Esiste un modo migliore per saldare componenti indossabili medicali?

2 novembre 2022 Di Rete di contributori MDO

I filtri delle siringhe contengono membrane sottili che, se danneggiate durante il montaggio, li renderebbero inutilizzabili. [Foto per gentile concessione di Emerson]

David Devine, Branson Saldatura e assemblaggio, Medical presso Emerson

La tecnologia e la domanda del mercato stanno spingendo progettisti e produttori a creare dispositivi medici sempre più piccoli e compatti. La tendenza alla miniaturizzazione è particolarmente vera per i dispositivi indossabili utilizzati per la somministrazione di farmaci e il monitoraggio dei pazienti. L’assemblaggio di questi componenti in plastica, in particolare quelli con minuscoli filtri che vengono spesso utilizzati nei dispositivi indossabili, presenta sfide particolari.

Esistono numerose opzioni per unire la plastica, tra cui la saldatura a ultrasuoni, la saldatura laser e i processi di picchettamento e pressatura che utilizzano la tecnologia ad ultrasuoni o termica. Tuttavia, la crescente miniaturizzazione fa sì che le parti da assemblare possano essere piuttosto fragili e richiedere la massima cura per evitare danni durante la saldatura o la picchettatura.

Il media filtrante utilizzato nelle applicazioni mediche, generalmente costituito da polimeri come polipropilene non tessuto (PP) o polietilene tereftalato (PET), è solitamente sigillato in un telaio o alloggiamento in plastica. Mentre un dispositivo più grande può ospitare filtri di un pollice o più di diametro e 0,010 pollici o più di spessore, le strutture dei dispositivi indossabili potrebbero avere solo 0,1-0,25 pollici di diametro e 0,005 pollici o meno di spessore. La maggior parte dei produttori utilizzerebbe la saldatura a ultrasuoni se potesse perché è veloce, controllabile ed economica. Tuttavia, la vibrazione che introduce può, in alcuni casi, danneggiare le membrane filtranti sottili o fragili. Anche l’equivalente di un foro stenopeico renderebbe inutili i filtri.

Per evitare danni, i produttori di filtri miniaturizzati e prodotti simili cercano alternative agli ultrasuoni e prendono sempre più in considerazione i processi termici. È possibile progettare attrezzature termiche per applicare calore e pressione attorno all'intera circonferenza di un filtro, collegandolo al suo alloggiamento in un unico passaggio. Poiché la sigillatura termica è un processo senza vibrazioni, elimina il rischio di creare fori di spillo nel filtro. Il risultato è un sigillo di alta qualità.

La tradizionale sigillatura termica a stato stazionario funziona bene a questo riguardo. Un produttore può produrre guarnizioni termiche in tempi relativamente brevi e a basso costo, senza la necessità di un fissaggio meccanico ad alta intensità di manodopera, di costosi processi di fissaggio adesivo o della vibrazione degli ultrasuoni. Ma il processo presenta le sue insidie ​​in termini di ripetibilità ciclo per ciclo e di controllo del processo. Man mano che i progetti si evolvono e i componenti più delicati vengono assemblati nei dispositivi più nuovi, i produttori hanno scoperto che il picchettamento termico presenta alcune limitazioni tecniche e di controllo.

Un nuovo approccio di Emerson, chiamato PulseStaking, affronta molte di queste preoccupazioni. È stato dimostrato che la tecnologia PulseStaking funziona altrettanto bene o meglio dei processi termici a stato stazionario esistenti ed è facilmente applicabile anche per le applicazioni di filtraggio più delicate. Può funzionare con più elementi ravvicinati su parti geometricamente complesse, comprese quelle con angoli e piani altrimenti difficili, e può creare legami su una gamma più ampia di plastiche rispetto alla tradizionale picchettatura termica.

Dotati sia di riscaldamento che di raffreddamento, i puntali PulseStaking gestiscono con precisione la temperatura della punta e della sigillatura fino al completamento di ciascuna sigillatura. [Illustrazione per gentile concessione di Emerson]

Questa sequenza di operazioni è molto più controllabile di quella di un'unità termica convenzionale. Nella sigillatura termica a stato stazionario, lo strumento è sempre energizzato, sprecando energia termica e creando un'impronta di carbonio maggiore. Oltre a ciò, il processo di puntata non è mai veramente ad uno stato stazionario. Ogni ciclo sottrae calore allo strumento, che deve quindi essere ripristinato prima del ciclo successivo. Se nel processo non è previsto un tempo di riscaldamento sufficiente, la temperatura di saldatura può variare e uno o due gradi possono fare la differenza tra una parte buona e uno scarto.

Nel PulseStaking, invece, i puntali passano attraverso un ciclo di più intervalli di riscaldamento, raffreddamento e pausa o "sosta" per prevenire il surriscaldamento e gestire con precisione la temperatura del puntale e della sigillatura fino al completamento di ogni sigillatura. Pertanto, la coerenza del ciclo non dipende dalla temperatura dell'utensile all'inizio del ciclo.