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斯普曼——精密医疗导管挤出设备专家

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医疗塑料导管挤出设备发展概况

随着导管诊疗技术的发展,医用导管在临床的应用日趋发展,导管行业成为医疗器械的一个重要门类。目前世界上仅泌尿外科应用的导管就有六大类一百二十余种,用于心血管、脑血管、肿瘤等疾病诊治的导管也有一百余种。


医疗导管主要特征是:

尺寸微小、截面形状复杂、几何精度要求高、卫生指标高、生化稳定性高等。导管的主要部件是管材部分,要求管材内外表面光滑平整、尺寸精密且稳定。普通塑料管材生产设备生产塑料管材,制品的直径偏差高达20%-30%,加工难度较大,常规的管材挤出设备无法满足医疗导管的生产要求。


医疗塑料导管挤出设备具备以下特点:

挤出导管直径一般为0.5毫米至数毫米;管壁薄至0.07-0.5mm;允许的直径偏差一般为5%以下;层数为1-3层;线速高达每分钟100米;更换期短;生产线按照无尘标准设计;中央控制系统可直接完成对相关参数的采集、记录及确认。整套生产线包括挤出机、熔体泵、口模、真空调校及冷却、直径控制、牵引、收卷、切割、预热系统、过程控制系统等。


医疗塑料导挤出设备的形式很多

例如:乳胶导尿管挤出设备、气管插管挤出成型、气管插管挤出设备、包覆管挤出设备等等。国际上医疗塑料导挤出速度已达到250m/min,远远高于国产的基础速度。

与国外发达国家相比,我国医用导管的发展非常落后,尤其是高技术含量的介入导管几乎全部从国外进口。研发医疗导管挤出设备成为发展我国介入医学的关键。


医疗导管挤出设备的精密控制


精密控制是成型精密医疗导管的重要一环。应用高精度熔体泵,稳定均衡挤出,提高制品尺寸精度和几何精度。中央统计过程精密控制系统,利用熔体泵入口、出口处采集的压力、温度等信息资料,实现整个挤出过程在线监测及反馈控制。现代精密挤出生产线的主机和牵引机还采用伺服电动机取代直流电机和变频调速电机,以实现真正的数字化控制。

国外精密挤出装备上普遍采用基于激光、光学、电磁、超声波、感应式、气流感应式等原理的测量装置。前三种方法主要用于测量挤出物的外形尺寸,后四种用于测量产品的壁厚。激光测量仪经常用于测量管材和包覆电缆的外径,根据测量范围的不同,分辨率为0.001~0.01mm。

在自动控制方面,除了PLC控制以外,模糊控制技术、神经网络控制技术、统计过程控制技术等先进控制技术在精密挤出装备上发挥了举足轻重的作用。采用统计过程控制系统(SPC系统)取代传统的仪表控制系统或PLC控制系统。而国内的挤出装备控制技术仅停留在初级PLC控制阶段,多为开环控制或简单的联动控制,由于缺少在线测量仪器和先进的控制软件,所以闭环控制很少采用,医疗导管达不到高精度成型。


医疗塑料导管挤出机头


机头的基本功能是成型,即保证制品得到所需要的形状与尺寸,而完成这个任务的关键零件则是口模和芯棒。


利用CAE等先进设计方法,对精密医疗导管机头进行科学的设计,采用先进的加工方法进行精密加工。


口模截面形状的设计是多腔精密医用导管挤出成型中的一个难点,根据精密医用导管在成型过程特征,设计口模截面形状。


口模和芯棒之间的环隙有微小的变化,管材挤出质量就会受到较大的影响,因此是否获得合理、均匀的流道系统就成为该挤出模具设计成败的关键。而口模间隙的均匀与否,取决于口模板、芯棒的加工精度以及最终的钳工装配。对于芯棒来讲,其在口模中的装配方式是保证挤出模具型腔流道间隙尺寸精度要求的关键。



挤出塑化伺服动力驱动


医疗塑料导管的挤出要求精确稳定,控制精确灵活,动态调整精确灵敏度高。


传统的单螺杆挤出机的挤出塑化的动力驱动系统由电机(交流或直流)+联轴器+减速箱等组成,挤出精度低,不适应高精度导管的成型;难以实现无级变速,特别是在运转过程中达不到快速灵敏的高动态响应的变速,不适应加工变载面导管;提高了机头的设计难度及控制的复杂性;效率低,能耗高;洁净性差。


低速大扭矩交流伺服同步电机直接驱动挤出塑化是近年国际的最新技术,省去了传统的减速箱,实现了无级变速,挤出速度和挤出量可进行精确灵敏的动态控制,能够满足载面形状复杂、工艺要求高的医疗导管的精密挤出。


精确灵敏的挤出电磁加热系统


精确的机筒温度控制是保证塑化质量的重要一环,特别对精密导管的挤出尤为重要。传统的电阻丝加热原理是电阻丝本身产生高温,然后热量再慢慢从机筒外表面高温区传导到机筒内侧的低温区,速度缓慢,控制不精确,并且机筒内外的温差较大,影响了挤出质量,更不能适应动态控制的要求。电磁感应加热系统的工作原理是高频感应、被加热的机筒通过自身发热、热能由机筒整体产生,机筒内外温度一致,温度控制实时准确,温度控制精度±10o,明显提高了产品质量。


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