Anlässlich des 30-jährigen Bestehens der Abteilung Reinst- und Mikroproduktion veranstaltete das Fraunhofer IPA ein fachliches Symposium mit rund 100 Gästen am 4. Oktober 2016. Es wurden Referenten aus Forschung und Praxis geladen, die die Innovations­felder der Abteilung, wie Luft- und Raumfahrt, Maschinen- und Anlagenbau, Medizin- und Reinraumtechnik sowie Automotive, beleuchteten.

Seit 30 Jahren steht die Erforschung sauberer und reinster Arbeitsumgebungen  in der Produktion im Fokus der Abteilung für Reinst- und Mikroproduktion am Fraunhofer IPA in Stuttgart. Aus Anlass dieses Jubiläums wurde im Rahmen eines Symposiums gemeinsam auf das Erreichte zurückgeblickt.

Fraunhofer Institut IPA Stuttgart international vernetzt
Der Institutsleiter, Prof. Dr. Thomas Bauernhansl, stellte das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, IPA vor. Das Fraunhofer Institutszentrum  in Stuttgart besteht seit 1959 und ist eines der größten der Fraunhofer-Gesellschaft. Mit Industriekunden, speziell auch mit kleinen und mittelständischen Unternehmen werden jährlich ca. an die 1.000 Industrie-Projekte abgewickelt. Damit finanziert sich das IPA zu einem Drittel. Sein Budget beträgt zirka 70 Mio. €. Ein Eckpfeiler des Instituts-Erfolgs ist die internationale Vernetzung mit Außenstellen in Österreich, Ungarn, China und sogar in Japan, wo u.a. an elektroaktiven  Polymeren für die Muskelaktivierung und die Robotik gearbeitet wird. Die Vernetzung der IPA-Teams aus Wissenschaftlern und Laborspezialisten  mit den Industriekunden  ist die Grundlage für den Erfolg des Instituts sowie für einen Technologietransfer in beide Richtungen. Die Abteilung Reinst- und Mikroproduktion führt u.a. Analysen  im Ultraspurenbereich durch, zertifiziert und optimiert Betriebsmittel  unter Reinheitsgesichtspunkten  und führt auch die reinheitstechnische Planung und Auslegung von großen Fertigungsbereichen und Fabriken durch. Dazu gehört die Beratung der Kunden von der Konzeptionsphase über die Realisierung bis zur Inbetriebnahme von Anlagen oder ganzen Fertigungsstandorten. Der Abteilung für Reinst- und Mikroproduktion steht für Forschungszwecke der reinste Reinraum der Welt zur Verfügung. Dieser ist sogar 10-mal sauberer  als es die Reinheitsspezifikation der höchsten Luftreinheitsklasse ISO 1 vorgibt. In diesem Referenzreinraum, der mit der allerneuesten Kontaminationstechnik ausgestattet ist, als auch den weiteren Labor- und Analysebereichen auf insgesamt über 550 qm Fläche, finden die IPA-Wissenschaftler und Industriepartner optimale Voraussetzungen zur Erforschung und Weiterentwicklung reinheitstechnischer Herausforderungen. Das Know-how, das in der hochinnovativen Abteilung Reinst- und Mikroproduktion entwickelt wird, fließt nicht nur in die Lösung industriegetriebener Problemstellungen, sondern auch in nationale und internationale verbindliche Normen und Standards ein.
Die Abteilung bietet darüber hinaus Schulungen für das Personalverhalten, Technologieentwicklungen oder auch das Equipment-Design im Sauber- und Reinraum an. Insgesamt sieht sich das Institut als Innovationstreiber und Technologieberater und bewirkt gemeinsam mit den Kooperationspartnern  ein kontinuierliches  Wachstum der Geschäftsbereiche. Besonders liegt dem Institutsleiter die Begleitung und Förderung von Start-ups auf ihrem Weg in die Selbständigkeit  am Herzen:  „Wir haben es geschafft, unsere Mitarbeiter für die Unternehmensgründung zu begeistern. Zurzeit haben wir 10 Teams am Institut, die ihre Ausgründungen planen“.

Reinheitstechnisches Forschungszentrum
Der IPA-Abteilungsleiter  für Reinst- und Mikroproduktion, Dr. Udo Gommel, blickte auf das in den vergangenen 30 Jahren Erreichte zurück und zeigte die Zukunftschancen seiner Abteilung und  hochkarätige Industriekooperationen auf. Er betonte in seinem Vortrag, dass aufgrund des zunehmenden  Miniaturisierungsgrads, dass nahezu alle Schlüsseltechnologien, wie diese in der Hightech-Strategie der Bundesregierung aufgeführt, aufgrund deren Notwendigkeit nach Hochpräzision, Exaktheit, Keim- und/oder Kontaminationsfreiheit, in Zukunft einzig unter Anwendung der Reinheitstechnologie realisierbar seien. Die Reinheit von industriellen Produkten der Bereiche Automotive, Maschinen-  und Anlagenbau, Medizin und Biotechnik sowie Luft- und Raumfahrt werde gerade in Zukunft immer entscheidender. Das Jahr 1986 markiert den Beginn der Abteilung für Reinst- und Mikroproduktion. Damals wurde ein Prüf-Reinraum für Halbleiterfertigungsgeräte am IPA installiert, aus dem sich im Lauf der Jahre, nach dem ersten Impuls des damaligen Abteilungsleiters Prof. Dr. Wolfgang Schmutz ein international renommiertes Prüfzentrum für Reinheitstechnik mit weltweit anerkannten Reinst- und Analyselaboren entwickelte. Auf dieser Grundlage wurde systematisch und nachhaltig ein reinheitstechnisches  Forschungszentrum eingerichtet, das weltweit einzigartig ist. Der Marktbedarf liefert die Impulse, die die Mitarbeiter der Abteilung Reinst- und Mikroprodutkion mit seinen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in industrietaugliche Systeme und Prototypen umsetzt. Dr. Gommel führte u.a. ein Beispiel aus der High-Tech Fertigung, der OLED Produktionstechnik für die Herstellung transparenter, großformatiger Paneele für den SmartWindowMarket, quadratmetergroße Beleuchtungssysteme und Head-Up Displays, an. Diese haben sehr hohe Spezifikationsanforderungen, da sie hochflexibel, dünn, leicht und zugleich bruchsicher sein müssen, da die rollbaren Farbdisplays zum Teil nur noch 50 µm dick sind. Zudem sollen diese mit einer Lebenszeit von 15 bis 30 Jahren sehr langlebig und robust sein. Auch an die Energieeffizienz und die Senkung der Produktionskosten werden hohe Erwartungen gestellt: so sollen die OLED-Produktionskosten sogar auf ein Viertel der Kosten einer vergleichbaren LCD-Produktionen reduziert werden. Hierbei werden extreme Anforderungen an die sauberkeitsspezifischen Aspekte gestellt: Partikelkontaminationen müssen bis auf Größen von 0,05 µm kontrolliert werden, da dies sonst zu einer Penetration des schichtartigen OLED-Aufbaus und damit zu einem Kurzschluss führen kann, Ausgasungsrückstände (chemische Verunreinigungen) würden zu einer Delamination führen. Um dies zu erreichen, sind nicht nur große Anstrengungen in Bezug auf die eingesetzte reinheitstechnische Produktionsumgebung, sondern auch an die anzuwendende Reinigungs- und Kontaminationsanalysetechnik gestellt.

Tag der deutschen Reinheit
Das Fraunhofer IPA bot ein spannendes Programm mit Vorträgen aus den unterschiedlichsten reinheitsrelevanten Branchen, gesprochen von den folgenden sechs eingeladenen Referenten: Der Planetary Protection Beauftragte Dr. Gerhard Kminek von der ESA (European Space Agency), Boris Penné und Dr. Axel Müller vom Raumfahrtunternehmen OHB System, Carsten Moschner von der Fa. Dastex Reinraumzubehör, Dr. Liviu Jalba und Augustin Schervan von der Elektronikfertigungsfirma MicroEletronica, Andreas Großmann von der Technischen Sauberkeit bei der Fa. Daimler und Volker Lehmann vom Reinigungsanlagenentwickler Dürr-Ecoclean.
Abschließend  fand eine Besichtigung von Laboren, Versuchsfeldern und Exponaten auf dem Programm. Das Fraunhofer IPA stellte Geräte zur reinheitstechnischen Zertifizierung, Reinigung, technischen Sauberkeit, Batteriemontage, additiven Fertigung, Kleinteilehandhabung, Mikrodispensen, Präzisionsmontage und das mikrobiologische Labor vor. Außerdem brachte die Firma OHB System AG das EnMAP – ein kleines Modell des Gesamtsatelliten –, die OIMS (orbiter ionic mass-spectrometer) Struktur Sentinel-4 Mission und den ExoMars Mock-Up Mechanismus mit.