Por que um sensor de fluxo soldado por ultrassom foi fundamental para o projeto de um ventilador

por Didier Perret

17 de agosto de 2023

15:00

Didier Perret, gerente de desenvolvimento de negócios médicos, Branson Welding and Assembly da Emerson, explica o papel que os sensores de fluxo soldados por ultrassom desempenharam nos ventiladores da Hamilton Medical.

A Hamilton Medical produz soluções de ventilação inteligentes para unidades de terapia intensiva e transportes de cuidados intensivos. Para atender à crescente demanda por ventiladores durante a pandemia de COVID-19, a Hamilton Medical, com o apoio de uma equipe local da General Motors, estabeleceu uma nova unidade de produção de ventiladores em Reno, Nevada, EUA.

Em quatro meses, a nova unidade da Hamilton Medical passou do chão vazio para a produção total, entregando o primeiro de milhares de ventiladores HAMILTON-T1 adquiridos sob contrato pelo Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos EUA em setembro de 2020.

Desde 1983, o sensor de fluxo proximal tem sido a peça central de todos os ventiladores Hamilton Medical. Ele fornece dados valiosos diretamente da abertura das vias aéreas do paciente. O sensor deve ser capaz de detectar até mesmo pequenas alterações de pressão que sinalizem as tentativas do paciente de respirar naturalmente, ajustando-se ao processo de inalação do próprio paciente para apoiá-lo confortavelmente com o volume necessário de ar oxigenado.

A produção em massa de sensores de fluxo altamente projetados e extremamente precisos a partir de componentes descartáveis ​​não foi simples; representou desafios significativos de design, montagem e custos para a Hamilton Medical. Felizmente, a empresa já havia investido anos de esforços de design e desenvolvimento na Suíça, colaborando com a Emerson e construtores de máquinas locais para criar e validar sistemas automatizados para montagem de sensores de fluxo totalmente plásticos usando a tecnologia de soldagem ultrassônica da Branson. A soldagem ultrassônica combina vibração de alta frequência e força de compressão para criar aquecimento por fricção e fusão direcionada na interface das peças termoplásticas correspondentes, permitindo que elas se unam permanentemente. O processo é adequado para a montagem do sensor de fluxo, pois praticamente elimina o risco de calor, estresse mecânico ou contaminação da frágil membrana do sensor.

O sistema de montagem do sensor de fluxo totalmente automatizado foi construído pela Imperia Systems, com sede na Suíça, sob a supervisão de Hamilton, com a Emerson fornecendo soldadores ultrassônicos Branson 2000Xc prontos para produção médica, ferramentas de soldagem e suporte técnico e de integração para o projeto de montagem rápida . Após a entrega, o sistema passou por um IQ/OQ/PQ (qualificação de instalação, operação e desempenho) bem-sucedido a tempo para o lançamento da produção em setembro de 2020.

Durante a operação, o robô do sistema de montagem seleciona e posiciona os três componentes do sensor sobre a ferramenta de solda inferior. Primeiro vem a metade inferior, na qual é inserida a aba que contém a membrana. Depois que o robô valida a posição adequada da membrana do anel, a metade superior é colocada no topo. Em seguida, o atuador do soldador Branson 2000Xc desce, comprimindo a ferramenta de soldagem superior sobre os componentes do sensor. A força compressiva aciona a solda ultrassônica, que é concluída em menos de um segundo.

À medida que a soldagem ultrassônica é feita, os controles digitais do soldador Branson 2000Xc monitoram todos os parâmetros de soldagem em tempo real e salvam um registro completo de dados de soldagem para cada peça. Os soldadores Branson prontos para uso médico são equipados com recursos de segurança de dados, incluindo proteção hierárquica por senha e criptografia de dados de alto nível. Eles apoiam a conformidade com os principais padrões de fabricação globais, incluindo a ISO 13485, bem como com a produção de dispositivos médicos e requisitos de rastreabilidade de peças no Regulamento de Dispositivos Médicos da União Europeia e nos regulamentos 21 CFR Parte 11 da Food and Drug Administration (FDA) dos EUA.

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Como funcionam os ventiladores

Ventiladores mecânicos como o HAMILTON-T1 fornecem suporte respiratório aos pulmões de pacientes que não conseguem respirar suficientemente por conta própria devido a lesões ou doenças respiratórias. Após a intubação – a inserção de um tubo endotraqueal na traqueia do paciente – os ventiladores oferecem vários modos para fornecer oxigênio suficiente aos pulmões com segurança e remover dióxido de carbono. Os modos são selecionados com base na capacidade respiratória restante do paciente e variam de totalmente automatizado a de suporte (por exemplo, acionado pelos esforços do próprio paciente para respirar).