Integrando le funzioni meccaniche in un percorso tridimensionale per le tracce dei circuiti elettronici, è possibile ottimizzare e sfruttare lo spazio nella progettazione di apparecchi acustici innovativi.L’azienda giapponese Yaskawa ha coniato il termine “meccatronica” nel 1969, combinando “meccanica” ed “elettronica”. Da allora, i costanti sviluppi tecnologici, in particolare i sistemi di azionamento e la connettività wireless, ne hanno ampliato notevolmente l’uso.
Oggi, i dispositivi medici sono uno dei principali ambiti di applicazione della meccatronica. Una delle innovazioni più significative introdotte recentemente in questo settore sono i dispositivi integrati meccatronici tridimensionali, o 3D-MID (Mechatronic Integrated Devices). Si tratta di una tecnologia che permette di integrare componenti elettronici ad alta densità nello spazio più piccolo possibile. Quando si parla di miniaturizzazione, il partner ideale è il fornitore leader di soluzioni 3D-MID: HARTING. L’azienda ha sede nel distretto più innovativo dell’industria orologiera svizzera, a Biel, che è anche un polo in forte crescita per le tecnologie dei dispositivi medici. Questa località è stata scelta con cura, perché in questa regione la popolazione è cresciuta in un ambiente permeato di micromeccanica, generazione dopo generazione.
La tecnologia 3D-MID, o 3D-Circuits, ha il potenziale per trasformare l’industria medica così come la conosciamo. Poiché i dispositivi medici, come gli apparecchi acustici e le protesi dentali, diventano sempre più piccoli, la produzione dei loro elementi più importanti – tradizionalmente i circuiti stampati (PCB) che ospitano tracce conduttive e altre parti elettroniche – richiede molta più delicatezza e precisione.
La miniaturizzazione di alto livello è facilitata dai circuiti 3D: una fantastica combinazione di integrazione meccanica ed elettronica.
Questo articolo spiega tutto quello che c’è da sapere sulla tecnologia 3D-MID, sui suoi numerosi vantaggi e sulle sue applicazioni nel settore dei dispositivi medici.
Tutto sulla tecnologia 3D-MID
La tecnologia 3D-Circuits di HARTING consente di combinare le funzioni meccaniche ed elettroniche in un unico componente, per poterlo inserire anche negli spazi più ridotti.
Il circuito elettronico può essere integrato nel dispositivo stesso, rendendolo più compatto e denso di funzioni. Utilizzando schede stampate a iniezione, è possibile ridurre drasticamente il numero di fasi del processo, i tempi di assemblaggio e il numero di componenti.
La tecnologia 3D-MID è diventata incredibilmente utile in molti settori, soprattutto nel mondo dei dispositivi medici, dove favorisce la miniaturizzazione.
Come funziona la tecnologia 3D-MID
I progettisti di dispositivi possono andare oltre i limiti imposti dalle tecnologie di produzione tradizionale con l’aiuto dei circuiti 3D. Il cielo diventa così l’unico limite quando le funzioni elettriche e meccaniche possono essere unificate in un unico componente tridimensionale.
Questi componenti sono costruiti utilizzando soluzioni plastiche molto malleabili attraverso lo stampaggio a iniezione. Questo processo consente di creare qualsiasi cosa con dimensioni precise, in base ai requisiti stabiliti dall’utilizzo finale del cliente.
Lo stampaggio a iniezione è un metodo perfetto per la fabbricazione in grande serie di prodotti con geometrie complesse e dimensioni miniaturizzate, come i componenti per dispositivi medici di fascia alta. Un processo chiamato “Laser Direct Structuring (LDS)”, sviluppato da LPKF Laser & Electronics nel 1996, può quindi realizzare le tracce necessarie per il collegamento dei componenti elettronici, che saranno rese conduttive mediante un successivo processo di placcatura chimica.
Poiché HARTING unifica tutte queste fasi di processo sotto un unico tetto, i clienti beneficiano della qualità totale “Made in Switzerland”.
Con la tecnologia 3D-MID, i progettisti non hanno praticamente limiti. Questa innovazione apre un mondo di nuove possibilità e di risparmi potenzialmente enormi, sia per i produttori che per i consumatori. Combinando hardware meccanico ed elettrico, la progettazione e la creazione di dispositivi elettronici con funzioni molto complesse diventano più facili e molto più convenienti.
Grazie alla sua adattabilità, la meccatronica può essere utilizzata in una varietà di applicazioni mediche in continua espansione, dai sistemi di posizionamento dei letti alle apparecchiature chirurgiche robotiche.
La tecnologia 3D-MID in campo medico
Negli ultimi anni, la stampa 3D ha accelerato molti progressi nel settore sanitario, con milioni di persone che hanno beneficiato di componenti e dispositivi creati con facilità. Ora la tecnologia 3D-MID è pronta a cambiare per sempre il volto della medicina.
Questa tecnologia consente di fare un altro enorme passo avanti, utilizzando la meccatronica per creare dispositivi con una gamma ancora più ampia di funzioni elettroniche integrate e che si adattano anche agli spazi più piccoli.
La meccatronica consente di ridimensionare o miniaturizzare in modo estremo i dispositivi medici, consentendo di effettuare esami, rilevamenti e monitoraggi dall’interno del paziente. Grazie a questa tecnologia, i dispositivi medici possono essere progettati in modo da essere molto meno invasivi, con un significativo miglioramento delle cure per i pazienti. Grazie alla sua pluriennale esperienza – HARTING ha iniziato le sue attività in questo settore nel 2003 – il team conosce bene i requisiti del mercato medicale. Il successo di numerosi progetti di produzione in serie lo confermano. La capacità di prendere macchine e dispositivi medicali di grandi dimensioni e di inserirli in un involucro di formato più compatto è una parte importante di ciò che la tecnologia 3D-Circuits mette a disposizione del progettista. Offre dei miglioramenti davvero significativi per cambiare il modo in cui i dispositivi medici vengono oggi utilizzati.
Uno dei vantaggi più importanti di questa tecnologia è che rende possibili questi progressi senza sacrificare la qualità. Si potrebbe pensare che rimpicciolire un dispositivo medico lo renda meno potente o efficace, ma con la tecnologia 3D-MID non è affatto così.
Anzi, con la crescita della popolarità dei circuiti 3D, la tecnologia non potrà che migliorare, aprendo nuove strade per realizzare dispositivi medici ancora più piccoli ed efficaci, dagli apparecchi acustici alle protesi e agli strumenti chirurgici e odontoiatrici.
I vantaggi e le applicazioni della tecnologia 3D-MID
La miniaturizzazione è una delle tendenze più critiche, ma necessarie nel settore sanitario che influisce sulle modalità di utilizzo della tecnologia meccatronica. Lo sviluppo di strumenti, dispositivi e apparecchiature sempre più piccoli consentono di utilizzare metodi di trattamento meno invasivi, che a loro volta garantiscono tempi di recupero più rapidi e una migliore assistenza ai pazienti.
Questi microattuatori e sensori miniaturizzati favoriscono anche lo sviluppo di piccoli sistemi meccatronici per le seguenti applicazioni:
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- Strumenti diagnostici portatili da utilizzare in ambulatori o farmacie, compresi ultrasuoni e analisi del sangue
- Strumenti scientifici per la citometria a flusso, l’identificazione del DNA, il rilevamento di agenti patogeni e il sequenziamento del DNA.
- Sistemi di diagnostica per immagini che utilizzano moduli piccoli e precisi per il controllo delle lenti e la sintonizzazione dei laser.
- Dispositivi impiantabili che possono essere regolati dinamicamente sul posto
- Robot mobili miniaturizzati
Vi è anche la tendenza a porre maggiore attenzione alla praticità e all’estetica della tecnologia medica, nonché sul livello di comfort sperimentato dal paziente. Ciò è dovuto al fatto che un numero sempre maggiore di trattamenti si sta spostando dagli ospedali alle strutture ambulatoriali, e i clienti più esigenti oggi si aspettano un’esperienza più positiva come pazienti.
Le attività di riprogettazione delle apparecchiature mediche mirano a renderle più facili e comode da usare e gestire per i pazienti nel lungo periodo.
Anche l’idraulica convenzionale viene gradualmente abbandonata e sostituita dalla meccatronica come metodo preferito per il controllo del movimento. I sistemi meccatronici sono molto più semplici da utilizzare, generano meno rumore, pesano meno e sono più compatti.
Alcuni dei vantaggi che le organizzazioni mediche possono ottenere dall’utilizzo della meccatronica al posto dei metodi di produzione convenzionali comprendono:
- La miniaturizzazione dei dispositivi medici
- Lo sviluppo di dispositivi monouso a basso costo, che è diventata un’esigenza pressante.
- Portabilità dei dispositivi
- Elevati livelli di accuratezza e precisione
- Migliori prestazioni sotto tutti gli aspetti
- Libertà di progettazione
- Riduzione del peso
- Semplificazione dei prodotti
Conclusioni
Gli sviluppi più importanti della meccatronica portano a nuove tecnologie che plasmeranno l’assistenza sanitaria del futuro, in modo che i dispositivi medici siano più sicuri, più portatili e, soprattutto, indolore. La tecnologia 3D-Circuits di HARTING sta cambiando il modo in cui vengono realizzati i dispositivi medici, in particolare le apparecchiature complesse con elettronica integrata che devono essere inserite in spazi sempre più ridotti.
