接合式歧管架構之所以重要,是因為它決定了您的液體系統是否可以具備精巧性、易清潔性及可擴展性。 它會影響接口的數量、流路的設計、所使用的材料以及從原型到量產所需的投入。

一旦您的團隊認為接合式歧管技術是一個合適的方向,關鍵問題就變成了一個實用性問題:哪種方法能夠在佔用空間、死體積、易清潔性、可製造性和成本之間為您的設備提供適當的平衡?

一個設計良好的液體接合式歧管架構可以幫助您的團隊:

  • 透過整合流路來減少管件的複雜性
  • 減少需要組裝、檢查或維護的接口
  • 減少死體積,通道概念支援更短、更直接的路徑
  • 透過避免不必要的外部路線來提升設計的可清潔性
  • 在幾何形狀變得難以更改之前提早規劃可製造性
  • 確保流體系統易於從原型擴展到系列生產

在細化通道、層數或材料之前,先確認您的架構所需之流路。 大多數團隊在達到這個階段之前,已經比較過多種流體接合式歧管類型。

基於配管的流路設計

基於配管的配置通常適合早期原型設計,因為它們的更改速度很快。 隨著設備變得更小、更簡潔並更專注於生產,這些配置可能會變得更難管理。 更多的配管和接頭會導致更多的組裝步驟,增加潛在洩漏點,並且不同的組裝之間可能存在更多變化。

機加工歧管

機加工歧管適用於較簡單的幾何形狀、堅固的機械結構,或通道概念可透過交叉鑽孔加工實現的布局。 然而,當設計需要跨越多層的複雜內部路徑時,它們可能會受到限制。

接合式歧管與多層歧管

接合式歧管可確保內部通道易於沖洗,具備精巧配置,而多層歧管則適用於更複雜的路徑設計。 擴散接合可將各個聚合物層熔合在一起,接合區域不需使用黏著劑。 這適用於微流體接合式歧管設計,當中清晰的路徑通道、低污染風險和小型化是關鍵。

整合式流體系統

整合式流體系統不僅僅是接合式歧管本體。 還涉及如何整合閥、接頭、配管、壓力控制和感測器,以及如何執行組裝和測試。 當您的團隊希望減少不同供應商的接口,並想要從客製化接合式歧管到功能性次系統的更清晰流程時,這點非常重要。

有效的接合式歧管技術比較應從應用限制為出發點,而非主觀偏好。 在您決定是接合式歧管、機加工歧管或整合流體組件最適合前,請考慮將設計構想和需求轉化為可行設計的相關因素。

在技術審查初期包含以下重點:

  • 介質:液體、氣體、試劑、清潔劑和接觸材料
  • 壓力和流量:操作範圍、壓降敏感度和流量穩定性
  • 通道幾何形狀:路徑數量、通道尺寸、配管複雜度和層間過渡
  • 死體積:樣本損失、殘留、滯留氣泡和反應體積
  • 清潔性: 沖洗策略、清潔介質、表面可及性及污染風險
  • 光學需求: 視覺檢查、透明通道板或檢測需求
  • 整合性: 閥、接頭、配管、感測器、插入件及固定件位置
  • 佔用空間: 可用設備空間及維護可及性
  • 生產量: 原型需求、預期規模及組裝重複性

對於接合式歧管是採用接合型還是機械加工型,並沒有放諸四海皆準的答案。 兩種方式各有其應用場景。 正確的選擇取決於幾何形狀、材料、製造方法及整合需求。

應用需要複雜的內部通道、精巧的佈管、多層設計或小空間中的高功能密度時,接合型接合式歧管是一個很好的選擇。 在生命科學應用中,這可以實現精巧的流體設計,並有助於整合原本需多條配管、接頭和連接器的流體路徑。

對於較為簡單的通道配置、具體的機械需求,或流路較直接的應用,機加工型接合式歧管可能更合適。 當幾何形狀不需要分層內部引導時,這也可以是一個不錯的選擇。

使用這些問題來引導決策:

  • 通道配置是簡單且主要為直接的,還是需要多處交叉、層間變換或內部連接?
  • 所需的流路能否以鑽孔插口或堵塞件建立,或者它們是否會增加不可接受的死體積、滯留體積或清潔風險?
  • 佔用空間是否允許外部連接和機加工取用,還是需採用堆疊式內部流路以節省空間?
  • 檢查、光學透明性或可視化過程控制是否偏好透明聚合物設計?
  • 介質、清潔劑、壓力、溫度及機械負載是否指向機加工實心塊體或如 PMMA 或 PEI 的接合聚合物?
  • 生產是否僅包括接合式歧管,還是應將閥、接頭和管道組成一個整合的組裝件?

如果答案指向精巧的多層內部路徑,那麼接合式歧管值得考慮。

接合式歧管設計的成本取決於設計決策。 這並不意味著應避免複雜的設計。 在精巧的生命科學系統中,當更複雜的接合式歧管能減少管道、接頭、手動組裝、漏氣檢查、維護或裝置其他部分的品質控制風險時,這樣的設計是有意義的。

當應用中可以使用更簡單的設計方案時,所需的工作量通常可維持在可控範圍內。 PMMA、雙層設計概念、較少的通路、單面的加工、精巧的佔用空間、以及接合過程後的有限加工,都能有助於維持設計的高效可製造性。 在可能的情況下,將外部構造規劃於單側,也可減少不必要的製造作業。

當應用需要更高的材料性能、更多層或更複雜的內部配管時,可能需要更多的工作。 使用 PEI 代替 PMMA、多層次的配管、雙面的加工、更大的佔用空間,以及為外部幾何形狀、螺紋或外部構造進行額外的黏合後加工,均會增加設計與生產的複雜度。

不要等到原型運作後才考慮流體系統的製造難易度。 這應該是架構討論的一部分。

原型可以證明流體功能可行,但可製造性應該從一開始就進行討論。 過長的配管、過多的手動連接、難以清潔的區域或位置不佳的接口可能會拖慢組裝速度,並在後續驗證中帶來困難。

可擴展的接合式歧管架構應協助團隊確認以下方面:

✔ 流體配管是否能被反覆組裝?
✔ 設計是否能減少手動配管與接頭的作業?
✔ 清潔或沖洗是否能到達關鍵區域?
✔ 閥、接頭或壓力控制是否能被潔淨整合?
✔ 此架構是否能支援原型、生產試驗及量產?
✔ 設計資料是否可用於結構化的供應商評估?

這就是為什麼精巧型流體設計不僅僅是配置最佳化。 這是邁向量產準備的途徑。

Festo 可依據應用及專案範圍,支援從工程及接合式歧管生產,到具功能性子系統並含最終測試之客製化專案支援。 為此,我們將內部的接合式歧管能力與現有的目錄產品組合,例如閥、接頭、配管、壓力控制,以及我們的工程、組裝和測試專業技術。

此方法通常適用於具多通道且佔位小的高精密微流體接合式歧管,使用如 PMMA 或 PEI 等聚合物,污染風險低,並與閥或其他流體控制元件清晰整合。 自從收購前 Carville 擴散鍵合技術以來,我們可以將目錄元件與擴散鍵合歧管結合,打造精巧且客製化的解決方案。