Leendert van der Ent | Fotografie: Eurofins EAG Materials Science Lab
Het Eurofins EAG Materials Science lab in Eindhoven is verankerd in de economie van de Brainport-regio en probeert kritische faalfactoren in de wereld van de hightech maakindustrie te achterhalen. Daarbij telt het inzicht en de kennis achter de meting zwaarder dan de meting zelf, vertellen operationeel manager Paul Krüsemann en wetenschapper Jeannette Smulders.
Leendert van der Ent | Fotografie: Eurofins EAG Materials Science Lab
Het Materials Science lab is nu enige tijd onderdeel van de Eurofins-organisatie en niet alleen de Brainport-regio ontwikkelt zich als een tierelier, ook met het Eindhovense lab gaat het uitstekend. Het economische succes van Brainport Eindhoven is ongekend en daarmee komen ook extra onderzoeksvragen binnen. De hightech maakindustrie produceert in en rond Eindhoven in kleine volumes technisch complexe producten zoals lithografiemachines, medische apparatuur en elektronenmicroscopen.
Wat deze regio echt bijzonder maakt, is de nauwe ketensamenwerking tussen toeleveranciers en producenten van eindproducten. ‘Samenwerken zit in onze natuur’luidt een slogan van Brainport Eindhoven. Dat geldt zeker voor Eurofins EAG Materials Science op de High Tech Campus in Eindhoven. Het laboratorium neemt een bijzondere plaats in deze keten in.
“Werken op de grens van wat fysiek mogelijk is, gaat gepaard met steeds nieuwe materiaalkundige vragen”, zegt Paul Krüsemann, operationeel manager bij het laboratorium voor materiaalonderzoek. Zijn specialismen zijn cleanliness control en gasanalyse. “De miniaturisering op nanoschaal maakt reinheid steeds belangrijker. Als er lithografiekanaaltjes van 4 nm worden gemaakt, wordt een deeltje van 100 nm opeens een rotsblok.”
Onderzoeksvragen komen vanuit de industrie, maar ook vanuit onderzoeksinstellingen en internationale samenwerkingsverbanden. Ze bewegen zich op het vlak van de halfgeleiderindustrie, zonnecel- en batterij-onderzoek, fotonica, 3D printen en materiaal- en productbetrouwbaarheid voor onder andere de kunststof en medische industrie (faalmechanismen) en circulaire economie (effecten van hergebruik).
“We zijn de ogen en oren van onderzoekers”
Collega en wetenschapper Jeannette Smulders: “Wij beantwoorden natuurlijk ook routinevragen, maar onze kracht zit in het oplossen van klantspecifieke vraagstukken waar geen pasklaar antwoord voor is. Wij maken met ons werk deel uit van het onderzoeksproces binnen bedrijven. We zijn als het ware de ogen en oren van onderzoekers. Vragen kunnen bijvoorbeeld zijn: wat is hier nu precies aan de hand? Heb ik wel gemaakt wat ik denk dat ik heb gemaakt? Ik benader dergelijke vragen vanuit de oppervlakte-analysetechniek.”
“We gooien als antwoord niet alleen een getal over de muur”, verduidelijkt Krüsemann. “Het gaat bij ons ook om de interpretatie van de uitkomst. Hoe kan een soldeerlas vervuild zijn geraakt? Waar komt die corrosie vandaan? We meten en vragen daarna bij de klant door op de meetresultaten. Bij complexe vraagstukken gaan we volgens een ‘Plan van Aanpak’ te werk. Soms moet je daarbij een opstelling bouwen om materiaalgedrag te simuleren. Zo kun je de kritische faalfactor in een proces vinden. Juist door de nauwe samenwerking met de klant komen we gezamenlijk dichter bij de oplossing voor het probleem.”
“Zeker 90% van de medewerkers heeft een HBO- of WO-achtergrond”
Meer dan om de meting zelf gaat het om het inzicht en de kennis daarachter. Vaak zijn er geen pasklare oplossingen en is een hele batterij aan instrumentatie en apparaten nodig om het antwoord te vinden. Vandaar het hoge gemiddelde opleidingsniveau in dit lab. Zeker 90% van de medewerkers heeft een HBO- of WO-achtergrond. Ze worden ondersteund door twee experts op het gebied van Design of Experiments (DoE). Hun taak is om op een statistisch verantwoorde manier de variabiliteit van uitkomsten terug te brengen. Samen met de inhoudelijk experts lopen zij het Plan van Aanpak en de conclusies door.
Veel vragen hebben betrekking op falen. Smulders: “Elk materiaal of product zal op een gegeven moment falen. Maar welk materiaal faalt als eerste en waar in het product? Waarom dit materiaal en waarom daar? Als je dat weet, dan kun je nadenken over voorkómen.” Of neem het desinfecteren van kunststoffen; niet elke kunststof kan tegen desinfectie. ‘Welke kunststof en welk desinfectiemiddel zijn in een bepaalde applicatie veilig te gebruiken?’
Nog een voorbeeld. In de hightech industrie kan de geringste afwijking, zoals een minuscuul gasbelletje in glas fataal zijn voor het verloop van een proces. Het klinkt simpel, de samenstelling van een gasbelletje in glas meten. Maar hoe krijg je het belletje uit het glas zonder het gas te contamineren? Krüsemann: “In het voortraject zit uiteindelijk de meeste uitdaging: de monstervoorbereiding om de meting te kunnen uitvoeren. Je moet soms van alles zelf bouwen om de juiste gasanalyse te kunnen doen. De oplossing is bij ons zelden evident.”
Voor het vaststellen van de levensduur van een bepaald product of materiaal bouwt het lab zelf opstellingen om producten versneld te kunnen verouderen door blootstelling aan temperatuur, vocht, stress en corrosieve agentia (H2S, SO2, NO2, Cl2). Bij dergelijke zogeheten Battelle-testen worden producten of materialen blootgesteld aan contaminatie in concentraties van deeltjes per miljard (ppb-bereik) voor een vooraf bepaalde periode. Smulders: “Ook hierbij draait het om een goed plan. Wat is reëel voor de combinatie van product, materiaal en praktijkomstandigheden?”
Materiaalonderzoek is een kostenpost, maar erop bezuinigen zou nog wel eens op termijn veel duurder kunnen zijn. Schrappen van materiaalonderzoek om een product sneller op de markt te krijgen is geen goede strategie, stelt Krüsemann. “Als er later problemen optreden, komt er veel druk op het onderzoek te staan, zul je schade als er garantie op een product zit moeten vergoeden en loop je reputatieschade op. Daarom is het vaak verstandig om vooraan in het traject iets meer uit te geven aan materiaalonderzoek, om hoge kosten achteraf te besparen. Andersom kunnen kleine besparingen je later heel duur komen te staan”
“Vaak is het verstandig om in het voortraject meer uit te geven aan materiaalonderzoek”
Op basis van de onderzoeksresultaten krijgt de klant vaak advies over hoe falen valt te voorkomen en krijgt die extra informatie over het presteren van een product. Een goed voorbeeld zijn lijmen, waarvan de uithardingskarakteristieken in beeld worden gebracht. Daarmee helpt het lab de klant actief aan de ontwikkeling van nieuwe lijmen met betere eigenschappen. “Zo dicht zit het laboratorium soms op het klantproces”, knikt Krüsemann.
Niet alle risico’s op falen laten zich vooraf afdekken. De zuiverheid of samenstelling van batches grondstoffen kan veranderen, en dat kan grote gevolgen hebben. Krüsemann: “In dat verband is onderzoek naar circulariteit momenteel actueel. Bij hergebruik werkt alles weer anders dan bij de inzet van virgin materiaal. Dat vraagt om een omschakeling van de industrie.” Wat ook helpt, is dat het lab van veel markten thuis is.
Smulders: “We beschikken over een grote diversiteit aan apparatuur en faciliteiten, zoals cleanrooms die we kunnen inzetten. Indien nodig kunnen we ook disciplines vanuit andere Eurofins laboratoria bijschakelen, zoals toxicologie.” Krüsemann: “En we zijn hier op de High Tech Campus goed bereikbaar, dicht bij veel klanten en maken gebruik van de uitstekende campusinfrastructuur in geval van levering van chemicaliën en gassen. Dat geeft onze organisatie de flexibiliteit die aansluit op de praktijk, en waarin geen enkele klantvraag vreemd is.”
