의료용 웨어러블 부품을 용접하는 더 좋은 방법이 있습니까?

2022년 11월 2일 작성자: MDO 기여자 네트워크

주사기 필터에는 얇은 막이 포함되어 있어 조립 중에 손상되면 쓸모가 없게 됩니다. [사진=에머슨 제공]

David Devine, Branson 용접 및 조립, Emerson 의료 부문

기술과 시장 수요로 인해 설계자와 제조업체는 더욱 작고 컴팩트한 의료 기기를 제작해야 합니다. 소형화 추세는 약물 전달 및 환자 모니터링에 사용되는 웨어러블 장치에서 특히 그렇습니다. 이러한 플라스틱 부품, 특히 웨어러블 장치에 자주 사용되는 작은 필터가 있는 부품을 조립하는 것은 특별한 과제를 안겨줍니다.

초음파 용접, 레이저 용접, 초음파나 열 기술을 사용하는 스테이킹 및 스웨이징 공정을 포함하여 플라스틱 접합을 위한 다양한 옵션이 있습니다. 그러나 소형화가 증가한다는 것은 조립할 부품이 매우 취약할 수 있으며 용접 또는 스테이킹 중에 손상을 방지하기 위해 최대한의 주의가 필요하다는 것을 의미합니다.

의료용으로 사용되는 필터 매체(일반적으로 부직포 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리머로 만들어짐)은 일반적으로 플라스틱 프레임이나 하우징에 밀봉되어 있습니다. 더 큰 장치는 직경이 1인치 이상이고 두께가 0.010인치 이상인 필터를 수용할 수 있지만, 웨어러블의 구조는 직경이 0.1~0.25인치이고 두께가 0.005인치 이하일 수 있습니다. 대부분의 제조업체는 빠르고 제어 가능하며 경제적이기 때문에 가능하다면 초음파 용접을 사용합니다. 그러나 이로 인해 발생하는 진동으로 인해 경우에 따라 얇거나 깨지기 쉬운 필터 멤브레인이 손상될 수 있습니다. 핀홀과 동등한 것조차도 필터를 쓸모 없게 만듭니다.

손상을 방지하기 위해 소형 필터 및 유사 제품 제조업체는 초음파에 대한 대안을 모색하고 점점 더 열 공정을 고려하고 있습니다. 필터 전체 둘레에 열과 압력을 가하여 필터를 하우징에 한 단계로 접착하도록 열 도구를 설계하는 것이 가능합니다. 열 밀봉은 비진동 공정이므로 필터에 핀홀이 생길 위험이 없습니다. 그 결과 고품질의 씰이 탄생했습니다.

이와 관련하여 기존의 정상 상태 열 밀봉은 괜찮습니다. 제조업체는 노동 집약적인 기계적 고정, 고가의 접착 고정 공정 또는 초음파 진동 없이 상대적으로 신속하고 저렴한 비용으로 열 밀봉을 생산할 수 있습니다. 그러나 이 프로세스에는 사이클 간 반복성 및 프로세스 제어 측면에서 함정이 있습니다. 설계가 발전하고 더 섬세한 구성 요소가 최신 장치에 조립됨에 따라 제조업체는 열 스테이킹에 몇 가지 기술 및 제어 제한이 있음을 발견했습니다.

PulseStake라고 불리는 Emerson의 새로운 접근 방식은 이러한 문제 중 많은 부분을 해결합니다. PulseStake 기술은 기존의 정상 상태 열 프로세스와 같거나 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 입증되었으며 가장 섬세한 필터 응용 분야에도 쉽게 적용할 수 있습니다. 까다로운 각도와 평면이 있는 부품을 포함하여 기하학적으로 복잡한 부품에 밀접하게 배치된 여러 기능을 사용할 수 있으며 기존 열 스테이킹보다 더 넓은 범위의 플라스틱에 접착력을 생성할 수 있습니다.

가열 및 냉각 기능을 모두 갖춘 PulseStakek 팁은 각 밀봉이 완료될 때까지 팁과 밀봉 온도를 정밀하게 관리합니다. [그림 제공: 에머슨]

이러한 작동 순서는 기존 열 장치의 작동 순서보다 훨씬 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 정상 상태 열 밀봉에서는 공구에 항상 전원이 공급되어 열 에너지를 낭비하고 더 큰 탄소 발자국을 생성합니다. 그 외에도 스테이킹 프로세스는 결코 안정적인 상태가 아닙니다. 각 사이클은 공구에서 열을 빼내므로 다음 사이클 전에 열을 복원해야 합니다. 프로세스에 충분한 재가열 시간이 포함되지 않으면 용접 온도가 달라질 수 있으며 1~2도는 양호한 부품과 불량품의 차이를 의미할 수 있습니다.

반면, PulseStake에서는 팁이 과열을 방지하고 각 밀봉이 완료될 때까지 팁과 밀봉 온도를 정밀하게 관리하기 위해 여러 번의 가열, 냉각 및 일시 중지 또는 "드웰" 간격의 주기를 거칩니다. 따라서 사이클 일관성은 사이클 시작 시 공구 온도에 의존하지 않습니다.