Reinheitstechnik a Fraunhofer IPA

30 évvel ezelőtt a stuttgarti Fraunhofer Ipari Gyártástechnikai és Automatizálási Intézet (IPA) a tisztaságtechnológiát tette napirendjére. Azóta elkötelezettsége ezen a területen folyamatosan növekedett. Ma a világ egyik vezető intézményéhez tartozik. Nemcsak a legnagyobb ISO 1-es osztályú tisztatérrel rendelkezik, amely 200 négyzetméter, 6,50 méter magas, hanem magas precizitású eszközökkel is a tisztaság validálására. Ezáltal kiválóan fel van szerelve. »A tisztítás és a tisztaságvizsgálat, valamint -értékelés kombinációja egyedülálló« – mondja Udo Gommel, a »Reinst- és Mikroprodukció« osztály vezetője. Az intézet lefedi a tisztaságtechnológia teljes palettáját, a gyártási berendezések és tiszta gyártási környezet tisztasági koncepciójától annak megvalósításáig. Egyes alkatrészeket vagy akár egész műholdakat is tisztít különböző technikákkal, hagyományosan ultrahangos vagy ionizált gáz segítségével, nedvesen vagy szárazon, vagy saját fejlesztésű, egyedülálló CO2-tisztítási eljárásokkal. Emellett képzéseket és tanúsítványokat is kínál a szolgáltatások részeként.

„Fraunhofer TESZTELT ESZKÖZ”

Az IPA saját minősítést is kiad. A „Fraunhofer TESZTELT ESZKÖZ” logó világszerte ismert és elismert. Az ügyfelek tesztelhetik és tanúsíthatják alkatrészeiket vagy akár egész gépeiket, a kábeltől a robotig, azok tisztatér-alkalmasságát. Ez a különböző problémák szerint különböző kritériumokat foglal magában, például részecskekibocsátás vagy gázkibocsátás, vegyszerek ellenállósága vagy tisztíthatóság. Az ügyfél a tanúsítvány mellett részletes vizsgálati jelentést is kap. Az IPA eddig több mint 1700 terméket vizsgált különböző iparágakból, az elektronikai szektortól az élelmiszeriparig. Minden évben legalább 100 új termék kerül hozzáadásra.

Gyártás tisztatéri körülmények között

Amikor az intézet három évtizeddel ezelőtt elkezdett foglalkozni a tisztaságtechnikával, a félvezetőgyártás állt a középpontban. Azóta más iparágak is csatlakoztak, például az autóipar és az orvostechnika. Így az IPA egy nemzetközileg működő autóalkatrész-gyártó számára készített tisztasági koncepciót, amelyben elektronikakomponenseit tisztatéri körülmények között gyártja. Ennek eredményeként a selejtráta 55%-kal csökkent, ami a magas darabszám mellett körülbelül egymillió eurós költségmegtakarítást jelent évente.

CO2-tisztítási eljárások

Véletlennek köszönhető, hogy az IPA 1999 óta foglalkozik űrkutatással. Az Európai Űrügynökség (ESA) megkérdezte, hogy a stuttgarti szakértők képesek-e sterilizálni a Mars-szonda alkatrészeit. Mivel a hagyományos sterilizálási eljárások halott mikroorganizmusokat hagynak hátra, az IPA alapos CO2-tisztítása viszont teljesen eltávolítja a mikroorganizmusokat a felületről, a részleg megkapta a megbízást. Az űrkutatási részleg azóta erőteljesen előre lendítette a kutatásokat, mivel itt különösen szigorú követelmények vannak. Jelenleg közel két tucat projekt fut különböző fókuszpontokkal. A kiemelkedő projektek közé tartozik az ESA ExoMars programja és az EnMap műholdküldetés. Egy megbízható ipari partnerrel jelenleg stratégiai partnerség is tervben van a következő években.

A „EnMap” földmegfigyelő műholdból az intézet szinte összesen 13 000 alkatrészt megtisztított. A Mars-projekt még kihívásosabb volt, mivel az élet nyomait keresték a szomszédos bolygón. Ezért semmilyen szerves anyagot nem szabad magával hozni a Földről, ami tovább növeli a tisztasági követelményeket. Egy rendkívül kíméletes tisztítási eljárás, amely Stuttgartban fejlődött ki, a CO2-szétszórási módszer. Eredetileg az USA-ban használták repülőgépek festékének eltávolítására. Az IPA szakértői finomították, és kemény CO2-golyók helyett kisebb és lágyabb hógömböket használnak. A szennyeződések a hőmérsékleti sokkon szétporladnak, leválnak, és beszívhatóak. A hatékonyság növelése érdekében a burkoló nitrogén gyorsítja a sugarat szuperszónikus sebességre. Egy másik innováció az ún. túlkritikus szén-dioxid alkalmazása. Zárt üregekben csővezetékek öblítésére használható, amikor 70 bar nyomással mélyen behatol.

A Fraunhofer IPA nemcsak tisztít és ellenőrzi a sikerességet, hanem a megtisztított alkatrészeket szakszerűen csomagolja is, hogy azok ne szennyeződjenek újra kopás vagy a csomagolóanyagból származó kipufogások miatt. Gommel egy „körültekintő csomagolási csomagnak” nevezte. Különösen az űrkutatásban ez a részletes csomagolás kötelező, legyen az rozsdamentes acélból vagy alumínium-bevonatú fóliából. Mivel a részegységek gyakran évekig tárolódnak a műhold összeszerelése és indítása előtt.

Tisztasági normák és irányelvek

Egy másik munkaterület a szabványok és irányelvek kidolgozásában nyújtott segítség. Számos hazai és nemzetközi bizottság, amelyek a tisztasággal foglalkoznak, az IPA munkatársainak támogatásával működik, legyen szó egy tisztatér kialakításáról vagy a felületi tisztaság osztályozásáról. És néha az IPA saját konzorciumokat hoz létre ipari és kutatási partnerekkel, hogy a gyártási környezet követelményeit nemzeti és nemzetközi szabályozásokba ültessék át.

Egyik legújabb kezdeményezés a tisztatéri használati anyagokra vonatkozik, például overálokra, kesztyűkre vagy törlőruhákat. Bár ezek az egyszer használatos termékek kopás vagy kipufogás révén szennyeződést okozhatnak, eddig nem voltak megbízható szabályozási keretek, hogy milyenek legyenek. A „Cleanroom Suitable Consumables” ipari szövetség ezt kívánja megváltoztatni. Egy másik, 2015-ben indult ipari szövetség az orvostechnikai termékekkel, például implantátumokkal és sebészeti eszközökkel foglalkozik. Az egységes és értelmes előírások révén, amelyeket a „MediClean” szövetségben az érintett orvostechnikai vállalatokkal vitatnak meg, biztonságot lehet teremteni mind az orvostechnikai cégek, mind a páciensek számára, akik felelősek termékeik biztonságosságáért.

Képzések

Végül, de nem utolsósorban, az IPA tudását képzésekkel is átadja. 2005 óta mintegy 2500 személyt ismertettek meg a tisztaságtechnikákkal, részben a stuttgarti intézeti helyiségekben, részben helyszíni képzéseken a vállalatoknál. 2011 óta a sikeres végzést követően a résztvevők QMC- tanúsítványt kapnak (Minőségirányítási Központ), amelyet a VDA ad ki.

Gommel, az IPA szakértője, meggyőződött: a növekvő miniatürizálás egyre fontosabbá teszi a tisztatértechnikát, és egyre magasabb követelményeket támaszt. »Nem látjuk a fejlődés végét«. Az ipar 4.0-val járó kihívásokat pedig a „Tiszta emberek” segítsége nélkül nem lehet megoldani.