Precyzyjne projektowanie systemów mikroprzepływowych – Case Study IDEX

Według Kevina Longleya, inżyniera projektowania mechanicznego, maksymalizacja wydajności ma kluczowe znaczenie na wysoce konkurencyjnym rynku laboratoryjnym.

„Im większa wydajność danego laboratorium, tym więcej pieniędzy się zarabia” — wyjaśnia Longley. „Dzięki wyższemu ciśnieniu uzyskują one większą wydajność, co pozwala na przepchnięcie większej liczby próbek przez kolumnę. Pierwsze zawory wysokociśnieniowe do chromatografii cieczowej zostały sklasyfikowane na poziomie około 500 psi. Zawory Rheodyne , które obecnie tworzymy w firmie IDEX, wytrzymują ciśnienie na poziomie 30 000 psi. W związku z tym dopychamy niezwykle małe ilości — w niektórych przypadkach nawet 0,1 mikrolitra — przy bardzo wysokim ciśnieniu, aby zwiększyć wydajność i uczynić zakup sprzętu bardziej ekonomicznym dla laboratoriów”.

Aby osiągnąć założone cele w dziedzinie mikroprzepływów, inżynierowie firmy potrzebowali dostępu do zintegrowanych narzędzi do projektowania i symulacji. W 2001 roku firma IDEX zdecydowała się na migrację z oprogramowania Pro/ENGINEER do zintegrowanych rozwiązań SOLIDWORKS . „Firma IDEX przyjęła oprogramowanie SOLIDWORKS jako standard, ponieważ jest ono łatwe w użyciu i ułatwia szkolenia, a jednocześnie zapewnia zaawansowane narzędzia do symulacji struktury i przepływu płynów” — wyjaśnia Longley.

Firma IDEX wdrożyła 120 licencji oprogramowanie SOLIDWORKS Professional do projektowania oraz SOLIDWORKS Premium do projektowania i analizy, SOLIDWORKS Simulation Premium i SOLIDWORKS Flow Simulation do analizy, a także system zarządzania danymi produktów SOLIDWORKS PDM Professional.

Wraz ze wzrostem złożoności projektów firmy IDEX rośnie również zależność od narzędzi SOLIDWORKS Simulation i SOLIDWORKS Flow Simulation.

„Większość naszych działań byłaby prawie niemożliwa do zrobienia ręcznie” — podkreśla Longley. „Używamy przewodów o średnicy 1/3 cala (8,47 mm), ale średnice wewnętrzne wynoszą 0,004 cala (0,1016 mm). Przy tak małych kanałach i tak wysokim ciśnieniu przepychającym tak małe objętości płynu przez układ, symulacja jest koniecznością. Przeprowadzamy symulacje przepływu produktów, które obejmują mieszanie i strukturalną analizę metodą elementów skończonych (finite element analysis – FEA) na niemal wszystkich innych elementach”.

Zawory IDEX podlegają siłom, które grożą niekiedy nawet ich rozsadzeniem, dlatego inżynierowie przeprowadzają analizy metodą FEA na każdym oddzielnym łączu w danym projekcie. Korzystają z analizy, aby zyskać pewność, że projekt jest poprawny, zanim przejdą do etapu prototypowania. Analizy są przeprowadzane na każdym projektowanym zaworze.

Wykorzystując rozwiązania SOLIDWORKS, firma IDEX skróciła cykl projektowania o 50%, jednocześnie zwiększając innowacyjność. Poza oszczędnością czasu przy użyciu narzędzi symulacji SOLIDWORKS, firma IDEX uzyskuje oszczędność czasu dzięki możliwościom konfiguracji projektu SOLIDWORKS.

„W niemal wszystkich naszych projektach wykorzystujemy konfiguracje” — podkreśla Longley. „Głównym komponentem naszych zaworów jest stojan. Chociaż korpus stojana pozostaje taki sam, to może mieć wiele konfiguracji portów. Niektóre są wyposażone w 2 porty, inne mają ich aż do 25, a kąty otworów są bardzo różne. Dzięki konfiguracjom SOLIDWORKS możemy efektywnie modelować wszystkie potencjalne warianty względem naszego wstępnego projektu, co pozwala zaoszczędzić dużo czasu”.

Firma wdrożyła system SOLIDWORKS PDM Professional w celu usprawnienia zarządzania danymi projektu produktu. „Przewidujemy większą oszczędność czasu po pełnym wdrożeniu programu SOLIDWORKS PDM Professional” — dodaje Longley. Dzięki systemowi PDM wszystkie dane projektowe są w zasięgu ręki inżyniera, który w trakcie projektowania loguje się do przechowalni, wybiera model i zaczyna prace projektowe.

Oprogramowanie SOLIDWORKS ograniczyło również czas i koszty produkcji. Za pomocą narzędzia SOLIDWORKS Routing, inżynierowie generują plik zgięcia, które przechwytują współrzędne XYZ na promieniach zgięcia w celu wyprodukowania bardzo małych rur cienkościennych ze stali nierdzewnej. Funkcja ta umożliwia firmie IDEX wykorzystanie technologii automatycznego zginania rur zamiast stosowania ręcznych przyrządów i uchwytów.

„Podejście ręczne wymagałoby miesięcy” — zauważa Longley. „Wyprodukowanie tylko tych przyrządów obróbkowych trwa od sześciu do ośmiu tygodni. Używając narzędzia SOLIDWORKS Routing, udało mi się uzyskać rury w ciągu około tygodnia. To tylko jeden z przykładów tego, w jaki sposób korzystanie z oprogramowania SOLIDWORKS pomaga nam dotrzymać terminów”.

Dzięki możliwościom narzędzi SOLIDWORKS firma IDEX Health & Science może wykonywać bardzo złożone projekty, zwiększać ich innowacyjność oraz usprawnić i przyspieszyć rozwój swoich systemów i produktów mikroprzepływowych.