Automatisering in de cleanroom garandeert efficiënte productie

Automatisering in de cleanroom garandeert efficiënte productie

Allrounder- en robotsystemen vormen éénheid
• Selogica-besturing maakt programmeren ook mogelijk voor zespersoonsrobots
• Productiezones staan voor hoge output en kwaliteit van spuitdelen

De medisch-technische productie vereist naast hoge precisie ook een uiterst schone werkomgeving. Het hoogste doel bij de productie onder cleanroomomstandigheden is het voorkomen van contaminaties van de spuitgietproducten met stof, pollen, bacteriën, organische aerosolen en andere luchtgedragen verontreinigingen. Daarnaast stelt de medische technologie de hoogste eisen aan kwalitatief onberispelijke onderdelen, die in grote aantallen en met zeer korte cyclustijden moeten worden vervaardigd. Door een uitgebreid cleanroomconcept en de modulariteit van het Allrounder-programma is Arburg optimaal gepositioneerd om alle taken in dit gebied nauwkeurig uit te voeren.

Juist de eisen aan precisie, netheid en snelheid van de processen vereisen vaak het gebruik van geautomatiseerde productiezones met geïntegreerde robottechniek, om verontreinigingen zo veel mogelijk uit te sluiten. Arburg, als leverancier van zowel spuitgietmachines als robotsystemen en via de Selogica-besturing integreerbare zespersoonsrobots, beschikt over het juiste instrumentarium om ook in de cleanroomproductie passende configuraties aan te bieden.

Modulariteit, hoge kwaliteit en output, evenals consequent schone productieomstandigheden kenmerken de flexibele productiezones van Arburg. Als hoofdaannemer worden de wensen van de klanten nauwkeurig opgenomen en consequent uitgevoerd. Zo verloopt de productie ook in de seriemodus probleemloos en van hoge kwaliteit.

Twee opties voor cleanroomproductie

Arburg kiest twee wegen in de cleanroomproductie. Enerzijds worden Allrounders – met of zonder robotsysteem – met extra uitrusting voor aansluiting op cleanrooms via transportbanden aangeboden, anderzijds werken speciaal uitgeruste machines ook direct in de cleanroom. In principe geldt: hydraulische Allrounders worden vaker aangesloten op de cleanroom, elektrische Allrounders kunnen ook direct in de cleanroom werken.

Om deeltjescontaminatie in cleanrooms zo laag mogelijk te houden, plaatst Arburg de machines enerzijds buiten de cleanroom en verbindt ze via afgeschermde transportbanden. De Allrounders zijn uitgerust met een cleanluchtmodule inclusief ionisatie op een verschuifbare frame boven de sluiteenheid, om de toegankelijkheid volledig te waarborgen. De voortdurende luchtstroom zorgt voor een hoog luchtverversingspercentage in de productieruimte. De hieruit voortvloeiende verdringingsstroom voorkomt het binnendringen van deeltjes. Afvallende onderdelen kunnen zo in een schone omgeving worden geproduceerd. Een verlengde transportband met tunnelafdekking transporteert de onderdelen vervolgens naar de cleanroom, waar ze verder worden verwerkt, bijvoorbeeld gemonteerd of verpakt. Geautomatiseerd worden processen die een verwijdering en opslag vereisen, uitgevoerd door in de installatie geïntegreerde robotsystemen. Deze beschikken over een behuizing van transparant PC en zijn eveneens voorzien van een cleanluchtmodule. De opslag vindt plaats zoals bij vallende onderdelen op een afgeschermde transportband, die de artikelen naar de cleanroom transporteert.

Wil men de machines daarentegen direct in de cleanroom gebruiken, dan moeten maatregelen worden genomen tegen mogelijke contaminatie. Daartoe behoren onder andere een verhoogde machinebasis voor betere reiniging, poedercoating in lichtgrijs, uitvoering van verschillende machineplaten in roestvrij staal, vernickelde spanplaten met afgedekte gaten, vormsluitende media-aansluitingen, evenals watergekoelde aandrijfmotoren en schakelkasten.

Automatiseringsvoortgang: programmeren van zespersoonsrobots via Selogica-besturing

Voor zeer veeleisende handlingtaken zijn zespersoonsrobots bijzonder geschikt. Ze bieden een zeer hoge functionaliteit en maken ook zeer complexe bewegingen mogelijk. Bovendien zijn ze in staat om 3D-contourlijnen nauwkeurig te volgen en onderdelen vrij in de ruimte te draaien. Daarnaast is de benodigde ruimte voor een zespersoonsrobot relatief klein.

Door de implementatie van de Selogica-bedieningsinterface op de robotbesturing ontstaan belangrijke voordelen: de operators beschikken over het bekende bedieningssysteem, waardoor zelfs ingewikkelde bewegingspatronen van de robot zelfstandig en zonder speciale kennis kunnen worden geprogrammeerd, vergelijkbaar met het machineproces. Dit vermindert de opbouwtijd aanzienlijk en maakt het gebruik van robots ook in high-end sectoren zoals de medische technologie efficiënt mogelijk. De robot is direct verbonden met de machinebesturing. De online communicatie gaat verder dan de Euromap-interface en biedt functies zoals synchronisatie van bewegingen en eenvoudige start van de machine. Dit leidt tot kortere insteltijden en cyclustijden. Ook de in de praktijk vaak benodigde kleine correcties kunnen binnen enkele minuten worden uitgevoerd.

Praktijkvoorbeeld LSR-productiezelle voor medisch-technische onderdelen

Een voorbeeld van het gebruik van zo'n zespersoonsrobot is de productie van een medische afdekkap. De productiezelle is in dit geval gekoppeld aan een cleanroom. Het flexibele concept rondom een elektrische Allrounder 520 A met 1.500 kN sluitkracht en spuiteenheid 400, uitgerust voor cleanroomgebruik – onder andere met een speciale behuizing van het vormsluitingsdeel in roestvrij staal met toegangsklep naar de uitwerper – is specifiek ontworpen voor de productie van farmaceutische artikelen. De machine onderscheidt zich door talrijke opties die nodig zijn voor de medische productie, zoals het gebruik van door de FDA/NSF (Food and Drug Administration/Nationale Saneringsstichting) erkende smeermiddelen, een afgeschermde knielager, corrosiebestendige vaste en beweegbare spanplaten, de spuitzijde-afdekking van het machinebasis, evenals stutten en snelkoppelingen van roestvrij staal of de behuizing voor waterbatterij en stijgleidingen. Cleanroommodules op de machine en in het robotgebied zorgen voor de vereiste zeer schone omgeving.

De witte afdekkappen worden in een 32-voudig gereedschap direct en afvalvrij gespoten via een koudkanaalsysteem en -düsen. Bij het openen van het gereedschap bevinden alle 32 kappen zich op de kern van de uitwerperzijde. De in de cleanroom geplaatste zespersoonsrobot beweegt met de handlingkop in positie en bevestigt zich via centreringstoestellen aan het gereedschap. De 32 kappen worden via de gereedschapsuitwerper door een geïntegreerde gatenplaat in het demontagemodule gedrukt.

Alle onderdelen worden op deze wijze in een speciale behuizing opgenomen. Vervolgens rijdt de robot uit het gereedschap en naar de transportband. Hier opent een klep op het demontagemodule, zodat alle onderdelen doelgericht op de eveneens ingekapselde transportband kunnen worden gelegd.

De oplossing in combinatie met de Kuka-robot komt al heel dicht bij de cleanroom-eisen, omdat de robot door zijn constructie en elektrische aandrijvingen zeer schoon werkt. Door het concept van de afname aan de achterkant van de machine kunnen alle eisen voor behuizing in combinatie met cleanluchtmodules worden gerealiseerd.

De installatie is zo opgebouwd dat de transportband waarop de onderdelen worden afgelegd direct is verbonden met de cleanroom. Zo kan de productie direct worden overgedragen aan vervolgbehandelingsposities, zoals temperen, controle of verpakking.

De demontage van de onderdelen zonder lucht is volledig cleanroomgeschikt. Belangrijk is echter ook dat de onderdelen doelgericht worden afgevoerd en getransporteerd. Zo worden alle artikelen kwalitatief hoogwaardig gespoten, verwijderd en afgelegd, conform de eisen voor een kwalitatief onberispelijke medische productie.

Praktijkvoorbeeld werkstoffimplantaat uit LSR

Bij de ontwikkeling en grootschalige productie van een LSR-ring, die vrouwen kunnen gebruiken ter preventie van HIV, was Arburg als hoofdaannemer verantwoordelijk voor de volledige productiezelle. Het werkzame bestanddeel wordt hierbij direct in de twee vloeibare siliconencomponenten ingebracht, zodat het langzaam en gecontroleerd wordt vrijgegeven uit de vaginaalring. De volledige productiezelle werd op basis van de klantwensen tijdens en na de voltooiing gecontroleerd en gekwalificeerd. De ontwikkeling en optimalisatie van alle belangrijke procesparameters werden in het kader van validatie vastgelegd.

De vaginale ring met het geïntegreerde werkzame bestanddeel weegt acht gram en bevat 25 milligram van de actieve stof. Deze is homogeen en fijn opgelost in de platinavulkaniserende tweecomponenten-LSR-matrix. De buitendiameter van de ring bedraagt 56 millimeter, de diameter van het profiel 7,7 millimeter.

Een grote stap richting probleemloze grootschalige productie van dergelijke werkstoffafgevende LSR-ringen is naast een hoog geautomatiseerde spuitgietmachine die is afgestemd op het medisch-technische productieproces en beschikt over kwaliteitscontrole via niet-destructieve spectroscopische analyse in combinatie met optische onderdelenmeting, ook een perfect werkend gereedschap met minimale toleranties.
Voor de productie van de werkstoffimplantaten voor klinische testen werd het 16-voudige koudkanaalsgereedschap van projectpartner Rico gebruikt op een door Arburg geconfigureerde elektrische Allrounder met geïntegreerde zespersoonsrobot, speciale cleanroomuitrusting en gezamenlijke Selogica-bedieningsinterface.

Machine- en installatietechniek tot in detail afgestemd

De elektrische Allrounder 520 A met 1.500 kN sluitkracht en spuiteenheid 400 is niet alleen afgestemd op de verwerking van LSR, maar ook op hygiëne-eisen in de medische technologie, uitgevoerd in roestvrij staal en uitgerust met LSR-cilindermodule, vacuümregeling en vacuümpomp. De toevoerdruk van de doseersysteem kan grafisch worden weergegeven, evenals de doorstroming en temperatuur van de procesrelevante koelwatervoorziening, die volledig kan worden bewaakt.

De Allrounder en de volledige automatisering werden als cleanroomcel opgebouwd, voorzien van cleanluchtmodules inclusief ionisatie, en voldoen daarmee aan de eisen van klasse ISO 3. De zespersoonsrobot is eveneens aangepast voor gebruik in de cleanroom en aangevuld met een speciale afnamegreep en transportband. In totaal voldoet de productiezelle zowel aan de richtlijnen van ISO 13485 als aan de voorschriften van de FDA en de bepalingen van Good Manufacturing Practice (GMP).

Elektrische machines geschikt voor cleanroomtoepassingen

De trend in cleanroomproductie gaat duidelijk richting het gebruik van elektrische machines, die vanwege hun snelheid, precisie, lage emissies en energie-efficiënte werking uitermate geschikt zijn voor cleanroomtoepassingen. In dit segment is Arburg met haar twee elektrische series zeer goed gepositioneerd. Gezamenlijk bieden ze een sluitkrachtbereik van 350 tot 3.200 kN en dekken het volledige toepassingsgebied. Terwijl de Edrive-machines bedoeld zijn voor de productie van standaardproducten, worden de Alldrive-machines ingezet in de high-end sector. Uiteindelijk bepaalt echter altijd het product welke machine het meest economisch is.

De machine werkt rechtstreeks in een cleanroom, waar de onderdelen worden verwijderd en op een transportband worden gelegd voor verdere verwerking.