Tisztítás és csomagolás egyedi alkatrészek és szerelvények számára a tisztatéri körülmények között való használathoz

Áttekintés

Egyre több termelés zajlik meghatározott körülmények között, tisztatéri körülmények között. Ezek a termékek és a gyártáshoz szükséges folyamatlépések határozzák meg a tisztatéri körülmények szükséges szintjét. Ahhoz, hogy tisztatéri környezetben tudjunk gyártani, néhány fontos feltétel szükséges a hatékony működéshez. Szinte sehol másutt nem szükséges olyan mértékben az egész gyártási lánc elemzése, mint tiszta gyártási területeken. Biztosan nagyon fontos meghatározni, hogy milyen környezeti feltételek mellett kell gyártani. Gyakran a szállított anyagok és a folyamatberendezések tisztasági követelményei nem felelnek meg a szükséges elvárásoknak, azaz például tisztázni kell a szállítás módját, valamint, hogy a szállított termék és csomagolás megfelel-e a tisztasági követelményeknek. Az tény, hogy tisztatéri környezetben készül a termék, önmagában nem elegendő a szükséges termékminőség eléréséhez.

Ebben a cikkben elsősorban két folyamatlépésre fókuszálunk a teljes láncban, amelyek kiemelkedő jelentőséggel bírnak: az egyes alkatrészek, szerelvények és komplett gépek tisztítása és csomagolása.

Tisztítás és csomagolás – egy új minőség

Miért beszélünk egy új minőségről a tisztítási és csomagolási folyamatokban? Hiszen a tisztítás és csomagolás már mindig is létezett. De mi az, ami most újdonság? Az, hogy már nem lehet ezeket egyszerűen „tisztításnak” és „csomagolásnak” tekinteni. Egy kerékpárt törlünk egy ronggyal – egy optikai keretet tisztítószerekkel és törlőanyagokkal a meghatározott tisztítási technológia szerint. A születésnapi ajándékot csomagolópapírba tesszük – a szállított optikai keret egy magazinban van, amelyet egy lezárható dobozban rögzítünk, majd ez a doboz dupla rétegben, előtisztított és vezetőképes PE-fóliába csomagolva, esetleg nitrogénnel töltve vagy vákuum alatt, a felhasználónak küldünk.

Ez a rövid leírás jól mutatja a különbségeket a hagyományos technológiákhoz képest. De mi teszi szükségessé a megnövelt költségeket a tisztatéri alkalmazásokban? Az olyan munkafázisok és technológiák, amelyek egy tiszta környezetet, egy tisztatér környezetet igényelnek, ezeket a körülményeket használják a magas termékminőség eléréséhez, vagy „normál” körülmények között nem lennének megvalósíthatóak. Ez azt jelenti, hogy tudatosan vállaljuk a magasabb költségtényezőt, amit a tiszta gyártási környezet működtetése jelent. Ezért mindig megpróbáljuk már a kezdetektől fogva elkerülni azokat a külső hatásokat, amelyek negatívan befolyásolhatják ezeket a költségeket. Ez az oka annak, hogy szabványok és irányelvek foglalkoznak a tisztatér- és tisztasági megfelelőség, felülettisztaság, kémiai szennyeződések, tisztatéri anyagok stb. kérdésével. Tudatában vagyunk annak, hogy ebben a témában még jelentős hiányosságok vannak, és a szabványosítás messze nem tér ki minden szükséges pontra.

Elvárások szabványokból és irányelvekből

Amikor szabványokat vagy irányelveket keresünk a „tisztatéri folyamatlánc” témakörében, nagyon kevés található. Gyakran, például a DIN EN ISO 14644-9 szabványban, ez a fontos szempont ki van zárva: „...A jelen szabvány nem foglalkozik a felületek tisztítási módszereivel;” (1)

Ennek eredményeként számos gyártói szabvány létezik, amelyek alkalmazási területei nem kompatibilisek vagy nem csereszabatosak, és csak néhány termékre vonatkoznak. Ezek a gyártói szabványok csak kiválasztott felhasználói kör számára elérhetők.

Továbbá léteznek iparágspecifikus előírások, amelyek a technológia aktuális szintjét írják le, de nem mindig felelnek meg a legújabb ismereteknek. Ezek főként a félvezető- és az autóipari szabványok. Később néhány követelményt részletesen ismertetünk.

Példa a félvezetőiparból

A félvezetőipar szabványosítása messze fejlettebb más iparágakhoz képest. Természetesen csak a félvezető-, napelem- és mikroszámítógépes technológia szempontjából releváns kérdésekkel foglalkozik, melyekben a SEMI szervezet az iparág nemzetközi képviselője.

Amikor a részegységek, szerelvények és teljes gépek tisztítási követelményeit vizsgáljuk, jelentős eltérést tapasztalunk a szabványokban foglalt elvárások és a mindennapi gyakorlatban megvalósított követelmények között.

A gépek tisztítására és összeszerelésére vonatkozó követelmények például a következők: „Tisztítás – minden eszközt és rendszerkomponenst (egyedi alkatrészek és szerelvények – szerző megjegyzése) közvetlenül a szerelési területre való behelyezés előtt elszívni, fújt levegővel megtisztítani, és egy 10%-os IPA és víz oldattal tisztítani. Olyan segédeszközöket, például tisztatéri törlőket, amelyek ISO 5 (a DIN EN ISO 14644 szerint) osztályba tartoznak, használni kell. A vágóolajokat, kenő- és folyadékokat el kell távolítani, mielőtt a részegységek a tiszta összeszerelő területre kerülnek.”

Függetlenül attól, hogy ezeket a követelményeket a gyakorlatban hogyan valósítják meg vagy lehet megvalósítani, számos kérdés merül fel, amelyeket a felhasználónak kell megválaszolnia saját gyártása során, mivel konkrét iránymutatások erre nem léteznek.

1. Hogyan lehet hatékonyan elszívni?
Általánosan ismert, hogy az elszívás nem hatékony tisztítási technológia. Egyrészt, mert az elszívással nem érhető el mélytisztítási hatás, azaz a szívófejet nagyon közel kell helyezni a tisztítandó felülethez a hatás eléréséhez, másrészt, mert egyre kisebb részecskeméret esetén a részecskék vonzóereje a felülethez olyan nagy, hogy 10 µm alatti részecskék esetén már nem várható hatás.

2. Milyen nyomáson kell a levegőt tisztítani, hogy használni lehessen a fújáshoz?
Természetesen olaj- és vízmentes legyen. A részecskementesség azt jelenti, hogy a minimális részecskeméretet meg kell határozni. Gyakran nitrogént használnak fújáshoz. A nitrogénre ugyanazok a követelmények vonatkoznak, mint a nyomáson lévő levegőre. A nitrogén általában megadott tisztasága kizárólag kémiai tisztaságra vonatkozik, nem részecskeszintre. Akár levegő, akár nitrogén, minden esetben alkalmazni kell egy pont-alkalmazási szűrőt, amely biztosítja a végszűrést a használt közegben, ezáltal kizárva, hogy szennyeződések kerüljenek a gázrendszerből a termékbe.

3. Milyen minőségű folyékony tisztítószert kell használni?
Víz esetén mindenképpen teljesen sótlanított (DI) víz ajánlott. A folyadékmaradványok nyom nélkül elpárolognak. Az alkoholkeverékek, függetlenül attól, hogy 10% vagy 50% az arány, olyan kémiai és részecskeszennyeződésmentes tisztaságot kell, hogy elérjenek, amelyet a tisztítandó termékek határoznak meg. Ezek az alkoholok hatékonyan oldják az organikus szennyeződéseket. A víz a magasabb felületi feszültség révén lehetővé teszi, hogy az oldott szennyeződések a törlőruha (tisztatéri törlő) által felszívódjanak.

4. Mi az a tisztatéri törlőruha?
…

Példa az autóiparból

Az autóipar ebben a tekintetben kevés általános irányelvet mutat. Például a VDA19 (2) irányelv: „A műszaki tisztaság vizsgálata – részecskeszennyeződés a funkcióhoz szükséges autóalkatrészeken”

Ez az irányelv leírja a feltételeket a módszerek alkalmazására és dokumentálására a részecskeszennyeződés méréséhez a funkcionálisan releváns alkatrészeken (tisztasági vizsgálat). (2)

Ez konkrétan azt jelenti, hogy itt egy alapot hoztak létre a tisztasági követelmények meghatározására a vevők és beszállítók között, a részecskeszennyeződés mérési módszerei alapján.

Nem vizsgált tényezők:

- Az alkatrészek számára abszolút szükséges vagy releváns tisztasági követelmények alapjai és módszerei.
- Organikus szennyeződések (zsírok, olajok stb.) kimutatása.
- A vizsgált tárgyak nem kvantifikálható részecskeszennyeződésének módszerei (pl. vizuális értékelés, törlőteszt tiszta törlővel).
- A működő folyadékok vizsgálata (hűtőfolyadékok, olajok, hidraulikus folyadékok, fékfolyadékok, üzemanyagok, gázok stb.) (2)

Ezzel a felhasználók számára is fontos segítségek zárulnak el a tisztítási folyamatok leírásában, és ez az irányelv kevésbé gyakorlati szempontból releváns a folyamatok kialakításához.

Cégspecifikus szabványok és irányelvek

Sok cégen belüli szabvány és irányelv létezik, amelyek a tisztítási és csomagolási folyamatokat írják le. Ezek általános iránymutatásként való felhasználása gyakran akadályba ütközik, mivel minden cég szabványát titoktartási megállapodás kíséri.

Szinte valamennyi ilyen előírás hosszú évek tapasztalatán és természetesen a korábbi hibákon alapul. Mélyreható tudományos vizsgálat nem mindig történt meg. Ezek az előírások akkor is aktuálisak, amíg el nem érkeznek azok a határok, ahol a korábbi eljárások már nem elegendőek, és iteratív módon fejlesztik tovább a folyamatokat.

A tisztítási és csomagolási folyamatokhoz szükséges környezeti feltételek

Itt különböző nézetek vannak arról, hogy milyen körülmények között kell tisztítani és csomagolni. Három példát említünk:

1. Egy szabvány pontosan meghatározza a levegő tisztasági osztályát, amely mellett ezeket a folyamatokat végre kell hajtani (pl. SEMI-szabvány). Tapasztalat szerint kevés beszállító képes megfelelni az ISO 5 / ISO 6 magas követelményeinek.
2. Néhány kevés beszállító (pl. Japánban) ugyanazon körülmények között gyárt, tisztít és csomagol, mint ahol a gép végfelhasználónál kerül alkalmazásra. Ezáltal már előre eléri a nagyon magas tisztasági szintet. Ez azonban magas költségekkel jár.
3. Különböző beszállítók a tapasztalatokra alapozva, legfeljebb két osztállyal rosszabb körülmények között dolgoznak, mint a végfelhasználói környezet.

Egység- és géptisztítás tisztatéri körülmények között

A folyamatlánc az alkatrésztől a szerelvényen át a teljes gépig

Ahhoz, hogy a gép tisztaságát megfelelően tudjuk előre meghatározni, szükség van az egész folyamatlánc elemzésére, az alkatrészgyártástól a teljes gépig. Ennek eredményeként meghatározásra kerülnek azok a körülmények, amelyek között gyártás, tisztítás és csomagolás történik. Mindig figyelembe kell venni a költség szempontját, azaz minden egyes folyamat csak olyan körülmények között történjen, amelyek a lehető legjobb, de nem túlzottan drága megoldások. A folyamatlánc leírásában mindig fontos szerepet kap az időtényező. A szennyeződés idővel növekszik. Ennek eredményeként minél hosszabb ideig tartanak az egyes folyamatok, annál magasabb szintű környezeti tisztaságra van szükség. Ez különböző módokon valósítható meg:

- megfelelő osztályozású tisztatérrel
- folyamatos ismételt tisztítással, hogy a szennyeződéseket folyamatosan eltávolítsák
- a termékek csomagolásával minden munkaszünet előtt és kicsomagolással a további feldolgozás során (ez például zsugorfóliázással vagy megfelelő fóliákkal való takarással, aktív tárolóedények alkalmazásával történhet, nitrogén atmoszférában csak akkor, ha a termék védve van a nedvességtől és oxigéntől), valamint rendszeres tisztítással.

Gyakran felmerül a kérdés, hogy nem lenne-e elegendő az egész gép végső tisztítása. Ezzel szemben az a probléma, hogy szinte lehetetlen minden helyet elérni a tisztítás során. Gyakran a szennyeződések „beépülnek”, így hosszú távon kockázatot jelentenek. Ezek a szennyeződések nem tapadnak örökké a felületeken. Az öregedési folyamatok, a felületi töltés változásai (elektrosztatikus töltés), a levegő páratartalmának és hőmérsékletének változásai mind megváltoztatják a tapadási erőket, és így a szennyeződések viselkedését, dinamikus változásokat okozva.

Egység tisztítása

A tisztítás mindig a szennyeződés típusától, az alkatrész anyagától, felületi tulajdonságaitól és érzékenységétől függ a mechanikus behatásokkal és folyadékhatásokkal szemben.

Sok alkalmazásban bevált az ultrahangos tisztítás. Ez a módszer kíméletes az alkatrészekhez, technikailag kiforrott. Nagyon érzékeny alkatrészek esetén magasabb frekvenciát alkalmaznak, ún. nagyhangszórós ultrahangot. Különösen figyelmet igényel:

- Forró oldatok alkalmazásánál teljesen sótlanított víz (DI-víz) használata.
- A tisztítószerek alkalmazásánál megfelelő öblítési ciklusokat kell beiktatni, hogy elkerüljük a tisztítószerek és oldott szennyeződések szállítását.
- A kimerült tisztítószereket és öblítőfolyadékokat rövid időközönként cserélni kell.
- A szárítási folyamat különösen fontos (pl. furatok, zsebek). A szárítás a lehető legmagasabb tisztaság mellett történjen.

A különböző alkatrészek, például optikák, kerámiák, pórusos felületek vagy lágy anyagok tisztítása nem ultrahangos módszerrel történik. Ezeknél mechanikus tisztítás alkalmazható, amelyet elszívással és fújással lehet támogatni. Az egyszerű szívás és fújás nem elegendő (lásd fentebb).

Természetesen számos más tisztítási módszer is létezik, például CO2- tisztítás, hevítés, fúrás, kefélés, tapadó fóliák alkalmazása stb.

Szerelvények tisztítása

A szerelvények összetettsége miatt nagy arányban szükséges mechanikus tisztítási eljárásokat alkalmazni. Ennek oka például a ragasztások, amelyeket ultrahangos tisztítással nem lehet eltávolítani, valamint az anyagok sokfélesége, amelyek különböző igényeket támasztanak. Továbbá fennállhat a veszély, hogy a tisztítószerek a szerelvényben maradnak, mivel nem lehet 100%-osan megszárítani.

A szerelvények tisztítása csak akkor hatékony, ha az egyes alkatrészeket előzetesen megtisztították.

Gép tisztítása

Alap- és fenntartó tisztításról beszélünk, hasonlóan a tisztatéri környezet tisztításához.

Alap tisztítás összeszerelés után

A gép csomagolása előtt, függetlenül az alkatrészek és szerelvények korábbi tisztítási lépéseitől, közvetlenül a gyártónál teljes körűen meg kell tisztítani. Ez a tisztítás megköveteli a gép alapos ismeretét a tisztítószemélyzet részéről. A gép különböző részeit a megfelelő tisztítási módszerekkel kell tisztítani, érzékeny szerelvényeket esetleg kizárni a végső tisztításból. Ezeket a részeket előzetesen védeni kell. Az utolsó tisztítás után a gépet azonnal be kell takarni első védőburkolattal (pl. fóliával).

A csomagolás előtt esetleg elvégeznek egy előzetes elfogadási tesztet, amely már a gyártó saját üzemében feltárhatja a szennyeződéseket. Az ebből adódó szennyeződési problémákat saját üzemükben lehet orvosolni, ami jóval kevesebb erőfeszítést igényel, mint a vevő tisztatéri környezetében.

Ezek az előzetes elfogadási tesztek dokumentálják a termék elért minőségét a vevő felé. A módszertant és részleteket a vevő és a szállító egyezteti.

Alap tisztítás üzembe helyezés előtt

A gép végfelhasználónál történő hivatalos kibontása után további alap tisztításon kell átesnie, hogy eltávolítsuk az esetleges szennyeződéseket, amelyek szállítás közben kerültek a gépre. E nélkül a tisztítás nélkül nem szabad gépet tisztatérbe helyezni. Ezt a tisztítást a szállító, a vevő vagy külső szakember is elvégezheti. Alapja a kibontási és tisztítási utasítás.

Gyakran a tisztítás után mintavételesen ellenőrzik a felülettisztaságot. Ha a határértékeket betartják, a gépet a megfelelő helyen a tisztatérben lehet telepíteni.

Fenntartó tisztítás

A fenntartó tisztítást a vevő tisztítási tervébe illesztik be. Ez biztosítja a szükséges tisztaságot az idő múlásával. Vagyis, annak ellenére, hogy a gyártás tisztatéri környezetben történik, a gépeket folyamatosan vissza kell állítani az eredeti állapotukba. A tisztatéri környezet csak meghosszabbítja azt az időtartamot, amíg a folyamatberendezések felületei ismét szennyeződnek. Emellett a gép működése, a folyamatok és az anyagkezelés során folyamatosan szennyeződések keletkeznek, amelyek a felületeken lerakódnak. Ezért ezeket a szennyeződéseket rendszeresen, szigorú terv szerint kell eltávolítani, és az eredményt dokumentálni.

A tisztaság ellenőrzése (példák)

A tisztítási eredmény ellenőrzése folyamatos kihívást jelent. Ennek egyik oka, hogy a részecskék mérését technikai felületeken csak nagy erőfeszítéssel lehet elvégezni. A részecskék mikrométeres tartományban való láthatóságát biztosító mérőeszközök mellett a következő módszerek váltak elfogadottá:

- Optikai vizsgálat
A megtisztított felületeket optikai segédeszközökkel vizsgálják, és a részecskéket egy meghatározott területen kiválasztják. Az eredményt összehasonlítják a tisztítási utasításban meghatározott határértékkel. A tisztítás akkor fejeződik be, amikor ezeket a határértékeket nem lépik túl.

- Felületszonda
A felületszondát egy átalakított optikai részecskeszámlálóval használják. A részecskéket levegőnyomással távolítják el a felületről, majd a részecskeszámlálóval értékelik. Ez a módszer kvalitatív, nem kvantitatív, mivel soha nem lehet minden részecskét teljes mértékben eltávolítani a felületről. Nagyon jó százalékos tisztasági eredményt lehet meghatározni, ha a tisztítás előtt és után mérnek.

- Öblítési módszer
Egyes felületeket tiszta vízzel öblítenek, majd az öblítővizet részecskeszámításnak vetik alá. A felület akkor tekinthető tisztának, ha az öblítővízben a meghatározott érték alatti eredményt mérnek. Ezzel a módszerrel jó közelítő határértékeket lehet meghatározni.
Figyelembe kell venni, hogy a víz paraméterei, például mennyiség, vezetőképesség és hőmérséklet befolyásolhatják a mérés eredményét.

Csomagolás tisztatéri körülmények között

Csomagolóanyagok

Alapvetően a csomagolóanyagoknak meg kell védeniük a csomagolt terméket. Ezek az anyagok minimális részecskekibocsátással és alacsony gázkibocsátással kell, hogy rendelkezzenek.

Sokszor „tisztatéri fóliát” írnak elő csomagolóanyagnak. Úgy vélik, hogy ez a könnyű „rózsaszínű” PE-fólia megfelel ennek. Ez az anyag egy PE-fólia, amely elektrosztatikus tulajdonságai miatt különbözik más PE-fóliáktól.

Vannak azonban olyan fóliák, amelyeket tisztatéri körülmények között gyártanak és készítenek. Ezekhez költség miatt ritkán nyúlnak. A fóliák tisztítása más lehetőség, de ezt is a legmagasabb tisztaság mellett kell végezni, mivel minden kezelés során a fóliák folyamatosan részecskéket vonzanak.

A fóliás csomagolásnál ügyelni kell arra, hogy a csomagolt termékeket általában kétszer fóliába kell csomagolni. Ha a termék már dobozban vagy magazinban van, azokat is teljes egészében kétszer kell fóliába csomagolni.

A többször felhasználható csomagolókat minden használat előtt tisztítani kell. Ezeket általában nem a tisztatéri csomagolásban használják újra, hanem visszaküldik. A többszörös csomagolások tisztítása ugyanazokat az elveket követi, mint fentebb.

Személyzet képzése

A személyzet képzésével kapcsolatos kérdésekre kevés figyelmet fordítanak, pedig ez az alapja a tisztatéri folyamatlánc megfelelő működésének. Jó képzett személyzet nélkül a tiszta folyamatok nem valósíthatók meg teljes mértékben. Ez vonatkozik az alap- és ismétlő képzésekre is, amelyeket évente két-három alkalommal kell elvégezni. Ezek során elsősorban a következő témákat tanítják:

- A tisztatéri technológia alapjai
- A tisztatéri ruházat és használata, fel- és levételi eljárások
- A viselkedés a tisztatérben
- Tisztítási eljárások, lásd még a VDI 2083 lap 15 (3)
- Kezelés a tisztítószerekkel és anyagokkal
- A tisztítószerek kezelése
- Gyakorlati végrehajtás
- Tudatosság a folyamatokban, amelyeket minden egyes személynek végre kell hajtania

Összegzés

Nehezen lehet általános eljárásokat bemutatni az alkatrészek, szerelvények és gépek tisztítására. Az alkatrészek sokfélesége és a követelmények különbözősége miatt ez nem egyszerű feladat. Alapvetően a tisztítási lépéseket dokumentált körülmények között, jól képzett személyzettel kell végrehajtani. A minőségellenőrzés segít a folyamatok folyamatos fejlesztésében.

A költségek a „10-es szabályban” tükröződnek. Ez azt jelenti, hogy a gyártási lánc elején elköltött hiányzó ráfordítások, amelyek később mégis szükségesek lesznek, ebben az esetben a felületi tisztaság eléréséhez, minden további feldolgozási lépésnél tízszeres költséget igényelnek, mint az előző lépésben. Másképp fogalmazva, ha az első lépésben 10 eurócentet spórolunk egy alkatrészen, akkor a második lépésben már 1 euró többletköltség keletkezik minden alkatrészen.

Irodalom:

(1) DIN EN ISO 14644-9
Tisztaterek és kapcsolódó tisztatéri területek – 9. rész: Részecskeszennyeződés osztályozása
(ISO/DIS 14644-9:2008);
Német nyelvű változat EN ISO 14644-9:2008 (tervezet)

(2) VDA19
Minőségirányítás az autóiparban
(Tervezet, 2004 első kiadás – sárga nyomtatvány, az Autóipari Szövetség (VDA) szervezet):
Funkcionálisan releváns autóalkatrészek részecskeszennyeződése

(3) VDI 2083-15
Tisztatértechnika – Személyzet a tiszta munkahelyen