Procesveilig en efficiënt droog reinigen

De gepatenteerde technologie met tweestoffen-ringdüse voor de CO₂- en persluchtmantelstraal zorgt voor een constante en homogene reinigingsprestatie. Het bevriezen van de nozzle wordt daardoor ook betrouwbaar voorkomen.

Bij de productie van microfluidische Lab-on-Chip-producten kan het quattroClean-systeem worden ingezet voor gelijktijdige fijne ontgrating en reiniging van kunststof spuitgietdelen.

Het gelijktijdig koelen en reinigen met CO2 tijdens het bewerken van PEEK met snijgereedschap kan de spanvorming aanzienlijk verminderen en de spaningssnelheid aanzienlijk verhogen.

De kwaliteit van de CO2-sneeuwstraal kan continu worden bewaakt met een innovatief sensorsysteem. De gemeten waarde wordt vergeleken met het gedefinieerde procesvenster en automatisch opgeslagen.

Voor de reiniging in schone omgevingen kunnen de installaties worden ontworpen en uitgerust volgens de vereiste klasse van de cleanroom. (Afbeeldingsbron: acp systems AG)

Bij het reinigen van implantaten van kunststof wordt ook de quattroClean-sneeuwwasreiniging toegepast. (Afbeeldingsbron: istock)

In de medische technologie nemen kunststoffen tegenwoordig een belangrijke plaats in. Afhankelijk van de toepassing worden verschillende hoge eisen gesteld aan de netheid van de producten. De droge quattroClean-sneeuwstraaltechnologie maakt het mogelijk om bij een zeer breed toepassingsgebied verontreinigingen en fijne graten reproduceerbaar, valideerbaar en kostenefficiënt te verwijderen – ook bij geometrisch zeer complexe componenten. Klein ruimtegebruik, eenvoudige automatisering en integratie in cleanrooms en verbonden productieomgevingen zijn verdere voordelen van de methode.

Behuizingen van medische apparaten worden net als instrumenten, implantaten en hulpmiddelen, evenals laboratoriumdiagnostica voor humane, tandheelkundige en diergeneeskunde, uit kunststoffen vervaardigd. De productie van deze producten gebeurt in verschillende klassieke fabricagemethoden zoals extrusie, spuitgieten en bewerking, en steeds vaker ook met industriële 3D-printtechnologie. Bij elk van deze processen blijven op de oppervlakken resten uit de productie achter, zoals scheidingsmiddelen, deeltjes, flittergraten en stof of restpoeder. Afhankelijk van de risicocategorie waarin medische producten worden ingedeeld, vormen deze verontreinigingen verschillende schadepotentiaal voor patiënten. En dat ook wanneer ze met het instrument of implantaat gesteriliseerd worden. Maar ook bij producten waarvan, zoals bij kunststof behuizingen of diagnostica, geen direct risico uitgaat, kunnen filmische en/of deeltjescontaminaties latere processen verstoren, zoals een coating of laklaag, of de laboratoriumresultaten vertekenen.

Dit onderstreept de invloed van de reiniging van onderdelen op de veiligheid, kwaliteit en functionaliteit van het product. Ze moet waarborgen dat de product-specifieke reinigings- en biologische compatibiliteit betrouwbaar worden bereikt en dat er geen producteigenschappen en oppervlakken worden aangetast door veranderingen.

De klassieke natchemische eindreiniging met vochtige media stuit hier vaak op grenzen – vooral bij onderdelen met complexe geometrieën, fijne contouren en structuren, evenals mechatronische systemen zoals MID (gegoten schakelingsträger).

Door vier effecten tot schone oppervlakken zonder resten

De quattroClean-sneeuwstraaltechnologie van acp systems AG heeft zich bewezen als krachtig, procesveilig en economisch bij deze reinigingsopdrachten. De methode gebruikt vloeibaar, onbeperkt houdbaar en niet- corrosief kooldioxide als reinigingsmedium. Het ontstaat als bijproduct bij chemische processen en energieopwekking uit biomassa en is daarom milieuvriendelijk.

Een belangrijk onderdeel van het reinigingssysteem is een slijtagevrije tweestoffen-ringdüse. Hiermee wordt het niet-brandbare en onschadelijke, voor medische toepassingen bewerkte kooldioxide geleid. Bij het verlaten van de nozzle ontspant het tot fijn CO2-sneeuw, dat door een aparte, ringvormige persluchtmantelstraal wordt gebundeld en met supersonische snelheid wordt versneld. De gepatenteerde techniek garandeert ook in geautomatiseerde toepassingen een constante en homogene reinigingsprestatie.

Wanneer de -78,5°C koude en goed te focussen sneeuw-luchtstraal op het oppervlak komt, ontstaat een combinatie van thermisch, mechanisch, sublimatie- en oplosmiddels- effect. Het samenspel van deze vier werkingsmechanismen verwijdert partikel- en filmverontreinigingen, zoals spanen, micrograten, stof, slijtage, scheidingsmiddelen, siliconen en sporen van smeermiddelen, bijvoorbeeld van laserstructurering, veilig en reproduceerbaar. Tegelijkertijd werkt de CO2-sneeuwstraalreiniging bacteriostatisch.

Het kristallijne kooldioxide gaat tijdens de reiniging volledig over in gasvormige toestand, waardoor het reinigingsmateriaal onmiddellijk droog is. Losgekomen verontreinigingen worden door de aerodynamische kracht van de perslucht van het oppervlak van het onderdeel verwijderd en samen met het gesublimeerde kooldioxide uit de reinigingsmodule afgezogen. De reiniging gebeurt materiaalvriendelijk, zodat gevoelige en fijn gestructureerde oppervlakken net zo goed kunnen worden behandeld als fijnstructuren, zoals bijvoorbeeld additief vervaardigde onderdelen.

Bij diverse toepassingen bewezen

De quattroClean-technologie wordt in de medische technologie ingezet voor uiteenlopende taken. Daartoe behoort het reinigen van kunststof behuizingen vóór het coaten en lakken. De methode vervangt hier de traditioneel gebruikte natchemische reiniging, waarbij de kunststofonderdelen een meerstaps proces doorlopen waarbij ze meerdere keren worden verwarmd en afgekoeld met hoge energie-inzet. In vergelijking daarmee verbruikt de koude en droge CO2-sneeuwstraalreiniging aanzienlijk minder productieruimte en zorgt voor merkbare besparingen op investerings- en bedrijfskosten. Bij de productie van microfluïdische Lab-on-Chip-systemen maakt de methode de fijne ontgrating en reiniging van uit kunststof vervaardigde complexe spuitgietonderdelen mogelijk. Een ander toepassingsgebied is onder andere het verwijderen van verontreinigingen uit structuren van uit PEEK additief vervaardigde implantaten.

Koelen en reinigen in één stap

Het hoogwaardig kunststof is ook uitgangsmateriaal voor bewerkte implantaten en medische componenten. Om de door het freesproces ontstane spanen en de daaruit voortvloeiende nabewerking voor het ontbramen te verminderen, wordt met de acp-methode tijdens het bewerkingsproces selectief gekoeld. Dit voorkomt dat spanen ontstaan, zodat handmatig ontbramen onder de microscoop volledig kan worden overgeslagen. De nog overgebleven spanen worden direct door de reinigingswerking verwijderd. Bovendien kan door de selectieve koeling met quattroClean het bewerkingsproces aanzienlijk worden versneld, wat leidt tot een duidelijke productiviteitsverhoging.

Het koelen met CO2-sneeuw biedt bovendien de potentie om nieuwe toepassingen met PEEK te openen. Eerste proeven met het schuren van het kunststof hebben aangetoond dat gelijktijdige koeling de verandering van materiaaleigenschappen kan voorkomen, evenals de procesvernietigende afzetting van deeltjes op de schuursteen.

Op maat gemaakte, valideerbare processen

De schaalbaarheid van de reinigingsmethode maakt het mogelijk om deze eenvoudig en ruimtebesparend aan te passen aan verschillende toepassingen en componentgeometrieën voor volledige of gedeeltelijke reiniging. De procesontwikkeling vindt plaats in het technikum van acp systems. Daarbij worden alle procesparameters zoals volumestromen voor perslucht en kooldioxide, aantal nozzles, straalbereik en -tijd nauwkeurig afgestemd op het betreffende onderdeel, de toepassing, de materiaaleigenschappen en de te verwijderen verontreinigingen door middel van tests. Ze kunnen als onderdeel-specifieke programma’s worden opgeslagen in de besturingssoftware.

De stabiliteit van de sneeuwstraaldichtheid is een van de belangrijkste parameters voor een constante reinigingswerking en daarmee de kwaliteit van het reinigingsproces. Deze belangrijke invloed wordt bij elke nozzle continu gecontroleerd met een innovatief sensorsysteem. Dit vergelijkt de gemeten waarde met het voor het onderdeel in de reinigingsproeven vastgestelde reinigingsvenster, zodat een onregelmatige, te zwakke of te sterke sneeuwstraal onmiddellijk wordt herkend en alleen onderdelen die binnen het vastgestelde procesvenster worden gereinigd, de reinigingsstation verlaten. Tegelijk kan de aan de nozzle gemeten waarde voor het betreffende onderdeel worden doorgegeven en opgeslagen in een centrale besturingsunit, waarin alle productiedata worden vastgelegd. Dit maakt niet alleen inzicht mogelijk of de reiniging binnen het vastgestelde venster heeft plaatsgevonden, maar ook de exacte waarde. Alle overige procesparameters kunnen eveneens automatisch worden vastgelegd, opgeslagen en doorgestuurd naar een hoofdcomputer voor volledige documentatie en traceerbaarheid. Dit draagt niet alleen bij aan een hoge procesveiligheid, maar vereenvoudigt ook een eventuele procesvalidatie bij een aangewezen instantie.

Op maat gemaakte systeemconcepten – ook voor schone omgevingen

De systeemopzet wordt afgestemd op de specifieke wensen van de klant met op standaardmodules gebaseerde componenten als handmatige, semi- en volautomatische quattroClean-systemen. Standalone-oplossingen kunnen net zo worden gerealiseerd als geïntegreerde systemen in productielijnen en gekoppelde productieomgevingen.

Bij systemen voor reiniging in een schone omgeving wordt een passende opwerking voor het vloeibare kooldioxide en de perslucht geïntegreerd. De luchttoevoer, afzuiging en uitrusting, zoals componenten voor automatisering en de plaatsing daarvan, worden telkens afgestemd op de betreffende cleanroomklasse. Door optimale stromingsverhoudingen wordt een snelle en betrouwbare afvoer van verwijderde verontreinigingen verzekerd. De aanpassing van het systeem aan de specifieke reinheidseisen en ruimtelijke omstandigheden gebeurt door verschillende oplossingen, bijvoorbeeld als clean-maschine-uitvoering of voor aansluiting en integratie in een cleanroom.

Het brede toepassingsgebied en de mogelijkheid om de systemen exact af te stemmen op de specifieke onderdelen en productieomstandigheden maken een procesveilige en efficiënte reiniging van medisch-technische producten mogelijk – ook onder de nieuwe Medical Device Regulation (MDR).