Existe uma maneira melhor de soldar componentes vestíveis médicos?

2 de novembro de 2022 Por MDO Contributors Network

Os filtros de seringa contêm membranas finas que, se danificadas durante a montagem, os tornariam inúteis. [Foto cortesia de Emerson]

David Devine, Branson Welding and Assembly, Medical at Emerson

A tecnologia e a demanda do mercado estão levando designers e fabricantes a criar dispositivos médicos cada vez menores e mais compactos. A tendência de miniaturização é especialmente verdadeira para dispositivos vestíveis usados ​​para administração de medicamentos e monitoramento de pacientes. A montagem desses componentes de plástico, especialmente aqueles com filtros minúsculos que são frequentemente usados ​​em dispositivos vestíveis, apresenta desafios especiais.

Existem muitas opções para unir plásticos, incluindo soldagem ultrassônica, soldagem a laser e processos de estaqueamento e estampagem que usam tecnologia ultrassônica ou térmica. No entanto, o aumento da miniaturização significa que as peças a serem montadas podem ser bastante frágeis e exigir o máximo cuidado para evitar danos durante a soldagem ou estaqueamento.

O meio filtrante usado em aplicações médicas — geralmente feito de polímeros como polipropileno não tecido (PP) ou tereftalato de polietileno (PET) — geralmente é selado em uma estrutura ou caixa de plástico. Embora um dispositivo maior possa acomodar filtros com uma polegada ou mais de diâmetro e 0,010 pol. ou mais de espessura, as estruturas em wearables podem ter apenas 0,1–0,25 pol. A maioria dos fabricantes usaria a soldagem ultrassônica se pudesse porque é rápida, controlável e econômica. No entanto, a vibração que introduz pode, em alguns casos, danificar membranas filtrantes finas ou frágeis. Mesmo o equivalente a um orifício tornaria os filtros inúteis.

Para evitar danos, os fabricantes de minifiltros e produtos similares buscam alternativas ao ultrassom e consideram cada vez mais os processos térmicos. É possível projetar ferramentas térmicas para aplicar calor e pressão em toda a circunferência de um filtro, ligando-o ao seu invólucro em uma única etapa. Como a vedação térmica é um processo não vibratório, ela elimina o risco de criar furos no filtro. O resultado é uma vedação de alta qualidade.

A vedação térmica de estado estacionário tradicional funciona bem a esse respeito. Um fabricante pode produzir selos térmicos com relativa rapidez e baixo custo, sem a necessidade de fixação mecânica intensiva, processos caros de fixação adesiva ou vibração de ultrassom. Mas o processo tem suas armadilhas em termos de repetibilidade ciclo a ciclo e controle de processo. À medida que os projetos evoluem e os componentes mais delicados são montados nos dispositivos mais novos, os fabricantes descobriram que o estaqueamento térmico apresenta algumas limitações técnicas e de controle.

Uma abordagem mais recente da Emerson, chamada PulseStaking, aborda muitas dessas preocupações. Demonstrou-se que a tecnologia PulseStaking funciona tão bem ou melhor do que os processos térmicos de estado estacionário existentes, e é prontamente aplicável até mesmo para as aplicações de filtro mais delicadas. Ele pode trabalhar com vários recursos espaçados em peças geometricamente complexas, incluindo aquelas com ângulos e planos complicados, e pode criar ligações em uma gama mais ampla de plásticos do que o estaqueamento térmico tradicional.

Equipadas para aquecimento e resfriamento, as pontas PulseStaking gerenciam com precisão a temperatura da ponta e do selo até que cada selo seja concluído. [Ilustração cortesia de Emerson]

Esta sequência de operações é muito mais controlável do que a de uma unidade térmica convencional. Na vedação térmica de estado estacionário, a ferramenta está sempre energizada, desperdiçando energia térmica e criando uma pegada de carbono maior. Além disso, o processo de estaqueamento nunca está realmente em um estado estacionário. Cada ciclo extrai calor da ferramenta, que precisa ser restaurada antes do próximo ciclo. Se o tempo de reaquecimento suficiente não for incorporado ao processo, a temperatura da solda pode variar e um ou dois graus pode significar a diferença entre uma peça boa e uma sucata.

No PulseStaking, por outro lado, as pontas passam por um ciclo de múltiplos aquecimentos, resfriamentos e intervalos de pausa ou "permanência" para evitar o superaquecimento e gerenciar com precisão a temperatura da ponta e do selo até que cada selo seja concluído. Assim, a consistência do ciclo não depende da temperatura da ferramenta no início do ciclo.