Roles de los robots en entornos de fabricación de salas blancas

La norma ISO 14644 es la norma internacional que cubre el diseño y funcionamiento de las salas blancas, y consta de múltiples partes que describen todos los aspectos aplicables, incluyendo los materiales de construcción, la ropa de protección, las precauciones que deben tomarse a la entrada y salida, y las categorías ambientales definidas por la calidad del aire. Las clases ISO 8 y 7 son los entornos de sala blanca más comunes utilizados por las empresas industriales. La clase 7 permite 10.000 partículas de tamaño superior a 0,1 µm por metro cúbico, mientras que la clase 8 permite 100.000 partículas/m³.

La producción farmacéutica general suele tener lugar en salas blancas de clase ISO 7, así como el montaje de dispositivos médicos, equipos aeroespaciales como satélites y electrónica de automoción. Por otro lado, la clase ISO 8 es apropiada para una amplia variedad de instalaciones de fabricación y montaje de productos electrónicos sensibles. A medida que las regulaciones y los requisitos operativos en estos sectores se vuelven más estrictos, los estándares requeridos se están moviendo hacia estándares más severos como la clase 5. Por otro lado, actividades como la fabricación de semiconductores, la óptica de satélites, la biotecnología y algunos procesos de nanotecnología médica ya exigen la clase ISO 4 y superiores.

Para satisfacer las normas específicas de calidad del aire, el aire entrante se filtra para evitar que entren partículas grandes del exterior. También es importante tener en cuenta cómo los equipos y el personal pueden introducir contaminantes cuando están dentro de la sala blanca. Entre las especificaciones destinadas a prevenir este tipo de contaminación, las directrices de construcción de salas blancas exigen el uso de materiales que no desprendan partículas y que no liberen fácilmente impurezas como polvo, microbios o fibras al entorno. El acero inoxidable se utiliza a menudo por sus características de superficie no porosa, así como por su resistencia a la corrosión y al desgaste. Los polímeros no porosos y los plásticos especializados antiestáticos y de baja emisión de partículas también se utilizan eficazmente.

Reconociendo que los trabajadores humanos son una fuente importante de contaminantes no deseados, liberados por la piel y la ropa, la limpieza rigurosa y el cumplimiento de los códigos de vestimenta y el cambio de ropa en las entradas y salidas son un requisito mínimo. Alternativamente, la automatización del mayor número posible de procesos para minimizar el número de trabajadores necesarios puede aliviar los engorrosos protocolos de higiene y mejorar el entorno dentro de la sala blanca. Los robots son ideales para realizar actividades como el transporte, desembalaje, recogida y colocación de componentes, montaje de conjuntos y embalaje de productos terminados. Sin embargo, si no se diseñan cuidadosamente, también pueden emitir contaminantes no deseados en el entorno de la sala blanca.

El formato Scara suele ser la primera opción de los integradores de sistemas que buscan resolver los retos de la manipulación industrial. Para usos generales, no en salas blancas, los mecanismos accionados por correa proporcionan una resistencia y precisión aceptables a un precio asequible tanto para los pequeños fabricantes como para las grandes empresas.

En una sala blanca, las transmisiones por correa y otros componentes estándar, como los rodamientos y los actuadores, sufren un desgaste que puede emitir cantidades de partículas al entorno circundante que serían inaceptables en una sala blanca. Para solucionar esto, las máquinas Scara como los robots YK-XGC de Yamaha están especialmente diseñadas para su uso en salas blancas y contienen accionamientos duraderos sin correas que minimizan la tasa de desgaste en los mecanismos móviles. El eje Z, que suele estar expuesto en las variantes que no son para salas blancas, está cubierto con un fuelle hecho de un material que genera poco polvo (figura 1). Además, otras piezas deslizantes, así como los cojinetes y los motores, están completamente sellados para mantener los lubricantes y el polvo en el interior.

Figura 1. Scara para sala blanca diseñado con materiales que no desprenden partículas y características especiales para evitar la emisión de polvo.

De la misma manera que se prescriben materiales que no desprenden partículas hacia las paredes y otras superficies de las salas blancas, las carcasas y paneles exteriores de los robots de sala blanca están hechos de materiales como el acero inoxidable, así como policarbonatos y plásticos de baja emisión de gases o antiestáticos. Sin embargo, los materiales que no desprenden partículas no son una solución de «instalar y olvidar». Los operarios de los equipos deben cuidar adecuadamente las superficies, incluida la limpieza y el mantenimiento, para evitar que la corrosión o los daños comprometan las propiedades de no desprendimiento.

Cuando no se pueden utilizar materiales que no desprenden partículas, como en los arneses y los cables, estos se incorporan completamente dentro del robot. La succión interna, incorporada en la base del robot, proporciona protección adicional para evitar que se escapen las partículas que puedan generarse. Estos robots Scara específicos para salas blancas cumplen con la norma ISO 14644-1 para su uso en salas blancas que operan de acuerdo a las normas ISO Clase 4 y Clase 3, lo que les permite abordar algunas aplicaciones sensibles. Recientemente, han llegado nuevos robots Scara para salas blancas YK-XEC (figura x), que combinan las características de las salas blancas con principios de ahorro de costes adecuados para su uso en entornos de clase ISO 4. Estos robots están disponibles en tamaños de 400 mm a 710 mm de longitud de brazo y capacidad de carga útil de 4 kg a 10 kg. Combinan un diseño compacto para una altura total reducida con una estructura de brazo optimizada que reduce la vibración y permite una mayor velocidad de excursión que reduce significativamente el tiempo de ciclo.

Para mover objetos pesados de hasta 120 kg y más, a distancias desde 50 mm a más de dos metros, se dispone de robots de un solo eje compatibles con salas blancas construidos con acero inoxidable para la superficie de la mesa deslizante (figura 2). La sección deslizante utiliza rodamientos de rodillos para evitar la generación de polvo al minimizar la fricción. Otros mecanismos internos se lubrican con grasa especial de bajo contenido en polvo y un puerto de succión de fácil acceso facilita la purga de objetos extraños, además de evitar la emisión de polvo. En conjunto, estas características garantizan el cumplimiento de las especificaciones de limpieza de la clase ISO 3.

De manera similar, los robots cartesianos limpios XY-XC (figura 3) para entornos de clase ISO 3 presentan una construcción de acero inoxidable y están disponibles con dos, tres o cuatro ejes. Con una velocidad de traslado de hasta 1000 mm/s y aprovechando el mismo actuador de eje ZR de alta velocidad de los robots Scara, estos robots garantizan un tiempo de ciclo rápido.

El interés por las salas blancas está aumentando a medida que surgen tecnologías nuevas y avanzadas como la computación cuántica, la movilidad inteligente y el New Space, que funcionan con electrónica de precisión y alto rendimiento. La introducción de robots para automatizar los procesos de manipulación y montaje en salas blancas puede aumentar la calidad y la productividad, siempre que el equipo cumpla las normas ISO adecuadas para equipos aptos para salas blancas. Las características esenciales necesarias para cumplir estos requisitos incluyen el uso de materiales que no desprenden partículas, lubricantes con bajo contenido de polvo, mecanismos de desgaste reducido y succión para evitar que las partículas de polvo entren en el entorno de la sala blanca.