Con Masi & Obiettivo

Immagine 1: Le pellicole di protezione laser non sempre offrono un'adeguata schermatura, poiché il collegamento alla parete sui canaline non è garantito.

Immagine 2: Modello CAD dell'ambiente ridotto

Immagine 3: Recinzione dei tavoli ottici nel laboratorio di ricerca.

Immagine 5a: «Microtecfab» per applicazioni laser

Immagine 5b: Microtecfab per una applicazione simile

Immagine 6: Filtro-ventilatore modulo con prefiltrazione chimica progettata per l'applicazione.

Nel campo delle tecnologie ottiche e nella produzione di componenti ottici e laser, la purezza e la tecnologia delle camere bianche giocano un ruolo sempre più importante. Tuttavia, non sempre è necessario installare una costosa camera bianca. Minienvironments spesso offrono una protezione sufficiente.

Nelle tecnologie ottiche, non si tratta necessariamente dell'uso di camere bianche in produzione; il termine «tecnologia delle camere bianche» comprende piuttosto una serie di prodotti e servizi. Tuttavia, la camera bianca classica viene spesso preferita rispetto a un ambiente di prodotto o processo puro, senza considerare in anticipo i propri processi in relazione all'intera catena di processo. Spesso sono solo alcuni processi che richiedono un'aumentata purezza. Impegnare tutti i processi in una camera bianca non rappresenta mai la soluzione più economica in termini di costi di investimento e di esercizio.

Requisiti tecnici per la purezza dell'aria

La purezza dell'aria per un'applicazione ottica o laser non è importante solo per il numero di particelle nell'aria o sulle superfici. Anche la composizione delle particelle (materiale) e la purezza dell'aria rispetto alle contaminazioni molecolari (AMC – Contaminazione Molecolare Aerotrasportata) devono essere considerate nell'analisi. Per quanto riguarda aspetti come l'elet staticità e la compatibilità elettromagnetica (EMC), è importante che un gran numero di componenti specifici del processo, macchine e dispositivi siano in grado di scaricare elettricamente per ridurre l'influenza di scariche o interferenze elettromagnetiche. Per la soluzione di purezza da creare, devono essere selezionate componenti adeguate. Le eventuali misure di protezione laser devono essere realizzate in conformità con la classe laser. Un breve commento sulle pellicole di protezione laser come separazione degli ambienti: le pellicole di protezione laser non offrono una protezione al 100% contro le radiazioni laser, poiché non è garantito che queste pellicole separino completamente le aree laser dal loro ambiente (Immagine 1). Inoltre, se si tratta di un'area laser soggetta a un regime di pulizia, queste pellicole devono essere regolarmente pulite. Tuttavia, ottenere un buon risultato di pulizia è difficile, poiché le pellicole flessibili tendono a spostarsi facilmente dal panno di pulizia.

Una camera bianca mobile, come quella fissa, è adatta a molteplici compiti di produzione, misurazione e collaudo, ma offre vantaggi imbattibili in scenari esempio come:

- Flessibilità
Immaginate di pianificare una produzione per alcune settimane o mesi. In periodi così brevi, il fattore economico sconsiglia chiaramente di acquistare una propria camera bianca fissa. È importante che, durante questo periodo, venga garantito un flusso di produzione continuo con qualità costante e elevata.

- Mobilità
In alcuni casi, può essere necessario che la camera bianca sia utilizzabile in modo flessibile sul posto e che la posizione possa essere modificata a piacere. In casi estremi, anche nel parcheggio aziendale, se questa è l'unica area disponibile.

- Disponibilità
La necessità di rispondere rapidamente e in modo flessibile a nuove condizioni di mercato o richieste dei clienti costringe le aziende a presentare soluzioni a breve termine. Cosa fare se si deve reagire entro pochi giorni o se si necessita di una soluzione temporanea per completare la costruzione di una propria camera bianca?

Alternative alla camera bianca

Per un settore di Ricerca e Sviluppo, devono essere equipaggiati più tavoli ottici collegati tra loro con una copertura (Minienvironment) (Immagine 2). I parametri da realizzare includono:

- Classe di purezza dell'aria: ISO 6
- Nessuna connessione al tavolo ottico (disaccoppiamento dalle vibrazioni)
- Tende di aerazione pieghevoli in vetro di sicurezza monostrato conduttivo per un accesso libero a tutte le aree del tavolo (ESD), senza pellicole
- Tecnologia di ventilatori nei moduli filtri ventilatori in corrente continua (EMC)
- Illuminazione senza influenze EMC

Inizialmente si è trattato di scegliere il numero necessario di moduli filtri ventilatori considerando le fonti di contaminazione presenti all’interno della copertura. È stato scelto un reticolo di copertura in modo che un certo numero di moduli possa essere aggiunto successivamente senza ulteriori interventi di modifica.

Nessuna connessione al tavolo ottico

L'intera mini-environment è stata montata su supporti (Immagine 3). La copertura presenta una fessura perimetrale in modo che non possa verificarsi un contatto meccanico con il tavolo ottico. In questo modo, è stato garantito un disaccoppiamento dalle vibrazioni sufficiente. Questa fessura è anche necessaria per convogliare in modo definito l’aria entrante. Poiché è importante per i progetti di ricerca effettuare modifiche rapide alla configurazione sperimentale, questa fessura è stata utilizzata anche per far passare rapidamente cavi o tubi all’interno.

Tende di aerazione pieghevoli

Come separazione laterale, si è scelto consapevolmente di non usare pellicole, in modo da garantire una visibilità totale all’interno della copertura. Inoltre, si è evitato il rilascio di gas e odori attraverso le pellicole. Il sistema di tende pieghevoli verso l’alto permette all’operatore di aprire i lati o anche l’intera copertura senza che le pellicole ostacolino. Grazie al rivestimento conduttivo elettrostaticamente, che non si può pulire facilmente nel tempo (contrariamente alle pellicole o alle soluzioni in plastica), sono stati soddisfatti tutti i requisiti relativi all’elet staticità. Successivamente, si è scoperto che questa rivestitura riduce anche al minimo l’influenza elettromagnetica presente nell’ambiente circostante all’interno della copertura.

EMC e protezione laser

Per ridurre qualsiasi influenza da radiazioni elettromagnetiche, si è adottata una tecnologia di ventilatori con motori a corrente continua. L’elettronica di alimentazione necessaria è stata installata nella stanza adiacente. L’illuminazione è stata realizzata con barre luminose a base di lampade a incandescenza, oggi sostituibili con illuminazione a LED.

In conformità con la classificazione in una classe di protezione laser bassa, le superfici esposte alla radiazione primaria sono state realizzate in alluminio anodizzato nero. Per le superfici esposte alla radiazione secondaria, è stato sufficiente il vetro di sicurezza monostrato (Immagine 3).

Applicazioni laser con potenza superiore

Per soluzioni di purezza per applicazioni laser con potenza maggiore o classe di protezione laser superiore, ci sono due aspetti da considerare: la protezione laser deve essere completa e senza lacune. Se è necessario garantire l’accesso al processo, devono essere utilizzate apposite finestre di protezione laser. Per tutti i rivestimenti, devono essere usate cosiddette (laser-) barriere di protezione luminosa. Nel progetto BMBF «Profam» è stato sviluppato il modulo laser della linea di produzione «microtecfab» (Immagini 5a e b).

Questo modulo può essere integrato senza soluzione di continuità in una linea di produzione adeguata, senza trascurare la protezione laser. La classe di purezza dell’aria all’interno del modulo è stata dimostrata essere ISO 4 in piena operatività. I laser sono spesso utilizzati in combinazione con sistemi ottici. Le superfici delle ottiche sono quindi soggette a un’alta energia del raggio laser. I idrocarburi e altre sostanze molecolari presenti nell’aria vengono «craccate» dal laser e si depositano come carbonio sulle superfici ottiche. Ciò comporta un aumento del lavoro di pulizia regolare. Tuttavia, con una soluzione di filtri dell’aria adeguata, è possibile aumentare l’intervallo tra le pulizie (Immagine 6).

Una parola sulla produzione ottica

Pochi processi di produzione generano, come la lucidatura delle ottiche, così tante particelle per motivi di processo. Perché allora si pone la domanda sulle condizioni ambientali pulite e definite durante il processo di lucidatura? Non si tratta tanto del numero di particelle in sé, quanto del numero e delle dimensioni di particelle estranee che non derivano dal materiale di lucidatura. Queste particelle estranee possono creare micrograffi sulle superfici ottiche, influenzando negativamente la qualità ottica. Si pone quindi un’altra domanda: si ottiene un’alta purezza attraverso un sistema di filtrazione dell’aria pura e un elevato ricambio d’aria, che favorisce aria pulita nel processo e rimuove l’aria contaminata. Tuttavia, ciò genera variazioni di temperatura dell’aria che ostacolano la lavorazione di superfici ottiche di precisione. Una lavorazione nell’intervallo λ/4 è quindi quasi irrealizzabile. La sfida consiste nel risolvere questa contraddizione con una soluzione tecnica adeguata.