De geboorte van de moderne cleanroom vindt zijn oorsprong in de militaire industrie tijdens de oorlog. In de jaren twintig introduceerden de Verenigde Staten voor het eerst de eis van een schone productieomgeving tijdens het productieproces van gyroscopen in de luchtvaartindustrie. Om stofverontreiniging van de tandwielen en lagers van vliegtuiginstrumenten te voorkomen, richtten ze "gecontroleerde assemblagezones" in in productiewerkplaatsen en laboratoria. Deze zones isoleerden het assemblageproces van de lagers van andere productie- en operationele gebieden en zorgden tegelijkertijd voor een constante aanvoer van gefilterde lucht. Tijdens de Tweede Wereldoorlog werden cleanroomtechnologieën zoals HEPA-filters ontwikkeld om aan de oorlogseisen te voldoen. Deze technologieën werden voornamelijk gebruikt in militair experimenteel onderzoek en productontwikkeling om precisie, miniaturisatie, hoge zuiverheid, hoge kwaliteit en hoge betrouwbaarheid te bereiken. In de jaren vijftig, tijdens de Koreaanse Oorlog, kreeg het Amerikaanse leger te maken met wijdverspreide storingen in elektronische apparatuur. Meer dan 80% van de radars viel uit, bijna 50% van de hydroakoestische positioneerders en 70% van de elektronische apparatuur van het leger. De jaarlijkse onderhoudskosten liepen op tot meer dan het dubbele van de oorspronkelijke aanschafprijs als gevolg van de slechte betrouwbaarheid en inconsistente kwaliteit van de componenten. Uiteindelijk stelde het Amerikaanse leger vast dat de voornaamste oorzaak stof en onhygiënische fabrieksomgevingen waren, wat resulteerde in een lage productie van onderdelen. Ondanks strenge maatregelen om productiewerkplaatsen af te sluiten, werd het probleem grotendeels opgelost. De introductie van HEPA-luchtfilters in deze werkplaatsen loste het probleem uiteindelijk op en markeerde de geboorte van de moderne cleanroom.
Begin jaren vijftig vonden de VS HEPA-luchtfilters uit en produceerden deze, wat de eerste grote doorbraak in cleanroomtechnologie betekende. Dit maakte de oprichting van een aantal industriële cleanrooms mogelijk in de Amerikaanse militaire en satellietproductiesector, en vervolgens hun wijdverspreide gebruik in de productie van luchtvaart- en maritieme navigatieapparatuur, accelerometers, gyroscopen en elektronische instrumenten. Naarmate de cleanroomtechnologie in de VS zich snel ontwikkelde, begonnen ook ontwikkelde landen over de hele wereld deze te onderzoeken en toe te passen. Naar verluidt ontdekte een Amerikaans raketbedrijf dat bij de assemblage van traagheidsgyroscopen in de Purdy-werkplaats gemiddeld 120 keer herwerk nodig was voor elke 10 geproduceerde eenheden. Toen de assemblage plaatsvond in een omgeving met gecontroleerde stofvervuiling, werd het herwerkpercentage teruggebracht tot slechts twee. Een vergelijking tussen gyroscooplagers die bij 1200 tpm werden geassembleerd in een stofvrije omgeving en een stoffige omgeving (met een gemiddelde deeltjesdiameter van 3 μm en een deeltjesconcentratie van 1000 pc/m³) toonde een honderdvoudig verschil in levensduur aan. Deze productie-ervaringen benadrukten het belang en de urgentie van luchtzuivering in de militaire industrie en vormden destijds een drijvende kracht achter de ontwikkeling van schone luchttechnologie.
De toepassing van schone-luchttechnologie in het leger verbetert voornamelijk de prestaties en levensduur van wapens. Door de luchtkwaliteit, het microbiële gehalte en andere verontreinigingen te beheersen, zorgt schone-luchttechnologie voor een goed gecontroleerde omgeving voor wapens. Dit garandeert effectief een hogere productopbrengst, verbetert de productie-efficiëntie, beschermt de gezondheid van medewerkers en zorgt voor naleving van de regelgeving. Bovendien wordt schone-luchttechnologie veelvuldig gebruikt in militaire faciliteiten en laboratoria om de correcte werking van precisie-instrumenten en -apparatuur te waarborgen.
Het uitbreken van internationale oorlogen stimuleert de ontwikkeling van de militaire industrie. Deze snelgroeiende industrie vereist een hoogwaardige productieomgeving, of het nu gaat om het verbeteren van de zuiverheid van grondstoffen, de verwerking en assemblage van onderdelen, of het verhogen van de betrouwbaarheid en levensduur van componenten en complete uitrustingen. Er worden hogere eisen gesteld aan de productprestaties, zoals miniaturisatie, hoge precisie, hoge zuiverheid, hoge kwaliteit en hoge betrouwbaarheid. Bovendien geldt: hoe geavanceerder de productietechnologie, hoe hoger de eisen aan de reinheid van de productieomgeving.
Cleanroomtechnologie wordt voornamelijk gebruikt in de militaire sector voor de productie en het onderhoud van vliegtuigen, oorlogsschepen, raketten en kernwapens, evenals voor het gebruik en onderhoud van elektronische apparatuur tijdens oorlogsvoering. Cleanroomtechnologie waarborgt de precisie van militaire apparatuur en de zuiverheid van de productieomgeving door de beheersing van luchtverontreinigingen zoals fijnstof, gevaarlijke stoffen en micro-organismen, waardoor de prestaties en betrouwbaarheid van de apparatuur worden verbeterd.
Cleanroomtoepassingen in de militaire sector omvatten voornamelijk precisiebewerking, de productie van elektronische instrumenten en de lucht- en ruimtevaart. Bij precisiebewerking bieden cleanrooms een stofvrije en steriele werkomgeving, wat de precisie en kwaliteit van mechanische onderdelen waarborgt. Zo vereiste het Apollo-maanlandingsprogramma extreem hoge reinheidsniveaus voor precisiebewerking en elektronische besturingsinstrumenten, waarbij cleanroomtechnologie een cruciale rol speelde. Bij de productie van elektronische instrumenten verminderen cleanrooms effectief het uitvalpercentage van elektronische componenten. Cleanroomtechnologie is ook onmisbaar in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Tijdens de Apollo-maanlandingsmissies vereisten niet alleen precisiebewerking en elektronische besturingsinstrumenten ultraschone omgevingen, maar moesten ook de containers en gereedschappen die werden gebruikt om maanstenen terug te brengen, voldoen aan extreem hoge reinheidsnormen. Dit leidde tot de ontwikkeling van laminaire stromingstechnologie en cleanrooms van klasse 100. Bij de productie van vliegtuigen, oorlogsschepen en raketten zorgen cleanrooms ook voor de productie van precisiecomponenten en verminderen ze stofgerelateerde storingen.
Cleanroomtechnologie wordt ook gebruikt in de militaire geneeskunde, wetenschappelijk onderzoek en andere vakgebieden om de nauwkeurigheid en veiligheid van apparatuur en experimenten onder extreme omstandigheden te garanderen. Dankzij technologische vooruitgang worden cleanroomnormen en -apparatuur voortdurend verbeterd en neemt hun toepassing binnen het leger toe.
Bij de productie en het onderhoud van kernwapens voorkomen schone omgevingen de verspreiding van radioactieve materialen en garanderen ze de veiligheid van de productie. Onderhoud van elektronische apparatuur: In gevechtsomgevingen worden cleanrooms gebruikt voor het onderhoud van elektronische apparatuur, waardoor wordt voorkomen dat stof en vocht de prestaties beïnvloeden. Productie van medische apparatuur: In de militaire medische sector garanderen cleanrooms de steriliteit van medische apparatuur en verbeteren ze de veiligheid ervan.
Intercontinentale raketten vormen een essentieel onderdeel van de strategische strijdkrachten van een land. Hun prestaties en betrouwbaarheid zijn direct gerelateerd aan de nationale veiligheid en afschrikkingscapaciteit. Daarom is reinheidscontrole een cruciale stap in de productie en fabricage van raketten. Onvoldoende reinheid kan leiden tot verontreiniging van raketonderdelen, wat hun nauwkeurigheid, stabiliteit en levensduur beïnvloedt. Een hoge mate van reinheid is met name cruciaal voor belangrijke componenten zoals raketmotoren en geleidingssystemen, om stabiele raketprestaties te garanderen. Om de reinheid van intercontinentale raketten te waarborgen, implementeren fabrikanten een reeks strenge reinheidscontrolemaatregelen, waaronder het gebruik van cleanrooms, clean benches, cleanroomkleding en regelmatige reiniging en testen van de productieomgeving.
Cleanrooms worden geclassificeerd op basis van hun reinheidsniveau, waarbij lagere niveaus een hogere mate van reinheid aangeven. Veelvoorkomende cleanroomklassen zijn: Klasse 100 cleanroom, voornamelijk gebruikt in omgevingen die een extreem hoge reinheid vereisen, zoals biologische laboratoria. Klasse 1000 cleanroom, geschikt voor omgevingen die zeer nauwkeurige debugging en productie vereisen tijdens de ontwikkeling van intercontinentale raketten; Klasse 10000 cleanroom, gebruikt in productieomgevingen die een hoge reinheid vereisen, zoals de assemblage van hydraulische of pneumatische apparatuur. Klasse 10000 cleanroom, geschikt voor de algemene productie van precisie-instrumenten.
De ontwikkeling van ICBM's vereist cleanrooms van klasse 1000. Luchtzuiverheid is cruciaal tijdens de ontwikkeling en productie van ICBM's, met name tijdens de inbedrijfstelling en productie van zeer nauwkeurige apparatuur, zoals laser- en chipfabricage, waarvoor doorgaans cleanrooms van klasse 10000 of ultra-cleanrooms van klasse 1000 vereist zijn. Ook cleanroomapparatuur speelt een cruciale rol bij de ontwikkeling van ICBM's, met name op het gebied van hoogenergetische brandstoffen, composietmaterialen en precisieproductie. Ten eerste stelt de hoogenergetische brandstof die in ICBM's wordt gebruikt strenge eisen aan een schone omgeving. De ontwikkeling van hoogenergetische brandstoffen zoals NEPE (nitraatester-geplastificeerd polyether-drijfgas), een zeer gewaardeerde hoogenergetische vaste brandstof met een theoretische specifieke impuls van 2685 N·s/kg (gelijk aan een verbazingwekkende 274 seconden), is een belangrijk voorbeeld hiervan. Deze revolutionaire brandstof is eind jaren zeventig ontstaan en werd nauwgezet ontwikkeld door de Hercules Corporation in de Verenigde Staten. Begin jaren tachtig kwam het naar voren als een nieuwe nitramine vaste brandstof. Met zijn uitzonderlijke energiedichtheid werd het de meest energierijke vaste brandstof ooit, wereldwijd gebruikt. De productie van deze brandstof vereist strikte controle van de reinheid van de productieomgeving om te voorkomen dat onzuiverheden de brandstofprestaties beïnvloeden. Een cleanroom moet zijn uitgerust met efficiënte luchtfiltratie- en behandelingssystemen, waaronder HEPA- en ULPA-filters (ultra-HEPA), om zwevende deeltjes, micro-organismen en schadelijke stoffen te verwijderen. Ventilatoren en airconditioningssystemen moeten de juiste temperatuur, luchtvochtigheid en luchtstroom handhaven om te garanderen dat de luchtkwaliteit voldoet aan de productie-eisen. Dit type brandstof stelt extreem hoge eisen aan het ontwerp van de korrelvorm (het ontwerp van de korrelvorm is een cruciaal aspect bij het ontwerp van vastebrandstofraketten en heeft een directe invloed op de motorprestaties en betrouwbaarheid. Bij de selectie van de korrelgeometrie en -grootte moet rekening worden gehouden met meerdere factoren, waaronder de bedrijfsduur van de motor, de druk in de verbrandingskamer en de stuwkracht) en de gietprocessen. Een schone omgeving garandeert de stabiliteit en veiligheid van de brandstof.
Ten tweede vereisen de composietbehuizingen van intercontinentale raketten ook schone apparatuur. Wanneer composietmaterialen zoals koolstofvezel en aramidevezel in de motorbehuizing worden geweven, zijn gespecialiseerde apparatuur en processen nodig om de sterkte en het lichte gewicht van het materiaal te garanderen. Een schone omgeving vermindert vervuiling tijdens het productieproces, waardoor de materiaaleigenschappen niet worden beïnvloed. Bovendien vereist het precisieproductieproces van intercontinentale raketten ook schone apparatuur. De geleidings-, communicatie- en voortstuwingssystemen in de raketten moeten allemaal in een zeer schone omgeving worden geproduceerd en geassembleerd om te voorkomen dat stof en onzuiverheden de systeemprestaties beïnvloeden.
Samenvattend is schone apparatuur essentieel voor de ontwikkeling van intercontinentale raketten. Het garandeert de prestaties en veiligheid van de brandstof, materialen en systemen, waardoor de betrouwbaarheid en gevechtseffectiviteit van de gehele raket worden verbeterd.
Cleanroomtoepassingen reiken verder dan de ontwikkeling van raketten en worden ook veelvuldig gebruikt in het leger, de ruimtevaart, biologische laboratoria, de chipfabricage, de productie van platte beeldschermen en andere sectoren. Met de voortdurende opkomst van nieuwe technologieën in de computerwetenschappen, biologie en biochemie, evenals de snelle ontwikkeling van hightechindustrieën, heeft de wereldwijde cleanroomtechnologie-industrie brede toepassing en internationale erkenning verworven. Hoewel de cleanroomindustrie uitdagingen kent, biedt ze ook talloze kansen. Succes in deze industrie hangt af van het bijhouden van technologische ontwikkelingen en het proactief inspelen op marktveranderingen.
Geplaatst op: 25 september 2025