Sebbene si parli spesso dell’importanza di mantenere la contaminazione lontana dai componenti del movimento lineare come guide lineari e viti, quando questi sistemi vengono utilizzati in una camera bianca, l’obiettivo è esattamente l’opposto: impedire a questi componenti di introdurre contaminazione nell’ambiente.

Cos’è esattamente una camera bianca?
Secondo la norma ISO 14644-1:2015, “Le camere bianche e gli ambienti controllati associati prevedono il controllo della contaminazione dell’aria e, se appropriato, delle superfici, a livelli adeguati per svolgere 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 e delle bevande, utilizzino ambienti di camere bianche 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 di dimensioni – presenti in un cubico metro d'aria.

Si noti che lo standard per camere bianche a cui si fa riferimento sopra proviene dall'International Standards Organization (ISO). In alcuni casi potresti anche vedere riferimenti allo standard federale statunitense 209E, nonostante sia stato revocato nel 2001. Le classificazioni FS 209E possono essere incrociate con le classificazioni ISO, ma tieni presente che i numeri delle classi non si allineano. 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 generale quando si utilizza un sistema di movimento lineare in un'applicazione per camera bianca è mantenere al minimo la generazione di particelle. Ma i componenti del movimento lineare si basano su movimenti di scorrimento o rotolamento, che necessariamente producono particelle a causa dell’attrito e dell’usura tra le superfici. Quindi una delle principali aree di interesse dovrebbe essere quella 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 ricircolo di sfere una scelta migliore rispetto ai cuscinetti a strisciamento e alle viti di comando per la maggior parte delle applicazioni in camera bianca.

Tuttavia, le tenute standard a pieno contatto sui cuscinetti lineari a sfere e sulle viti a ricircolo di sfere subiscono un contatto strisciante con la guida o l'albero della vite, quindi le tenute a basso attrito o senza contatto sono preferite rispetto ai design a pieno contatto. Recentemente, alcuni produttori hanno condotto test sul conteggio delle particelle che dimostrano come i distanziatori delle sfere, o catene a sfere, che separano le sfere e impediscono loro di entrare in collisione tra loro mentre ricircolano attraverso il cuscinetto, possono ridurre la generazione di particelle nelle guide profilate e nelle guide a sfere. viti.

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 e impedirne il rilascio nell'ambiente. Ma la lubrificazione stessa può essere una fonte di contaminazione se rilasciata nell'atmosfera. Ciò è particolarmente problematico con le viti a ricircolo di sfere, che possono “sganciare” la lubrificazione mentre ruotano.

Le guarnizioni aiutano a mantenere la lubrificazione all'interno del cuscinetto lineare o del dado a ricircolo di sfere, ma i tipi a basso attrito e senza contatto, sebbene ideali perché non generano particelle significative da soli, possono consentire a parte della lubrificazione di "sfuggire" e di essere rilasciata. Questo è il motivo per cui molte applicazioni per camere bianche richiedono un lubrificante approvato per camere bianche. Queste formulazioni speciali non hanno (o meno) additivi che contengono particelle solide, come alluminio, silice e PTFE.

I materiali adatti alle camere bianche sono un must
I materiali preferiti per gli ambienti cleanroom sono l'acciaio inossidabile e il PVC, ma l'alluminio e l'acciaio al carbonio sono i materiali principali utilizzati nei componenti di movimento lineare. Tuttavia, esistono modi per rendere l’alluminio e l’acciaio al carbonio conformi alle camere bianche standard.

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

Un'ampia gamma di guide e viti miniaturizzate è disponibile nelle versioni in acciaio inossidabile, il che le rende una buona scelta per applicazioni in camere bianche con corse più brevi e carichi più leggeri. Inoltre, le versioni in miniatura sono generalmente offerte con guarnizioni a basso attrito e basso precarico come opzioni standard, quindi la loro generazione di particelle è intrinsecamente inferiore rispetto alle loro controparti a grandezza naturale.

Tieni inoltre presente che gli elementi di fissaggio sono spesso rivestiti con una finitura in ossido nero, che ha un alto tasso di dispersione delle particelle, anche se questi componenti sono statici. Per le applicazioni in camera bianca, ove possibile, è necessario utilizzare hardware in acciaio inossidabile.

Sistemi con contatto e attrito ridotti

Un modo per eliminare o ridurre molte delle preoccupazioni sopra sollevate è utilizzare componenti e sistemi di movimento lineare che siano intrinsecamente “puliti”. Questi includono cuscinetti ad aria per la guida e motori lineari per la guida. Entrambi i sistemi eliminano il contatto strisciante o rotolante, quindi non hanno praticamente alcun attrito e nessuna generazione di particelle.

Ad esempio, uno stadio con motore lineare con guide ad aria non ha, in teoria, alcun attrito e, quindi, nessuna generazione di particelle. Tuttavia, nelle situazioni reali, la gestione dei cavi rappresenta ancora una preoccupazione, poiché lo spostamento dei cavi e delle catene portacavi può generare particelle. Ma questo problema può essere risolto utilizzando cavi e sistemi di gestione dei cavi appositamente progettati per le camere bianche.

Caso in questione: alcuni produttori di cavi offrono prodotti con speciali rivestimenti a basso attrito per ridurre al minimo la generazione di particelle, mentre alcuni produttori di cavi offrono sistemi che riducono l'usura tra le sezioni della catena attraverso l'uso di giunti resistenti all'abrasione. Per lunghezze di cavo inferiori, i “cavi senza binario” piatti e autoportanti possono addirittura eliminare la necessità di un binario o di un trasportatore.