Automatyzacja w czystym pomieszczeniu zapewnia wydajną produkcję

Automatyzacja w czystym pomieszczeniu zapewnia wydajną produkcję

Systemy uniwersalne i roboty tworzą jedność
• Sterowanie Selogica umożliwia programowanie także sześciostopniowych robotów
• Komórki produkcyjne zapewniają wysoką wydajność i jakość elementów wtryskowych

Produkcja medyczna wymaga oprócz wysokiej precyzji także ekstremalnie czystego środowiska pracy. Najważniejszym celem przy produkcji w warunkach czystego pomieszczenia jest unikanie zanieczyszczeń produktów wtryskowych przez kurz, pyłki, bakterie, aerozole organiczne i inne zanieczyszczenia unoszące się w powietrzu. Ponadto technika medyczna stawia najwyższe wymagania dotyczące jakości elementów, które mają być produkowane w dużych seriach i przy najkrótszych cyklach. Dzięki kompleksowej koncepcji czystego pomieszczenia i modularności programu Allrounder firma Arburg jest optymalnie przygotowana do realizacji wszystkich zadań w tym zakresie.

Wymagania dotyczące precyzji, czystości i szybkości procesów często wymagają zastosowania zautomatyzowanych komórek produkcyjnych z zintegrowaną techniką robotyczną, aby wyeliminować zanieczyszczenia w jak największym stopniu. Firma Arburg, jako dostawca zarówno maszyn wtryskowych, jak i systemów robotycznych oraz sześciostopniowych robotów zintegrowanych z kontrolerem Selogica, posiada odpowiednie narzędzia, aby także w zakresie produkcji w czystym pomieszczeniu oferować odpowiednie konfiguracje.

Modularność, wysoka jakość i wydajność oraz konsekwentnie czyste warunki produkcji charakteryzują elastyczne komórki produkcyjne firmy Arburg. Jako generalny wykonawca, firma dokładnie odzwierciedla i konsekwentnie realizuje oczekiwania klientów. Dzięki temu produkcja przebiega bez zakłóceń i wysoką jakością nawet w trybie seryjnym.

Dwie opcje produkcji w czystym pomieszczeniu

Firma Arburg realizuje dwie ścieżki produkcji w czystym pomieszczeniu. Z jednej strony oferuje uniwersalne maszyny Allrounder – z lub bez systemu robotycznego – z dodatkowymi wyposażeniami do podłączenia do czystych pomieszczeń za pomocą przenośników taśmowych, z drugiej zaś specjalnie wyposażone maszyny pracują bezpośrednio w czystym pomieszczeniu. Zasadniczo obowiązuje: hydrauliczne maszyny Allrounder są częściej podłączane do czystego pomieszczenia, natomiast elektryczne maszyny Allrounder mogą pracować bezpośrednio w czystym pomieszczeniu.

Aby zminimalizować zanieczyszczenie cząstkami w czystych pomieszczeniach, firma Arburg umieszcza maszyny częściowo poza pomieszczeniem i łączy je za pomocą zamkniętych przenośników. Uniwersalne maszyny są wyposażone w moduł czystego powietrza z jonizacją na ramie przesuwnej nad jednostką zamykającą, aby zapewnić pełną dostępność. Stały przepływ powietrza generowany przez system zapewnia wysoką wymianę powietrza w pomieszczeniu produkcyjnym. Wynikający z tego przepływ wypiera cząstki, zapobiegając ich przedostawaniu się do środowiska. Elementy spadające mogą być produkowane w czystym otoczeniu. Przedłużony przenośnik z tunelową osłoną transportuje elementy do czystego pomieszczenia, gdzie są dalej obrabiane, np. montowane lub pakowane. Procesy automatyczne, które wymagają pobierania i odkładania elementów, realizowane są za pomocą zintegrowanych systemów robotycznych. Roboty te mają osłony z przezroczystego PC i również są wyposażone w moduł czystego powietrza. Odkładanie odbywa się na zamkniętym przenośniku taśmowym, który transportuje elementy do czystego pomieszczenia.

Jeśli maszyny mają być używane bezpośrednio w czystym pomieszczeniu, konieczne jest podjęcie działań zapobiegających potencjalnemu zanieczyszczeniu. Należą do nich m.in. zwiększona odporność maszyn na czyszczenie, lakierowanie proszkowe w jasnoszarym kolorze, wykonanie różnych blach maszynowych ze stali nierdzewnej, niklowane płyty mocujące z zakrytymi otworami, media złącza o zbliżonej formie, a także chłodzone wodą silniki napędowe i szafy sterownicze.

Postęp w automatyzacji: programowanie sześciostopniowych robotów za pomocą kontrolera Selogica

Sześciostopniowe roboty są szczególnie odpowiednie do bardzo wymagających zadań manipulacyjnych. Oferują wysoką funkcjonalność i pozwalają na wykonywanie bardzo skomplikowanych ruchów. Ponadto potrafią precyzyjnie podążać za liniami konturowymi w 3D i obracać elementy swobodnie w przestrzeni. Dodatkowo, zajmują one stosunkowo mało miejsca w porównaniu do innych rozwiązań.

Wdrożenie interfejsu użytkownika Selogica na sterowniku robotów przynosi istotne korzyści: operatorzy mają dostęp do znanego systemu obsługi, co umożliwia samodzielne programowanie nawet skomplikowanych sekwencji ruchów robotów bez konieczności posiadania specjalistycznej wiedzy, na podobieństwo programowania maszyn. To z kolei znacznie zmniejsza nakład pracy przy ustawianiu i umożliwia efektywną pracę robotów także w branżach wysokiej klasy, takich jak technika medyczna. Robot jest bezpośrednio połączony z maszynowym sterownikiem. Komunikacja online wykracza poza standardowy interfejs Euromap i oferuje funkcje takie jak synchronizacja ruchów czy uproszczone uruchamianie maszyny. Efektem są krótsze czasy ustawiania i cyklu. Również drobne korekty, które w praktyce są często konieczne, można wykonać w kilka minut.

Przykład praktyczny: komórka produkcyjna LSR dla elementów medycznych

Przykładem zastosowania takiego sześciostopniowego robota jest produkcja medycznej nakładki. Komórka produkcyjna jest w tym przypadku podłączona do czystego pomieszczenia. Elastyczna koncepcja oparta na elektrycznym uniwersalnym urządzeniu 520 A z siłą zamknięcia 1500 kN i jednostką wtryskową 400 w wersji do czystego pomieszczenia – m.in. z specjalnym osłonięciem formy ze stali nierdzewnej z dostępem do wyzwalacza – została specjalnie dostosowana do produkcji artykułów farmaceutycznych. Maszyna charakteryzuje się licznymi opcjami niezbędnymi w produkcji medycznej, takimi jak stosowanie środków smarnych zatwierdzonych przez FDA/NSF, zamkniętego zawiasu kolanowego, odpornej na korozję stałej i ruchomej płyty mocującej, osłony od strony wtrysku na ramie maszyny, a także złączek i szybkozłączy ze stali nierdzewnej czy osłony na baterię wodną i pionowe rury. Moduły czystego powietrza na maszynie i w obszarze robota zapewniają wymaganą wysoką czystość otoczenia.

Białe nakładki powstają w 32-narzędziowym formie. Są wtryskiwane bez odpadu bezpośrednio z systemu zimnych kanałów i dysz. Po otwarciu formy wszystkie 32 nakładki znajdują się na rdzeniach strony wyzwalacza. Robot zlokalizowany w czystym pomieszczeniu podłącza się do formy i ustawia za pomocą urządzeń centrowania na formie. 32 nakładki są wyciskane przez wyzwalacz formy do modułu odlewania przez zintegrowaną płytę z otworami.

Wszystkie elementy są w ten sposób przechwytywane w specjalnej osłonie. Robot wyjeżdża z formy i kieruje się do przenośnika. Tam klapa w module odlewania otwiera się, umożliwiając dokładne odłożenie wszystkich elementów na zamknięty przenośnik, który transportuje je do czystego pomieszczenia.

Rozwiązanie to w połączeniu z robotem Kuka już bardzo blisko spełnia wymagania czystego pomieszczenia, ponieważ sam jego konstrukcja i napędy elektryczne zapewniają bardzo wysoką czystość pracy. Dzięki koncepcji pobierania elementów z tyłu maszyny można zrealizować wszystkie wymagania dotyczące osłony w połączeniu z modułami czystego powietrza.

System jest tak skonstruowany, że przenośnik, na którym odkładane są elementy, jest bezpośrednio połączony z czystym pomieszczeniem. W ten sposób produkcja może być natychmiast przekazana do kolejnych etapów obróbki, takich jak wygrzewanie, kontrola czy pakowanie.

Już samo odlewanie elementów bez powietrza jest w pełni przystosowane do warunków czystego pomieszczenia. Ważne jest jednak także, aby elementy były celowo odprowadzane i transportowane. W ten sposób wszystkie artykuły są wysokiej jakości, wytryskane, pobrane i odłożone zgodnie z wymogami wysokiej jakości produkcji medycznej.

Przykład praktyczny: implant z substancji czynnej z LSR

Firma Arburg jako generalny wykonawca był głównym inicjatorem rozwoju i masowej produkcji pierścienia z LSR, który mogą stosować kobiety jako środek zapobiegający HIV. Substancja czynna jest bezpośrednio wprowadzana do dwóch składników płynnego silikonu, aby powoli i kontrolowanie uwalniać się z nałożonego pierścienia dopochwowego. Cała komórka produkcyjna została sprawdzona i zatwierdzona na podstawie wymagań klienta podczas i po jej ukończeniu. Rozwój i optymalizacja wszystkich kluczowych parametrów procesu zostały udokumentowane w ramach walidacji.

Pierścień dopochwowy z wbudowaną substancją czynną waży osiem gramów i zawiera 25 miligramów aktywnego składnika. Jest on homogenizowany i drobno rozpuszczony w matrycy dwuskładnikowego LSR, która jest platynowo-wulkanizowana. Średnica zewnętrzna pierścienia wynosi 56 mm, a średnica profilu 7,7 mm.

Duży krok w kierunku bezproblemowej masowej produkcji takich pierścieni z substancją czynną z LSR to oprócz wysoko zautomatyzowanej, dostosowanej do procesu medycznego linii wtryskowej z kontrolą jakości za pomocą nieszkodliwej spektroskopii i optycznego pomiaru elementów, także idealnie wykonane narzędzie z minimalnymi tolerancjami.
Do produkcji implantów z substancją czynną na potrzeby testów klinicznych użyto 16-narzędziowego formy zimnych kanałów od projektu partnera Rico, zainstalowanej na elektrycznym uniwersalnym urządzeniu Arburg z zintegrowanym sześciostopniowym robotem, specjalnym wyposażeniem do czystego pomieszczenia i wspólnym interfejsem Selogica.

Maszyny i systemy dopracowane w szczegółach

Elektryczny uniwersalny 520 A z siłą zamknięcia 1500 kN i jednostką wtryskową 400 nie tylko jest dostosowany do przetwarzania LSR, ale także do wymagań higienicznych w technice medycznej, wykonany ze stali nierdzewnej i wyposażony w moduł cylindrów LSR, system podciśnienia i pompę próżniową. Ciśnienie podawania w układzie dozującym można wizualizować, a przepływ i temperatura chłodzenia w procesie są w pełni monitorowane.

Uniwersalne urządzenie i cała automatyzacja zostały zamknięte w komórce czystego pomieszczenia z modułami czystego powietrza z jonizacją, spełniając wymagania klasy czystości ISO 3. Sześciostopniowy robot został również dostosowany do pracy w czystym pomieszczeniu, uzupełniony specjalnym chwytakiem do pobierania i przenośnikiem. Cała komórka produkcyjna spełnia zarówno wytyczne ISO 13485, jak i wymogi FDA oraz zasady dobrej praktyki wytwarzania (GMP).

Elektromechaniczne maszyny przeznaczone do zastosowań w czystych pomieszczeniach

Trend w zakresie produkcji w czystym pomieszczeniu wyraźnie kieruje się w stronę stosowania maszyn elektrycznych, które ze względu na szybkość, precyzję, niskie emisje i energooszczędność są idealne do tego typu zastosowań. Firma Arburg jest w tej dziedzinie dobrze przygotowana z dwoma liniami maszyn elektrycznych. Obejmują one zakres siły zamknięcia od 350 do 3200 kN i pokrywają pełne spektrum zastosowań. Maszyny Edrive są przeznaczone do produkcji standardowych wyrobów, natomiast maszyny Alldrive są wykorzystywane w sektorze high-end. Ostatecznie to produkt decyduje, która technologia jest najbardziej opłacalna.

Maszyna pracuje bezpośrednio w czystym pomieszczeniu, gdzie pobierane i przekazywane są elementy do dalszej obróbki, np. do wygrzewania, kontroli lub pakowania.