Sebbene si parli spesso dell'importanza di impedire la contaminazione dei componenti di movimento 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 contaminazione nell'ambiente.

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 appropriati per svolgere attività sensibili alla contaminazione”.

Le camere bianche sono solitamente associate ad applicazioni nei settori dei semiconduttori, dell'elettronica e dei dispositivi medici, sebbene anche altri settori, come quello aerospaziale, farmaceutico e alimentare e delle bevande, utilizzino ambienti con camere bianche in alcune applicazioni.

La norma 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 fa riferimento anche allo standard federale statunitense 209E, nonostante sia stato revocato nel 2001. Le classificazioni FS 209E possono essere confrontate con quelle ISO, ma si noti che i numeri di classe non corrispondono. Ad esempio, una camera bianca classificata in classe 1 secondo FS 209E è classificata in classe 3 secondo ISO 14644-1.

L'attrito è il nemico di una camera bianca
L'obiettivo principale quando si utilizza un sistema di movimento lineare in un'applicazione in camera bianca è ridurre al minimo la generazione di particelle. Tuttavia, i componenti di movimento lineare si basano su movimenti di scorrimento o rotolamento, che producono necessariamente particelle a causa dell'attrito e dell'usura tra le superfici. Pertanto, uno dei principali obiettivi dovrebbe essere quello di ridurre il più possibile l'attrito.

Ciò significa scegliere il contatto volvente rispetto a quello strisciante, rendendo i cuscinetti lineari a sfere e le viti a sfere una scelta migliore rispetto ai cuscinetti semplici e alle viti di comando per la maggior parte delle applicazioni in camera bianca.

Tuttavia, le guarnizioni standard a pieno contatto dei cuscinetti lineari a sfere e delle viti a sfere subiscono un contatto strisciante con la guida o l'albero della vite, pertanto le guarnizioni a basso attrito o senza contatto sono preferibili rispetto alle guarnizioni a pieno contatto. Recentemente, alcuni produttori hanno condotto test di conteggio delle particelle che dimostrano come i distanziali a sfere, o catene a sfere – che separano le sfere e impediscono loro di collidere tra loro durante il ricircolo nel cuscinetto – possano ridurre la generazione di particelle nelle guide profilate e nelle viti a sfere.

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

Le guarnizioni aiutano a mantenere la lubrificazione all'interno del cuscinetto lineare o della chiocciola a sfere, ma i tipi a basso attrito e senza contatto, sebbene ideali perché non generano particelle significative, possono consentire a una parte della lubrificazione di "scivolare" e di essere rilasciata. Questo è il motivo per cui molte applicazioni in camera bianca richiedono un lubrificante approvato per camere bianche. Queste formulazioni speciali non contengono (o contengono una quantità inferiore) di additivi che contengono 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 modi per rendere l'alluminio e l'acciaio al carbonio standard conformi alle norme per le camere bianche.

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

Un'ampia gamma di guide e viti miniaturizzate è disponibile in acciaio inossidabile, il che le rende un'ottima scelta per applicazioni in camera bianca con corse più brevi e carichi più leggeri. Le versioni miniaturizzate sono in genere offerte con guarnizioni a basso attrito e precarico ridotto come opzioni standard, quindi la loro generazione di particelle è intrinsecamente inferiore rispetto alle loro controparti di dimensioni standard.

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

Sistemi con contatto e attrito ridotti

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

Ad esempio, una piattaforma con motore lineare con guide a cuscinetti ad aria non presenta, in teoria, alcun attrito e, di conseguenza, nessuna generazione di particelle. Tuttavia, in situazioni reali, la gestione dei cavi rimane un problema, poiché i cavi e le catene portacavi in ​​movimento possono generare particelle. Questo problema può essere risolto utilizzando cavi e sistemi di gestione 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 formazione di particelle, mentre altri produttori di binari portacavi offrono sistemi che riducono l'usura tra le sezioni della catena grazie all'utilizzo di giunti resistenti all'abrasione. Per cavi di lunghezza inferiore, i "cavi senza binari" piatti e autoportanti possono persino eliminare la necessità di un binario portacavi o di una catena portacavi.