High Purity heeft technische netheid nodig in de gehele procesketen

De CNp-technologie: Game-Changer in Hochreine-Prozessen: Het afgelopen jaar heeft LPW, na de internationale rechten, nu ook de Europese patenten op het al jarenlang gebruikte en intern verder ontwikkelde CNp-proces (Cyclische Nucleatie) verkregen. CNp werkt direct op de grenslaag van een onderdeel, ook op moeilijk bereikbare binnencontouren (zoals bijvoorbeeld 3D-implantaten of in fijne capillairen en lumen). Door gerichte drukschommelingen in het gebied van de vloeistofspecifieke dampdrukcurve, de gevormde dampbellen, de reinigingseffecten van milde cavitatie en een effectieve media-uitwisseling, worden verontreinigingen opgelost en eventueel meegevoerd restcontaminaties veilig afgevoerd. Met de ultrasone CNp-combinatie als procesversterker lost LPW bovendien de meest complexe vraagstukken op, bijvoorbeeld in de medische of hoogvacuumtechniek.

Nieuwe CNp-installatie: Klein krachtpatsertje voor hoogste High Purity: Nieuw in het LPW-portfolio is de ruimtebesparende standaardkamerinstallatie PowerJet compact CNp. Het tweefasige systeem met geïntegreerde stoomtussenkamer neemt slechts ongeveer 4 m² in beslag en beschikt naast de reinigingsmethoden ultrasoon en cyclische nucleatie (CNp) ook over de benodigde droging voor hogere eisen. Deze kan worden uitgevoerd in de vorm van hete lucht of met infrarood-vacuüm droging. Daarnaast is de nieuwe installatie uitgerust met een in de twee voorraadtanks ingebouwde behandelingskamer voor goederen tot een batchgrootte van 600 x 400 x 300 mm en gewichten tot 150 kg. De sandwichconstructie ondersteunt de reinigings- en spoelprocessen evenals de droging door een hoger temperatuurniveau. De recirculatiecirculatie beschikt over een geïntegreerde volledige stroomfiltratie met een filteroppervlak van meer dan 4 m² en filtereenheden tot 0,5 µm. Momenteel is het kleine krachtpatsertje in twee versies beschikbaar. Meer informatie: www.lpw-cleaning.de.

1. Nieuwe producten in de medische technologie, zoals additief vervaardigde implantaten, stellen de fabrikanten van reinigingsinstallaties voor nieuwe uitdagingen. Daarnaast komen de regelgevende eisen (in Europa de Medical Device Regulation) die het hoofd geboden moeten worden. (Foto: LPW)

2. Kapillairstructuren, bijvoorbeeld in fijne kanaaltjes en buisjes, voldoen aan de hoogste schoonmaakcriteria (afhankelijk van het toepassingsdoel). Door hun Aspect Ratio (verhouding tussen binnendiameter en lengte) maken deze onderdelen het gebruik van de meeste bekende reinigingsmethoden onmogelijk en worden ook de spoel- en droogprocessen zwaar op de proef gesteld. Hier een 300 mm lange glazen capillair met een binnendiameter van ongeveer 50 µm. (Foto: LPW)

3. In de laser- en hoogvacuumtechniek wordt de reiniging geconfronteerd met gevoelige en hoogprecisie bewerkte oppervlakken – zoals hier bijvoorbeeld met spiegels. (Foto: LPW)

4. De invloeden van het drogen op de mate van technische netheid worden vaak onderschat. Zo neigt de energie-efficiënte circulatiedrogingsmethode tot het concentreren van fijnste organische en anorganische verontreinigingen, wat leidt tot hercontaminatie van de onderdelen. Daarom gebruikt LPW omgevingsgeïsoleerde infraroodsystemen. (Foto: LPW)

De volledige productie-industrie bevindt zich in een technologische transitie. En dat wereldwijd. Veranderde mobiliteitsconcepten, digitalisering en de productie van compleet nieuwe producten leiden tot hogere eisen aan de technische reinheid. Alleen reinigen is niet meer voldoende. Hoogwaardige schone omgevingen en fijn afgestemde subprocessen in de gehele procesketen zijn even relevant geworden als de juiste reinigingstechnologie op zich. Dit vereist nieuwe procedures, denkwijzen en een uitgebreidere kennis bij machinebouwers en hun klanten.

Technische reinheid wordt dus niet meer uitsluitend door het reinigingsproces zelf bereikt. Dat was gisteren. Bij moderne High Purity-taken gaat het om de samenstelling van een holistische proces-symfonie en de verduidelijking van de invloed die bijvoorbeeld het voorproces heeft op de reinigbaarheid van een onderdeel, hoe de reiniging zich presenteert met haar directe interne parameters en hoe het vervolgproces met zijn kwaliteitsbepalende factoren moet worden ontworpen bij het transport van het schone onderdeel naar de daadwerkelijke gebruikslocatie („Point of Use”).

In detail bekeken, heeft elke branche hierin haar eigen speciale effecten: zo behoren bijvoorbeeld in de productie van analysemiddelen, in de medische-, hoog-vacuüm- of sensorentechniek, evenals in de automobielsector (elektromobiliteit en brandstofcellen) toenemende eisen aan de technische reinheid in termen van filmische, pigmentachtige of biologische, toxische en atomaire contaminatieniveaus tot het dagelijkse productieproces. Bij bijvoorbeeld AM-productie – dus de productie van 3D-geprinte onderdelen met complexe geometrische vormen of capillaire structuren – wordt de gedefinieerde reinheidsgraad op moeilijk bereikbare oppervlakken steeds belangrijker. Naast deze productgerelateerde factoren komt de eis van traceerbaarheid/validatie over de gehele procesketen nog bij.

Ervaring en onderzoek

De LPW Reinigingssystemen GmbH heeft zich in de afgelopen jaren wereldwijd als partner voor klant-specifieke installatielösungen in het High Purity-segment gevestigd. De systemen worden in veel hightech-sectoren ingezet en voldoen aan de hoogste reinheidsnormen. Daarnaast zijn de specialisten uit Riedlingen intensief betrokken bij onderzoek en voeren zij in het eigen test- en dienstverleningscentrum uitgebreide proefseries en contractreinigingen uit, ook onder cleanroomcondities. De belangrijkste trends en procesinzichten uit ervaring en onderzoek op het gebied van fijne en ultrafijne reiniging kunnen als volgt worden samengevat:

In principe:
– Voorprocessen moeten worden beoordeeld op hun positieve en negatieve invloeden op het niveau van technische reinheid. De focus ligt op handlingoperaties, gebruikte hulp- en bedrijfsstoffen of op de milieu- en omgevingsparameters.
– Hoe stabieler een voorproces is met betrekking tot de aanwezige nettocontaminatie, des te efficiënter en veiliger kunnen de vereiste reinheidsnormen worden gerealiseerd.
– Ongeplande veranderingen, zoals het wisselen van hulpstoffen, bedrijfsstoffen of gereedschappen, geometrische wijzigingen van de onderdelen of onvoorziene wachttijden, beïnvloeden de reiniging negatief tot het punt van mislukking.

Deze basisprincipes gelden in meer of mindere mate voor elk reinigingsproces. Met de nieuwe High Purity-taken komen daar nog meer kenmerken bij:
– Filmische, pigmentachtige of ook biologische, toxische of atomaire contaminaties „verstoppen” zich in de laminare grenslaag, direct op het oppervlak van het onderdeel.
– In combinatie met een complexe, eventueel capillaire geometrie of een dicht opeengepakte opstelling van het reinigingsgoed, zijn veel gevestigde reinigingsprocessen en -media (waterig of gasgedragen) slechts beperkt of helemaal niet geschikt.
– Daarnaast moeten de invloeden van de omgevingsomstandigheden (bijvoorbeeld crosscontaminatie), het risico op vervuiling door de reinigingsinstallatie zelf en het gebruik van ongeschikte media in acht worden genomen.
– Ook het vervolgproces na het „reinigings”-kwaliteitsgat brengt eigen risico’s met zich mee. Er is een tijds- en ruimteafstand tussen het bereiken van het vereiste reinheidsniveau en de plek waar het nodig is. Beschadiging of besmetting door verkeerd handling, ongeschikte verpakking of niet-geschikte omgevingsparameters, of verouderings- en veranderingsinvloeden door te lange opslag en wachttijden, vernietigen het moeizaam behaalde resultaat op weg naar het daadwerkelijke gebruik.

High Purity van mini tot XXXL

Voor zover de theorie en de hotlist van High Purity. Aangepast aan het dagelijkse werk in de installaties, vormen deze projecten uit het LPW-portfolio de praktijk goed af.

AM-productie: Voor een Amerikaanse fabrikant van medische apparaten en implantaten moesten additief vervaardigde heupprothesen worden ontdaan van pulvereresten na 3D-printen. Tijdens het productieproces ontstaat een openporige geometrische vorm, die in de eerste stap wordt besmet met pulvereresten. In latere stappen kan het bijvoorbeeld door mechanische nabewerking tot verontreinigingen in de binnengeometrie komen. Zo zijn twee reinigingsprocessen nodig. De eerste na het printen, de tweede direct na de eindbewerking vóór verpakking. LPW ontwierp voor deze taak een volledig geautomatiseerd dubbelkamer-systeem van het type PowerJet modular – met een ultrasoon- en chemische combinatie in beide kamers en de juiste afscheiding van pulvereresten.

Componenten van de hoog-vacuümtechniek: In dit gebied gaat het vooral om gevoelige onderdelen voor de halfgeleiderproductie, die organische film- en moleculaire-atomare verontreinigingen bevatten. Het daadwerkelijke reinigingsproces is ingebed in belangrijke kwaliteitsgates binnen het productieproces. Zo'n poort is de natte reiniging vóór de cleanroom (meestal ISO 5), voorafgaand aan de cleanroomgebonden „bake out“ in een hoog-vacuümoven om de uiteindelijke organische reinheidseisen te behalen. LPW levert al vele jaren complexe High Purity-systemen voor de finale natte reiniging vóór de ISO-5 cleanroom naar Europa, Azië en Noord-Amerika. In de EU behoren directe en indirecte ASML-leveranciers, zoals bijvoorbeeld de Trumpf Semiconductor-divisie, tot de gebruikers. In de VS zijn dat klanten zoals Applied Materials. En recent arriveerde het eerste XXXL-Grade1-systeem bij de langjarige partner VAT Malaysia voor levering. Voor de taken – de finale natte reiniging ter verwijdering van filmische contaminatie vóór de „bake out“ in de cleanroom – werden op maat gemaakte volledig geautomatiseerde meerkamer-systemen gebouwd met een multi-frequentie ultrasoon- en chemische combinatie in alle kamers, ultra-pure water-spuitingen en een aangepaste (re-contaminatievrije) vacuüm-IR-drogingsproces.

Taken van de machinebouwers

Nieuwe eisen kunnen niet worden voldaan met oude denkwijzen en werkwijzen. Daarom richt het LPW-team zich sinds 2008 op de nieuwe taken en heeft het bedrijf, gebaseerd op intensieve analyses en evaluaties van megatrends in verschillende industrieën, een ingrijpende transformatie ondergaan, die tot op heden flexibel is. Naast de herstructurering van interne processen en workflows ligt een grote focus op opleiding en bijscholing van medewerkers. Daarnaast zijn alle reinigingsinstallaties volledig herzien en verder ontwikkeld, en zijn lijsten met verboden materialen opgesteld. De spoel- en droogprocessen zijn aangepast en alle handling- en automatiseringssystemen zijn geoptimaliseerd. Het digitale procesmonitoring is verbeterd en bevindt zich momenteel weer in een intensief R&D-proces, samen met externe specialisten.

Niet in de laatste plaats is met het applicatie-engineering een geheel nieuwe bedrijfseenheid ontstaan, die naast nieuwe diensten (bijvoorbeeld trainingen, applicatieplanning en -ondersteuning, processimulatie, efficiëntieverbetering op het gebied van energie en kwaliteit en cleanroom-gebaseerde contractreiniging) ook de R&D-activiteiten coördineert. Al deze technische oplossingen, processen en procedures worden bij LPW samen met klanten ontwikkeld, getest en voortdurend ter discussie gesteld. Soms een uitdaging voor beide partijen, maar absoluut noodzakelijk als de nieuwe taken en eisen succesvol moeten worden uitgevoerd.