초음파 용접 유량 센서가 인공호흡기 설계에 중요한 이유

디디에 페레

2023년 8월 17일

15:00

Emerson의 Branson 용접 및 조립 부문 의료 비즈니스 개발 관리자인 Didier Perret는 Hamilton Medical의 인공호흡기에서 수행되는 초음파 용접 유량 센서의 역할을 설명합니다.

Hamilton Medical은 중환자실 및 중환자실 이송을 위한 지능형 인공호흡 솔루션을 생산합니다. 코로나19 팬데믹 기간 동안 폭발적으로 증가하는 인공호흡기 수요를 충족하기 위해 Hamilton Medical은 General Motors의 현지 팀의 지원을 받아 미국 네바다주 리노에 새로운 인공호흡기 생산 현장을 설립했습니다.

4개월 만에 새로운 Hamilton Medical 현장은 맨바닥에서 완전 생산으로 전환하여 2020년 9월 미국 보건복지부와 계약에 따라 구매한 수천 개의 HAMILTON-T1 인공호흡기 중 첫 번째를 납품했습니다.

1983년부터 근위부 유량 센서는 모든 Hamilton Medical 인공호흡기의 중심이 되었습니다. 이는 환자의 기도 개방으로부터 직접적으로 귀중한 데이터를 제공합니다. 센서는 환자가 자연스럽게 호흡하려는 시도를 알리는 아주 작은 압력 변화도 감지할 수 있어야 하며, 필요한 양의 산소가 공급된 공기를 편안하게 지원하기 위해 환자 자신의 흡입 과정을 조정해야 합니다.

일회용 부품으로 고도로 설계되고 매우 정밀한 유량 센서를 성공적으로 대량 생산하는 것은 간단하지 않았습니다. 이는 Hamilton Medical에게 상당한 설계, 조립 및 비용 문제를 안겨주었습니다. 다행스럽게도 회사는 이미 스위스에서 수년간의 설계 및 개발 노력에 투자했으며 Emerson 및 현지 기계 제조업체와 협력하여 Branson 초음파 용접 기술을 사용하여 완전 플라스틱 유량 센서를 조립하기 위한 자동화 시스템을 만들고 검증했습니다. 초음파 용접은 고주파 진동과 압축력을 결합하여 결합 열가소성 부품의 경계면에서 마찰 가열과 목표 용융을 생성하여 영구적으로 결합할 수 있도록 합니다. 이 프로세스는 센서의 깨지기 쉬운 멤브레인에 대한 열, 기계적 스트레스 또는 오염의 위험을 사실상 제거하므로 유량 센서 조립에 매우 적합합니다.

완전 자동화된 유량 센서 조립 시스템은 Hamilton의 감독 하에 스위스에 본사를 둔 Imperia Systems에 의해 구축되었으며, Emerson은 의료 생산이 가능한 Branson 2000Xc 초음파 용접기, 용접 툴링, 패스트 트랙 조립 프로젝트에 대한 기술 및 통합 지원을 제공했습니다. . 배송 후 시스템은 2020년 9월 생산 출시에 맞춰 성공적인 IQ/OQ/PQ(설치, 운영 및 성능 인증)를 거쳤습니다.

작동 중에 조립 시스템 로봇은 하단 용접 도구 위에 있는 3개의 센서 구성 요소를 선택하고 위치를 지정합니다. 먼저 하반부가 나오며, 여기에 멤브레인이 포함된 플랩이 삽입됩니다. 로봇이 적절한 링막 위치를 확인한 후 위쪽 절반이 맨 위에 배치됩니다. 그런 다음 Branson 2000Xc 용접기의 액추에이터가 하강하여 상부 용접 툴링을 센서 구성 요소에 압축합니다. 압축력으로 초음파 용접이 작동되며, 이는 1초 이내에 완료됩니다.

초음파 용접이 완료되면 Branson 2000Xc 용접기의 디지털 제어 장치가 모든 용접 매개변수를 실시간으로 모니터링하고 각 부품에 대한 완전한 용접 데이터 기록을 저장합니다. 의료용 Branson 용접기는 계층적 비밀번호 보호 및 고급 데이터 암호화를 포함한 데이터 보안 기능을 갖추고 있습니다. ISO 13485를 비롯한 주요 글로벌 제조 표준은 물론 유럽 연합의 의료 기기 규정 및 미국 식품의약청(FDA)의 21 CFR Part 11 규정의 의료 기기 생산 및 부품 추적성 요구 사항을 준수하도록 지원합니다.

라인하르트 파싱

인공호흡기의 작동 원리

HAMILTON-T1과 같은 기계식 인공호흡기는 부상이나 호흡기 질환으로 인해 스스로 충분히 호흡할 수 없는 환자의 폐에 호흡 지원을 제공합니다. 환자의 기관에 기관내관을 삽입하는 삽관 후 인공호흡기는 폐에 충분한 산소를 안전하게 공급하고 이산화탄소를 제거하기 위한 다양한 모드를 제공합니다. 모드는 환자의 남은 호흡 능력에 따라 선택되며 완전 자동 모드부터 보조 모드(예: 환자 자신의 호흡 노력에 의해 실행됨)까지 다양합니다.