Invloed koelsmeeremulsie op verspanend proces groter dan gedacht

Veel koelsmeermiddelen bevatten boorzuur en formaldehyde. Beide stoffen zijn echter niet onomstreden vanwege mogelijke gezondsheidsrisico’s. VDL GL heeft daarom samen met 2-S in een project gezocht naar alternatieven, die ook voldoen aan de hoge reinheidseisen die ASML stelt.

Henry van Haeff, directeur van 2-S, vindt de aanpak rond de keuze van koelsmeermiddelen vaak typisch in de metaal. Bedrijven kiezen vaak voor één leverancier en één type vloeistof en houden daar aan vast tot dat het niet meer anders kan. “Ze investeren in een machine van een half miljoen euro en vergelijken daarvoor elk detail. Maar als het om koelvloeistoffen gaat, is men onnoemlijk voorzichtig en durft men amper te onderzoeken. Beschouw koelsmeermiddelen ook als een investering.”

Indrogen voorkomen
Precisiebewerker VDL-GL heeft recent samen met 2-S, leverancier van Petrofer, wel uitgebreid onderzoek gedaan, mee ingegeven door de hoge reinheidseisen die ASML stelt, waardoor de verspaner tussen alle bewerkingsstappen in telkens moest spoelen om indrogen van de emulsie te voorkomen. “Bij de RGA-meting (restgastanalyse) heb je dan een probleem”, zegt Eric Maas, productiemanager bij VDL GL. “Als emulsieresten indrogen, krijg je deze met de bestaande reinigingsprocessen moeilijk tot niet gereinigd. Er zal met andere processen gereinigd moeten worden wat meer tijd en dus geld kost.”
Synthetische koelsmeermiddelen leken uitkomst te bieden. Althans voor de reinheid. Synthetische middelen bevatten geen olie voor de smering, maar een bepaald type polymeer. Er is dus geen probleem met indrogen. “Na een half jaar kregen we echter problemen met onze machines”, zegt Eric Maas. Afdichtingen en rubbers verhardden sneller dan normaal en er vormden zich afzettingen in de machine die nauwelijks te verwijderen waren.

Betere standtijd
Samen met 2-S is daarom een project gestart. Een van de vloeistoffen die VDL GL vervolgens heeft getest, is een emulsie van Petrofer, maar dan zonder formaldehyde en boorzuur. In plaats hiervan zitten er synthetische esters in. Deze emulsie heeft alle reinigingstesten voor de EUV technologie doorstaan. En het probleem met het aankoeken in de machine is opgelost. Daarnaast is de standtijd van de gereedschappen verbeterd en de levensduur van het bad toegenomen, terwijl de oppervlaktekwaliteit van de stukken net zo goed is. Het verbruik van de emulsie bleek tevens 10 tot 20% lager. Boorzuur heeft namelijk een negatief effect op het verbruik.

Het testdeel waarmee VDL Gl de verschillende koelsmeeremulsies heeft onderzocht.

Niet meer één vloeistof
VDL GL is inmiddels ook afgestapt van het idee één vloeistof voor alle bewerkingsprocessen te gebruiken. In de slijpafdeling wordt een andere emulsie gebruikt. Eric Maas: “De concentratie moet bij het frezen anders zijn dan bij het slijpen. Slijptechnologie vraagt een schralere vloeistof.” Daarnaast laat VDL GL nu regelmatig de vloeistof door 2-S analyseren op de juiste verhouding van de componenten in de emulsie. “En als de uitslag negatief is, vervangen we de complete vloeistof in de machine.”