Архітектура колектора має велике значення, оскільки вона визначає, наскільки компактною, зручною для очищення та масштабованою може бути ваша гідравлічна система. Вона впливає на кількість інтерфейсів, маршрут проходження, використані матеріали й зусилля, необхідні для переходу від прототипу до серійного виробництва.
Щойно ваша команда дійде висновку, що технологія колекторів є доцільним напрямком, на перший план виходить практичне запитання: який підхід забезпечить вашому пристрою оптимальний баланс між габаритами, мертвим об’ємом, можливістю очищення, технологічністю виготовлення й вартістю?
Вдало розроблена архітектура гідравлічного колектора може допомогти вашій команді:
Перш ніж уточнювати технологічні маршрути, шари або матеріали, визначте маршрут, необхідний для вашої архітектури. До цього етапу більшість команд вже порівняють кілька типів гідравлічних колекторів.
Схеми на основі трубок часто підходять для ранніх прототипів, оскільки їх легко змінювати. Крім того, керувати ними може ставати складніше, оскільки пристрої стають меншими, лаконічнішими та все більше орієнтованими на виробництво. Збільшення кількості трубок і з’єднувачів може призвести до збільшення кількості етапів складання, збільшення кількості потенційних місць витоку та більших відмінностей між окремими збірками.
Колектори, виготовлені методом механічної обробки, добре працюють для простих геометрій, міцної механічної конструкції або схем, де технологія свердління відповідає концепції каналів. Однак вони можуть стати обмежувальним фактором, коли конструкція вимагає складного внутрішнього прокладання технологічних маршрутів крізь кілька шарів.
Bonded manifolds забезпечують легке промивання внутрішніх каналів та компактну конструкцію, тоді як багатошарові колектори чудово підходять для більш складних схем технологічних маршрутів. Дифузійне з’єднання забезпечує з’єднання окремих полімерних шарів без необхідності використання клею в зоні з’єднання. Це може бути доцільним для проєктування мікрофлюїдних колекторів, де вирішальне значення мають чітко прокладені канали, низький ризик забруднення й компактність конструкції.
Інтегрована гідродинамічна система — це не лише корпус колектора. Також йдеться про те, як будуть інтегровані клапани, з’єднувачі, трубопроводи, системи регулювання тиску й датчики, а також про те, як буде здійснюватися монтаж і випробування. Це важливо, коли ваша команда прагне зменшити кількість інтерфейсів від різних постачальників і забезпечити більш чіткий процес — від індивідуально розробленого колектора до функціональної підсистеми.
Ефективне порівняння технологій колекторів починається з обмежень, пов’язаних зі сферою застосування, а не з особистих уподобань. Перш ніж вирішити, що саме підійде найкраще — Bonded Manifold, колектор, виготовлений методом механічної обробки, чи інтегрований гідравлічний вузол, — варто врахувати фактори, які перетворюють ідеї щодо компонування та технічні вимоги на реалістичний проєкт.
Включіть ці пункти на початковому етапі технічного аналізу:
Не існує універсальної відповіді на запитання, що краще: Bonded Manifold чи механічно оброблений колектор. Обидва варіанти мають своє місце. Правильне рішення залежить від геометрії, матеріалу, методу виробництва й потреб інтеграції.
Bonded Manifold може стати чудовим рішенням, коли потрібні складні внутрішні канали, компактна схема під’єднання, кілька рівнів або висока функціональна щільність на невеликій площі. У медико-біологічній сфері це дозволяє створити компактну гідравлічну конструкцію та сприяє об’єднанню контуру потоку рідини, для якого в іншому випадку знадобилося б кілька трубок, фітингів і з’єднувачів.
Колектор, виготовлений методом механічної обробки може краще підійти для простіших конфігурацій каналів, специфічних механічних вимог або випадків, коли маршрут є більш прямим. Він також може бути хорошим вибором, коли геометрія не вимагає багатошарового внутрішнього прокладання технологічних маршрутів.
Скористайтеся цими запитаннями, щоб визначитися з рішенням:
Якщо відповіді свідчать про компактне, багатошарове внутрішнє прокладання маршрутів, варто розглянути варіант Bonded Manifold.
Вартість проєктування колектора Bonded Manifold залежить від прийнятих рішень. Це не означає, що складних проєктів слід уникати. У компактних біомедичних системах складніший колектор може бути корисним якщо він зменшує кількість трубок, з’єднувачів, ручного складання, перевірок на витік, обслуговування чи ризиків контролю якості в інших частинах пристрою.
Зазвичай обсяг роботи залишається прийнятним, якщо в можна застосувати простіший підхід до проєктування. PMMA, двошарові концепції, менша кількість маршрутів, одностороння механічна обробка, компактний розмір і знижена кількість механічної обробки для процесу з’єднання можуть допомогти зробити конструкцію більш ефективною для виробництва. Розміщення зовнішніх елементів, по можливості, з одного боку також може знизити зайві виробничі витрати.
Може знадобитися додаткова робота, якщо для реалізації проєкту потрібні матеріали з кращими експлуатаційними характеристиками, більша кількість шарів або складніша внутрішня схема. PEI замість PMMA, наявність численних маршрутів на кількох рівнях, двостороння обробка, більша площа основи та додаткова обробка після з’єднання для формування зовнішньої геометрії, різьблення або зовнішніх елементів — все це підвищує складність проєктування й виробництва.
Визначення того, наскільки просто виготовляти гідравлічні системи, не слід відкладати до того моменту, коли прототип почне працювати. Це повинно бути частиною обговорення архітектури.
Прототип може підтвердити працездатність системи, але питання технологічності виробництва слід обговорювати з самого початку. Довгі траси трубопроводів, велика кількість ручних з’єднань, важкодоступні для очищення ділянки або невдало розміщені інтерфейси можуть уповільнити процес складання й ускладнити подальшу валідацію.
Масштабована архітектура колектора має допомогти команді перевірити такі аспекти:
✔ Чи можна багаторазово збирати контур проходження рідини?
✔ Чи дозволяє ця конструкція зменшити обсяг ручних робіт з під’єднання трубок і фітингів?
✔ Чи можна під час чищення або промивання дістатися до важливих ділянок?
✔ Чи можна акуратно вбудувати клапани, з’єднувачі або пристрої регулювання тиску?
✔ Чи здатна ця архітектура підтримувати прототипне, пілотне й серійне виробництво?
✔ Чи можна використовувати проєктні дані для проведення структурованої оцінки постачальників?
Саме тому компактна конструкція гідравлічних систем — це не лише оптимізація компонування. Це шлях до готовності до виробництва.
Компанія Festo може надавати підтримку в реалізації індивідуальних проєктів клієнтів — від проєктування й виробництва колекторів до створення функціональних підсистем із проведенням кінцевих випробувань — залежно від сфери застосування та обсягу проєкту. Для цього ми поєднуємо власні можливості з виготовлення колекторів Diffusion Bonded Manifolds з наявним асортиментом каталожної продукції, як-от клапани, з’єднувачі, трубки, пристрої регулювання тиску, а також наш досвід у сфері проєктування, складання та випробувань.
Такий підхід часто підходить для складних високоточних мікрофлюїдних колекторів із великою кількістю каналів на невеликій площі, виготовлених із таких полімерів, як PMMA або PEI, що характеризуються низьким ризиком забруднення й забезпечують безперешкодну інтеграцію з клапанами або іншими компонентами системи регулювання потоку рідини. З моменту придбання технології дифузійного з’єднання Carville ми маємо можливість поєднувати компоненти з каталогу з колекторами Diffusion Bonded Manifolds для створення компактних рішень, розроблених за індивідуальним замовленням.