为什么胶接是突破内窥镜组装技术的关键工艺,艾德斯一语道破天机
内窥镜是微创诊疗的核心工具,它搭载小小的镜头,从人体自然腔道或经手术小切口进入人体,直接窥探到要检查的器官,被称为医生的'眼睛'。
微创手术,顾名思义就是微小创伤的手术。早期微创手术,就是指通过腹腔镜、胸腔镜等内窥镜在人体内施行手术的一种新技术。微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快的优越性。微创手术的优点是创伤小、疼痛轻、恢复快,是每个需要手术的病人的梦想,所以微创外科使这个梦想成为了现实。
微创诊疗的最大特点就是创口小,可以小至0.5cm至1cm,手术后基本不留疤痕。所以配合微创诊疗的内窥镜,就只能在为0.5cm至1cm的横切面上设计产品。
而且新型的电子内窥镜,一般都有着十分精密的运动机构和众多电子元器件组成,会用到各种各样的新型材料来实现,如各种金属、高分子塑料、陶瓷等。要把这些尺寸超微,材料性能各异,环境应变应力差值明显的材料组装在一起,传统的机械锁死组装技术、焊接技术等,由于内窥镜尺寸太小,受力面积有限已经无能为力,只有现代高分子材料技术里的胶接工艺,才能完成。
另外,内窥镜要通过人体腔道进入到人体组织,器械的必须遵守医疗级的无菌、无毒等级标准,组成内窥镜的材料与结构,必须能够通过医疗级的洗消流程,经受各种腐蚀性消杀药剂的考验。同时人体腔道内的体液同样也具有十分强烈的腐蚀性,如胃里的盐酸等。
所以内窥镜的结构设计和组装工艺中,密封性的要求也极具挑战性。用胶粘剂将各种材料粘接在一起的安装方法称为胶接。在电子设备整机装配中常用来对轻型元器件或不便于焊接和铆接的元器件或材料进行连接、固定。胶接与铆接、焊接及螺接相比,具有如下优点:应用范围广。任何金属、非金属几乎都可以用胶粘剂来连接,也可以连接很薄的材料或两者厚度相差很大的材料。胶接变形小。它克服了铆接时受冲击力和焊接时受高温的作用,使工件易产生变形的缺点,常用于金属薄板、轻型元器件和复杂零件的连接。
胶接处应力分布均匀,避免了其它连接存在的应力集中现象,因此具有较高的抗剪、抗拉强度。具有良好的密封、绝缘、耐腐蚀的特性。根据需要,还能得到具有特殊性能(如导电等)的连接。用胶粘剂对设备和零、部件进行修复,工艺简便,成本低。
在众智技服和内镜产业联盟举办的'2021第三届深圳国际医疗内镜产业趋势峰会'艾德斯在《内窥镜粘接、涂层、印刷整体解决方案》中介绍了内窥镜粘接技术的难点和要点。
艾德斯表示内窥镜的组装工艺中为什么要用胶水,而不是焊接?在物理上,我们可以用很多方法进行,比如说超声、热熔、激光焊,这些方式都是在两种相同材料下,通过热能或者是高频振动让两种材料融合在一起。但是这些技术这需要满足几个条件:1.材料是要一样的;2.间隙一样,如果间隙比较大就没有办法;3.局部要有热能。
内窥镜产品小,没有足够的焊接操作空间,由众多材料组成,很多材料并不耐热,所以绝大多数的组装工序,只能采用胶水胶接,把两种不同的材料连接在一起,比如说看到玻璃镜头和不锈钢,这是两种不同的材料,我们必须要用胶水把不同的材料粘接在一起。
除了粘接可以解决组装工疗的工艺难题之外,胶接的另一个作用就是解决防水、导热等的问题,内窥镜的密封、防水为检测是产品的必检主要项目。
艾德斯认为内窥镜产品生产的三个痛点:1.耐高温、耐腐蚀和消毒灭菌,有些还要耐高压,在胶水上也要承受高温高压。2.材料,有一些材料是非常非常难粘的,很多粘贴是比较困难。3.工艺优化的问题,比如说点胶,怎么样点胶合,怎么样点得非常顺,以及是不是有一致性。4.内窥镜密封,放到水里充气胶水要承受住一定的压力不损伤。
另外在胶水耐受消毒剂上,要做到在泡溶液的时候不容易溶解;在高温过程当中,两种材料膨胀率是不一样的,比如说拿不锈钢来说,玻璃体积是4.5,不锈钢是16,所以136度的时候,这两个相互拉扯时,胶水要能经受得住考验。针对高温的胶水,艾德斯在2000个小时,150度情况下,做到20兆帕的拉力。在200度拉升时,还可以拉5公斤的拉力。在湿度上,2000个小时还可以保持20兆帕。
胶水粘贴的原理来看,它影响的因素是非常多的,最后把胶水粘接分为:1.浸润;2.固化之后的结构,这就是粘接的过程。艾德斯会根据内窥镜材料不同的表面能进行分类,根据不同的材料研发不同的胶水与之匹配。
在现代电子内窥镜的胶接工艺上,众智研究院和内镜产业联盟的专家们也认为,内窥镜属于高精密制造领域,产品横截面极小,因此采用胶接工艺,能利用纵切面的面积增强产品组装结构力,并同时达到对工作通道的密封性能。
另外,胶接工艺的核心材料胶水属于高分子材料技术,可以根据不同使用环境进行各种配方改良,达到结构力、密封性与柔软度的完美结合。所以国内产业链应该内窥镜制造工艺中,把胶接工艺作为行业重点布局和突破的方向。
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