Czyścić suchym śniegiem CO₂ i zapewnić bezpieczeństwo procesu w czystym pomieszczeniu

Jakość strumienia czyszczącego można monitorować za pomocą czujników i przekształcić na wartość cyfrową, która jest przypisana do każdego pojedynczego elementu, a następnie przechowywana i dokumentowana. (Źródło zdjęcia: acp systems AG) / The quality of the cleaning jet can be monitored with sensors and converted into a digital value which is assigned to each individual part and then stored and documented. (Photo source: acp systems AG)

System quattroClean, który można zintegrować z sieciowymi środowiskami produkcyjnymi, umożliwia częściowe lub całkowite usunięcie zanieczyszczeń pyłowych i filmowych z praktycznie wszystkich materiałów technicznych w czystych środowiskach. (Źródło zdjęcia: acp systems AG)

Wewnątrz ściany wykonane z elektropolerowanej stali nierdzewnej zapewniają bardzo gładkie i łatwe do czyszczenia powierzchnie. (Źródło zdjęcia: acp systems AG) / The inner walls are made of electropolished stainless steel, thus ensuring extremely smooth and easy-to-clean surfaces. (Photo source: acp systems AG)

W systemie quattroClean zaprojektowanym do zastosowań w medycynie i zintegrowanym z czystym pomieszczeniem, robot podaje części do procesu czyszczenia strumieniowego. (Źródło zdjęcia: acp systems AG) / In a quattroClean system designed for a medical device application and integration into a cleanroom, a robot feeds the parts to the jet-cleaning process. (Photo source: acp systems AG)

Do czyszczenia czujników system śnieżnej strugi CO2 został zintegrowany z modułem standardowym, wyposażonym w zasilanie czystym powietrzem oraz system przygotowania mediów do ciekłego dwutlenku węgla i sprężonego powietrza. (Źródło zdjęcia: acp systems AG) / To clean sensors, the CO2 snow jet system was integrated into a standard module featuring a clean air supply and a media preparation system for the liquid carbon dioxide and compressed air. (Photo source: acp systems AG)

Jako kluczowy czynnik jakościowy produkcji, czyszczenie elementów jest nieodzowne, a coraz częściej procesy czyszczenia muszą być przeprowadzane w czystym środowisku. Sprawdzona technologia quattroClean oferuje w tym zakresie zalety pod względem metod, projektowania, bezpieczeństwa procesu i automatyzacji.

Bez względu na branżę – przemysł motoryzacyjny i dostawczy, optykę, medycynę, przemysł półprzewodników czy mikrotechnologię – procesy czyszczenia należą do kluczowych technologii w wielu sektorach przemysłu, aby zapewnić jakość i funkcjonalność produktów. Wymagania dotyczące czystości różnią się w zależności od produktu, fazy produkcji oraz kolejnego etapu w łańcuchu produkcyjnym, na przykład powlekania, lutowania, montażu czy pakowania. Coraz częściej konieczne są procesy czyszczenia w czystych środowiskach lub w pomieszczeniach czystych.

Modularna technologia strumienia śniegu quattroClean firmy acp systems AG sprawdziła się w tych zadaniach jako wydajna, bezpieczna i ekonomiczna. Dlatego coraz częściej zastępuje tradycyjne metody, takie jak mycie chemiczne na mokro. Powody tego to między innymi znacznie mniejsza powierzchnia produkcyjna potrzebna do instalacji oraz niższe koszty inwestycyjne i operacyjne.

Cztery efekty dla powierzchni wolnych od osadów i czystych

Metoda wykorzystuje ciekły, nieograniczenie trwały i niekorozyjny dwutlenek węgla jako medium czyszczące. Powstaje jako produkt uboczny procesów chemicznych i wytwarzania energii z biomasy, dlatego jest neutralny dla środowiska.

Kluczowym elementem systemu czyszczącego jest bezwłóknowa dwufazowa dysza pierścieniowa. Przez nią przepływa niepalny i nietoksyczny dwutlenek węgla. Podczas opuszczania dyszy dwutlenek węgla rozpręża się do drobnego śniegu CO2, który jest skupiany przez oddzielny, pierścieniowy strumień sprężonego powietrza i przyspieszany do prędkości naddźwiękowej.

Gdy zimny do -78,5°C i dobrze skupiony strumień śniegu sprężonego powietrza trafia na powierzchnię do czyszczenia, dochodzi do połączenia efektów termicznych, mechanicznych, sublimacji i rozpuszczania. Współdziałanie tych czterech mechanizmów skutecznie i powtarzalnie usuwa zanieczyszczenia pyłowe, filmowe, takie jak mikrospędy, kurz, ścieranie, resztki mediów obróbczych, pasty polerskie, środki oddzielające, silikony, topniki i ślady dymu. Usunięte zanieczyszczenia są usuwane przez siłę aerodynamiczną sprężonego powietrza i odsysane przez zintegrowany system odciągowy. Krystaliczny dwutlenek węgla podczas czyszczenia całkowicie przechodzi w stan gazowy, więc czyszczony element jest od razu suchy. Zanieczyszczenia odrywane od powierzchni elementu są usuwane przez aerodynamiczną siłę sprężonego powietrza i razem z sublimowanym dwutlenkiem węgla odsysane z modułu czyszczącego.

Czyszczenie jest delikatne dla materiału, co pozwala na obróbkę także wrażliwych i drobno strukturalnych powierzchni. Sucha metoda czyszczenia nadaje się do elementów wykonanych praktycznie ze wszystkich materiałów technicznych i ich kombinacji.

Całopowierzchniowe lub częściowe czyszczenie o jednolitej wydajności

Dzięki skalowalności system quattroClean można łatwo i oszczędnie dostosować do różnych geometrii elementów, umożliwiając czyszczenie częściowe lub całościowe. W zależności od zadania stosuje się jedno lub kilka dysz pojedynczych albo układ dysz. Patentowana technologia zapewnia jednorodną wydajność czyszczenia nawet na dużych powierzchniach.

Wszystkie parametry procesu, takie jak przepływy objętościowe sprężonego powietrza i dwutlenku węgla, liczba dysz, zakres i czas strumienia, są precyzyjnie dostosowywane do konkretnej aplikacji, właściwości materiału i rodzaju usuwanych zanieczyszczeń na podstawie prób w laboratorium firmy acp systems. Mogą być one zapisane jako programy specyficzne dla części w sterowaniu urządzeniem.

Aby zapewnić stałą wysoką jakość procesu, dysze mogą być monitorowane indywidualnie pod kątem dostaw CO2 i sprężonego powietrza, a uzyskane wartości automatycznie zapisywane. Stężenie CO2 w zakresie wejścia i wyjścia z urządzenia, są monitorowane za pomocą certyfikowanych na całym świecie czujników.

Systemy do ręcznego, półautomatycznego i w pełni automatycznego czyszczenia

Podstawą projektowania urządzeń są wymagania dotyczące czystości i cyklu pracy. Na tej podstawie firma acp systems realizuje koncepcje urządzeń opartych na standardowych modułach, dostosowanych do potrzeb, zarówno jako rozwiązania samodzielne, jak i w integracji z produkcją oraz w zautomatyzowanych środowiskach produkcyjnych. Ostatnie umożliwia zgodność z przemysłem 4.0. Urządzenie można łatwo zintegrować z nadrzędnym systemem sterowania za pomocą standardowych interfejsów i nim zarządzać. Aby zapewnić pełną dokumentację i śledzenie procesu, wszystkie parametry są automatycznie rejestrowane, zapisywane i przekazywane do systemu nadrzędnego.

Różne koncepcje dostosowania do środowiska czystego

W przypadku produkcji w czystym środowisku, głównym celem czyszczenia jest zapobieganie zanieczyszczeniu elementów z otoczenia lub ich przeniesieniu do niego oraz skuteczne uniknięcie rekontaminacji elementu. W urządzeniach do tych zastosowań stosuje się odpowiednie przygotowanie dwutlenku węgla i sprężonego powietrza. Dostawy powietrza, odsysanie i wyposażenie, na przykład komponenty do automatyzacji i ich rozmieszczenie, są dostosowane do odpowiedniej klasy czystości. Przy projektowaniu modułów czyszczących dużą uwagę zwraca się na optymalne warunki przepływu, aby zapewnić szybki i niezawodny odtransport zanieczyszczeń. Dostosowanie urządzenia do specyficznych wymagań czystościowych i warunków przestrzennych klienta realizuje się za pomocą różnych rozwiązań.

Ekonomiczne rozwiązanie: koncepcja Clean-Machine

Dla zastosowań, w których konieczne jest jedynie czyszczenie w warunkach czystych, odpowiednia jest koncepcja tzw. Clean-Machine. Urządzenia te są wyposażone w kapsułę, w której zintegrowane jest zasilanie czystym powietrzem. Utrzymanie nadciśnienia w module czyszczącym zapobiega zasysaniu zanieczyszczonego powietrza z otoczenia. Ze względu na wykonanie ze stali nierdzewnej elektropolished, wewnątrz urządzeń panują bardzo gładkie powierzchnie, które łatwo się czyści.

Ta koncepcja wykorzystuje między innymi czujnik do oczyszczania z cząstek wrażliwych sensorów przed pakowaniem. Zasilanie urządzenia odbywa się za pomocą szuflady zaprojektowanej zgodnie z zasadą Poka Yoke, w którą wkłada się tacki z brudnymi sensorami w zdefiniowanej pozycji. Gdy szuflada jest na miejscu, specjalny uchwyt umieszczony na linii pobiera dwa sensory i transportuje je do jednostki czyszczącej, gdzie przejmuje je specjalny mechanizm chwytający. Następnie dwie dysze skierowane pod określonym kątem strzelają na sensory, które podczas procesu czyszczenia obracają się. Usunięte cząstki są natychmiast i celowo usuwane z komory czyszczącej za pomocą modułu odciągowego. Po czyszczeniu mechanizm chwytający ponownie przekazuje sensory do liniowego uchwytu. Podczas tego procesu ściśle oddziela się „brudne” od „czystych” części, aby wykluczyć rekontaminację po czyszczeniu. Sensory są odkładane na specjalne tace z powrotem do systemu.

Zastosowania w pomieszczeniach czystych

Urządzenia z pełną kapsułą są również wykorzystywane w pomieszczeniach czystych. Zasilanie czystym powietrzem odbywa się tutaj podciśnieniem. Powietrze jest zasysane z pomieszczenia czystego i odprowadzane przez zintegrowany system odciągowy modułu czyszczącego. Zapobiega to przedostawaniu się cząstek lub innych zanieczyszczeń do pomieszczenia czystego.

Przykładowo, rozwiązanie to stosuje producent urządzeń medycznych do czyszczenia stentów. Wyzwanie stanowiła optymalna koordynacja procesu czyszczenia z bardzo delikatnym komponentem. Stent musi być stabilnie utrzymywany podczas czyszczenia, a jednocześnie wykluczone muszą być deformacje i zapewnione skuteczne usuwanie przyczepionych cząstek i filmowych osadów. Udało się to osiągnąć dzięki opracowaniu specjalnego uchwytu na części, który jest podawany przez robota w strumień czyszczący.
Bardzo wysokie wymagania dotyczące czystości pomieszczeń i wyposażenia systemu czyszczącego postawił producent systemów litograficznych dla przemysłu półprzewodników. Wśród nich była m.in. specjalistyczna filtracja mediów dla sprężonego powietrza i dwutlenku węgla, zapewniająca brak cząstek i węglowodorów w dostarczanym medium. Odciąg zanieczyszczeń i sublimowanego CO2 jest realizowany jako trzystopniowy system filtracji.

Urządzenie zintegrowane w pomieszczeniu czystym służy do czyszczenia elementu optycznego do litografii EUV (ekstremalna ultrafioletowa), które jest silnie zanieczyszczone osadami i śladami dymu. Czyszczenie odbywa się za pomocą dyszy. Robot, zgodnie z ustalonym planem ruchów, porusza się w dokładnie określonej odległości nad czyszczoną powierzchnią. W porównaniu do wcześniej stosowanego procesu chemicznego, czas czyszczenia został znacząco skrócony, a do procesu nie są już potrzebne chemikalia ani woda. Ponadto czyszczenie jest łagodniejsze i daje lepsze efekty.