¿Hay una mejor manera de soldar componentes médicos portátiles?

2 de noviembre de 2022 By MDO Contributors Network

Los filtros de jeringa contienen membranas delgadas que, si se dañan durante el montaje, las inutilizarían. [Foto cortesía de Emerson]

David Devine, Branson Welding and Assembly, médico en Emerson

La tecnología y la demanda del mercado están empujando a los diseñadores y fabricantes a crear dispositivos médicos cada vez más pequeños y compactos. La tendencia a la miniaturización es especialmente cierta en los dispositivos portátiles que se utilizan para la administración de fármacos y el control de pacientes. Ensamblar estos componentes de plástico, especialmente aquellos con filtros diminutos que se usan con frecuencia en dispositivos portátiles, presenta desafíos especiales.

Hay muchas opciones para unir plásticos, incluida la soldadura ultrasónica, la soldadura láser y los procesos de replanteo y estampación que utilizan tecnología ultrasónica o térmica. Sin embargo, la creciente miniaturización significa que las piezas a ensamblar pueden ser bastante frágiles y requieren el máximo cuidado para evitar daños durante la soldadura o el remachado.

Los medios filtrantes que se utilizan en aplicaciones médicas, generalmente hechos de polímeros como polipropileno no tejido (PP) o tereftalato de polietileno (PET), generalmente están sellados en un marco o carcasa de plástico. Mientras que un dispositivo más grande puede acomodar filtros que tienen una pulgada o más de diámetro y 0,010 pulgadas o más de grosor, las estructuras en los dispositivos portátiles pueden tener solo 0,1 a 0,25 pulgadas de diámetro y 0,005 pulgadas o menos de grosor. La mayoría de los fabricantes utilizarían la soldadura ultrasónica si pudieran porque es rápida, controlable y económica. Sin embargo, la vibración que introduce puede, en algunos casos, dañar las membranas filtrantes delgadas o frágiles. Incluso el equivalente a un agujero de alfiler haría que los filtros fueran inútiles.

Para evitar daños, los fabricantes de filtros en miniatura y productos similares buscan alternativas a los ultrasonidos y consideran cada vez más los procesos térmicos. Es posible diseñar herramientas térmicas para aplicar calor y presión alrededor de toda la circunferencia de un filtro, uniéndolo a su alojamiento en un solo paso. Dado que el sellado térmico es un proceso no vibratorio, elimina el riesgo de crear agujeros en el filtro. El resultado es un sello de alta calidad.

El sellado térmico tradicional de estado estable funciona bien en este sentido. Un fabricante puede producir sellos térmicos con relativa rapidez y bajo costo, sin la necesidad de una sujeción mecánica que requiere mucha mano de obra, costosos procesos de sujeción con adhesivos o la vibración de los ultrasonidos. Pero el proceso tiene sus inconvenientes en términos de repetibilidad ciclo a ciclo y control del proceso. A medida que los diseños evolucionan y los componentes más delicados se ensamblan en los dispositivos más nuevos, los fabricantes han descubierto que el replanteo térmico tiene algunas limitaciones técnicas y de control.

Un enfoque más nuevo de Emerson, llamado PulseStaking, aborda muchas de estas preocupaciones. Se ha demostrado que la tecnología PulseStake funciona igual o mejor que los procesos térmicos de estado estacionario existentes, y es fácilmente aplicable incluso para las aplicaciones de filtrado más delicadas. Puede funcionar con múltiples funciones muy próximas entre sí en piezas geométricamente complejas, incluidas aquellas con ángulos y planos complicados, y puede crear uniones en una gama más amplia de plásticos que el replanteo térmico tradicional.

Equipadas tanto para calefacción como para refrigeración, las puntas PulseStaking manejan con precisión la temperatura de la punta y del sello hasta que se completa cada sello. [Ilustración cortesía de Emerson]

Esta secuencia de operaciones es mucho más controlable que la de una unidad térmica convencional. En el sellado térmico de estado estable, la herramienta siempre está energizada, desperdiciando energía térmica y creando una mayor huella de carbono. Más allá de eso, el proceso de replanteo nunca se encuentra realmente en un estado estable. Cada ciclo extrae calor de la herramienta, que luego debe restaurarse antes del próximo ciclo. Si no se incluye suficiente tiempo de recalentamiento en el proceso, la temperatura de soldadura puede variar, y uno o dos grados pueden significar la diferencia entre una pieza buena y una chatarra.

En PulseStaking, por otro lado, las puntas pasan por un ciclo de múltiples intervalos de calentamiento, enfriamiento y pausa o "permanencia" para evitar el sobrecalentamiento y administrar con precisión la temperatura de la punta y el sello hasta que se completa cada sello. Por lo tanto, la consistencia del ciclo no depende de la temperatura de la herramienta al comienzo del ciclo.

Los volúmenes asociados con la mayoría de los dispositivos médicos, incluidos los portátiles, suelen ser de cientos de millones. En consecuencia, es probable que las líneas de fabricación estén altamente automatizadas. Las aplicaciones médicas, como el sellado de medios filtrantes en una carcasa para un dispositivo médico portátil, suelen implicar procesos de fabricación complejos. Después del sello del filtro, es probable que haya pruebas posteriores, como un control de calidad de visión artificial. En última instancia, habrá procesos adicionales para instalar el elemento de filtro en el componente más grande. Por lo tanto, la consistencia del ciclo y el control de la temperatura se vuelven críticos para la eficiencia y repetibilidad de cualquier proceso de múltiples pasos de alta velocidad. La variabilidad en el proceso de sellado dará como resultado un mayor desperdicio y riesgo de un producto defectuoso, además de mayores tiempos de ciclo.

La automatización también puede requerir la personalización del proceso PulseStaking para una aplicación específica. Las puntas de calentamiento están disponibles en muchas formas estándar y personalizadas, y pueden operarse individualmente o, si lo requieren los tiempos de ciclo y producción, densamente agrupadas en herramientas más grandes que pueden realizar múltiples operaciones a la vez. Además, las características de calentamiento localizado de cada punta, como se indicó anteriormente, permiten operaciones de sellado en superficies complejas o en ángulo, muy cerca de componentes sensibles al calor, como placas de circuitos impresos, e incluso pueden llegar a cavidades profundas u otros lugares de difícil acceso. -áreas de acceso sin riesgo de calentamiento radiante no deseado, incluso si las herramientas o las puntas pasan muy cerca de superficies no deseadas o componentes sensibles al calor.

A medida que los dispositivos médicos continúan evolucionando, volviéndose más complejos y compactos, las tecnologías de unión que pueden acomodar componentes pequeños, delgados y delicados, como los elementos de filtro, se vuelven cada vez más importantes.

David Devine es gerente de desarrollo comercial, Médico, Branson Welding and Assembly en Emerson. [Foto cortesía de Emerson]

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