Detección de contaminaciones fílmicas con VIDAM: un método innovador de medición de limpieza

Fig. 1: Un dispositivo VIDAM – compacto y móvil, utilizable en diversos entornos de proceso.

Fig. 2: Restos de suciedad en superficies de componentes con geometría compleja después de diferentes procedimientos de limpieza. Es importante tener en cuenta las diferentes intensidades de suciedad residual (eje y).

En muchas industrias, la limpieza de las superficies de los componentes es una característica de calidad decisiva. Las posibles contaminaciones deben eliminarse de manera duradera para que la pieza tenga una limpieza suficiente para los pasos de fabricación posteriores (por ejemplo, ensamblaje, pintura) o para su idoneidad para su uso en salas limpias. En una gran cantidad de productos innovadores, no siempre es posible excluir completamente las contaminaciones en la producción en masa. El estado de limpieza de las piezas solo puede evaluarse mediante la determinación y el conocimiento del grado de contaminación (resto de suciedad en una superficie). Con el control del resultado de la limpieza, se puede garantizar la limpieza de la pieza y una calidad reproducible. Con un conocimiento adicional sobre la historia de la pieza y su estado de entrega, los procesos de limpieza pueden estabilizarse y adaptarse de manera individual. Esto hace que sean reproducibles y que puedan optimizarse en función de los requisitos, considerando aspectos tecnológicos y económicos.

Sin embargo, el control de la limpieza no es solo una cuestión de detectar contaminantes particulados, lo cual ya está establecido en muchas cadenas de proceso. Para contaminaciones filmográficas (por ejemplo, ayudas de fabricación como aceites, grasas, lubricantes, residuos de protección contra la corrosión, huellas dactilares), existen, aparte de métodos avanzados de análisis de superficies (por ejemplo, TOF-SIMS, XPS, TD-GCMS), que suelen ser bastante costosos y requieren personal bien capacitado, solo métodos cualitativos, o en el mejor de los casos, métodos comparativos de prueba (por ejemplo, control visual, prueba de frotamiento, mediciones de ángulo de contacto, mediciones gravimétricas y mediciones de fluorescencia). Estos generalmente no pueden proporcionar información sobre la causa o el origen de las contaminaciones. Además, en general, cuanto mayores sean las piezas y más complejas sus geometrías, y cuanto más piezas deban analizarse, más laboriosa será la análisis. Hasta ahora, no existen procedimientos estandarizados y metodológicos para medir contaminaciones filmográficas de manera sencilla, no destructiva y independiente de la geometría, tanto cualitativa como cuantitativamente.

Esta brecha puede cerrarse con un nuevo método de medición de limpieza, que mediante desorción inducida por vacío permite la medición espectral y cuantitativa de contaminaciones filmográficas (resto de suciedad en g o g/cm²) en superficies de componentes. Las contaminaciones filmográficas o químicas suelen ser sólidas o líquidas bajo condiciones atmosféricas a temperatura ambiente. En el vacío, las contaminaciones existentes pueden desprenderse de la superficie del componente y detectarse mediante técnicas de medición adecuadas. Gracias a este método, las contaminaciones pueden detectarse de manera integral, es decir, tanto en toda la superficie de componentes individuales como en conjuntos completos de cualquier geometría. El método de medición es no destructivo, es decir, los componentes pueden procesarse directamente después.

Los dispositivos VIDAM utilizan este método de medición directo para verificar y evaluar la limpieza de las piezas. Una medición VIDAM se basa en un proceso de medición totalmente automatizado con un manejo sencillo, es decir, no se necesita personal especializado para realizar las mediciones.

Una variante del dispositivo VIDAM se muestra en la Fig. 1. Consiste en una cámara de vacío en la que se introducen las piezas, un sistema de bombeo, tecnología de medición de presión adecuada para detectar las contaminaciones, y un sistema de control con registro y análisis de datos implementados. De esta forma, las contaminaciones filmográficas pueden extraerse, separarse y detectarse de la superficie del componente.

Como tamaño de medición, VIDAM proporciona un resultado cuantitativo, es decir, la cantidad de restos de suciedad en la superficie en g (o en relación con la superficie del componente en g/cm²), lo que permite establecer límites adecuados. Gracias al método de medición espectral, las contaminaciones pueden identificarse claramente y asignarse a sus causas (por ejemplo, residuos de ayudas de fabricación y productos de limpieza).

El límite mínimo de detección de < 0,3 ng/cm² para sustancias orgánicas permite detectar cantidades muy pequeñas de contaminantes, y el límite superior de medición está por encima de lo que generalmente se denomina "libre de aceites y grasas". Tanto el tamaño de la cámara, los tiempos de ciclo, el rendimiento de piezas como el límite de detección pueden ajustarse a la tarea de medición correspondiente.

Como caso de aplicación, se explica a continuación la evaluación de diferentes procedimientos de limpieza para componentes con geometría compleja (debido a muchos orificios de tornillo ciegos). Se puede considerar, por ejemplo, un proveedor de automóviles que necesita componentes con una limpieza suficiente para procesos posteriores. La limpieza de las piezas se realizará en el propio taller en el futuro, y hay varias opciones de procedimientos de limpieza en consideración: limpieza ultrasónica húmeda, limpieza con CO₂ y limpieza a baja presión. El límite para contaminaciones orgánicas en las piezas, es decir, restos de suciedad filmográfica, se estableció previamente en < 1 µg/cm² (clase ISO-SCC -6 (VOC)), mejor aún, < 0,1 µg/cm² (clase ISO-SCC -7 (VOC)).

La evaluación de la eficacia de los procedimientos de limpieza considerados se realizó con piezas de prueba contaminadas con una cantidad definida de suciedad y luego limpiadas con el método correspondiente. Posteriormente, se midió el resto de suciedad en las superficies de las piezas con un dispositivo VIDAM, determinando así la limpieza de las mismas. Los resultados de las mediciones VIDAM se muestran en la Fig. 2.

De los procedimientos de limpieza analizados, el peor resultado se obtuvo con la limpieza con CO₂ (resto de suciedad de 1,0 µg/cm²) y el mejor con la limpieza a baja presión (resto de suciedad de 1,3 ng/cm²). En una instalación de limpieza ultrasónica húmeda existente, se pudieron limpiar piezas con un resto de suciedad de hasta 0,2 µg/cm² con los parámetros estándar, aunque todavía se detectaban restos evidentes de ayudas de fabricación utilizadas. Con la adaptación del producto de limpieza, la limpieza de las piezas pudo mejorarse aún más (resto de suciedad de 1,4 ng/cm²). Los límites establecidos, de < 0,1 µg/cm² (clase ISO-SCC 7 (VOC)), se superaron claramente en la instalación de limpieza ultrasónica con producto de limpieza ajustado.

Otros casos de aplicación típicos para mediciones VIDAM, además de la validación, verificación y optimización de procesos de limpieza, incluyen la evaluación de la eficacia de productos de limpieza para ayudas de fabricación específicas, el monitoreo del grado de secado de las piezas después de la limpieza, y la comprobación y garantía de una limpieza suficiente antes de procesos de acabado superficial (por ejemplo, recubrimiento, pintura, galvanizado, impresión) y procesos de ensamblaje (por ejemplo, pegado, soldadura, soldadura por inducción, etc.).

VIDAM puede integrarse de manera flexible en una cadena de producción existente y permite optimizar los procesos de fabricación y limpieza internamente, garantizando así una alta seguridad del proceso global y una calidad reproducible del producto final.