클린룸 애플리케이션을 위한 액츄에이터를 선정하는 방법

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제조 작업 현장에서는 올바른 액추에이터의 선택이 매우 중요하다. 스트로크 길이, 하중 용량, 가속도 및 최대 속도, 반복성 측면을 포함한 애플리케이션에 따른 여러 변수가 있기 때문이다.

클린룸 사양이 추가되면 사용 가능한 옵션의 선택이 훨씬 좁아진다. 다음의 팁들이 의료 기기, 제약, 생명 공학 및 반도체 제조 산업에서 종사하는 설계 엔지니어들에게 클린룸 애플리케이션에 적합한 액추에이터 선정 하는데 도움이 될 것이다.

필요한 청결도 수준은?

현장에선 관련 산업괴 애플리케이션에 따라 다양한 수준의 청결이 요구된다. 예를 들어, 반도체 제조는 일반적으로 실리콘 웨이퍼는 먼지에 매우 민감하기 때문에 의료 기기 제조보다 높은 청결도를 요구한다. 클린룸 표준은 특정 공기 부피 당 허용되는 먼지 입자의 양과 크기다.

US FED STD 209E(현재는 소실되었지만 여전히 널리 사용됨)에서 ClassI 클린룸은 1입방 피트 당 0.5 μm이상의 입자 1개를 허용한다. 유사하게 클래스 1,000 클린룸은 입방 피트 당 0.5 μm이상의 1,000개의 입자를 허용하는 반면 클래스 10,000 클린룸은 10,000개의 입자를 허용한다.

ISO 14644-1 표준은 1입방 미터의 공기 당 허용되는 입자의 수와 크기를 정의하지만 FED STD 209E와 동등한 수치를 가지고 있다. 예를 들어 ISO Class 3 클린룸(공기 입방 미터당 0.5 µm이상의 35개 입자 허용)은 FED STD 209E Class 1 클린룸과 동일하다. ISO 6은 클래스 1,000과 동일하다. ISO 7은 클래스 10,000을 따른다. 의료 기기 제조에는 Class 1,000 및 Class 10,000 클린룸이 일반적으로 적용된다.

액추에이터를 포함하여 클린룸에서 사용할 컴포넌트를 지정할 때는 필요한 클린룸 분류를 첫 번째 단계로 알아야 한다. 애플리케이션에서 요구하는 것보다 더 엄격한 사양을 가진 액츄에이터를 선택하면 원치않는 입자 생성에 대한 경제적 보험 역할을 한다. 즉, 클래스 1 클린룸 액추에이터는 클래스 1,000 클린룸에서 쉽게 사용할 수 있다. 반대 상황으로 인해 문제가 발생할 수 있다는 것을 유념해야 한다. 클래스 10,000 지정 액추에이터는 클래스 1 또는 클래스 1,000 클린룸에서 사용해서는 안 된다. 인증과 테스트 방법은 제조업체에 문의하면 된다.

액추에이터는 어떤 종류의 재료로 만들어 졌는가?

클린룸 환경을 위해 설계된 구성 요소 및 시스템은 사용 중에 입자를 거의 방출하지 않는 재료여야 한다. 마모가 적고 부식에 강한 스테인리스 스틸과 가스 배출이 적은 재료를 사용해야 하며 밀봉 시스템도 고려해야 한다.

캐리지 작동 중 장치 내부에서 생성된 입자가 클린룸에 들어가지 않도록 액추에이터가 단단히 밀봉되어 있는지 윤활유의 선택도 중요하다. 윤활제 및 그리스는 클린룸과 진공 환경에서 사용하도록 특별히 정해져 있어야 한다.

액추에이터로부터 입자를 어떻게 제거하는가?

클린룸 환경을 위해 설계된 액츄에이터는 일반적으로 진공시스템에 연결되어 동작 중에 발생하는 입자를 제거한다. 사용하기 쉬운 연결 포트가 있는 액츄에이터를 사용해야 한다. 일부 액츄에이터는 진공 튜빙에 간단한 연결을 위해 특수한 연결 포트를 제공하는 반면, 진공 시스템을 연결하기 위해 추가 하드웨어가 필요한 나사 구멍만 제공하기도 한다.

어떤 구동 시스템을 사용하는가?

많은 클린룸 액츄에이터에는 볼 스크류가 사용된다. 또는 다른 디자인에는 벨트 드라이브 및 랙 앤 피니언 배열이 사용된다. 볼 스크류 장치는 많은 애플리케이션에서 잘 작동하지만 벨트 구동 장치보다 스트로크 길이가 짧고 속도가 느리다. 볼 스크류 설계는 일반적으로 1m/sec의 속도로 제한된다. 속도와 스트로크 길이가 증가함에 따라 볼 스크류액츄에이터는 유사한 벨트 구동 장치보다 훨씬 많은 입자를 생성한다.

자체 디자인으로 인한 볼스크류 액츄에이터는 일반적으로 벨트 구동 장치만큼 완전히 밀봉되지 않아 미립자가 클린룸 환경으로 배출된다. 반대로 내장형 벨트 구동식 액추에이터는 5m/s의 속도와 수 미터의 스트로크 길이에서도 입자를 거의 생성하지 않는다. 벨트 구동식 장치 내부에서 생성된 적은 입자는 적절한 진공 흡입을 하면 쉽게 제거된다.

공압 실린더 구동 액츄에이터가 또 다른 옵션이지만 이 설계에는 장치를 구동하기 위해 양압이 필요하므로 클린룸으로 더 많은 입자가 방출 될 수 있다. 더 긴 스트로크와 더 빠른 속도, 더 적은 입자가 필요한 애플리케이션의 경우 벨트 구동 액추에이터가 다른 설계보다 적합하다.

포지셔닝 반복도는 어느 정도인가?

액추에이터를 사용하는 대부분의 클린룸에서는 50 µm까지의 반복도가 인정된다.

의료 기기 제조에서 단일 사용 기기는 한 작업 지점에서 다른 작업 지점의 작업자에게로 이동되어 또 다른 조립 작업을 완료한다. 액츄에이터를 일종의 컨베이어로 사용하면 작업자가 반복적인 작업으로 인한 안전사고를 피하면서 수동 작업에 속도와 효율성을 제공할 수 있다. 보다 정확한 포지셔닝이 필요한 작업의 경우의 리니어엔코더 추가 옵션에 대해서는 액추에이터 공급 업체에 문의하면 된다.

액추에이터를 어떻게 사용하는가?

린(lean) 제조 원칙이 자동차에서 의료 기기 제조 엔지니어를 포함한 많은 다른 산업으로 발전함에 따라 엔지니어들은 생산 공정을 보다 효율적으로 만드는 방법을 찾고 있다. 부품 헨들링 장비와 관련되는 분야에서는 조립 공간과 워크 스테이션 내에 액추에이터를 전략적으로 배치함으로써 작업자의 움직임을 최소화하여 피로를 줄이고 사이클 시간을 늘릴 수 있다.

목표는 부품 이동과 관련된 일부 수작업을 자동화하여 궁극적으로 일회용 주사기부터 복잡한 진단 장비에 이르기까지 의료 생산의 처리량을 높이는 것이다.
전환 시간도 효과를 볼 수 있다. 다양한 장치를 조립하기 위해 재구성해야 하는 벤치 탑 워크 스테이션을 생각해보면 이런 상황에서는 조립 작업자가 쉽게 이동할 수 있는 경량의 소형 구성 요소를 사용하는 것이 좋다. 알루미늄 프로파일의 벨트 구동식 액추에이터는 번거로운 볼 스크류 액추에이터에 비해 운반과 재구성이 훨씬 더 용이하다.

자료 제공: ROLLON(www.rollon.com)