Tecnologia di purezza presso il Fraunhofer IPA

30 anni fa, l'Istituto Fraunhofer di Stoccarda per la tecnologia della produzione e dell'automazione IPA ha messo la tecnologia della purezza sulla sua agenda. Da allora, il suo impegno in questo campo è cresciuto costantemente. Oggi fa parte delle strutture leader a livello mondiale. Dispone non solo della più grande camera bianca di prova di classe ISO 1, 200 metri quadrati, alta 6,50 metri, ma anche di strumenti altamente precisi per la validazione della purezza. È quindi ben attrezzato. »La combinazione di pulizia e verifica della purezza, nonché di valutazione, è unica«, afferma il responsabile del dipartimento »Reinst- e Mikroproduktion«, Udo Gommel. L'istituto copre l'intera gamma della tecnologia della purezza, dal concetto di purezza per impianti di produzione e ambienti di produzione puri fino alla loro implementazione. Pulisce singoli componenti o addirittura interi satelliti con tecniche diverse, tradizionalmente con ultrasuoni o gas ionizzato, bagnato o asciutto, o con procedure di pulizia a CO2 sviluppate internamente, uniche nel loro genere. Anche la formazione e la certificazione fanno parte dell'offerta di servizi.

«DISPOSITIVO TESTATO FRAUNHOFER»

L'IPA ha persino un proprio sigillo di qualità. Il logo »Dispositivo Testato Fraunhofer« è conosciuto e stimato in tutto il mondo. I clienti possono testare e certificare singoli pezzi o intere macchine, dal cavo al robot, sulla loro idoneità per le camere bianche. A seconda del problema, si considerano criteri diversi, come l'emissione di particelle o le emissioni di gas, la resistenza ai prodotti chimici o la facilità di pulizia. Il cliente riceve, oltre al certificato, un rapporto di prova dettagliato. Finora, l'IPA ha esaminato più di 1.700 prodotti provenienti da numerosi settori, dall'elettronica all'industria alimentare. Ogni anno vengono aggiunti almeno 100 nuovi prodotti.

Produzione in condizioni di camera bianca

Quando l'istituto ha iniziato a occuparsi di tecnologia della purezza tre decenni fa, al centro dell'attenzione c'era la produzione di semiconduttori. Oggi, altri settori si sono aggiunti, dall'industria automobilistica alla tecnologia medica. Così, l'IPA ha sviluppato un concetto di purezza per un fornitore di automobili internazionale, che deve produrre i suoi componenti elettronici in condizioni di camera bianca. La percentuale di scarti è diminuita del 55%, con un risparmio di circa un milione di euro all'anno, considerando l'elevato volume di produzione.

Procedura di pulizia con CO2

È stato un caso fortuito a far sì che l'IPA si occupasse anche di spazio dal 1999. L'Agenzia spaziale europea ESA aveva chiesto se gli esperti di Stoccarda fossero in grado di sterilizzare componenti di una sonda marziana. Poiché i metodi di sterilizzazione classici lasciano microorganismi morti, mentre la pulizia approfondita con CO2 dell'IPA rimuove completamente i microorganismi dalla superficie, il dipartimento ha ottenuto il contratto. Da allora, il settore spaziale ha intensificato la ricerca, poiché qui i requisiti sono particolarmente severi. Attualmente sono in corso quasi due dozzine di progetti con diversi focus. Tra i punti salienti ci sono »ExoMars« dell'Agenzia spaziale europea ESA e la missione satellitare »EnMap«. Con un partner industriale affidabile, è attualmente pianificata anche una partnership strategica per i prossimi anni.

Dal satellite di osservazione terrestre »EnMap«, l'istituto ha pulito quasi tutti i 13.000 pezzi. Il progetto marziano è stato ancora più impegnativo, poiché si tratta di cercare tracce di vita sul pianeta vicino. Per questo motivo, non devono essere trasportate sostanze organiche dalla Terra, il che aumenta ulteriormente i requisiti di purezza. Un metodo di pulizia molto delicato, sviluppato a Stoccarda, si è dimostrato efficace: il metodo di pulizia con neve di CO2. Originariamente utilizzato negli USA per rimuovere la vernice dagli aeromobili, gli esperti dell'IPA lo hanno perfezionato, sostituendo le pellet di CO2 dure con cristalli di neve più piccoli e morbidi. Le impurità vengono disperse attraverso lo shock termico, si staccano e possono essere aspirate. Per aumentare l'efficacia, l'aria di azoto che circonda accelera il getto a velocità supersonica. Un'altra innovazione è l'uso di anidride carbonica supercritica. In spazi chiusi, i tubi possono essere lavati con questa, che penetra in profondità con una pressione di oltre 70 bar.

L'IPA di Fraunhofer non solo pulisce e controlla il successo, ma imballa anche correttamente i componenti puliti, affinché non si sporchino di nuovo a causa di abrasioni o emissioni del materiale di imballaggio. Gommel parla di un »pacchetto completo di servizi«. Soprattutto nel settore spaziale, un imballaggio così accurato è obbligatorio, sia con acciaio inossidabile che con pellicola rivestita di alluminio. Infatti, i componenti devono spesso essere conservati per anni prima dell'assemblaggio e del lancio di un satellite.

Norme e linee guida sulla pulizia

Un altro campo di attività è l'assistenza nella creazione di norme e linee guida. Molti comitati nazionali e internazionali che si occupano di pulizia sono supportati da dipendenti dell'IPA, sia che si tratti della progettazione di una camera bianca o della classificazione della purezza delle superfici. E talvolta, l'IPA crea consorzi appositamente con industrie e partner di ricerca per tradurre i requisiti del settore produttivo in regolamenti nazionali e internazionali.

Tra le iniziative più recenti, c'è quella sui materiali di consumo utilizzati nelle camere bianche, come tute, guanti o panni. Sebbene questi articoli usa e getta possano causare contaminazioni attraverso abrasioni o emissioni, finora mancano regole affidabili su come devono essere realizzati. Il consorzio industriale »Cleanroom Suitable Consumables« mira a cambiare questa situazione. Un altro consorzio industriale avviato nel 2015 si occupa di prodotti medicali come impianti e strumenti chirurgici. Attraverso norme uniformi e ragionevoli, discusse nel consorzio »MediClean« con le aziende di tecnologia medica coinvolte, si può garantire sia la sicurezza per le aziende di tecnologia medica, responsabili della sicurezza dei propri prodotti, sia la sicurezza dei pazienti.

Formazione

Infine, l'IPA di Fraunhofer trasmette il suo know-how anche attraverso corsi di formazione. Dal 2005, circa 2500 persone sono state introdotte alle tecniche di purezza, sia nelle aule dell'istituto di Stoccarda che attraverso corsi sul campo presso le aziende. Dal 2011, i diplomati di successo ricevono un certificato QMC (Centro di Gestione della Qualità), rilasciato dal VDA.

L'esperto dell'IPA Gommel è convinto: »La crescente miniaturizzazione rende la tecnologia delle camere bianche sempre più importante e porta a requisiti sempre più elevati«. »Non vediamo fine allo sviluppo«. Anche le sfide legate all'Industria 4.0 non possono essere affrontate senza l'aiuto dei »Pulitori«.