Sauber bis auf das letzte Atom

Die Präzisions- und Feinstreinigung erstreckt sich über den Submikrometer- und Atomprozentbereich.

Reinraum
Um empfindliche Sensorik, Halbleiterprodukte oder mikromechanische Systeme zu reinigen, wurde die Ultraschall-Feinstreinigungsanlage an die Reinraumklasse angepasst (Bild: UCM, Gebr. Brasseler)

Moderne Fertigungs-, Füge- und Beschichtungstechnologien in Kombination mit strengen regulatorischen Vorgaben führen zu immer höheren Anforderungen an die partikuläre und filmische Bauteilsauberkeit. Um diese Werte in der Serienfertigung zu erfüllen, braucht es bedarfsgerechter Prozesse, Anlagen und Software.

Neue und weiterentwickelte Produkte führen in vielen Industriebereichen zu sehr hohen Sauberkeitsspezifikationen, besonders wenn bei ihrer Herstellung verschiedene Füge- und Beschichtungstechnologien eine Rolle spielen. Ob Medizin- oder Biotechnik, Produktionsequipment für die Halbleiterindustrie, Laser- und Sensortechnik, Geräte für die Mess- und Analysetechnik, Komponenten für Akkumulatoren und Brennstoffzellen, optische Systeme oder Maschinenwerkzeuge – die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit all dieser Produkte sind enorm hoch. Daraus resultieren nicht nur hohe Anforderungen an die Fertigungspräzision der Bauteile, sondern auch an deren Sauberkeit. Bei medizintechnischen Produkten wie beispielsweise Implantaten, Instrumenten, Kanülen und Endoskopen sind partikuläre und filmische Verunreinigungen aus Herstellungsprozessen durch strengere regulatorische Vorgaben ein wesentliches Kriterium der Qualitätsprüfung. Hinzu kommt der Trend zur Miniaturisierung und Funktionsintegration mit immer kleineren und komplexeren Bauteilen.

Diese Entwicklungen führen dazu, dass partikuläre Sauberkeitsspezifikationen im Mikro- und Nanometerbereich sowie sehr strenge Vorgaben hinsichtlich filmischer Restkontaminationen in immer mehr Industriebereichen gefordert werden. Bauteil- beziehungsweise anwendungsspezifisch müssen zudem Ausgasungsraten für organische Substanzen und Restfeuchte sowie bei Oberflächenanalysen auf Rückstände verbotener Stoffe Grenzwerte bis in den Atomprozentbereich eingehalten werden.

Bei der Produktion dieser miniaturisierten Teile gibt es darüber hinaus eine Entwicklung zu immer größer dimensionierten, integrierten Fertigungsmodulen. Dies bringt ebenfalls neue Herausforderungen an die Reinigungsprozesse und die dafür erforderliche Anlagentechnik mit sich.

 

Ultraschall-Feinstreinigungsanlage
Die verschiedenen Behandlungsstationen der Ultraschall-Feinstreinigungsanlage können flexibel angefahren werden (Bild: Philips Medical Systems)

Breites Spektrum der Präzisions- und Feinstreinigung

Aus den geschilderten Entwicklungen ergeben sich für die Bauteilreinigung sehr anspruchsvolle Aufgabenstellungen, die sich über die gesamte Fertigungskette erstrecken. Die Unternehmen der SBS Eco-clean Group decken das gesamte Spektrum der Präzisions- und Feinstreinigung ab. Als Komplettanbieter kann die Ecoclean Group alle erforderlichen Reinigungsprozesse und deren softwaretechnische Steuerung sowie Anlagen und die Umgebungsbedingungen an die jeweiligen Anforderungen und Anwendungen anpassen.

Das richtige Anlagenkonzept

In einem ersten Schritt überprüfen die Spezialisten von Ecoclean bei der aufgabenspezifischen Auswahl des passenden Reinigungssystems zunächst, ob eine Vor-, Zwischen- oder Endreinigung durchgeführt werden soll. Je nach Einsatz und zu erzielenden Sauberkeitsanforderungen kann die Lösung eine Kammer- oder Reihentauch-Reinigungsanlage, eine auf standardisieren Modulen basierenden flexible Ultraschall-Reihentauchanlage oder ein individuell konzipiertes Ultraschall-Feinstreinigungssystem sein. Reinigungschemie sowie die optimal geeigneten Verfahrenstechnologien, beispielsweise Spritz-, Hochdruck-, Tauch-, Ultraschall- beziehungsweise Megaschall und Plasmareinigung, Injektionsflutwaschen, Pulsated Pressure Cleaning (PPC) sowie bei Bedarf für eine Passivierung beziehungsweise Konservierung, werden ebenfalls auf die Anwendung und die zu entfernenden Verunreinigungen abgestimmt.

Die Konzeption individuell konfigurierter Ultraschall-Mehrkammeranlagen und der Prozesse für die Feinstreinigung sind die Kernkompetenz der schweizerischen UCM AG, einer Ecoclean-Tochter. Wesentliche Faktoren dabei sind Material und Geometrie der zu reinigenden Werkstücke, Art und Menge der Verunreinigungen, die zu erzielenden partikulären und filmischen Sauberkeitsspezifikationen sowie, falls zutreffend, zulässige Ausgasungsraten und maximal zulässige Rückstände verbotener Substanzen im Atomprozentbereich. Augenmerk liegt darüber hinaus auch auf der Auswahl geeigneter Reinigungschemie und der Medienversorgung, beispielsweise dem Einsatz von Osmose- oder vollentsalztem Wasser. Die für den Bau der Reinigungsanlage und der Transportautomaten eingesetzten Materialien und Fertigungsverfahren werden unter dem Aspekt der Vermeidung von Schmutzbildung sowie Re- und Cross-Kontaminationen ausgewählt. Eine reinraumgerechte Ausstattung sowie die Anbindung an einen Reinraum sind ebenfalls realisierbar.

 

Niederdruckplasma-Reinigungskammer
Die Kombination von nasschemischer und Niederdruckplasma-Reinigung für die Feinst-Entfettung erleichtert nachfolgende Prozesse (Bild: Ecoclean)

PPC-Verfahren für additiv hergestellte Teile

Standard in Anlagen für die Präzisions- und Feinstreinigung sind Mehrfrequenz-Ultraschallsysteme, die eine flexible Anpassung der Frequenz und Intensität des Ultraschalls an die Erfordernisse unterschiedlicher Werkstücke ermöglichen. Bei komplexen Bauteilen, Kapillarstrukturen oder porösen Oberflächen, beispielsweise von in Sintermetall- und additiven Fertigungstechnologien hergestellten Komponenten, kommt darüber hinaus das PPC-Verfahren zum Einsatz. Ausstattungsmerkmale wie beispielsweise ein Mehrseiten-Überlauf in allen Reinigungs- und Spülbädern sowie speziell für die Feinstreinigung entwickelte Tauch-Spritzspülen tragen dazu bei, sehr hohe Sauberkeitsspezifikationen prozesssicher zu erfüllen.

 

Tauch-Spritz-Spüle bei Zeiss
In den speziell entwickelten Tauch-Spritz-Spülen werden die Teile beim Herausfahren abgespritzt, was den Spüleffekt verbessert (Bild: Zeiss)

Temperatur, Leistung und Frequenz anpassen

Die Festlegung welche Reinigungs- und Spülbäder mit welchen Werkstücken angefahren werden sowie die bauteilspezifischen Prozessparameter wie Temperaturen, Leistung und Frequenz des Ultraschalls, PPC-Intensität sowie die Verweildauer in den verschiedenen Reinigungs- und Spülbädern erfolgt im Rahmen der Prozessentwicklung.

Die Trocknung wird entsprechend der Bauteilkomplexität und Wärmeaufnahmefähigkeit meist als Infrarot- und/oder Vakuumtrocknung realisiert. Die daraus resultierenden teilespezifischen Reinigungsprogramme werden in der Anlagensteuerung hinterlegt. Entscheidende Rolle dabei spielt auch die softwaretechnische Umsetzung des Reinigungsablaufs. Sie gewährleistet unter anderem, dass die vorgegebenen Verweilzeiten in den Reinigungs- und Spülbecken exakt eingehalten und priorisierte Abläufe, beispielsweise für sehr empfindliche Bauteile, durchgeführt werden können.

Welche Anlagen- und Prozesslösung unter Sauberkeits- und Wirtschaftlichkeitsaspekten die beste ist, lässt sich durch Reinigungsversuche in den Präzisions-Technologiezentren von Ecoclean und UCM mit Originalbauteilen ermitteln.

 

Ecoclean GmbH
www.ecoclean-group.net