Pourquoi un capteur de débit soudé par ultrasons était essentiel à la conception d'un ventilateur

par Didier Perret

17 août 2023

15h00

Didier Perret, responsable du développement commercial médical chez Branson Welding and Assembly chez Emerson, explique le rôle joué par les capteurs de débit soudés par ultrasons dans les ventilateurs Hamilton Medical.

Hamilton Medical produit des solutions de ventilation intelligentes pour les unités de soins intensifs et les transports de soins intensifs. Pour répondre à la demande croissante de respirateurs pendant la pandémie de COVID-19, Hamilton Medical, avec le soutien d'une équipe locale de General Motors, a établi un nouveau site de production de respirateurs à Reno, dans le Nevada, aux États-Unis.

En quatre mois, le nouveau site de Hamilton Medical est passé d'un sol nu à une production complète, livrant le premier des milliers de ventilateurs HAMILTON-T1 achetés sous contrat par le ministère américain de la Santé et des Services sociaux en septembre 2020.

Depuis 1983, le capteur de débit proximal est la pièce maîtresse de tous les ventilateurs Hamilton Medical. Il fournit des données précieuses directement depuis l'ouverture des voies respiratoires du patient. Le capteur doit être capable de détecter même les plus petits changements de pression qui signalent les tentatives d'un patient de respirer naturellement, en s'adaptant au processus d'inhalation du patient pour le soutenir confortablement avec le volume d'air oxygéné requis.

Réussir à produire en masse des capteurs de débit hautement techniques et extrêmement précis à partir de composants jetables n’a pas été simple ; cela a posé d'importants défis en matière de conception, d'assemblage et de coûts pour Hamilton Medical. Heureusement, l'entreprise avait déjà investi des années d'efforts de conception et de développement en Suisse, en collaborant avec Emerson et des constructeurs de machines locaux pour créer et valider des systèmes automatisés d'assemblage de capteurs de débit tout plastique à l'aide de la technologie de soudage par ultrasons de Branson. Le soudage par ultrasons combine des vibrations à haute fréquence et une force de compression pour créer un échauffement par friction et une fusion ciblée à l'interface des pièces thermoplastiques accouplées, leur permettant ainsi de s'assembler de manière permanente. Le processus est bien adapté à l'assemblage d'un capteur de débit, car il élimine pratiquement tout risque de chaleur, de contrainte mécanique ou de contamination de la membrane fragile du capteur.

Le système d'assemblage de capteurs de débit entièrement automatisé a été construit par Imperia Systems, basé en Suisse, sous la supervision de Hamilton, Emerson fournissant des soudeuses par ultrasons Branson 2000Xc prêtes pour la production médicale, des outils de soudage et un support technique et d'intégration pour le projet d'assemblage accéléré. . Après la livraison, le système a subi avec succès IQ/OQ/PQ (qualification d'installation, opérationnelle et de performance) à temps pour le lancement de la production en septembre 2020.

Pendant le fonctionnement, le robot du système d'assemblage prélève et positionne les trois composants du capteur au-dessus de l'outil de soudage inférieur. Vient d’abord la moitié inférieure, dans laquelle est inséré le rabat contenant la membrane. Une fois que le robot a validé la bonne position de l’anneau-membrane, la moitié supérieure est placée sur le dessus. Ensuite, l'actionneur de la soudeuse Branson 2000Xc descend, comprimant l'outillage de soudure supérieur sur les composants du capteur. La force de compression actionne la soudure par ultrasons, qui est réalisée en moins d'une seconde.

Au fur et à mesure que la soudure par ultrasons est réalisée, les commandes numériques de la soudeuse Branson 2000Xc surveillent tous les paramètres de soudure en temps réel et enregistrent un enregistrement complet des données de soudure pour chaque pièce. Les soudeurs Branson médicaux sont équipés de fonctionnalités de sécurité des données, notamment une protection par mot de passe hiérarchique et un cryptage des données de haut niveau. Ils prennent en charge la conformité aux principales normes de fabrication mondiales, notamment ISO 13485, ainsi qu'aux exigences de production de dispositifs médicaux et de traçabilité des pièces du règlement sur les dispositifs médicaux de l'Union européenne et de la réglementation 21 CFR Part 11 de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis.

Reinhard Fasching

Comment fonctionnent les ventilateurs

Les ventilateurs mécaniques comme le HAMILTON-T1 fournissent une assistance respiratoire aux poumons des patients incapables de respirer suffisamment par eux-mêmes en raison d'une blessure ou d'une maladie respiratoire. Après l'intubation – l'insertion d'une sonde endotrachéale dans la trachée d'un patient – les ventilateurs offrent plusieurs modes pour fournir en toute sécurité aux poumons suffisamment d'oxygène et éliminer le dioxyde de carbone. Les modes sont sélectionnés en fonction de la capacité respiratoire restante du patient et vont de entièrement automatisé à de soutien (par exemple, déclenchés par les propres efforts du patient pour respirer).