طراحی تجهیزات پزشکی با نرم افزار سالیدرورکس (SolidWorks)

طراحی تجهیزات پزشکی با نرم افزارهای مدل سازی و شبیه سازی در سال های اخیر به پیشرفت تکنولوژی و تولید محصولات با کارآیی بیشتر کمک بسیار زیاده نموده است به صورتیکه عدم استفاده از آن در تولید بعضی از محصولات غیر قابل تصور می باشد. در متن زیر سعی شده است به طراحی تجهیزات پزشکی با سالیدورک و راهکارهایی که نرم افزار سالیدورکس SolidWorks برای ایجاد بهره وری بیشتر در صنعت طراحی تجهیزات پزشکی به کاربرانش ارائه می دهد مورد بررسی قرار داده شود و با ارائه مثال هایی در متن سعی شده است تا مشکلاتی عمده و عدیده ای که در طراحی تجیزات پزشکی ممکن است فرد طراح با آنها مواجه شود را توضیح داده و راهکارهای مناسبی را به شما همراهان ارائه دهد.

با استفاده از مثالهایی از وسایل پزشکی که هم اکنون به مرحله ی ساخت و بهره برداری رسیده اند فرا می گیرید که چگونه یک رویکرد یکپارچه مهندسی می تواند به شما درحل مشکلات طراحی و چالش های تجاری و بدست آوردن اطمینان از کیفیت محصول و قابلیت اعتماد بودن و ایمنی آن بدست آورید.

طراحان تجهیزات پزشکی و توسعه دهندگان با تعداد عدیده ای از مشکلات مهندسی و فنی بنا به صنعت خود مواجه می شوند. ایمنی بیماران در طراحی تجهیزات پزشکی بیش از هر مقوله ی دیگری از قبیل بهره وری و موثر بودن و مقول بودن از لحاظ هزینه ای در طراحی محصولاتی از قبیل ایمپلنتها و سیستم های رهایش دارویی و تجهیزات تشخیصی و ابزارات جراحی موثر می باشد و بایستی در الویت قرار داده شود.

چالش های صنعت تجهیزات پزشکی

صنعت تجهیزات پزشکی بسیار رقابتی و بر اساس های نیازهای روز در حال تغییر و تحول است به گونه ای که نه تنها محصول بلکه شرکتها ها نیز دچار چالشهایی درحین رونمایی از محصولات جدید می شوند مانند هر رشته و صنعتی دیگری ولی موانع عمده در بازار تجهیزات پزشکی زمان رونمایی از محصول و کاهش هزینه نسبت به نمونه های قبلی و هم چنین وجود رقبای بین المللی است و مهم تر از همه  بایستی  مطابقت بالایی با استاندارهای سخت گیرانه ای که برای تضمین ایمنی بیمار وجود دارد داشته باشند. با وجود این قوانین سخت گیرانه از طرف سازمان هایی مانند سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) باعث شده است که هزینه های بخش های ایمنی و توسعه برای تولید کننده های تجهیزات پزشکی بالاتر رفته که این هم برای تضمین سلامت بیماران بسیار حائز اهمییت می باشد و هم برای شرکت تولیدکننده داشتن این نماد بر روی محصولات خود نشان معتبری محسوب می شود و البته هزینه های بخش تولید و زمان عرضه محصول را نیز از لحاظ زمانی به تعویق می اندازد در واقع یک سوم از هزینه های بخش R&D (واحد توسعه و تحقیق ) شرکت را هزینه های رگولاتوری و کیفی به خود اختصاص می دهد.

راهکارهای شبیه سازی در نرم افزار سالیدورکس (SolidWorks)

نرم افزار سالیدورکس (SolidWorks) برنامه‌ی مورد استفاده برای تولید مدل های سه بعدی مورد استفاده تولید کنندگان تجهیزات تشخیصی و درمانی ابزارات جراحی ایمپلنت ها و سیستم های رهایش دارویی و سیستم های بسته بندی دارویی می باشد.

مهندسین تولید کننده ای که از نرم افزار سالیدورکس در طراحی خود استفاده می کنند بایستی مواردی از قبیل قابل حمل بودن دستگاه را در برای جابه جایی از یک بخش بیمارستان به بخش دیگر  و هم چنین ایمن بودن برای مصرف کننده‌ها و پرسنل بیمارستانی را مد نظر داشته باشند. از مرحله ی طراحی کانسپت تا مرحله ی پرداختن به جزئیات و اعتبار بخشی تست هر کدام از این بخش ها برای ایجاد اطمینان از محصول امر بسیار حائز اهمیتی می باشد.

شبیه ساز سالیدورکس (SolidWorks-simulation) در قالب یک add-ons همراه با نرم افزار درحین نصب ایجاد می شود. به یاد داشته باشید از آنجایی که سالیدورکس دارای 3 فضای standard-Premium -Professional می باشد تنها در زمانی می توانید از تمامی قابلبت های آنالیزی نرم افزار استفاده کنید که از فضای Premium آن استفاده کنید.

قابلیت های آنالیزی شبیه ساز SOLIDWORKS

شبیه ساز SOLIDWORKS ابزاری یکپارچه و کاملی برای مهندسین طراحی تجهیزات پزشکی به شمار می آید. مهندسین در حین انجام تستهای می توانند به محدوده ی بزرگی از پارامترهایی که در طراحی آنها دخیل هستند دسترسی داشته باشند برای مثال  دوام قطعه مدل سازی شده , پاسخ های دینامیکی و استاتیکی حرکات بعد از مونتاژ شدن قطعه, چگونگی انتفال گرما و دینامیک سیالات و فرآیندهای تزریق پلاستیک همه از ویژگی های بالای این نرم افزار  در طراحی تجهیزات پزشکی حکایت دارند.

آنالیز استاتیکی در سالیدرورکس (Statistical Analysis in SolidWorks)

شبیه ساز سالیدروکس محدوه ای وسیعی از قابلیت های آنالیز ساختاری شامل آنالیزهای استاتیکی برای مشخص شدن تنش ها و کرنش ها و خمش ها می باشد.با استفاده از اطلاعات موجود و بدست آمده طراحان تجهیزات پزشکی به راحتی می توانند رفتارهای محصول تولید شده را در برای بهینه سازی و جلوگیری از شکست مورد بررسی قرار دهند.

تحلیل های آنالیزی غیرخطی تنشها و تغییر ابعاد یک محصول را در حین بارگذاری های معمول و با استفاده از شرایط متریالی مختلف انجام می دهند.

بارگذاری های دینامیکی (وابسته به زمان)

تغییر شکل اجزای بزرگ

تحلیل های آنالیزی غیرخطی معممولا در کاربردهای پزشکی از اهمییت زیادی برخورد دار هستند چراکه از جمله عواملی که موجب ایجاد مشکل برای دستگاه می شود به شمار می آید. پایگاه داده‌ی شبیه ساز سالیدورکس مدلهای غیر خطی با ویژگی های از قبل تعریف شده ای را درخود جای داده است برای مثال نیتینول(nitinol) که آلیاژی از نیکل و تیتانیوم  است که به طور گسترده ای درتجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار گرفته می شود و بسیاری از آلیاژها و فلزات را درخودجای داده و نیاز هر طراحی را برای تعریف متریال مورد نظر برآورده می سازد.

تحلیل گرمایی (Thermal Structural Analysis)

تحلیل گرمایی یک روش المان محدود برای محاسبه‌ی توزیع دما در یک جسم سالید می باشد.آنالیزهای گرمایی گرما و انتقال گرما را در بین قطعات در محصول ایجاد شده و محیط اطراف دستگاه مورد بررسی قرار می دهد که در طراحی تجهیزات پزشکی بسیار حائز اهمییت می باشد.

شرکت دراگر Dräger که از پیشروترین شرکتهای تولید کننده ی تجهیزات پزشکی در آلمان با استفاده از شبیه سازهای خطی و گرمایی سالیدورکس برای مطالعه‌ی تعداد مختلفی از مواد پلاستیکی مورد استفاده در وسایل و تجیهزات تنفسی از منظر اطمینان از متناسب بودن پلاستیک مورد استفاده در این وسایل با مقررات و نیازهای اساسی بیماران بهره برده است. سالیدورک سیمیولیشن در دو حالت پایا  و گذرا میدان دما یا همان حوزه‌ی گرمایی را محاسبه می کند. با محاسبه‌ی میدان دمایی تنش های حرارتی به راحتی محاسبه می شود.

آنالیز فرکانس و ارتعاشات (Frequency & Vibration Analysis)

ارتعاشاتی که تجهیزات پزشکی ممکن است با آنها برخورد کنند می تواند بر روی کیفیت و کم شدن عمر مفید محصول تاثیر داشته باشد. تحلیل های ارتعاشی به طور مشخص برای یک دستگاه بسیار حائز اهمییت بوده. کمپانی های پیشرو این آنالیز را با دقت ویژه ای مورد بررسی قرار می دهند بدون وجود این شبیه سازی ها ممکن است انجام این تستها هفته ها به طول بیانجامد.

آنالیز خستگی (Fatigue Analysis)

خستگی به عنوان شکست در برابر بارهای تکرار شونده و یا بارهای گسترده تعریف می شود که در هر محصولی بایستی به صورت منحصر به فرد مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد. انجام  آنالیز خستگی برای هر محصول مشخص می کند که در برابر بارهای دوره ای تکرار شونده چه تغییرات ساختاری ممکن است اتفاق بیافتد. برای طراحان تجهیزات پزشکی نیز دانستن این مدت زمان برای درک اینکه مواد و محصولات تاچه زمانی می تواند ایمنی بیمار را تضمین کند بسیار مهم می باشد.

نتایج تحلیل های خستگی به صورت دیاگرام های زیر بدست می آید:

نمودار دوام یا عمر محصول

نمودار آسیب یا عمر باقیمانده قطعه

نمودار فاکتور ضریب اطمینان یا FOS

نمودار چارت ماتریکس که برای مطالعه  تغییرات دامنه به کار برده می شود.

آنالیز شبیه سازی حرکتی در سالیدورکس (SOLIDWORKS Motion Simulation)

در مورد سیستم ونتیلاسیون کمپانی دراگر شبیه ساز سالیدورکس فلو به طراحان برای مطالعه‌ی تاثیراتی که در اثر تغییر جریان گاز در سیستم ونتیلاسیون با تحقیق اینکه بیمار با این مدل جدید توانایی دریافت اکسیژن مناسب را دارا می باشد یا خیر انجام پذیرفته است.

کمپانی دراگر DRAGER اعلام داشته است که استفاده از شبیه ساز سالیدورکس فلو (SOLIDWORKS Flow) همراه با آنالیزهایی مانند تنش استاتیکی و گرمایی زمان انجام آزمایش ها را در حدود 50 درصد و نیاز به ساخت نمونه‌ی های اولیه را تا 75 درصد کاهش می دهد. کمپانی کانادایی تولیدکننده ی تجهیزات پزشکی SouthMedic اولین سیستم اکسیژن رسانی تماسی باز با عنوان هدست OxyArm را با استفاده از این شبیه ساز تولید و توسعه داده است.

 جمع بندی

در این مقال به طراحی تجهیزات پزشکی با سالیدورک پرداختیم. قوانین و مقررات و چالش های رقابتی که در زمینه تولید محصولات تجهیزات پزشکی با آن مواجه خواهید شد بسیار متعدد خواهد بود و هم چنین فرصتها. نرم افزار سالیدورکس می تواند در این راه به شما کمک شایانی کرده و باعث بیشینه شدن این فرصتها شود و در عین حال نیز باعث کاهش هزینه های اضافی خواهد شد. با فراگیری نرم افزارهایی که به عنوان رزومه و فرصتهای شغلی مناسبی را پیش روی مندسین پزشکی قرار می دهد.

سالیدورکس با دارا بودن رنج وسیعی از مدلهای جامداتی و ابزارات سطح سازی برای ایجاد هندسه های بسیار پیچیده و در عین حال بسیار شیک برای تجهیزات پزشکی را دارا بوده و می تواند آنها را به مدل قابل ساخت و بسیار کارآمدی تبدیل کند. با دارا بودن ابزارات آنالیزی و بصری متعدد بهترین گزینه برای ایجاد مدلهای اولیه و ارزیابی آنها به شمار می آید.

منابع بیشتر مطالعه برای شما:

کامران نوروزی

سلام خوشحالم که با شما آشنا شدم من کامران نوروزی ام. کارشناس ارشد تجهیزات پزشکی کنجکاو و عاشق نویسندگی داستان من دقیقا از زمانی شروع شد که با دنیای تجارت الکترونیک آشنا شدم از اون موقع تا حالا سعی کردم بهترین تجربه خرید و مشاوره آنلاین تجهیزات پزشکی رو به کاربران هاسپکسا منتقل کنم. و این داستان همچنان ادامه داره ….