Độ chính xác cao trong hơn 370 triệu chu kỳ: hệ thống trục/bạc lót trong tim nhân tạo

Hồ sơ ứng dụng

• Nhu cầu: Bạc lót nhựa trơn và trục đặc biệt cho cụm truyền động dùng để làm lệch màng ngăn trong các buồng bơm
• Yêu cầu: Không cần bảo trì, thiết kế nhỏ gọn, khe hở nhỏ, chịu được hóa chất và độ ẩm, chịu tải xoắn lặp lại và tải dọc trục thay đổi liên tục, tuổi thọ trên 370 triệu chu kỳ, trọng lượng nhẹ
• Ngành: Công nghệ y tế, thiết bị y tế
• Thành công cho khách hàng: Với bạc lót nhựa trơn iglidur® J phiên bản đặc biệt kết hợp cùng trục nhôm drylin® tương thích, ReinHeart TAH GmbH đã phát triển được một hệ truyền động chính xác, không cần bảo trì và bền bỉ, vận hành tin cậy ngay cả khi chịu tải cao và không gian lắp đặt cực kỳ hạn chế, đồng thời tối đa hóa hiệu suất của tim nhân tạo.

-

Tim nhân tạo bao gồm một cụm truyền động và hai buồng bơm hoạt động theo nguyên lý bơm thể tích. Các buồng bơm được trang bị vỏ khóa kín và các màng đàn hồi, được làm lệch luân phiên bởi bộ truyền động tuyến tính điện–cơ được cấp bằng sáng chế. Chuyển động này khiến các van tim nhân tạo tạo ra dòng máu có hướng và dạng xung, mô phỏng hoạt động sinh lý của tim tự nhiên.

Bên trong cụm truyền động, hệ thống trục/bạc lót nhựa trơn được sử dụng để dẫn hướng các cuộn dây của bộ truyền động đi qua từ trường của stato với độ chính xác cao. Để tối đa hóa hiệu suất của hệ truyền động, khe hở không khí giữa cuộn dây và nam châm được giữ ở mức tối thiểu. Các cảm biến vị trí gắn trên bạc lót giám sát chính xác chuyển động của trục, chỉ cho phép sai lệch vài phần mười milimét và một vài độ quay.

Các thách thức kỹ thuật đặt ra là rất lớn: hệ thống phải không cần bảo trì và đảm bảo độ chính xác lâu dài dưới tải trọng thay đổi. Bạc lót phải chịu được tải xoắn lặp lại trong tuổi thọ năm năm (tương đương khoảng 370 triệu chu kỳ), đồng thời chịu các tải dọc trục thay đổi theo tư thế và chuyển động của bệnh nhân.

Ngoài ra, kích thước lắp đặt nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, cùng với khả năng kháng hóa chất và độ hấp thụ ẩm thấp cũng là những yếu tố mang tính quyết định. Bạc lót được đặt bên trong cụm truyền động, nơi không tiếp xúc trực tiếp với các dịch cơ thể. Tuy nhiên, do đặc tính thẩm thấu của vật liệu nhựa, về lâu dài vẫn có thể xuất hiện độ ẩm trong cụm truyền động và do đó ảnh hưởng đến bạc lót. Bên cạnh đó, không được phát sinh các mạt mài mòn kim loại tiềm ẩn nguy cơ.

Ở phương án thử nghiệm ban đầu, một hệ hai trục đã được đánh giá, nhưng giải pháp này gặp nhiều khó khăn trong vận hành do các dung sai chế tạo khó kiểm soát và thậm chí còn dẫn đến gãy một trục. Ngoài ra, yêu cầu không gian lắp đặt của giải pháp này cũng lớn hơn đáng kể do phải sử dụng hai bạc lót.

Do không có giải pháp tiêu chuẩn nào đáp ứng được bộ yêu cầu kỹ thuật phức tạp, hệ thống trục/bạc lót nhựa trơn đã được ReinHeart thiết kế và phát triển riêng, đồng thời hiện thực hóa thông qua sự hợp tác với igus. Bạc lót được tạo hình đặc biệt này được chế tạo từ vật liệu iglidur® J, vốn đặc biệt phù hợp cho ứng dụng nhờ khả năng kháng hóa chất, độ hấp thụ ẩm thấp và không cần bôi trơn. Do không phát sinh mài mòn kim loại, hệ thống đảm bảo vận hành an toàn tuyệt đối. Phần trục sử dụng trục nhôm drylin® AWMP, là đối tác trượt lý tưởng của iglidur® J, giúp đảm bảo đặc tính vận hành ổn định và mức mài mòn tối thiểu trong suốt toàn bộ tuổi thọ sử dụng.

Bạc lót có thiết kế tiết kiệm không gian, trọng lượng nhẹ và được bố trí các rãnh cho phép tích hợp cảm biến vị trí nhằm giám sát chính xác chuyển động của trục. Bạc lót và trục được trang bị cơ cấu chống xoay, có hình học tương thích và được gia công với dung sai chặt chẽ về hình dạng và vị trí. Một đặc điểm cốt lõi của hệ thống trục/bạc lót là giai đoạn “burn-in” có chủ đích: khi lắp ráp lần đầu, trục được kẹp chặt có kiểm soát trong bạc lót và chỉ có thể chuyển động khi tác dụng một lực xác định. Trong giai đoạn vận hành ban đầu, biên dạng bạc lót sẽ tự thích nghi với trục để đảm bảo khả năng dẫn hướng tối ưu.

Sự kết hợp giữa trục, bạc lót và hệ thống cảm biến đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về khe hở không khí tối thiểu, dẫn hướng chính xác và độ bền cao dưới tải ngang và tải xoắn thay đổi. Kết quả là một hệ thống dẫn hướng chính xác, không cần bảo trì trong suốt tuổi thọ năm năm.

Sau nhiều năm phát triển, hệ thống trục/bạc lót hiện đã bước sang thế hệ thứ hai. Đối với ReinHeart TAH GmbH, kết quả đạt được là rất khả quan và hiện đang tiếp tục được kiểm chứng thông qua các thử nghiệm độ bền dài hạn. Cùng với igus, các khái niệm thử nghiệm mới cho bạc lót nhựa trơn đã được xây dựng, trong đó igus cũng đang tiên phong áp dụng những phương pháp tiếp cận hoàn toàn mới.

-

-

-

-