Intelligente Prozesssteuerung mit Lab-on-a-Chip und KI-basierter Smart Drying

Durchgehend hohe Prozessqualität und Einsparungen bei Energie, Ressourcen und Betriebskosten – das sind die Anforderungen, die wasserbasierte Reinigungsprozesse heute erfüllen müssen. Um diese Anforderungen zuverlässig und effizient zu erfüllen,Ecocleanhat das innovative Lab-on-a-Chip-System entwickelt.Sie sorgt für optimale Qualität der Reinigungs- und Spülbäder durch automatisierte Analysen auf Basis verschiedener Messmethoden. Die neue Smart Truging-Technologie ermöglicht eine KI-gestützte, intelligente Steuerung und Optimierung von Trocknungsprozessen mit heißer Luft und Vakuum.

Steigende Anforderungen an die Bauteilqualität führen zu komplexeren Reinigungsprozessen. Die festgelegten Sauberkeitsanforderungen müssen stabil und reproduzierbar gehalten werden. Dies wird zunehmend mit höheren Dokumentationsanforderungen für Prozessparameter verbunden. Gleichzeitig besteht eine Nachfrage nach energieeffizienteren und ressourceneffizienteren Reinigungen, um den CO₂-Fußabdruck und die Kosten zu senken. Dies wird durch einen Mangel an qualifiziertem Personal mit entsprechender Ausbildung und Reinigungskompetenz ausgeglichen.

Ecoclean reagiert auf diese Situation mit innovativen Entwicklungen wie dem Lab-on-a-Chip (LOC)-System und Smart Truging-Technologie für automatisierte Überwachung und intelligente Kontrolle der Reinigungsqualität. Diese Lösungen stellen sicher, dass Reinigungs- und Trocknungsprozesse optimal ablaufen und die Dokumentationsanforderungen durch ständige Aufzeichnung von Parametern erfüllt werden.

LOC – umfassende Reinigungs- und Badeanalysen mit nur einem System

Bislang wurden eine Vielzahl von Sensoren benötigt, um die Konzentration von Reinigungs- oder Passivierungsmedien sowie Badeverunreinigungen zu analysieren, die in den Bädern entsprechend dem jeweiligen Medium oder Prozess verwendet werden. Die Messungen erfordern in der Regel auch zahlreiche manuelle Eingriffe. Die zeitaufwändige Bestimmung der Badequalität führt oft dazu, dass Reinigungsmedium unabhängig vom Konsum hinzugefügt wird. Ebenso werden Badewechsel manchmal zeitabhängig durchgeführt. Beides kann zu einer suboptimalen Bad- und somit Reinigungsqualität führen sowie zu einer Ressourcenverschwendung.

Dies ändert sich mit dem neuen LOC-System, das sowohl in Mehrbade-Immersions- als auch in Kammersysteme integriert werden kann. Die Kombination verschiedener Messmethoden in einem einzigen System eröffnet eine enorme Bandbreite an Möglichkeiten für Reinigungs- und Badeanalyse. Und das, ohne jedes Bad mit unterschiedlichen Sensoren ausstatten zu müssen und unabhängig vom verwendeten Reinigungs- oder Passivierungsmedium und -prozess. Bei den systemintegrierten Systemen erfolgt die Probenahme automatisch an den jeweiligen Stationen, die an die Bewertungseinheit angeschlossen sind.

Titration, pH-Wert, Leitfähigkeit und erstmals Oberflächenspannungsmessung sind zur Bestimmung der sauberen Konzentration verfügbar. In modularen Reinigungssystemen ermöglicht letzteres, den Tensidgehalt im Bad separat zu bestimmen, was eine gezielte Nachdosierung dieser Komponente ermöglicht. Die Kontamination der Bäder kann mittels Fluoreszenz- und Leitfähigkeitsmessungen bestimmt werden. In Zukunft werden diese Messmethoden durch Methoden zur Bestimmung der Gesamtorganischen Kontamination (TOC) und der Partikelmessung ergänzt. Die Messungen, die an der aus dem Bad entnommenen Probe durchgeführt werden sollen, können über die Systemsteuerung eingegeben werden. Zwischen den Probenahmen aus den Bädern sorgt ein automatisches Spülsystem dafür, dass die Ergebnisse genau auf dem Display angezeigt werden und, falls nötig, geeignete Maßnahmen eingeleitet werden, wie das Zufügen von Medium oder Wasser oder einen Badewechsel.

Bei der ebenfalls verfügbaren Standalone-Version werden die Proben manuell aus den zu testenden Bädern entnommen, und der Rest des Verfahrens erfolgt ebenfalls automatisch. Mit beiden Alternativen können Messmethoden bei Bedarf kombiniert werden, und zusätzliche Funktionen oder neue Messmethoden können leicht integriert werden.

Smart Drying – optimale Trocknung mit minimalem Zeit- und Energieverbrauch

Das Trocknen ist nicht nur einer der energieaufwendigsten Prozesse, sondern auch ein Engpass bei der Reinigung der Teile aufgrund des zeitaufwendigen Zeitaufwands. Dennoch treten häufig Probleme auf – besonders wenn verschiedene Komponenten gereinigt und getrocknet werden müssen. Um auf Nummer sicher zu gehen, sind Trocknungsprozesse oft so konzipiert, dass sie aufgrund eines Worst-Case-Szenarios zu lang dauern, was zu einem erhöhten Energieverbrauch, entsprechend hohen Kosten und geringerer Produktivität führt.

Das Ziel ist daher, optimal getrocknete Teile mit minimalem Energie- und Zeitaufwand aus dem System zu gewinnen. Ecoclean hat dies mit seiner KI-gestützten, intelligenten Smart Truging-Technologie für kombinierte Heißluftvakuum-Trocknungsprozesse umgesetzt. Die Grundlage dafür ist ein speziell für diese Anwendung entwickelter Feuchtigkeits- und Temperatursensor, der heute in verschiedenen Herstellersystemen Standard ist.

Um den Trocknungsprozess zeit- und energieoptimiert zu steuern, wurde das KI-Modell der Smart Triging-Technologie zunächst mit Daten aus Tausenden von Trocknungstests mit einer Vielzahl von Komponenten und Zielparametern trainiert. Basierend auf diesem Know-how bewertet die KI die Qualität des jeweiligen Trocknungsprozesses, indem sie die Parameter von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Druck in der Prozesskammer analysiert. Anschließend entscheidet er, welche Bewegung am besten für das optimale Trocknen geeignet ist. Für dünnwandige Bauteile oder Kunststoffwerkstücke zum Beispiel kann dies die Zufuhr warmer Luft sein. Wesentlich für den Einsatz der Smart Truging-Technologie sind prozessstabile, reproduzierbare Prozesse, die für konstante Bedingungen in der Prozesskammer sorgen. Abgenutzte Dichtungen oder Sensoren, die nicht regelmäßig kalibriert werden, führen hier zum Beispiel zu Änderungen.

Einer der nächsten Entwicklungsschritte bei Ecoclean ist die Übertragung der Ergebnisse vom maschinellen Lernen auf den Einsatz von KI zur Steuerung und Optimierung von Reinigungs- und Spülprozessen.