezet nélkül.