Bölüm 1: Genel Bakış
Bu makale, 15 yılı aşkın süreden beri tecrübe ettiğim Robotlu Kimyasal Dozajlama uygulamalarından elde edilen bilgi birikimi ve bu birikimi aktarma çabasıyla ve bir farkındalık yaratmak amacıyla yazılmıştır.
Makalenin yazımı ilerledikçe, konunun derinliği sebebiyle tek bir başlıkta ele almanın durumu fazla karışık hale getireceğini fark ederek, bölümler halinde yazmaya ve yayımlamaya karar verdim. Şu an okuduğunuz ilk bölüm Genel Bakış olarak ele alınmıştır. İleriki bölümler özellikle sektörlere yönelik ilerleyecektir.
Makale çok sayıda tanım içermektedir. Bir problemin çözümüne başlamadan önce problemi tanımlama gereksinimi ne kadar kesin ise prosesin ana ve alt bileşenlerinin de tanımlanması o kadar hayati önem arz eder.
Öncelikle dozajlama kavramını tanımlamak gerekir.
Dozajlama, bir kimyasalın, doğru zamanda, doğru miktar ve formda, doğru yere bırakılması prosesidir.
Her ne kadar katı (toz) ve gazların dozajlanmasından da söz edilebilecek olmasına karşın endüstriyel uygulamalarda dozajlama söz konusu olduğunda asıl bahsi geçen akışkan (sıvı) kimyasalların dozajlanması operasyonlarıdır.
Bu tanımı ikiye ayırmak doğru olacaktır.
- Doğru zaman- Doğru miktar
- Doğru form- Doğru yer
Doğru Zaman – Doğru Miktar
Endüstriyel uygulamalarda kimyasallar;
- Yapıştırma
- Yağlama
- Contalama
- Koruma vb. gibi çok değişken amaçlarla kullanılabilirler.
Yukarıdaki başlıkları her biri kendi altında çok farklı özellikler gösteren kimyasallar barındırır.
Örneğin yapıştırıcılar, içerdikleri hammaddeye göre;
- Epoksi bazlı
- Akrilik bazlı
- Poliüretan bazlı
- Silikon bazlı vb. olabileceği gibi,
Kürlenme (son mekanik özelliklerine ulaşma) şekillerine göre de ayrılırlar.
- Oda sıcaklığında kürlenenler
- Sıcakla kürlenenler
- Nem ile kürlenenler
- Belli bir gaz ile kürlenenler
- Işığın spesifik bir dalga boyu ile kürlenenler
Görüldüğü üzere, endüstriyel kimyasallar portföyü gayet karmaşık, çok parametreli bir resim ortaya çıkarmaktadır ve dozajlama proseslerinin çözümü de her zaman “çok basit” değildir.
Kimyasal dozajlama işlemi ana olarak aşağıdaki 4 başlıktan oluşur.
- Kimyasal besleme
- Kimyasalı taşıma
- Kimyasalı dozajlama
- Kimyasalı kürleme
Bu 4 başlığın her biri kendi altında çok sayıda ekipman ve yöntem barındırır.
Kimyasal Dozajlama Sistemi bileşenleri için seçim yapılmadan önce şu başlıklar dikkatle incelenmelidir.
- Kimyasalın teknik özellikleri
- Kimyasalın üzerine uygulanacağı ürünün kimyasal yapısı
- Dozajlama Sisteminin çalışacağı ortam
- Talep edilen Sertifikasyonlar
Varyasyonlar çok yüksek sayıda olup çözüm de bu sebeple deneyim ve dikkatli inceleme gerektirir.
Bu noktada tecrübelerle sabittir ki, dozajlama sistemi ya da bileşenlerini satın alırken, genel jargonlar kullanılarak satışa sunulan ürünle (silikon valfi, polietilen hortum, mastik pompası, vb.) çoğu zaman problemler silsilesini beraberinde getirecek ve çözüm yaratmak yerine çözüm ihtiyacını arttıracaktır. Keza, kimyasal dozajlama konusu, ön yargılar ile ilerlenemeyecek kadar derindir.
Örneğin, bir yapıştırma uygulamasında kullanılacak yapıştırıcıya uygun basınç tankı temin edilmesi gerektiğinde, sadece basınç tankı aramak çok vahim sonuçlar doğurabilir. Basınç tankının kimyasala temas edecek yüzeylerinde kullanılan malzeme, kullanılacak kimyasal çıkış nipelleri, vanalar, hortumların malzemesi, çapı, uzunluğu, hava geçirgenliği, basınç regülatörlerinin çalışma karakteristiği, hassasiyeti ve histeri değerleri, vb. gibi çok sayıda etmen, gerçekleştirilecek uygulamada sonuçları çok farklı yönlerde değiştirebilir ve tatmin edici sonuçlar alınmasını imkânsız hale getirebilir.
Her ne kadar bu bölümün başlığı ‘Doğru Zaman-Doğru Miktar’ olsa da sanki şu ana kadar bahsedilenler sadece ‘doğru miktar’ ile ilgili gözükmektedir. YANLIŞ!
Şu ana kadar bahsedilen parametreler, kimyasalın dozajlanma miktarını belirlediği gibi aynı zamanda, dozajlama anını da belirleyecektir. Dozajlama hattının açılması ile, kimyasalın uygulanmaya başlaması arasında geçen süre, tüm bu değişkenlere bağıntılıdır.
Kimyasalın viskozitesi tek başına ataletini (eylemsizlik) belirlemez, özkütlesinin, içinde barındırdığı dolgu maddelerinin de atalet üzerinde çok büyük rolü vardır.
Kullanılan kimyasal vafinin, pozitif etkili/negatif etkili olması, iç hacmi, sürtünme katsayısı, kimyasalın prosesi başlatma süresini belirleyeceği gibi kimyasalın dozajlama prosesini bitireceği an üzerinde de çok etkilidir.
Doğru Form – Doğru Yer
Makalenin en başında, dozajlama tanımı yaparken 2 katmanlı inceleme yapmıştık.
Şu ana kadar 1.katmanını inceleyerek “doğru zaman ve doğru miktar” üzerine eğildik.
2.katman ise “doğru form- doğru yer” incelemesi olmalıdır.
İncelediğimiz konu Robotlu Hassas Dozajlama Uygulamaları olduğundan, manuel (operatör tarafından) dozajlama tamamen konu dışı bırakılmıştır.
Kimyasal dozajlama uygulamasında kullanılacak robot türü ve karakteristiği, uygulamanın parametrelerine göre değişkenlik gösterir.
Bu parametreler;
- Dozajlama yapılacak alan büyüklüğü
- Dozajlama yapılacak nokta ya da rotanın uzaydaki pozisyonları
- Özellikle, hat dozajlamalarında, dozajlanacak formun şekli ve genişlik yükseklik hassasiyeti
1. Dozajlama yapılacak alan büyüklüğü doğal olarak, seçilecek robot çalışma alanı ile birebir alakalıdır. Ancak, kesinlikle bununla sınırlı değildir. Şöyle ki, yüksek hassasiyet gerektiren dozajlama uygulamalarında, küresel koordinatlara sahip (5-7 eksenli) robot kullanmak her zaman iyi sonuç vermeyebilir. Uzanımın limit noktaları ve merkeze yakın noktalarda oluşacak titreşimler farklılık göstereceğinden, dozajlama kalitesi de aynı şekilde farklılık gösterecektir. Yine de benzer büyük alanda yapılacak dozajlamalarda (ki burada ‘büyük’ kavramı uygulamaya göre çok farklılık gösterebilir. Bazı durumlarda 10 mm x 10 mm’lik alan bile çok büyük olabilir) konsol (cantilever) tip kartezyen robot kullanmak da aynı sebeplerden problemli sonuçlar doğurabilir.
Ek olarak, dozajlama yapılacak alan büyüdükçe, kimyasalın da daha uzun bir besleme hattı boyunca yolculuk yapması gerekecektir. Bu durumda, kimyasalı ilerleten kuvvet (basınç) ihtiyacı artacağı gibi, robotun taşıması gereken toplam kütle de artacaktır. Ayrıca, hatta daimi olarak bekleyen kimyasal miktarı fazlalaşacaktır. Bu durumda, özellikle oda sıcaklığında kürlenen kimyasallar söz konusu olduğunda, hava geçirgenliğinin minimum olduğu kimyasal hortumu seçildiğinden emin olunmalıdır. Aksi takdirde, atık miktarları artacak ve prosesin verimliği ciddi ölçüde düşecektir.
2. Eğer dozajlama yapılacak alan bir düzlem üzerinde değil ise -parçanın altına, üstüne, yan yüzeyine, içine vs. kimyasal atılması gerekiyorsa- bu durumda standart bir 3 -4 eksen kartezyen robot/ scara robot yeterli olmayacaktır.
Dolayısıyla küresel koordinatlı bir robot uygulamayı çok daha kolaylaştıracaktır. Ancak robot uzanımları, robot markalarının eksen tasarımlarındaki farklılıklar da göz önüne alındığında katalog verileri çok yanıltıcı sonuçlar ortaya çıkarabilir. En verimli yöntem, simülasyon ya da daha iyisi canlı deneme yapmak olacaktır.
Diğer bir dikkat edilmesi gereken husus ise eğer uygulama Uluslararası Uzay İstasyonunda yapılmayacaksa, ‘yerçekimi’ olmalıdır. Kullanılan kimyasal, dozajlama öncesi, dozajlama esnasında ve dozajlama sonrası yerçekimi kuvvetine maruz kalacak ve eğer uygulama yüzeyi yere paralel değil ya da baş aşağı ise çok enteresan deneyimler yaşamanıza sebep olacaktır.
3. Sürekli/ hat dozajlamalarında, kimyasalın form hassasiyeti (kalınlık, yükseklik, pozisyon, vs) önemli ise sistem seçiminin en büyük kriteri budur. Genel kanı, kimyasallara yüksek hassasiyetle form verilemeyeceği üzerine olsa da bu her zaman doğru değildir.
Örneğin, küçük bir parça boyutlarına sahip, özellikle elektronik medikal gibi sektörler, kimyasal form boyutlarında ±0.I mm’ye varan tekrarlanabilirlik talebinde bulunabilirler. Bu tolerans, standart düşünme/tasarım yapısının dışına çıkılmasını gerektirir. Öncelikle kullanılan kimyasalın teknik özellikleri başlıca değişken haline gelir. Kimyasalın;
- Yayılma karakteristiği
- Zaman içinde form, hacim değiştirme karakteristiği
- Ortam sıcaklığına/nemine olan hassasiyeti
- Farklı zamanlarda satın alınan aynı marka/model kimyasalın teknik özelliklerinin kararlılığı dikkatle incelenmelidir.
Bu son başlık enteresan gözükse de gerçekle uyuşmaktadır. Kimyasalların üretim sürecini, her zaman yemek yapmaya benzetirim. Birden çok bileşen, kontrollü ortamda karıştırılıp belli proseslerden geçirilir. Bu süreçte oluşabilecek en küçük bir farklılık, ortaya çıkan kimyasalın özelliklerinde az ya da çok değişimlere sebep olabilir. Bu değişim de dozajlama karakteristiğinin değişimine yol açar.
Bir silikon bileşiği ve gres bileşiği TDS üzerinde benzer viskozite (akışmazlık) değerine sahip olabilirler, ancak süneklikleri (uzama karakteristiği) birbirinden çok farklıdır. Süneklik bilgisi ise genelde TDS belgelerinde yer verilmeyen bir özelliktir.
Bir deneyimden yola çıkarak, farklı partilerde üretilen medikal silikonu süneklik değerindeki değişimin tüm dozajlama sistemi nasıl alt-üst ettiğini hatırlıyorum.
Düşük toleranslı (yüksek hassasiyetli) form oluşturmanın bir diğer gereksinimi ise hız kararlılığıdır. Kullanılan robotun, tanımlanan rota boyuna yüksek bir hız kararlılığına sahip olması gerekir. Dozajlama sistemi ile robot arasında geri besleme döngüsü yaratılması standart bir uygulama olmadığından, dozajlama miktarı yol boyunca robotun hızına birebir bağlıdır. Robot hızındaki en küçük bir anlık düşüş, birim alana atılan kimyasal miktarının derhal artışı anlamına gelecektir ve tersi de kesinlikle doğrudur. Bu gereksinim, lineer eksenlerde yüksek hız kararlılığına sahip motor kullanımını zorunlu kılar. Diğer yandan özellikle, kartezyen koordinatlı olmayan robotlarda, bir çizgi takip edebilmek, eksenler arası interpolasyon gerektirir ve her robotun interpolasyon becerisi de aynı değildir. İlk bakışta garip görünse de aslında farklı marka/model robotlar, düz bir çizgi üzerinde hareket edebilmek için farklı algoritmalar kullanırlar. Ayıca, interpolasyon matematiği, robotun işlemci kapasitesi, eklemlerim tasarımı, motor yapısı gibi birçok etmene de bağlı olduğundan, her robot her zaman mükemmel sonuç vermeyebilir.
Doğru form ve doğru yer başlığı sadece robota yüklenecek bir sorumluluk değildir. Tolerans değeri düştükçe, özellikle besleme sistemi (prosesin başladığı nokta) ve en uçta kullanılan dozajlama ucu(iğnesi) da (prosesin bittiği nokta) önem kazanır.
Eğer hacimsel (volümetrik) dozajlama valfi kullanılmıyor ise çok kesin bir dille söylenebilir ki basınçlı tank kullanılarak kimyasal besleme yöntemi yüksek hacimsel hassasiyetli dozajlamanın önündeki ana engellerden biridir. Hava, sıkışabilen bir medyadır. Keza, sıvılar da (kimyasallar) az miktarda da olsa, basınç altında hacim değiştirirler. Hele ki, silikon gibi içerisinde yüksek orandan hava kesecikleri bulundurabilen kimyasallar, bu hava keselerinin basınç altında küçülmesi ile ciddi miktarda hacimsel değişikliğe uğrayabilirler. Bu değişim o kadar gözle görünür olabilir ki, çay molası öncesi ve sonrası gerçekleştirilen dozajlama miktarları dahi çok ciddi farklılıklar gösterebilir.
Dozajlama Sonrası
Uygulamanın ihtiyacı olan kimyasalı, doğru miktarda, doğru formda, doğru yere, doru zamanda dozajladık. Ancak, süreç burada bitmiyor maalesef.
Geriye kalan 2 başlık var;
- Gerçekten yukarıdaki 4 doğru, gerçekten doğru mu? (Kalite Kontrol)
- Kimyasalın kürlenme süreci
Bu 2 başlık da çok sayıda parametre ve alt bilgi içerdiğinden ayrı bir makale konusu yapmak daha doğru olacaktır.
General Manager @ Pulsar Robotik A.Ş.