Есть ли лучший способ сварки носимых медицинских компонентов?

2 ноября 2022 г. Автор: Сеть участников MDO

Шприцевые фильтры содержат тонкие мембраны, которые, если их повредить во время сборки, сделают их бесполезными. [Фото любезно предоставлено Эмерсоном]

Дэвид Дивайн, Брэнсон, подразделение сварки и сборки, медицинское подразделение Emerson

Технологии и рыночный спрос подталкивают дизайнеров и производителей к созданию медицинских устройств, которые становятся все меньше и компактнее. Тенденция к миниатюризации особенно актуальна в отношении носимых устройств, используемых для доставки лекарств и наблюдения за пациентами. Сборка этих пластиковых компонентов, особенно с крошечными фильтрами, которые часто используются в носимых устройствах, представляет собой особую проблему.

Существует множество вариантов соединения пластмасс, включая ультразвуковую сварку, лазерную сварку, а также процессы крепления и обжатия, в которых используются ультразвуковые или термические технологии. Однако растущая миниатюризация означает, что собираемые детали могут быть весьма хрупкими и требовать предельной осторожности, чтобы не допустить повреждений во время сварки или крепления.

Фильтрующий материал, используемый в медицинских целях, обычно изготовленный из таких полимеров, как нетканый полипропилен (ПП) или полиэтилентерефталат (ПЭТ), обычно герметизирован в пластиковой рамке или корпусе. В то время как более крупное устройство может содержать фильтры диаметром дюйм или более и толщиной 0,010 дюйма или более, конструкции в носимых устройствах могут иметь диаметр всего 0,1–0,25 дюйма и толщину 0,005 дюйма или меньше. Большинство производителей, если бы могли, использовали бы ультразвуковую сварку, поскольку она быстрая, контролируемая и экономичная. Однако вибрация, которую он создает, в некоторых случаях может повредить тонкие или хрупкие мембраны фильтра. Даже эквивалент точечного отверстия сделает фильтры бесполезными.

Чтобы избежать повреждений, производители миниатюрных фильтров и подобных продуктов ищут альтернативу ультразвуку и все чаще рассматривают термические процессы. Можно спроектировать термоинструмент для подачи тепла и давления по всей окружности фильтра, прикрепляя его к корпусу за один этап. Поскольку термическая герметизация является невибрационным процессом, она исключает риск образования микропор в фильтре. В результате получается качественная пломба.

Традиционная стационарная термосварка в этом отношении работает нормально. Производитель может производить термогерметики относительно быстро и с низкими затратами, без необходимости трудоемкого механического крепления, дорогостоящих процессов клеевого крепления или ультразвуковой вибрации. Но у этого процесса есть свои недостатки с точки зрения повторяемости от цикла к циклу и контроля процесса. По мере развития конструкций и сборки в новейшие устройства более деликатных компонентов производители обнаружили, что термическое крепление имеет некоторые технические ограничения и ограничения по управлению.

Новый подход Emerson под названием PulseStake решает многие из этих проблем. Было продемонстрировано, что технология PulseStake работает так же хорошо или даже лучше, чем существующие термические процессы в устойчивом состоянии, и ее легко применять даже для самых деликатных фильтров. Он может работать с несколькими близко расположенными элементами на геометрически сложных деталях, в том числе со сложными углами и плоскостями, и может создавать соединения с более широким спектром пластмасс, чем традиционная термофиксация.

Насадки PulseStakeing, оснащенные как для нагрева, так и для охлаждения, точно контролируют температуру наконечника и уплотнения до завершения каждого уплотнения. [Иллюстрация любезно предоставлена ​​Emerson]

Такая последовательность операций гораздо более контролируема, чем у обычного теплового агрегата. При установившейся термосварке инструмент всегда находится под напряжением, тратя тепловую энергию и создавая больший углеродный след. Помимо этого, процесс ставок никогда не находится в стабильном состоянии. Каждый цикл отбирает тепло из инструмента, которое затем необходимо восстановить перед следующим циклом. Если в процесс не заложено достаточное время разогрева, температура сварного шва может меняться, и один или два градуса могут означать разницу между хорошей деталью и ломом.

С другой стороны, в PulseStakeing наконечники проходят цикл многократного нагрева, охлаждения и интервалов паузы или «выдержки», чтобы предотвратить перегрев и точно контролировать температуру наконечника и уплотнения до завершения каждого уплотнения. Таким образом, стабильность цикла не зависит от температуры инструмента в начале цикла.