بينما نتحدث غالبًا عن أهمية إبقاء التلوث بعيدًا عن مكونات الحركة الخطية مثل الموجهات الخطية والبراغي، فعندما تُستخدم هذه الأنظمة في غرفة نظيفة، يكون الهدف هو عكس ذلك 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 للتحكم المرتبطة بها التحكم في تلوث الهواء، وإذا كان ذلك مناسبًا، الأسطح، إلى مستويات مناسبة لإنجاز الأنشطة الحساسة للتلوث".

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

يصنف معيار ISO 14644-1 مستوى "نظافة" الغرفة النظيفة على مقياس من 1 (الأفضل) إلى 9 (الأسوأ)، بناءً على عدد الجسيمات - المصنفة 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 إشارة إلى المعيار الفيدرالي الأمريكي 209E في بعض الحالات، على الرغم من إلغائه عام 2001. يمكن مقارنة تصنيفات FS 209E بتصنيفات ISO، ولكن لاحظ أن أرقام الفئات غير متطابقة. على سبيل المثال، الغرفة النظيفة المصنفة ضمن الفئة 1 وفقًا لـ FS 209E تُصنف ضمن الفئة 3 وفقًا لـ ISO 14644-1.

الاحتكاك هو عدو الغرفة النظيفة
يتمثل الهدف الرئيسي عند استخدام نظام حركة خطية في تطبيقات الغرف النظيفة في تقليل توليد الجسيمات إلى أدنى حد ممكن. إلا أن مكونات الحركة الخطية تعتمد على حركات الانزلاق أو التدحرج، مما ينتج عنه بالضرورة جسيمات نتيجة الاحتكاك والتآكل بين الأسطح. لذا، ينبغي أن يكون أحد أهم مجالات التركيز هو تقليل الاحتكاك قدر الإمكان.

وهذا يعني اختيار التلامس الدوار بدلاً من التلامس الانزلاقي - مما يجعل محامل الكرات الخطية والبراغي الكروية خيارًا أفضل من المحامل العادية والبراغي الرصاصية لمعظم تطبيقات غرف التنظيف.

مع ذلك، فإن موانع التسرب القياسية ذات التلامس الكامل في محامل الكرات الخطية والبراغي الكروية تتعرض لتلامس انزلاقي مع سكة ​​التوجيه أو عمود البرغي، لذا يُفضل استخدام موانع تسرب منخفضة الاحتكاك أو غير متلامسة على التصاميم ذات التلامس الكامل. وقد أجرى بعض المصنّعين مؤخرًا اختبارات لحساب عدد الجسيمات، تُظهر كيف يمكن لفواصل الكرات، أو سلاسل الكرات - التي تفصل الكرات وتمنعها من التصادم أثناء دورانها داخل المحمل - أن تُقلل من توليد الجسيمات في أدلة السكك المُشكّلة والبراغي الكروية.

التشحيم مفيد وضار في آن واحد.
لا تقتصر فائدة التشحيم على تقليل الاحتكاك وضمان التشغيل السليم فحسب، بل تشمل أيضًا احتجاز بعض الجزيئات الناتجة عن المحامل الخطية أو البراغي ومنع تسربها إلى البيئة. إلا أن مادة التشحيم نفسها قد تُصبح مصدرًا للتلوث إذا تسربت إلى الغلاف الجوي. وتبرز هذه المشكلة بشكل خاص مع براغي الكرات، التي قد تتناثر منها مادة التشحيم أثناء دورانها.

تساعد موانع التسرب على إبقاء مواد التشحيم داخل المحمل الخطي أو صامولة الكرة، ولكن الأنواع منخفضة الاحتكاك وغير الملامسة - على الرغم من كونها مثالية لأنها لا تُنتج جزيئات كبيرة من تلقاء نفسها - قد تسمح بتسرب بعض مواد التشحيم. لهذا السبب، تتطلب العديد من تطبيقات غرف التنظيف استخدام مواد تشحيم معتمدة. تحتوي هذه التركيبات الخاصة على مواد خالية من (أو تحتوي على كميات أقل) من الإضافات التي تحتوي على جزيئات صلبة، مثل الألومنيوم والسيليكا وPTFE.

المواد المناسبة لغرف الأبحاث النظيفة ضرورية
تُعدّ المواد المفضلة في بيئات الغرف النظيفة هي الفولاذ المقاوم للصدأ والبولي فينيل كلوريد (PVC)، بينما يُستخدم الألومنيوم والفولاذ الكربوني بشكل أساسي في مكونات الحركة الخطية. ومع ذلك، توجد طرق لجعل الألومنيوم والفولاذ الكربوني القياسي متوافقين مع معايير الغرف النظيفة.

على سبيل المثال، تمنح عملية الأنودة للألمنيوم 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 الموجهات والبراغي المصغرة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لتطبيقات غرف الأبحاث النظيفة ذات أطوال الأشواط القصيرة والأحمال الخفيفة. وعادةً ما تُقدم النسخ المصغرة مزودةً بأختام منخفضة الاحتكاك وتحميل مسبق منخفض كخيارات قياسية، لذا فإن توليد الجسيمات فيها أقل بطبيعته من نظيراتها بالحجم الكامل.

ضع في اعتبارك أيضًا أن أدوات التثبيت غالبًا ما تكون مطلية بطبقة من أكسيد الحديد الأسود، والتي تتميز بمعدل عالٍ من تساقط الجزيئات، على الرغم من أن هذه المكونات ثابتة. بالنسبة لتطبيقات غرف الأبحاث النظيفة، يُنصح باستخدام أدوات من الفولاذ المقاوم للصدأ كلما أمكن ذلك.

أنظمة ذات احتكاك وتلامس منخفضين

إحدى طرق التخلص من العديد من المخاوف المذكورة أعلاه أو الحد منها هي استخدام مكونات وأنظمة الحركة الخطية التي تتميز بطبيعتها بأنها "نظيفة". وتشمل هذه المكونات محامل هوائية للتوجيه ومحركات خطية للتشغيل. كلا النظامين يمنعان الاحتكاك الانزلاقي أو التدحرجي، وبالتالي ينعدم الاحتكاك تقريبًا ولا ينتج عنهما أي جسيمات.

على سبيل المثال، من الناحية النظرية، لا تحتوي مرحلة المحرك الخطي المزودة بموجهات محامل هوائية على أي احتكاك، وبالتالي لا تُنتج أي جسيمات. مع ذلك، في الواقع العملي، لا تزال إدارة الكابلات تشكل مصدر قلق، لأن حركة الكابلات وحواملها قد تُنتج جسيمات. ولكن يمكن معالجة هذه المشكلة باستخدام كابلات وأنظمة إدارة كابلات مصممة خصيصًا للغرف النظيفة.

على سبيل المثال، تُقدّم بعض شركات تصنيع الكابلات منتجات ذات طبقات طلاء خاصة منخفضة الاحتكاك للحدّ من تكوّن الجزيئات، كما تُقدّم بعض شركات تصنيع مسارات الكابلات أنظمة تُقلّل من التآكل بين أجزاء السلسلة باستخدام وصلات مقاومة للتآكل. بالنسبة لأطوال الكابلات القصيرة، يُمكن للكابلات المسطحة ذاتية الدعم "بدون مسار" أن تُغني عن الحاجة إلى مسار أو حامل للكابلات.