في حين أننا نتحدث غالبًا عن أهمية إبقاء التلوث بعيدًا عن مكونات الحركة الخطية مثل الأدلة الخطية والبراغي، عندما تُستخدم هذه الأنظمة في غرفة نظيفة، يكون الهدف هو العكس تمامًا - منع هذه المكونات من إدخال التلوث إلى البيئة.

ما هي الغرفة النظيفة بالضبط؟
وفقًا للمعيار ISO 14644-1:2015، "توفر الغرف النظيفة والبيئات الخاضعة للرقابة المرتبطة بها التحكم في تلوث الهواء، وإذا لزم الأمر، الأسطح، إلى المستويات المناسبة لإنجاز الأنشطة الحساسة للتلوث".

ترتبط الغرف النظيفة عادةً بالتطبيقات في صناعات أشباه الموصلات والإلكترونيات والأجهزة الطبية، على الرغم من أن الصناعات الأخرى - مثل الفضاء والأدوية والأغذية والمشروبات - تستخدم أيضًا بيئات الغرف النظيفة في بعض التطبيقات.

يقوم معيار ISO 14644-1 بتقييم مستوى "نظافة" الغرفة النظيفة على مقياس من 1 (الأفضل) إلى 9 (الأسوأ)، استنادًا إلى عدد الجسيمات - مقسمة إلى ستة نطاقات حجمية - الموجودة في متر مكعب من الهواء.

لاحظ أن معيار الغرف النظيفة المذكور أعلاه صادر عن المنظمة الدولية للمعايير (ISO). قد تجد أيضًا مرجعًا للمعيار الفيدرالي الأمريكي 209E في بعض الحالات، على الرغم من إلغائه عام 2001. يمكن مقارنة تصنيفات FS 209E بتصنيفات ISO، ولكن تجدر الإشارة إلى أن أرقام الفئات غير متوافقة. على سبيل المثال، تُصنف غرفة نظيفة بالفئة 1 بموجب FS 209E بالفئة 3 بموجب ISO 14644-1.

الاحتكاك هو عدو الغرفة النظيفة
الهدف الرئيسي عند استخدام نظام حركة خطية في تطبيقات الغرف النظيفة هو تقليل توليد الجسيمات إلى أدنى حد. إلا أن مكونات الحركة الخطية تعتمد على حركات الانزلاق أو الدوران، والتي تُنتج بالضرورة جسيمات نتيجة الاحتكاك والتآكل بين الأسطح. لذا، ينبغي التركيز على تقليل الاحتكاك قدر الإمكان.

وهذا يعني اختيار التدحرج بدلاً من الاتصال المنزلق - مما يجعل محامل الكرات الخطية والبراغي الكروية خيارًا أفضل من المحامل العادية والبراغي الرصاصية لمعظم تطبيقات الغرف النظيفة.

مع ذلك، تتعرض أختام التلامس الكامل القياسية في محامل الكرات الخطية والبراغي الكروية لاحتكاك انزلاقي مع سكة ​​التوجيه أو عمود البرغي، لذا تُفضل الأختام منخفضة الاحتكاك أو غير التلامسية على التصاميم ذات التلامس الكامل. ومؤخرًا، أجرى بعض المصنّعين اختباراتٍ لعدد الجسيمات تُظهر كيف يُمكن لفواصل الكرات، أو سلاسل الكرات - التي تفصل الكرات وتمنعها من التصادم أثناء دورانها عبر المحمل - أن تُقلل من تكوّن الجسيمات في أدلة السكك المُصممة والبراغي الكروية.

التشحيم هو صديق وعدو في نفس الوقت
لا يقتصر دور التزييت على تقليل الاحتكاك وضمان التشغيل السليم فحسب، بل يُستخدم أيضًا في "احتجاز" بعض الجسيمات الناتجة عن المحمل الخطي أو اللولب ومنع انطلاقها في البيئة. إلا أن التزييت نفسه قد يكون مصدرًا للتلوث إذا انطلق في الغلاف الجوي. ويمثل هذا مشكلةً خاصة مع البراغي الكروية، التي قد "تتطاير" منها مادة التزييت أثناء دورانها.

تساعد الأختام على الحفاظ على التزييت داخل المحمل الخطي أو صامولة الكرة، ولكن الأنواع منخفضة الاحتكاك وغير التلامسية - على الرغم من كونها مثالية لعدم توليدها جسيمات كبيرة بمفردها - تسمح بمرور بعض التزييت وانطلاقه. لهذا السبب، تتطلب العديد من تطبيقات غرف العمليات النظيفة استخدام مواد تشحيم معتمدة من غرف العمليات النظيفة. تحتوي هذه التركيبات الخاصة على مواد مضافة (أو تحتوي على كميات أقل) تحتوي على جسيمات صلبة، مثل الألومنيوم والسيليكا ومادة PTFE.

المواد الصديقة للغرف النظيفة ضرورية
المواد المفضلة لبيئات الغرف النظيفة هي الفولاذ المقاوم للصدأ والـ PVC، إلا أن الألومنيوم والفولاذ الكربوني هما المادتان الرئيسيتان المستخدمتان في مكونات الحركة الخطية. ومع ذلك، هناك طرق لجعل الألومنيوم والفولاذ الكربوني القياسي متوافقين مع بيئات الغرف النظيفة.

على سبيل المثال، يمنح أنودة الألومنيوم مقاومة جيدة للتآكل. ويمكن معالجة مكونات الفولاذ الكربوني بطبقة واقية متوافقة مع غرف الأبحاث النظيفة، مثل الكروم الأسود أو النيكل، لمنع الأكسدة.

تتوفر مجموعة واسعة من الأدلة والبراغي المصغرة بإصدارات من الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يجعلها خيارات مثالية لتطبيقات الغرف النظيفة ذات الأشواط القصيرة والأحمال الخفيفة. وتُقدم الإصدارات المصغرة عادةً بأختام منخفضة الاحتكاك وتحميل مسبق منخفض كخيارات قياسية، ما يجعل توليدها للجسيمات أقل بطبيعته من نظيراتها كاملة الحجم.

تذكّر أيضًا أن أدوات التثبيت غالبًا ما تُطلى بطبقة أكسيد أسود، مما يُسبب تساقطًا عاليًا للجسيمات، على الرغم من أن هذه المكونات ساكنة. في تطبيقات الغرف النظيفة، يُنصح باستخدام أدوات من الفولاذ المقاوم للصدأ كلما أمكن.

أنظمة ذات اتصال واحتكاك أقل

إحدى طرق إزالة أو تقليل العديد من المخاوف المذكورة أعلاه هي استخدام مكونات وأنظمة حركة خطية "نظيفة" بطبيعتها. وتشمل هذه الأنظمة محامل هوائية للتوجيه ومحركات خطية للتشغيل. يُلغي كلا النظامين أي احتكاك أو انزلاق، ما يعني انعدام الاحتكاك تقريبًا وعدم توليد أي جسيمات.

على سبيل المثال، من الناحية النظرية، لا يُنتج محرك خطي مزود بموجهات هوائية أي احتكاك، وبالتالي لا يُولد أي جسيمات. مع ذلك، في الواقع، لا يزال تنظيم الكابلات يُمثل مشكلة، لأن الكابلات المتحركة وحاملات الكابلات قد تُولد جسيمات. ولكن يُمكن معالجة هذه المشكلة باستخدام الكابلات وأنظمة تنظيم الكابلات المُصممة خصيصًا للغرف النظيفة.

على سبيل المثال: يقدم بعض مصنعي الكابلات منتجاتٍ بطبقاتٍ خاصةٍ منخفضة الاحتكاك لتقليل تكوّن الجسيمات، كما يقدم بعض مصنعي مسارات الكابلات أنظمةً تُقلل التآكل بين أقسام السلسلة باستخدام وصلاتٍ مقاومةٍ للتآكل. أما بالنسبة لأطوال الكابلات الأقصر، فإن الكابلات المسطحة ذاتية الدعم "غير المُسيّرة" تُغني عن الحاجة إلى مسار أو حامل كابلات.