Technika czystości w Fraunhofer IPA

Przed 30 laty Instytut Fraunhofer w Stuttgarcie dla Produkcji i Automatyzacji IPA postawił na swojej agendzie technologię czystości. Od tego czasu jego zaangażowanie w tej dziedzinie stale rośnie. Obecnie należy do wiodących na świecie instytucji. Dysponuje nie tylko największym testowym czystym pomieszczeniem klasy ISO 1, o powierzchni 200 metrów kwadratowych, wysokości 6,50 metra, ale także wysoce precyzyjnymi urządzeniami do walidacji czystości. Dzięki temu jest doskonale przygotowany. »Połączenie czyszczenia i kontroli oraz oceny czystości jest unikalne«, mówi kierownik działu »Reinst- und Mikroproduktion«, Udo Gommel. Instytut obejmuje pełen zakres technologii czystości, od koncepcji czystości dla linii produkcyjnych i czystego środowiska produkcyjnego po ich wdrożenie. Czyści pojedyncze elementy lub nawet całe satelity różnymi technikami, klasycznie ultradźwiękami lub gazem jonizowanym, na mokro lub na sucho, albo za pomocą własnoręcznie opracowanych, unikalnych metod czyszczenia CO2. Do zakresu usług należą także szkolenia i certyfikacja.

»Fraunhofer TESTED DEVICE«

IPA posiada nawet własną etykietę jakości. Logo »Fraunhofer TESTED DEVICE« jest znane i cenione na całym świecie. Klienci mogą testować i certyfikować pojedyncze części lub całe maszyny, od kabli po roboty, pod kątem ich przydatności do czystych pomieszczeń. W zależności od problemu, chodzi o różne kryteria, takie jak emisja cząstek, outgassing, odporność chemiczna czy łatwość czyszczenia. Klient otrzymuje oprócz certyfikatu szczegółowy raport z testów. Dotychczas IPA przebadał ponad 1700 produktów z różnych branż, od elektroniki po technologię spożywczą. Co najmniej 100 nowych produktów jest dodawanych co roku.

Produkcja w warunkach czystego pomieszczenia

Kiedy instytut trzy dekady temu rozpoczął działalność w dziedzinie technologii czystości, głównym obszarem była produkcja półprzewodników. Obecnie dołączyły do tego inne branże, od motoryzacji po medycynę. Tak więc IPA opracowało koncepcję czystości dla międzynarodowego dostawcy samochodów, który musi produkować swoje komponenty elektroniczne w warunkach czystego pomieszczenia. Wskaźnik odrzutów spadł o 55 procent, co przy dużej liczbie sztuk oznacza oszczędność kosztów rzędu około miliona euro rocznie.

Metody czyszczenia CO2

Przy okazji losu, od 1999 roku IPA zajmuje się również technologią kosmiczną. Europejska Agencja Kosmiczna ESA zapytała, czy eksperci z Stuttgartu są w stanie sterylizować komponenty sondy marsjańskiej. Ponieważ klasyczne metody sterylizacji pozostawiają martwe mikroorganizmy, a gruntowne czyszczenie CO2 z IPA całkowicie usuwa mikroorganizmy z powierzchni, dział ten otrzymał zlecenie. Od tego czasu dział ten intensywnie rozwija badania, ponieważ tutaj wymagania są szczególnie rygorystyczne. Obecnie realizowanych jest prawie dwadzieścia projektów o różnych priorytetach. Najważniejsze to »ExoMars« Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA oraz misja satelitarna »EnMap«. Przy wsparciu niezawodnego partnera przemysłowego planowana jest obecnie nawet strategiczna współpraca na najbliższe lata.

Instytut wyczyścił prawie wszystkie 13 000 części satelity »EnMap«. Projekt marsjański był jeszcze bardziej wymagający, ponieważ chodziło o poszukiwanie śladów życia na sąsiedniej planecie. Dlatego nie można było zabrać żadnych organicznych substancji z Ziemi, co dodatkowo zwiększa wymagania dotyczące czystości. Wypróbowaną metodą jest delikatny proces czyszczenia CO2, opracowany w Stuttgarcie: metoda »śniegu CO2«. Początkowo była używana w USA do usuwania lakieru z kadłubów samolotów. Eksperci IPA udoskonalili ją, używając zamiast twardych pelletów CO2 drobniejszych i miększych kryształków śniegu. Zanieczyszczenia są rozpraszane przez szok temperaturowy, odrywają się i mogą być odessane. Aby zwiększyć skuteczność, otaczający azot przyspiesza strumień do prędkości naddźwiękowej. Kolejną innowacją jest użycie nadkrytycznego dwutlenku węgla. W zamkniętych przestrzeniach można go spłukiwać, podając pod ciśnieniem 70 bar, które głęboko penetruje węże.

Fraunhofer IPA nie tylko czyści i kontroluje skuteczność, ale także fachowo pakuje wyczyszczone elementy, aby nie ponownie się zanieczyściły przez ścieranie lub outgassing materiałów opakowaniowych. Gommel mówi o »kompletnym pakiecie opieki«. Szczególnie w kosmonautyce taka staranna opakowanie jest obowiązkowe, czy to ze stali nierdzewnej, czy folii pokrytej aluminium. Ponieważ do złożenia i startu satelity elementy muszą często przechowywać się przez wiele lat.

Normy i wytyczne dotyczące czystości

Kolejnym obszarem działalności jest pomoc w tworzeniu norm i wytycznych. Wiele gremiów krajowych i międzynarodowych zajmujących się czystością jest wspieranych przez pracowników IPA, niezależnie od tego, czy chodzi o projekt czystego pomieszczenia, czy klasyfikację czystości powierzchni. Czasami IPA tworzy specjalne konsorcja przemysłowe i naukowe, aby wdrożyć wymagania z środowiska produkcyjnego do krajowych i międzynarodowych regulacji.

Jedną z nowszych inicjatyw jest wsparcie materiałów eksploatacyjnych używanych w czystych pomieszczeniach, takich jak kombinezony, rękawice czy ściereczki. Chociaż te jednorazowe artykuły mogą powodować zanieczyszczenia przez ścieranie lub outgassing, dotychczas brakowało wiarygodnych wytycznych odnośnie ich wymagań. Koalicja przemysłowa »Cleanroom Suitable Consumables« ma to zmienić. Kolejna, rozpoczęta w 2015 roku, koalicja przemysłowa zajmuje się produktami medycznymi, takimi jak implanty i narzędzia chirurgiczne. Dzięki jednolitym i sensownym wytycznym, które są omawiane w ramach koalicji »MediClean« z zainteresowanymi firmami medycznymi, można zapewnić zarówno bezpieczeństwo dla firm medycznych, które odpowiadają za bezpieczeństwo swoich produktów, jak i pacjentów.

Szkolenia

Nie ostatnie, ale równie ważne, jest przekazywanie wiedzy przez IPA w formie szkoleń. Od 2005 roku około 2500 osób zaznajomiono z technologiami czystości, częściowo w siedzibie instytutu w Stuttgarcie, częściowo podczas szkoleń w firmach. Od 2011 roku absolwenci otrzymują certyfikat QMC (Centrum Zarządzania Jakością), przyznawany przez VDA.

Ekspert IPA Gommel jest przekonany: rosnąca miniaturyzacja sprawia, że technologia czystych pomieszczeń staje się coraz ważniejsza i wiąże się z coraz wyższymi wymaganiami. »Nie widzimy końca rozwoju«. Również wyzwania związane z Przemysłem 4.0 nie mogą zostać podjęte bez pomocy »Czystych Mężczyzn«.