Temiz oda ortamları için mobil robotlar

Temiz oda uygulamalarına yönelik sürücüsüz taşıma sistemleri veya mobil robotlar hâlâ bir ölçüde egzotik bir statüye sahiptir. Ancak pazar büyümektedir. İster yarı iletken üretiminde, ister ilaç veya medikal teknolojiler alanında olsun, mobil robotlar hassas üretim ortamlarında malzeme taşımacılığını kökten değiştirebilir – burada sunulan örneklerin de gösterdiği gibi.

Toz, polen, asılı partiküller, aerosoller… Sağlıklı ve sözde saf dağ havasının yalnızca bir metreküpünde bile 10 milyona kadar yabancı partikül ölçülebilir. Buna karşılık, ISO temiz oda sınıfına bağlı olarak, yarı iletken veya ilaç üretim ortamlarında bir metreküp hava içinde tespit edilebilen tek parçacıklar 20–30 µm aralığındadır. Bu saflık düzeyi gereklidir; çünkü tek bir partikül bile bir mikroçipin işlevini ya da bir ilacın etkinliğini olumsuz etkileyebilir. Yarı iletken üretiminde kabul edilebilir sınırın, insan saçının çapının yaklaşık binde birine karşılık gelen 100 nm’den küçük yapılar olması düşünüldüğünde, bu hiç de şaşırtıcı değildir.

Temiz oda ortamlarında üretilen çok sayıda ürünün pazarı büyümektedir. Buna örnek olarak, her akıllı telefonda ve otomobilde, ayrıca neredeyse tüm ev aletlerinde bulunan wafer’lar ve mikroçipler verilebilir; bunlar çoğu zaman ekranlar veya dokunmatik paneller gibi diğer hassas bileşenlerle birlikte kullanılır.

Bu alanda temizlik son derece önemli olduğundan, yarı iletken üretiminde kullanılan ekipmanların kendisi bile temiz oda koşullarında üretilmek zorundadır. Ayrıca, örneğin wafer baskısı için kullanılan komple litografi sistemleri 100 tonun üzerinde ağırlığa sahip olabildiğinden, sistem bileşenlerinin “temiz” bir şekilde kurum içi taşınması da mutlaka sağlanmalıdır. Bu amaçla Stäubli, yarı iletken üretim ekipmanları alanında önde gelen iki üretici ile iş birliği yaparak, 24 tona kadar taşıma kapasiteli ağır hizmet tipi mobil robotlar geliştirmiştir.

Temiz odalarda mobil robotların kullanılmasının temel nedeni, otomotiv sektörü ve bu teknolojiyi uzun süredir yaygın olarak kullanan diğer alanlardan farklıdır. Burada mesele süreç sürekliliği veya otomasyon değildir. Asıl amaç, temiz odalarda her zaman potansiyel bir kontaminasyon kaynağı olan personelle teması azaltmaktır. Mobil robot üretim alanını hiç terk etmediği için en küçük kirletici partikülleri bile ortama taşımaz. Aşınma sonucu ortaya çıkabilecek döküntü riski nedeniyle, köprülü vinçler de temiz oda üretimi için uygun değildir. Bu nedenle ağır ekipmanlar ve bileşenleri zemin seviyesinde, örneğin sürücüsüz platform araçlarıyla taşınmak zorundadır.

Stäubli, bu büyüyen iş segmenti için özel bir üretim alanı kurmuştur – başlangıçta üretim alanı içinde basit bir çadır olarak, bugün ise ayrı bir salonda bağımsız bir temiz oda üretim tesisi olarak faaliyet göstermektedir. Bu özel alanın oluşturulması, uygun malzeme ve bileşenlerin seçimi ve kalifikasyonunu da içeren, temiz oda uyumlu mobil robotların geliştirilmesi sırasında gereken yoğun mühendislik ve tasarım çalışmalarıyla karşılaştırıldığında görece daha basit olmuştur.

“Temiz oda mobil robotlarının kullanıcıları bize son derece kapsamlı temizlik gereksinimleri sunuyor. Gerekli malzemelerin birçoğu halihazırda test edilmiş durumda, ancak her zaman – genellikle plastik olan – şartnamelerde yer almayan bazı malzemeler bulunuyor ve bunları ayrıntılı şekilde test etmek zorunda kalıyoruz,” diyor Stäubli Proje Yöneticisi Fabian Forster. Bu testler, bileşenlerin tüm kullanım ömürleri boyunca gaz salımı (outgassing) ile mobil robotların çalışması sırasında oluşan aşınmayı kapsıyor. Elbette her testin ayrıntılı olarak belgelenmesi gerekiyor.

Testlerin ne kadar detaylı olduğunu iki örnek açıkça gösteriyor. Stäubli Proje Yöneticisi Elena Baunoch şöyle açıklıyor: “Elektrik kablolarının kılıfları yüzey işlemlerine tabi tutulmak zorunda; yani tavlanmalı ya da temiz oda uyumlu körükler veya ısıyla daralan makaronlarla kaplanmalıdır. Ayrıca, vida bağlantılarının gevşetilmesi ve sıkılması sırasında aşınma meydana gelebileceği için, burada da onaylı malzemeler kullanmak ya da her bir malzeme kombinasyonunu kapsamlı şekilde test etmek zorundayız.”

İlk iki temiz oda mobil robotu projesinde gerçekleştirilen bu testler ile ilgili dokümantasyon ve koordinasyon çalışmaları, bir çalışanın altı ay boyunca tam zamanlı olarak bu projelerle ilgilenmesini gerektirdi. Stäubli Mobil Robotlar Global Başkanı Jan Louwen, harcanan zaman ve emeğin karşılığını vereceğine inanıyor: “Üretim teknolojisi kadar organizasyon ve uzmanlık açısından da artık o kadar ilerlemiş durumdayız ki, sonraki projeleri çok daha az çaba ve daha kısa teslim süreleriyle yönetebiliyoruz.”

Personel ve malzeme kilidiyle ayrılmış temiz oda üretim alanında çalışan ekipler, bu son derece gelişmiş mobil robotları özel koşullar altında üretmek için de yerleşik rutinler geliştirmiştir; temiz oda kıyafetleri giymekte ve temiz oda uyumlu aletler kullanmaktadırlar.

Temiz oda ortamlarında üretilen çok sayıda ürünün pazarı büyümektedir. Buna örnek olarak, her akıllı telefon ve otomobilde, ayrıca neredeyse tüm ev aletlerinde bulunan wafer’lar ve mikroçipler gösterilebilir; bunlar çoğu zaman ekranlar veya dokunmatik paneller gibi diğer hassas bileşenlerle birlikte kullanılır.

Bu alanda temizlik son derece önemli olduğundan, yarı iletken üretiminde kullanılan ekipmanların kendisi bile temiz oda koşullarında üretilmelidir. Ayrıca, örneğin wafer baskısı için kullanılan komple litografi sistemleri 100 tonun üzerinde ağırlığa ulaşabildiğinden, sistem bileşenlerinin kurum içi “temiz” taşınması da güvence altına alınmalıdır. Bu amaçla Stäubli, yarı iletken üretim ekipmanları alanında önde gelen iki üreticiyle iş birliği yaparak, 24 tona kadar taşıma kapasiteli ağır hizmet tipi mobil robotlar geliştirmiştir.

Temiz odalarda mobil robot kullanımının temel nedeni, otomotiv sektörü ve bu teknolojiyi uzun süredir yoğun şekilde kullanan diğer sektörlerden farklıdır. Buradaki amaç süreç sürekliliği veya otomasyon değildir; esas hedef, temiz odalarda her zaman potansiyel bir kontaminasyon kaynağı olan insan teması­ nı en aza indirmektir. Mobil robot üretim alanını hiç terk etmediği için en küçük kirletici partikülleri bile ortama taşımaz. Aşınma sonucu oluşabilecek parçacık riski nedeniyle, köprülü vinçler de temiz oda üretiminde uygun bir seçenek değildir. Bu nedenle ağır ekipmanlar ve bileşenleri zemin seviyesinden, örneğin sürücüsüz platform araçlarıyla taşınmak zorundadır.

Stäubli tarafından teslim edilen ilk iki temiz oda mobil robotu, ISO 7 sınıfı temiz oda ortamlarında 24 tona kadar ağırlığa sahip ekipman bileşenleri ve modüllerini taşımak ve/veya bunları bileşen montajından nihai montaja aktarmak için kullanılmaktadır. Bu taşıma işlemleri yüksek güvenilirlikte, titreşimsiz ve her şeyden önemlisi herhangi bir kontaminasyon oluşturmadan gerçekleştirilmektedir. Mobil robotlar uzaktan kumanda ile çalıştırılmaktadır. İlk iki müşteriden biri, iki mobil robotun kontrol ünitelerini master–slave modunda birleştirerek bir aracın diğerini takip etmesini sağlamaktadır.

Kullanıcı açısından bakıldığında, yeni malzeme akış konsepti net avantajlar sunmaktadır; nitekim her iki müşteri de Stäubli’ye ilave ağır hizmet tipi mobil robot siparişi vermiştir.From a user perspective, the new material flow concept brings clear advantages, as is evidenced by the fact that both customers have already ordered additional heavy-duty mobile robots from Stäubli.

Stäubli, yarı iletken üretiminin yanı sıra temiz oda mobil robotları için yeni uygulama alanları açmayı planlamaktadır. Louwen, “Uzmanlık bilgisi ve benzersiz bir pazar konumu edindik; bunu diğer kullanıcı endüstrilerine de aktaracağız” diyor. Bu aşamada odak noktası ilaç endüstrisi olacak. Ancak bu sektörde, ağır hizmet tipi mobil robotlardan ziyade palet ve konteyner taşımaya yönelik mobil robot filolarına daha fazla talep bulunmaktadır.

Stäubli ayrıca bu sektörde daha da zorlu başka bir uygulama alanını da gündemine almıştır. Stäubli’nin Bayreuth’taki Robotics ekibine tahrik ve döner ünite sağladığı HelMo mobil robot sistemi, ilaç üretiminin tamamen farklı alanlarında elleçleme görevlerini üstlenebilir. Burada da insansız üretim, gereksiz partikül emisyonlarını önler ve temiz oda ortamındaki süreçleri basitleştirir. Stäubli bu konsepti sektöre sunacaktır. Bunun için HelMo mobil robotunun yalnızca temiz oda kullanımına uygun şekilde donatılması gerekmektedir; bu da Stäubli’nin halihazırda sahip olduğu bir uzmanlık alanıdır.

Text: Ralf Högel