Почему датчик потока, сваренный ультразвуком, имел решающее значение для конструкции вентилятора

Дидье Перре

17 августа 2023 г.

15:00

Дидье Перре, менеджер по развитию медицинского бизнеса подразделения Branson Welding and Assembly компании Emerson, объясняет роль, которую датчики потока, сваренные ультразвуковой сваркой, играют в аппаратах ИВЛ Hamilton Medical.

Hamilton Medical производит интеллектуальные вентиляционные решения для отделений интенсивной терапии и транспортных средств интенсивной терапии. Чтобы удовлетворить растущий спрос на аппараты ИВЛ во время пандемии COVID-19, компания Hamilton Medical при поддержке местной команды General Motors открыла новую площадку по производству аппаратов ИВЛ в Рино, штат Невада, США.

За четыре месяца новый цех Hamilton Medical перешел от голого пола к полноценному производству, поставив первые из тысяч аппаратов ИВЛ HAMILTON-T1, приобретенных по контракту Министерством здравоохранения и социальных служб США в сентябре 2020 года.

С 1983 года проксимальный датчик потока является центральным элементом всех аппаратов ИВЛ Hamilton Medical. Он предоставляет ценные данные непосредственно из отверстия дыхательных путей пациента. Датчик должен быть способен обнаруживать даже малейшие изменения давления, которые сигнализируют о попытках пациента дышать естественным путем, подстраиваясь под собственный процесс вдоха пациента, чтобы комфортно поддерживать его необходимым объемом насыщенного кислородом воздуха.

Успешное массовое производство высокотехнологичных и чрезвычайно точных датчиков потока из одноразовых компонентов было непростой задачей; это поставило перед Hamilton Medical серьезные проблемы с проектированием, сборкой и стоимостью. К счастью, компания уже вложила средства в многолетние усилия по проектированию и разработке в Швейцарии, сотрудничая с Emerson и местными производителями оборудования для создания и проверки автоматизированных систем для сборки полностью пластиковых датчиков потока с использованием технологии ультразвуковой сварки Branson. Ультразвуковая сварка сочетает в себе высокочастотную вибрацию и силу сжатия для создания фрикционного нагрева и целенаправленного плавления на границе сопрягаемых термопластических деталей, что позволяет им надежно соединить. Этот процесс хорошо подходит для сборки датчика потока, поскольку он практически исключает риск нагрева, механического воздействия или загрязнения хрупкой мембраны датчика.

Полностью автоматизированная система сборки датчиков потока была построена швейцарской компанией Imperia Systems под руководством компании Hamilton. Компания Emerson предоставила готовые к использованию в медицинском производстве ультразвуковые сварочные аппараты Branson 2000Xc, сварочный инструмент, а также техническую и интеграционную поддержку для проекта ускоренной сборки. . После поставки система прошла успешную IQ/OQ/PQ (квалификацию установки, эксплуатации и производительности) к запуску производства в сентябре 2020 года.

Во время работы робот системы сборки выбирает и размещает три компонента датчика на нижнем сварочном инструменте. Сначала идет нижняя половина, в которую вставляется лоскут, содержащий мембрану. После того, как робот проверит правильность положения кольцевой мембраны, верхняя половина помещается сверху. Затем привод сварочного аппарата Branson 2000Xc опускается, прижимая верхний сварочный инструмент к компонентам датчика. Сила сжатия приводит в действие ультразвуковую сварку, которая выполняется менее чем за одну секунду.

Во время ультразвуковой сварки цифровое управление сварочного аппарата Branson 2000Xc контролирует все параметры сварки в режиме реального времени и сохраняет полную запись данных сварки для каждой детали. Сварщики Branson, готовые к использованию в медицинских целях, оснащены функциями защиты данных, включая иерархическую защиту паролем и высококачественное шифрование данных. Они поддерживают соответствие ведущим мировым производственным стандартам, включая ISO 13485, а также требованиям к производству медицинского оборудования и отслеживаемости деталей в Регламенте Европейского Союза о медицинском оборудовании и правилах Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) 21 CFR, часть 11.

Рейнхард Карнавал

Как работают вентиляторы

Механические аппараты искусственной вентиляции легких, такие как HAMILTON-T1, обеспечивают респираторную поддержку легких пациентов, которые не могут дышать самостоятельно из-за травмы или респираторного заболевания. После интубации — введения эндотрахеальной трубки в трахею пациента — аппараты искусственной вентиляции легких предлагают несколько режимов безопасного снабжения легких достаточным количеством кислорода и удаления углекислого газа. Режимы выбираются в зависимости от оставшейся дыхательной способности пациента и варьируются от полностью автоматического до поддерживающего (например, запускаемого собственными усилиями пациента дышать).