Soldaduras ultrasónicas para dispositivos médicos.

soldadura ultrasónicaes particularmente adecuado para dispositivos médicos porque Utiliza el material de la pieza en sí mismo para formar un enlace y no introduce ningún material adicional, como pegamentos o adhesivos en el dispositivo Un proceso rápido, limpio, eficiente y repetible, la soldadura por ultrasonidos es ideal para unirse sobre cualquier conjunto de piezas de plástico para muchas aplicaciones. A obtener estos Ventajas, sin embargo, necesitas seleccionar una soldable Soldable Material, diseño de la articulación, diseño del accesorio y la herramienta adecuadamente, diseñe y optimice el proceso de soldadura y luego controle el proceso en la producción.

Este La serie de procesos probados en la soldadura por ultrasonidos se centrará en las técnicas avanzadas. El fondo para equipos de soldadura típicos, accesorios y pautas generales de soldadura se pueden encontrar a través de cualquiera de los principales proveedores de equipos de soldadura ultrasónica (ver "para Más Información")

Diseño conjunto para soldadura ultrasónica.

Si bien el concepto de soldadura por ultrasonidos es simple, el proceso de diseñar una articulación robusta y desarrollar un proceso de soldadura efectivo puede ser bastante complejo. Típicamente, comienza con un diseño nominal de diseño, nido y diseño de cuerno y la ganancia del acoplador de energía para obtener la amplitud de vibración nominal en las superficies soldadas. Luego, el proceso itera entre adaptar la geometría de la junta y optimizando los parámetros del proceso de soldadura (Energía Ganancia de acoplamiento, envolvente de energía y energía, presión y duración).

A Cree una buena soldadura, las piezas deben hacer contacto inicial sobre un área relativamente pequeña en comparación con la soldadura terminada Área. Este Permite el inicio de fusión / suavizante Poco después de la vibración ultrasónica se aplica.

Dos enfoques comunes en la creación del pequeño contacto inicial Área:

• Director de Energía conjunta
• Junta de cizallamiento

figura 1. Un ejemplo de director de energía triangular.

An director energéticoes una característica de la parte que los contactos de la bocina (la parte superior la parte superior). Ver la figura 1. Triangular en sección, con el punto del triángulo que proporciona el contacto inicial entre las partes, el director de energía concentra la energía vibratoria en un área de contacto pequeño.

Figura 2. un ejemplo de la articulación de la cizalla

A Junta de cizallamientoProporciona fuerza y ​​se puede usar para crear un sello hermético Como se muestra, las piezas están diseñadas para interferir inicialmente en una área pequeña. A medida que se aplica la vibración ultrasónica y la bocina presiona la parte hacia abajo, la parte superior se derrite en la parte inferior Muchas diferentes geometrías conjuntas son posibles, pero todos los enfoques efectivos utilizan alguna forma de proporcionar un pequeño área de contacto inicial para la soldadura.

mas allá de lo básico

Una vez que entienda los fundamentos del diseño conjunto para la soldadura por ultrasonidos, puede diseñar juntas para que tengan características y funciones que otros solo la función de unir las partes juntos.

Un dispositivo de combinación implantable, presurizado, diseñado y desarrollado a través del proceso comprobado tiene varias soldaduras ultrasónicas aplicadas Durante es fabricante. La soldadura final del conjunto del dispositivo se enlaza la cubierta del alojamiento del dispositivo a la base Estos Dos grandes partes circulares, aproximadamente 70 mm de diámetro, telescopio juntos como están soldados. Además de proporcionar integridad estructural, la misma junta abarca otras funciones y características como bien.

figura 3. un proceso comprobado presurizado dispositivo; un diseño concéntrico de cizallamiento y una sección de una soldadura exitosa

• Características conjuntas para controlar la geometría de soldadura y montaje.

La alineación es crítica para la soldadura correcta y la calidad resultante de la articulación. Se pueden moldear varios tipos de características en las partes para alinearlas y localizarlas con respecto a cada uno Otro. El nido y la bocina de la herramienta ultrasónica también se pueden diseñar con características para ayudar con la alineación adecuada durante Soldadura.

Figura 4. Ejemplos de articulaciones con características de alineación.

En la Figura 4, el boceto izquierdo muestra la alineación conjunta por Slip-Fit adyacente superficie. El boceto correcto muestra una característica de alineación chaflán que empujará la pieza superior hacia adentro a medida que avanza la soldadura. La función de alineación de chaflán se utiliza para centrar las dos piezas de gabinete concéntricas del dispositivo a presión

Figura 5. En el ejemplo del dispositivo, las dos partes circulares telescopio. juntos. Tenga en cuenta la pendiente del material o chaflán justo debajo del contacto de cizallamiento inicial Área. Para Las dos piezas concéntricas, este chaflán ayuda a mantener el posicionamiento central entre las partes como están soldados.

A Mantenga una altura consistente del ensamblaje, puede moldear en una parada que mantendrá la articulación consistente. Note la parada de estante debajo de la soldadura.

Figura 6. Ejemplos de una articulación con Stop-Weld características

• Características conjuntas para contener flash y / o partículas

Flash o partículas sueltas generadas por el proceso de soldadura por ultrasonidos y aterrizando en un área sensible a las partículas podría causar falla en un dispositivo médico Diseña la articulación con características que contienen cualquier flash y / o Las partículas, y asegúrese de que las partículas sueltas puedan ser eliminadas por su proceso de limpieza.

Figura 7. Este es una sección transversal de la articulación en el dispositivo presurizado El interior del dispositivo es a la izquierda. La articulación está diseñada, por lo que se produce cualquier flash creado en el exterior del dispositivo donde Puede ser eliminado por el proceso de limpieza normal Durante Fabricación. La articulación proporciona un "Flash trampa" Contendir aún más el flash creado cuando Esta articulación de cizallamiento está soldado.

figura 8. Ejemplos de articulaciones con características de trampa flash.

En la foto, se muestra una trampa de flash con un diseño de la junta de corte. También se muestra una redonda estándar capturada O-Ring Para mejorar el sello hermético rendimiento. En el dibujo a la derecha, se muestra un segundo ejemplo de una trampa de flash con una articulación de cizallamiento. El pequeño área abierta rectangular proporciona un lugar para fusión durante Soldadura y mantiene flashes y escombros contenidos dentro de la trampa.

• Características de diseño conjunto para funciones adicionales.

Usted Puede diseñar la junta con características para retener componentes funcionales o cosméticos cuando Usted Soldadura. En el ejemplo del dispositivo, cuando La articulación está soldada, se mantiene y comprime a A Silateral O-Ring para mejorar un sello hermético Pies de sutura de plástico suave alrededor de la periferia permiten sujetar el dispositivo en lugar.

Figura 9 Ejemplos de articulaciones con Quad O-Ring Características del sello y los pies de sutura.

Optimizando el diseño y el proceso de soldadura.

Desarrollar una articulación ultrasónica soldada no es exacta CIENCIA. Cada parte y cada soldadura tienen sus características individuales. Hacer que el diseño conjunto y el proceso de soldadura trabajen juntos requerirán alguna iteración. Determine lo que la articulación debe hacer y How Medirá y evaluará la fuerza, las características y la funcionalidad de las soldaduras producidas para un conjunto de ultrasonidos ultrasónicamente en particular. Usted puede querer realizar pruebas de tracción y cizallamiento o pruebas de fugas de presión además de la inspección visual de la soldadura.

Después de haber desarrollado una geometría de juntas inicial, haga un conjunto de piezas de prototipos a las dimensiones nominales y prepare quizás dos conjuntos más con diferentes ajustes (más ajustados / Leser, por ejemplo), mientras mantiene las otras dimensiones el mismo. Un enfoque para un ensamblaje en forma de disco de dos partes que el telescopio juntos pueden ser usar la misma ID en la parte exterior y variar la OD en la parte interna para un ajuste más apretado o más lento. Ajuste el diseño y ejecute más pruebas hasta Tienes una articulación que soldadura BIEN.

Cuando Ha logrado un proceso de diseño y soldadura conjuntos que trabajan juntos, puede esperar que limpie constantemente, las soldaduras rápidas en su proceso de fabricación de dispositivos médicos.

En los siguientes artículos de esta serie en soldadura por ultrasonidos para dispositivos médicos, el proceso comprobado analizará los materiales, el diseño de la bocina y el anvil y optimizando aún más el proceso