Efektywniej do optymalnie czyszczonych powierzchni

Zasada czyszczenia strumieniem śniegu (źródło obrazu: acp)

Jednym z głównych elementów systemu czyszczenia quattroClean jest ultradźwięczna dwuskładnikowa dysza. Cieczowa dwutlenek węgla jest kierowana przez dyszę i rozpręża się przy wyjściu, tworząc mieszaninę śniegu i gazu. (Źródło obrazu: acp)

Sonda ze stali nierdzewnej 1.4441 po podstawowym czyszczeniu (Źródło obrazu: NMI)

Próba po czyszczeniu za pomocą systemu czyszczenia strumieniem śniegu acp. (Źródło obrazu: NMI)

Połączenie chemicznego mycia na mokro i piaskowania suchym lodem zapewnia najlepsze rezultaty. (Źródło obrazu: NMI)

Próba po chemicznym czyszczeniu na mokro (źródło obrazu: NMI)

Wybór optymalnej techniki czyszczenia odgrywa ważną rolę w produkcji wyrobów medycznych, przyczyniając się do ich jakości i opłacalności. Metoda quattroClean do czyszczenia strumieniem śniegu pozwala na osiągnięcie wysokiej czystości nawet przy produktach o bardzo skomplikowanych geometriach. Potwierdzeniem tego jest badanie przeprowadzone w Instytucie Nauk Przyrodniczych i Medycznych (NMI) na Uniwersytecie Tübingen, które wykazało skuteczność innowacyjnych metod czyszczenia.

Pozostałości powstałe podczas produkcji stanowią ryzyko w przypadku stosowania wielu wyrobów medycznych, takich jak narzędzia, implanty, zestawy operacyjne do minimalnie inwazyjnych i tradycyjnych zabiegów chirurgicznych. Zanieczyszczenia powstałe w trakcie produkcji, takie jak media obróbki, środki oddzielające, cząstki i ostre krawędzie, muszą być niezawodnie usunięte. Podczas końcowego czyszczenia produktów należy osiągnąć wysoką czystość cząsteczkową i filmową oraz zgodność biologiczną. Jednocześnie proces czyszczenia nie może negatywnie wpływać na powierzchnie ani właściwości produktów. Szczególnie w przypadku elementów o skomplikowanych geometriach i trudnych konturach, takich jak otwory głębokie czy podcięcia, tradycyjne mokre metody chemiczne często napotykają na ograniczenia. Wynika to najczęściej z niewystarczającego płukania powierzchni materiałów w tych obszarach, co może prowadzić zarówno do niedostatecznego oczyszczenia powierzchni, jak i utrudnionego odtransportu zanieczyszczeń po czyszczeniu. Kolejnym aspektem jest fakt, że po czyszczeniu mogą być konieczne dalsze kroki, takie jak powlekanie. W związku z tym istnieje zapotrzebowanie na innowacyjne metody czyszczenia, które, podobnie jak quattroClean do czyszczenia strumieniem śniegu od acp – advanced clean production GmbH, umożliwiają poprawę jakości czyszczenia.

Badanie w celu walidacji metody czyszczenia

Instytut Nauk Przyrodniczych i Medycznych (NMI) na Uniwersytecie Tübingen przeprowadził w ramach projektu badania nad zastosowaniem, wydajnością i przydatnością innowacyjnych metod czyszczenia, takich jak plazmowe i CO2-strumieniowe czyszczenie śniegiem. Ponadto, w kontekście możliwej integracji tych technologii czyszczenia w istniejących procesach, zaprezentowano zwalidowaną mokrą metodę chemiczną dla przemysłu medycznego. Uczestnikami projektu byli przedstawiciele branży wyrobów medycznych i metod czyszczenia, w tym acp.

Efektywność czyszczenia została oceniona poprzez porównanie stanu czystości próbek zdefiniowanych jako kontaminowane przed i po czyszczeniu. Do tego celu badano różne zespoły o trudnych geometriach (otwory głębokie, podcięcia, kanały z dużym stosunkiem długości do średnicy, otwory z podcięciami i z gwintami) wykonane ze stali nierdzewnej i tytanu, o różnych strukturach powierzchni oraz z PEEK. Po wyprodukowaniu próbek przeprowadzono najpierw charakterystykę materiałową, podstawowe czyszczenie, a następnie kolejną charakterystykę. W tym celu zastosowano spektroskopię fotoelektronów z rentgena (XPS), mikroskopię świetlną (LM) i skaningową mikroskopię elektronową (SEM). Następnie próbki zostały sztucznie zanieczyszczone cząstkami i filmami, poddane czyszczeniu chemicznemu i charakteryzacji materiałowej. Kolejnym krokiem była czyszczenie za pomocą plazmy lub technologii CO2-strumienia śniegu. Dodatkowo, próbki były czyszczone wyłącznie plazmą i dwutlenkiem węgla. Ostateczna ocena pod kątem czystości, niskiej zawartości cząstek, cytotoksyczności (test BCA) oraz funkcjonalności (struktury powierzchni) wykazała, że połączenie mokrego chemicznego czyszczenia i końcowego czyszczenia strumieniem śniegu CO2 z systemem quattroClean zapewniało najlepsze wyniki czystości dla wszystkich próbek metalowych.

Dlatego metoda ta jest odpowiednia do celowego czyszczenia trudnych konturów lub określonych obszarów funkcjonalnych w procesie po czyszczeniu chemicznym w technologii One-Piece-Flow. Umożliwia to zwiększenie wydajności urządzeń czyszczących, a tym samym ich opłacalności.

Sucho, bez pozostałości i delikatnie czyszczone

Medium stosowane w technologii strumienia śniegu to ciekły dwutlenek węgla. Powstaje jako produkt uboczny np. w procesach chemicznych oraz produkcji biogazu i jest przygotowywany do czyszczenia z butli lub zbiorników. Wysoka skuteczność metody wynika ze specjalnego działania patentowanego systemu czyszczenia quattroClean. Jednym z jego kluczowych elementów jest ultradźwiękowa dysza dwuskładnikowa. Ciekły dwutlenek węgla jest kierowany przez dyszę i podczas wyjścia rozpręża się do mieszaniny śniegu i gazu. Do tego głównego strumienia dodawany jest strumień powietrza sprężonego, który przyspiesza bezpieczne i nietoksyczne kryształy śniegu CO2 do prędkości nadźwiękowej. Niska twardość drobnego śniegu z CO2 zapewnia delikatne czyszczenie nawet najbardziej wrażliwych elementów i struktur.

Podczas uderzenia skoncentrowanego strumienia śniegu na powierzchnię poddawaną czyszczeniu dochodzi do czterech efektów:

Efekt termiczny

Strumień o temperaturze około -78,5°C natychmiast chłodzi powierzchnię, powodując odłączenie zanieczyszczeń. Różne współczynniki rozszerzalności cieplnej materiału i zanieczyszczenia sprzyjają temu mechanizmowi. Niska temperatura procesu sprawia, że czyszczenie śniegiem CO2 działa również bakteriostatycznie i wspiera redukcję mikroorganizmów na powierzchniach.

Efekt mechaniczny

Efekt mechaniczny powoduje odłączenie cząstek brudu od podłoża. Dzięki energii kinetycznej dwutlenku węgla i strumienia powietrza, usunięte cząstki są wypłukiwane z powierzchni.

Efekt rozpuszczalnikowy

Podczas przejścia ze stanu stałego w gazowy, dwutlenek węgla działa jako rozpuszczalnik i usuwa zanieczyszczenia organiczne.

Efekt sublimacji

Wspiera powyższe efekty poprzez falę ciśnienia wywołaną zwiększeniem objętości podczas przejścia ze stanu stałego w gazowy.

Ponieważ dwutlenek węgla sublimuje całkowicie pod ciśnieniem otoczenia, nie pozostają żadne pozostałości środków czyszczących ani produkty uboczne, a czyszczony element jest natychmiast suchy.

Elastyczna metoda o szerokim zakresie zastosowań

Dzięki temu, że technologia quattroClean do czyszczenia strumieniem śniegu skutecznie usuwa zarówno zanieczyszczenia cząsteczkowe, jak i filmowe (w tym silikony) z niemal wszystkich materiałów, oferuje szerokie spektrum zastosowań w medycynie. Nie tylko w przypadku czyszczenia narzędzi i implantów, ale także komponentów mechatronicznych. Na przykład, metoda umożliwia selektywne czyszczenie powierzchni kontaktowych i klejących, miejsc spawania przed i po spawaniu. Czyszczenie jest przeprowadzane w suchy sposób, co pozwala na stosowanie jej także do elementów przewodzących prąd i zespołów oraz części z tworzyw sztucznych. Parametry procesu, takie jak intensywność strumienia i czas, można precyzyjnie dopasować do konkretnej aplikacji, właściwości materiału i rodzaju zanieczyszczenia, a ustawienia można zapisać jako receptę w sterowniku urządzenia.

Prosta automatyzacja zapewnia łatwą integrację z liniami produkcyjnymi. Dzięki niewielkim rozmiarom, jednostka quattroClean do czyszczenia strumieniem śniegu od acp mieści się na powierzchni około 20 x 20 cm, wraz z odciągiem zanieczyszczeń. Systemy w wersji cleanroom mogą być realizowane z lokalnym systemem czystego pomieszczenia (MENV) i specjalnie dostosowaną odciągową instalacją.