Incapsulamento di sensori indossabili tramite resina epossidica bicomponente premiscelata

Il crescente settore della tecnologia medica indossabile dipende fortemente da sensori miniaturizzati in grado di fornire dati fisiologici accurati e continui. Per garantire l’affidabilità e le prestazioni a lungo termine di questi sensori, spesso sottoposti a condizioni difficili come stress fisico, fluttuazioni termiche ed esposizione a fluidi corporei, è necessario che i processi produttivi siano solidi. Un aspetto critico della produzione è l’applicazione precisa di adesivi biocompatibili per incapsulare i delicati componenti del sensore.

Questo caso di studio esamina la selezione e l’implementazione di un adesivo non citotossico per la sua capacità di incapsulare i sensori da fattori ambientali ostili quali umidità, polvere e impatto meccanico. Analizza inoltre le apparecchiature di dosatura automatica utilizzate per ottenere l’accuratezza e la coerenza necessarie per la produzione scalabile di questi dispositivi medici avanzati. Per garantire l’ottimizzazione del processo di produzione, l’esperienza combinata di Nordson EFD, leader nei sistemi di dosatura dei fluidi, e di Master Bond, produttore specializzato di adesivi, è stata fondamentale per produrre sensori indossabili di alta qualità.

Requisiti del materiale e della dosatura

Il prodotto selezionato per questo processo di incapsulamento doveva soddisfare diversi requisiti chiave per garantire l’efficacia e la compatibilità con il sensore indossabile. Il sensore richiedeva una resina epossidica a bassa viscosità con caratteristiche di flusso capillare che consentissero una dosatura facile e precisa. Era fondamentale che il materiale scorresse facilmente intorno ai componenti del sensore e riempisse gli spazi più complessi senza lasciare vuoti.

Il materiale doveva inoltre essere polimerizzabile al di sotto degli 80° C per evitare che i componenti elettronici sensibili al calore venissero danneggiati. La chiarezza ottica era un altro requisito fondamentale. Inoltre, era necessario un incapsulante non citotossico per garantire un uso sicuro a contatto con la pelle o il corpo umano. Infine, il processo di dosatura doveva essere automatizzato, in grado di erogare circa 3 cc di materiale per sensore in modo costante.

Soluzione di materiale: EP21LSCL-2Med

L’adesivo epossidico bicomponente EP21LSCL-2Med di Master Bond ha soddisfatto i requisiti generali di applicazione. Grazie alla classificazione di non citotossicità ai sensi della norma ISO 10993-5, è stato più facile qualificare questo prodotto per il sensore indossabile.

EP21LSCL-2Med è stato inoltre progettato per la polimerizzazione a bassa temperatura, consentendo di polimerizzare completamente a temperature inferiori a 80° C. Ciò è stato determinante per proteggere l’integrità dei componenti elettronici sensibili all’interno del dispositivo indossabile. Una delle proprietà distintive dell’adesivo era la sua bassa viscosità mista, misurata a 500-1000 cps a temperatura ambiente. Questo lo rendeva particolarmente adatto all’azione capillare, aiutando l’adesivo a scorrere facilmente e garantendo così il corretto riempimento degli spazi intricati senza vuoti.

Il materiale era confezionato in siringhe premiscelate e congelate, consegnate in siringhe Nordson EFD da 3 cc, rendendo il processo altamente efficiente e riducendo gli sprechi.

Il fluido EP21LSCL-2Med di Master Bond è stato spedito in una scatola a temperatura controllata e conservato a -40° C fino al momento dell’uso.

Per mantenere l’integrità del prodotto, le siringhe sono state spedite in ghiaccio secco e conservate a -40° C fino al momento dell’uso. Gli operatori potevano semplicemente scongelare e caricare le siringhe nel sistema di dosatura di Nordson, snellendo il flusso di lavoro e riducendo al minimo gli errori di manipolazione.

Imballaggio e attrezzature: soluzioni di dosatura per la produzione di sensori indossabili

Nordson EFD offre diverse soluzioni di dosatura dei fluidi per incapsulare efficacemente i dispositivi elettronici indossabili. L’ampia scelta di soluzioni per la dosatura di fluidi consente ai produttori di scegliere la tecnologia giusta in base alle esigenze applicative specifiche.

La durata di 6-8 ore di EP21LSCL-2Med di Master Bond ha influenzato la scelta della soluzione di dosatura per l’applicazione. La durata di un fluido è il tempo che intercorre prima che l’epossidico diventi troppo denso per essere applicato. Inoltre, per la scelta della tecnologia di dosatura del fluido è stato considerato che il composto di Master Bond, una volta scongelato a temperatura ambiente dal congelatore a -40° C durante il processo di produzione, non poteva essere ricongelato.

I fluidi Master Bond sono stati spediti congelati e dopo lo scongelamento avevano una durata di 6-8 ore.

Per soddisfare il requisito di facile flusso del materiale intorno ai componenti del sensore e di riempimento degli spazi intricati senza lasciare vuoti nell’applicazione, sono stati raccomandati al produttore un dispensatore di fluido, una valvola, una cartuccia e una punta per l’automazione.

Per massimizzare l’utilizzo nel corso della durata di EP21LSCL-2Med di Master Bond, gli ingegneri di Nordson EFD hanno consigliato di utilizzare i dosatori ad alta precisione Ultimus V. Questa soluzione ha fornito un controllo di dosatura da banco dei fluidi ad alta precisione per l’applicazione manuale o automatizzata di fluidi che cambiano viscosità. In questo modo, al variare della viscosità della resina epossidica, la funzione di regolazione elettronica della pressione ha mantenuto costanti i processi critici di erogazione del fluido dall’inizio alla fine.

La soluzione di dosatura dei fluidi Ultimus V è stata consigliata perché la dimensione del deposito rimane costante indipendentemente dalle variazioni di viscosità di EP21LSCL-2Med. Per mantenere la precisione richiesta dall’applicazione, la soluzione Ultimus V offriva il controllo elettronico del tempo di erogazione, della pressione dell’aria e del vuoto. La soluzione di dosatura Ultimus V si adatta alla viscosità del fluido: una volta programmata, la pressione dell’aria si regola automaticamente man mano che il fluido diventa più denso. In alternativa, se la pressione richiesta è inferiore a 5 PSI, Ultimus II rappresenta la scelta migliore.

La soluzione di dosatura dei fluidi Nordson EFD Ultimus II è un’opzione eccellente per i produttori che erogano epossidici a meno di 5 PSI.

Se è richiesto un volume maggiore (30 cc o più), una valvola ad ago serie xQR41V può essere un’alternativa per evitare problemi di variazione da pieno a vuoto. Il design della valvola xQR41V consente un rapido cambio del fluido e una facile pulizia delle parti bagnate a fine turno. La valvola ad ago è dotata di una chiusura a sgancio rapido brevettata, che consente una manutenzione rapida e semplice sul campo. Inoltre, il basso livello di fluidi trattenuti nel corpo del fluido ne riduce lo spreco e il fattore di forma ridotto della soluzione aumenta la capacità produttiva.

La valvola ad ago serie xQR41V rappresenta una scelta collaudata per i produttori che necessitano di 30 cc o più di resina epossidica per applicazioni di volume maggiore.

Dopo l’esito positivo dei test da banco, per soddisfare i requisiti di tempo più lunghi per la dosatura automatica, Nordson EFD ha consigliato al cliente di utilizzare la serie EV di sistemi di dosatura automatica da tavolo. Il sistema di automazione offriva una facile integrazione nelle operazioni di produzione del cliente.

L’applicazione uniforme del fluido è stata mantenuta utilizzando gli aghi Nordson EFD per usi generici in acciaio inossidabile arancione o rosso. L’ago arancione è di calibro 23 e ha un diametro interno di 0,33 mm/0,013". Quest’ago è ottimale quando il materiale viene applicato manualmente. L’ago rosso è di calibro 25 e ha un diametro interno di 0,25 mm/0,010". Quest’ago è più adatto ai processi automatizzati.

Nordson EFD utilizza un approccio incentrato sul laboratorio per consigliare le tecnologie di dosatura dei fluidi, valutando i fluidi, i substrati, gli obiettivi applicativi e le esigenze di produzione per fornire un approccio consulenziale alla scelta della soluzione giusta per le esigenze del cliente. I professionisti dei servizi tecnici Nordson EFD offrono assistenza per ogni tipo di sfida produttiva – fare clic qui per saperne di più.

Riduzione al minimo delle bolle d’aria per le confezioni premiscelate e congelate

Una delle sfide più comuni nella dosatura degli adesivi epossidici è la presenza di bolle d’aria. Per risolvere questo problema, Master Bond ha implementato rigorosi protocolli di degassificazione durante il processo di confezionamento. Dopo aver mescolato i due componenti di EP21LSCL-2Med, la formulazione è stata sottoposta a centrifugazione a 2000-3000 rpm per 1-2 minuti. Questa fase critica rimuove efficacemente l’aria intrappolata e riduce il rischio di vuoti durante l’applicazione. La miscela degassata è stata immediatamente congelata. Confezionando l’adesivo in siringhe EFD da 3 cc, Master Bond ha permesso all’utente finale di applicare l’epossidico con grande precisione e sicurezza, sapendo che ogni siringa conteneva un materiale uniforme e privo di bolle, pronto per l’erogazione automatica.

Questo metodo non solo ha eliminato la necessità di miscelare in loco, un processo soggetto a variabilità e contaminazione, ma ha anche migliorato notevolmente i tempi di produzione e la coerenza. Si è trattato di un’integrazione perfetta tra scienza dei materiali e ingegneria dei processi, che ha garantito il perfetto funzionamento dell’incapsulante in un’applicazione medica impegnativa. Il motto di Master Bond è sempre quello di aiutare gli ingegneri e gli utenti finali a soddisfare i requisiti specifici di applicazione degli adesivi – fare clic qui per saperne di più.

Riduzione delle bolle d'aria durante la dosatura

Poiché il fluido congelato si scongela a una velocità diversa rispetto alla confezione in cui è contenuto, Nordson EFD ha ricordato al cliente di non accelerare il processo e di scongelare con attenzione le siringhe per evitare di creare bolle d’aria, note come vuoti da congelamento e scongelamento.

Per garantire la totale assenza di tasche d’aria dopo lo scongelamento, EFD raccomanda di centrifugare il materiale per 1-2 minuti prima dell’uso. Per questa applicazione, il produttore ha utilizzato la centrifuga universale ProcessMate 5000.

Conclusione

L’applicazione collaborativa dell’innovativa resina epossidica premiscelata e congelata di Master Bond, insieme alla migliore tecnologia di dosatura di Nordson, si è rivelata fondamentale per il successo del cliente nella produzione della sua soluzione di sensore indossabile. Questa sinergia ha affrontato efficacemente la sfida dell’eliminazione delle bolle d’aria, garantendo un processo di incapsulamento all’avanguardia. I sensori erano completamente protetti e offrivano le capacità altamente protettive richieste dall’applicazione.

In caso di dubbi sulle soluzioni di dosatura, inviare le domande o eventuali commenti a [email protected]. 

In caso di dubbi sugli adesivi, inviare le domande o eventuali commenti a [email protected].

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