Z Maś & Ziel

Obraz 1: Folie ochronne laserowe nie zapewniają zawsze wystarczającej osłony, ponieważ połączenie z ścianą na kanałach kablowych nie jest zagwarantowane.

Obraz 2: Model CAD mini-środowiska

Obraz 3: Zabudowa stołów optycznych w laboratorium badawczym.

Obraz 5a: „Microtecfab” do zastosowań laserowych

Obraz 5b: Microtecfab dla podobnego zastosowania

Bild6: Filtr- und Lüftermodul mit chemischer Vorfiltration, speziell auf die Anwendung abgestimmt.

W zastosowaniu technologii opticznych oraz przy produkcji elementów optycznych i komponentów laserowych odgrywa coraz ważniejszą rolę technika czystości i czystych pomieszczeń. Nie zawsze jednak konieczne jest instalowanie kosztownego pomieszczenia czystego. Minienvironments często zapewniają wystarczającą ochronę.

W technologiach opticznych nie chodzi koniecznie o użycie czystych pomieszczeń w produkcji, słowo „technika czystych pomieszczeń” obejmuje raczej szereg produktów i usług. Niemniej jednak, klasyczne czyste pomieszczenie często jest wybierane zamiast czystego środowiska produktu lub procesu, bez wcześniejszego rozważenia własnych procesów w kontekście całego łańcucha procesów. Często jednak wystarczy tylko kilka procesów, które wymagają zwiększonej czystości. Umieszczanie wszystkich procesów w czystym pomieszczeniu nigdy nie jest najkorzystniejszą opcją pod względem kosztów inwestycyjnych i operacyjnych.

Wymagania techniczne dotyczące czystości powietrza

Czystość powietrza dla zastosowań optycznych lub laserowych odgrywa kluczową rolę nie tylko w liczbie cząstek w powietrzu lub na powierzchniach. Również skład cząstek (materiał) oraz czystość powietrza pod względem kontaminacji molekularnej (AMC – kontaminacja molekularna powietrza) muszą być uwzględnione w analizie. W aspektach elektrostatyki i EMC należy zwrócić uwagę, aby wiele elementów specyficznych dla procesu oraz maszyn i urządzeń było rozpraszalnych elektrostatycznie, co zmniejsza wpływ wyładowań lub zakłóceń elektromagnetycznych. Do tworzenia rozwiązania czystości należy wybierać odpowiednio zaprojektowane komponenty. Ewentualne konieczne środki ochrony laserowej muszą być realizowane zgodnie z klasą lasera. Krótko o foliach ochronnych laserowych jako barierach pomieszczeń: folie ochronne laserowe nie zapewniają 100-procentowej ochrony przed promieniowaniem laserowym, ponieważ nie można zagwarantować, że te folie całkowicie odseparują obszary laserowe od otoczenia (rysunek 1). Jeśli chodzi o obszar laserowy podlegający reżimowi czystości, folie te muszą być również regularnie czyszczone. Jednak osiągnięcie dobrego efektu czyszczenia jest trudne, ponieważ elastyczne folie łatwo się wymykają podczas czyszczenia.

Mobilne czyste pomieszczenie, podobnie jak stałe, jest odpowiednie do różnorodnych zadań produkcyjnych, pomiarowych i kontrolnych, ale w następujących scenariuszach oferuje niezrównane korzyści:

- Elastyczność
Wyobraź sobie, że planujesz produkcję na kilka tygodni lub miesięcy. W tak krótkim okresie ekonomicznie nie opłaca się inwestować w własne, stałe czyste pomieszczenie. Ważne jest, aby w tym czasie zapewnić ciągły przepływ produkcji o stałej wysokiej jakości.

- Mobilność
W niektórych zastosowaniach może być konieczne, aby czyste pomieszczenie było elastyczne lokalnie i można je było zmieniać lokalizację według potrzeb. W skrajnym przypadku nawet na parkingu firmy, jeśli jest to jedyna dostępna przestrzeń.

- Dostępność
Potrzeba szybkiego i elastycznego reagowania na nowe warunki rynkowe lub wymagania klientów zmusza firmy do prezentowania rozwiązań w krótkim czasie. Co zrobić, jeśli trzeba zareagować w ciągu kilku dni lub potrzebne jest rozwiązanie tymczasowe do ukończenia własnego czystego pomieszczenia?

Alternatywy dla czystego pomieszczenia

W zakresie badań i rozwoju należy wyposażyć kilka powiązanych stołów optycznych w obudowę (Minienvironment) (rysunek 2). Powinny zostać zrealizowane następujące parametry:

- Klasa czystości powietrza: ISO 6
- Brak połączenia z stołem optycznym (odprzężenie drgań)
- Składane osłony powietrzne z przewodzącego szkła bezpiecznego jednoszybrowego, zapewniające niezakłócony dostęp do wszystkich obszarów stołu (ESD), bez folii
- Technika wentylatorów w modułach filtracyjnych wentylatorów zasilana napięciem stałym (EMV)
- Oświetlenie bez wpływu na EMC

Na początku chodziło o wybór koniecznej liczby modułów filtracyjnych wentylatorów, uwzględniając źródła kontaminacji wewnątrz obudowy. Przy tym wybrano siatkę sufitową tak, aby można było doinstalować określoną liczbę modułów bez konieczności dużych zmian w wyposażeniu.

Brak połączenia z stołem optycznym

Całe Minienvironment zostało zbudowane na podporach (rysunek 3). Obudowa posiada obwodową szczelinę, aby uniknąć kontaktu mechanicznego z stołem optycznym. Zapewniono w ten sposób wystarczające odsprzężenie drgań. Szczelina ta jest również konieczna do odprowadzenia powietrza wprowadzającego się do środka w sposób zdefiniowany. Ponieważ dla projektów badawczych ważne jest szybkie wprowadzanie zmian w układzie eksperymentalnym, szczelinę można było wykorzystać do szybkiego przeciągnięcia kabli lub węży do wnętrza.

Składane osłony powietrzne

Jako boczna bariera celowo zrezygnowano z folii, co umożliwia niezakłócony wgląd do wnętrza obudowy. Dodatkowo uniknięto emisji gazów i zapachów z folii. System osłon składanych do góry pozwala pracownikowi na częściowe lub całkowite otwarcie bocznych powierzchni, bez przeszkód ze strony folii. Dzięki elektrostatycznie rozpraszającej powłoce szkła, która nie traci swoich właściwości nawet po długim czasie (co często się zdarza w przypadku folii lub tworzyw sztucznych), spełniono wszystkie wymagania dotyczące elektrostatyki. W późniejszym czasie okazało się, że ta powłoka minimalizuje również wpływ elektromagnetyczny w otaczającej przestrzeni na wnętrze obudowy.

EMC i ochrona laserowa

Aby zredukować wpływ promieniowania elektromagnetycznego, w technice wentylatorów zastosowano konsekwentnie silniki zasilane prądem stałym. Nieodzowna elektronika zasilająca została zainstalowana w sąsiednim pomieszczeniu. Oświetlenie realizowano za pomocą listew świetlnych na bazie lamp żarowych, co obecnie można by zastąpić oświetleniem LED.

Zgodnie z klasyfikacją w niskiej klasie ochrony laserowej powierzchnie narażone na promieniowanie pierwotne wykonano z
czarno anodowanego aluminium. Powierzchnie narażone na promieniowanie wtórne wystarczyły zatem z jednoszybrowego szkła bezpiecznego (rysunek 3).

Zastosowania laserowe o wyższej mocy laserowej

W rozwiązaniach czystości powietrza dla zastosowań laserowych o wyższej mocy lub wyższej klasie ochrony laserowej należy zwrócić uwagę na dwa aspekty: ochrona laserowa musi być kompleksowa i bezpieczna. Jeśli konieczne jest zapewnienie wglądu do obszaru procesu, należy używać odpowiednich okien ochronnych laserowych. Przy wszystkich elementach osłonowych należy stosować tak zwane (laserowe) pułapki światła. W projekcie BMBF „Profam” powstał moduł laserowy linii produkcyjnej „microtecfab” (rysunki 5a i b).

Moduł ten można bezproblemowo zintegrować z odpowiednią linią produkcyjną, nie zaniedbując ochrony laserowej. Wewnątrz modułu potwierdzono klasę czystości powietrza ISO 4 podczas pełnej pracy. Lasery są najczęściej używane w połączeniu z systemami optycznymi. Powierzchnie optyk są zatem narażone na wysoką energię promieniowania laserowego. Węglowodory i inne związki molekularne w powietrzu są „rozkładane” pod wpływem mocy lasera i osadzają się jako węgiel na powierzchniach optycznych. Prowadzi to do zwiększonego nakładu na czyszczenie. Odpowiedni system filtracji powietrza pozwala jednak na wydłużenie interwałów czyszczenia (rysunek 6).

Kilka słów o produkcji optycznej

Rzadko zdarza się proces produkcyjny, w którym powstaje tak wiele cząstek w wyniku procesu, jak podczas polerowania optyk. Dlaczego więc pojawia się pytanie o czyste, zdefiniowane warunki otoczenia podczas procesu polerowania? Chodzi nie tyle o liczbę cząstek, ile o liczbę i rozmiar obcych cząstek, które nie pochodzą z pasty polerskiej. Te obce cząstki mogą powodować mikrorysy na powierzchniach optycznych, co negatywnie wpływa na jakość optyczną. Pojawia się więc kolejne pytanie: wysoką czystość można osiągnąć poprzez dostarczanie czystego powietrza za pomocą filtra i wysoką wymianę powietrza, co sprzyja czystemu powietrzu w procesie i usuwa zanieczyszczone powietrze. Jednakże powoduje to wahania temperatury powietrza, które mogą przeszkadzać w precyzyjnej obróbce powierzchni optycznych. Obróbka w zakresie Λ/4 jest więc prawie nierealizowalna. Wyzwanie polega na rozwiązaniu tego sprzeczności za pomocą odpowiednio dobranego rozwiązania technicznego.