Les développements technologiques rapides transforment considérablement la fabrication traditionnelle. La science des données contemporaine est à l’origine de l’émergence de la « fabrication intelligente », inspirant des changements fondamentaux dans la manière dont les processus sont développés, surveillés et évalués.¹ La fabrication intelligente vise à améliorer la productivité, la durabilité et les performances économiques grâce à l’intégration transparente de tous les systèmes d’exploitation au sein des entreprises industrielles.

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Cet article examine le rôle de la spectroscopie dans la révolution de la fabrication intelligente, en montrant comment elle contribue à améliorer la cohérence et la qualité des produits, ainsi qu’à améliorer les processus de manière proactive.

Analyse de processus intégrée

Dans la fabrication intelligente, un flux de données précis et opportun est crucial. Les fabricants s’efforcent de surveiller chaque étape de leur processus pour garantir des résultats optimaux. Cependant, les défis importants incluent la prévention des défauts, le contrôle précis des paramètres de fabrication et le maintien de l’adaptabilité dans des environnements dynamiques.

L’analyse des processus en direct est essentielle pour relever ces défis.² Cette approche permet de mesurer directement les paramètres clés de chaque processus en temps réel, ce qui est unique par rapport aux méthodes d’analyse en ligne traditionnelles qui utilisent des boucles d’échantillonnage. Grâce à des données continues et en temps réel, l’analyse des processus intégrée permet aux fabricants d’ajuster rapidement les paramètres, améliorant ainsi la qualité, le débit et le débit des produits.

Spectroscopie : une révolution dans l’industrie manufacturière

Au cours des 20 dernières années, des industries allant des produits pharmaceutiques aux polymères et semi-conducteurs ont adopté de plus en plus le développement de technologies de surveillance avancées pour l’analyse des processus. La spectroscopie se démarque dans le monde des technologies de détection avancées permettant des analyses de processus en direct.

La spectroscopie est une méthode d’analyse de l’interaction entre la matière et le rayonnement électromagnétique. Cela est essentiel dans la fabrication intelligente, en particulier lors de l’optimisation des processus en direct afin d’améliorer l’efficacité opérationnelle globale et la qualité des produits.

En combinaison avec l’apprentissage automatique, les spectromètres peuvent aider à prédire et à prévenir les défauts. En utilisant des techniques spectroscopiques, les fabricants peuvent obtenir un contrôle précis des processus et garantir une qualité et une cohérence optimales des produits.

L’industrie pharmaceutique est un exemple où l’application de techniques spectroscopiques est devenue essentielle pour le contrôle qualité. Des technologies telles que la spectroscopie Raman permettent de mettre en place un suivi direct des procédés de fabrication thérapeutiques, comme les anticorps monoclonaux.³ Les spectres mesurés peuvent ensuite être utilisés pour déterminer la concentration et découvrir d’autres informations, telles que la confirmation de contaminants ou d’ingrédients actifs.

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D’autres exemples incluent l’optimisation et le contrôle automatisés des processus.⁴ A cet effet, le spectromètre détecte la signature chimique du produit recherché. Les changements dans les conditions de réaction, telles que la pression ou la température, peuvent révéler le rendement de certains types de produits. Des boucles de rétroaction peuvent être créées selon les besoins. L’utilisation d’algorithmes d’optimisation permet de déterminer un ensemble très efficace de paramètres de réaction pour obtenir des résultats de production optimaux.

Les données collectées sont informatives avec les techniques spectroscopiques concernant les concentrations, la pureté des échantillons, etc., ce qui signifie que certains paramètres peuvent être comparés pour la cohérence d’un échantillon à l’autre et le contrôle de la qualité.

Solutions de spectromètre Avantes

Avantes propose une gamme de spectromètres avancés à grande vitesse, idéaux pour l’optimisation des processus en direct, notamment le NEXOS de nouvelle génération⁵ Et Varius⁶ Dispositifs. Ces spectromètres présentent des performances optiques supérieures et des caractéristiques personnalisables, facilitant la surveillance et le contrôle de haute précision des paramètres de fabrication critiques tout en fournissant des données en temps réel.

Le spectromètre NEXOS est léger et compact, intégrant plusieurs appareils et capteurs dans des systèmes de fabrication intelligents. Les utilisateurs peuvent choisir parmi plusieurs configurations d’emplacements et de maillage pour répondre à des exigences spécifiques, ainsi qu’avec différents protocoles de communication tels que USB2, RS232, Direct Interface et SPI. Cette flexibilité permet aux fabricants de s’ajuster rapidement en fonction des données spectrales en temps réel et de répondre aux différentes spécifications des produits.

Le Varius offre également une flexibilité inégalée, avec un nouveau couvercle de connecteur magnétique qui facilite le remplacement des encoches et améliore les performances grâce à une optimisation brevetée du siège optique. Disponible en versions compactes et standard industrielles (OEM), le Varius convient aux environnements de laboratoire et aux applications industrielles.

Les spectromètres intégrés s’intègrent parfaitement à de nombreux capteurs et dispositifs dans les systèmes de fabrication intelligents, les rendant plus fonctionnels et polyvalents. Le spectromètre peut collecter des données complètes provenant de capteurs de pression, de capteurs de température, de débitmètres et d’autres dispositifs de surveillance souvent utilisés dans la fabrication pour une meilleure précision et un meilleur contrôle. Conçus pour une intégration transparente dans les systèmes de fabrication intelligents, les spectromètres compacts Avantes offrent une solution personnalisée pour l’optimisation des processus intégrés.

Étude de cas : Gravure plasma dans l’industrie électronique

Pour illustrer les applications pratiques des solutions de spectromètre Avantes, une étude de cas pour l’industrie électronique présente leur efficacité.

Le traitement au plasma est crucial dans la fabrication de circuits intégrés (CI) et de microélectronique. Les ingénieurs utilisent la gravure au plasma pour créer des caractéristiques et des motifs complexes sur les couches semi-conductrices. Cependant, la surveillance en temps réel de ce processus est essentielle pour garantir un contrôle précis de l’enlèvement de matière, minimiser les défauts et améliorer la qualité du produit final.

Les spectromètres d’émission optique tels que l’AvaSpec-ULS4096CL-EVO d’Avantes (le prédécesseur du Nexos et du Varius) ont permis aux fabricants de surveiller les processus de gravure au plasma et de dépôt de couches robotisés en temps réel.⁷ Les chercheurs disposaient d’un contrôle précis sur l’élimination des matériaux des couches des circuits intégrés, leur permettant de savoir précisément quand tous les matériaux indésirables avaient été retirés (le point final). Cela a abouti à un processus strictement contrôlé qui a produit des produits de haute qualité.

En intégrant des spectromètres à l’étude, les chercheurs ont considérablement amélioré la précision et l’efficacité de la méthode de traitement au plasma, améliorant ainsi l’assurance qualité globale et la précision de fabrication.

Conclusion

Les outils spectroscopiques directs sont essentiels à l’optimisation des processus de fabrication intelligents, améliorant l’efficacité et la qualité des produits tout en réduisant les déchets et les défauts. Les spectromètres compacts Avantes sont à la tête de cette révolution technologique, de sorte que les fabricants peuvent être sûrs qu’ils peuvent gérer les complexités de la production moderne et qu’ils sont équipés des outils nécessaires pour réussir.

Références et lectures complémentaires

1. Institut de fabrication intelligente. Qu’est-ce que la fabrication intelligente ? -Cesmée
2. Tschudi, J et al. Spectroscopie embarquée : du concept à la fonction. Spectroscopie appliquée 2018, Vol. 72(9) 1298-1309.
3. Wang, J., Chen, J., Studts, J. et Wang, G. (2023). Titrage automatisé et mesure directe de la qualité du produit lors de la purification des anticorps monoclonaux thérapeutiques par spectroscopie Raman. Biotechnologie et bioingénierie, 120(11), 3288-3298. https://doi.org/10.1002/bit.28514
4. Bédard, A., Adamo, A., Aroh, K.C., Russell, M.G., Bedermann, A.A., Torosian, J.,… Jamison, T.F. (2018). Un système reconfigurable pour l’optimisation automatisée de diverses réactions chimiques. Sciences, 361, 1220-1225. https://doi.org/
5. Avantis. AvaSpec-NEXOS™ Découvrez le spectromètre à cœur compact de nouvelle génération. https://www.avantes.com/products/spectrometers/compactline/avaspec-nexos
6. Avantis. Spectromètre VARIUS™. https://www.avantes.com/products/spectrometers/starline/avaspec-varius
7. Kane, J. Applications de la spectroscopie à la surveillance du plasma. Opinions d’Optique Volume 16, Numéro 3 p. 64-67 (2019).

Ces informations ont été obtenues, examinées et adaptées à partir de documents fournis par Avantes BV.

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