Sebbene si parli spesso dell'importanza di tenere lontani i contaminanti dai componenti di movimentazione lineare come guide lineari e viti, quando questi sistemi vengono utilizzati in una camera bianca, l'obiettivo è esattamente l'opposto: impedire che questi componenti introducano contaminanti nell'ambiente.

Che cos'è esattamente una camera bianca?
Secondo la norma ISO 14644-1:2015, "Le camere bianche e gli ambienti controllati associati garantiscono il controllo della contaminazione dell'aria e, se del caso, delle superfici, a livelli adeguati per lo svolgimento di attività sensibili alla contaminazione".

Le camere bianche sono più comunemente associate ad applicazioni nei settori dei semiconduttori, dell'elettronica e dei dispositivi medici, sebbene anche altri settori, come quello aerospaziale, farmaceutico e alimentare, utilizzino ambienti a camera bianca in alcune applicazioni.

Lo standard ISO 14644-1 valuta il livello di "pulizia" di una camera bianca su una scala da 1 (migliore) a 9 (peggiore), in base al numero di particelle – suddivise in sei intervalli dimensionali – presenti in un metro cubo d'aria.

Si noti che lo standard per camere bianche a cui si fa riferimento sopra proviene dall'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO). In alcuni casi si potrebbe anche trovare riferimento allo standard federale statunitense FS 209E, nonostante sia stato abrogato nel 2001. Le classificazioni FS 209E possono essere confrontate con le classificazioni ISO, ma si tenga presente che i numeri di classe non corrispondono. Ad esempio, una camera bianca classificata come classe 1 secondo FS 209E è classificata come classe 3 secondo ISO 14644-1.

L'attrito è il nemico di una camera bianca.
L'obiettivo principale nell'utilizzo di un sistema di movimentazione lineare in una camera bianca è quello di ridurre al minimo la generazione di particelle. Tuttavia, i componenti di movimentazione lineare si basano su movimenti di scorrimento o rotolamento, che inevitabilmente producono particelle a causa dell'attrito e dell'usura tra le superfici. Pertanto, uno degli aspetti principali su cui concentrarsi è la riduzione dell'attrito il più possibile.

Ciò significa preferire il contatto di rotolamento a quello di scorrimento, rendendo i cuscinetti a sfere lineari e le viti a ricircolo di sfere una scelta migliore rispetto ai cuscinetti a strisciamento e alle viti senza fine per la maggior parte delle applicazioni in camera bianca.

Tuttavia, le guarnizioni standard a contatto pieno sui cuscinetti a sfere lineari e sulle viti a ricircolo di sfere sono soggette a scorrimento con la guida o l'albero della vite, pertanto si preferiscono guarnizioni a basso attrito o senza contatto rispetto ai modelli a contatto pieno. Inoltre, recentemente alcuni produttori hanno condotto test di conteggio delle particelle che dimostrano come i distanziali o le catene di sfere – che separano le sfere e impediscono loro di collidere tra loro durante la ricircolazione all'interno del cuscinetto – possano ridurre la generazione di particelle nelle guide a profilo e nelle viti a ricircolo di sfere.

La lubrificazione è sia amica che nemica
La lubrificazione è utile non solo per ridurre l'attrito e garantire un funzionamento corretto, ma anche per "intrappolare" alcune delle particelle generate da un cuscinetto lineare o da una vite, impedendone il rilascio nell'ambiente. Tuttavia, il lubrificante stesso può essere fonte di contaminazione se rilasciato nell'atmosfera. Questo è particolarmente problematico per le viti a ricircolo di sfere, che possono "spruzzare" il lubrificante durante la rotazione.

Le guarnizioni contribuiscono a mantenere la lubrificazione all'interno del cuscinetto lineare o del dado a sfere, ma i tipi a basso attrito e senza contatto, pur essendo ideali perché non generano particelle significative, possono consentire a una certa quantità di lubrificante di fuoriuscire. Per questo motivo, molte applicazioni in camera bianca richiedono un lubrificante approvato per tale ambiente. Queste formulazioni speciali non contengono (o contengono in misura minore) additivi con particelle solide, come alluminio, silice e PTFE.

I materiali adatti alle camere bianche sono indispensabili.
I materiali preferiti per gli ambienti a camera bianca sono l'acciaio inossidabile e il PVC, ma l'alluminio e l'acciaio al carbonio sono i materiali principali utilizzati nei componenti per il movimento lineare. Tuttavia, esistono metodi per rendere l'alluminio e l'acciaio al carbonio standard conformi agli standard per le camere bianche.

L'anodizzazione dell'alluminio, ad esempio, gli conferisce una buona resistenza alla corrosione. I componenti in acciaio al carbonio, invece, possono essere trattati con un rivestimento protettivo compatibile con le camere bianche, come il cromo nero o il nichel, per prevenire l'ossidazione.

È disponibile un'ampia gamma di guide e viti in miniatura in acciaio inossidabile, che le rendono un'ottima scelta per applicazioni in camera bianca con corse più brevi e carichi più leggeri. Inoltre, le versioni in miniatura sono generalmente offerte con guarnizioni a basso attrito e precarico ridotto di serie, pertanto la generazione di particelle è intrinsecamente inferiore rispetto alle controparti di dimensioni standard.

Tenete inoltre presente che gli elementi di fissaggio sono spesso rivestiti con una finitura in ossido nero, che presenta un'elevata tendenza al rilascio di particelle, nonostante questi componenti siano statici. Per le applicazioni in camera bianca, è preferibile utilizzare, ove possibile, elementi di fissaggio in acciaio inossidabile.

Sistemi con contatto e attrito ridotti

Un modo per eliminare o ridurre molte delle problematiche sopra menzionate è quello di utilizzare componenti e sistemi di movimento lineare intrinsecamente "puliti". Tra questi, i cuscinetti ad aria per la guida e i motori lineari per l'azionamento. Entrambi i sistemi eliminano il contatto di scorrimento o rotolamento, quindi non presentano praticamente attrito e non generano particelle.

Ad esempio, uno stadio con motore lineare e guide a cuscinetti ad aria non presenta, in teoria, attrito e, di conseguenza, non genera particelle. Tuttavia, nella pratica, la gestione dei cavi rimane un problema, poiché i cavi in ​​movimento e i relativi supporti possono generare particelle. Questo inconveniente può essere risolto utilizzando cavi e sistemi di gestione dei cavi specificamente progettati per le camere bianche.

Un esempio concreto: alcuni produttori di cavi offrono prodotti con speciali rivestimenti a basso attrito per ridurre al minimo la generazione di particelle, e alcuni produttori di canaline portacavi offrono sistemi che riducono l'usura tra le sezioni della catena grazie all'utilizzo di giunti resistenti all'abrasione. Per lunghezze di cavo più corte, i cavi piatti e autoportanti "senza binario" possono addirittura eliminare la necessità di una canalina o di un supporto per cavi.