의료 기술의 정밀 베어링: 성능 및 신뢰성 결정

알렉산더 블루스

2023년 2월 21일

14:00

HQW Precision GmbH의 영업 및 응용 엔지니어인 Alexander Bloos는 치료받는 환자의 안전이 직접적으로 좌우되는 중요한 구성 요소 중 정밀 베어링이 어떻게 사용되는지 간략하게 설명합니다.

키릴 크루팔로프(Kirill Khrupalov) - stock.adobe.com

의료 기기는 부품의 신뢰성에 대한 요구가 매우 높습니다. 수술용 전동 공구, 인공호흡기, 심장 펌프 등의 응용 분야에서 정밀 베어링은 치료받는 환자의 안전이 직접적으로 좌우되는 중요한 구성 요소 중 하나이므로 정확하게 맞는 롤링 베어링의 사양과 선택이 더욱 중요해졌습니다.

의료 제품의 개발 및 승인은 종종 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 과정입니다. 각 구성 요소는 까다로운 주변 조건에서 수년간 사용하고 고부하에서 작동한 후에도 성능과 신뢰성에 대한 요구 사항을 지속적으로 충족할 수 있도록 의식적으로 선택해야 합니다. 응용 분야의 특별한 요구 사항 외에도 설계자는 내식성, 윤활성, 볼 베어링에 사용되는 재료와 같은 요소도 고려해야 합니다. 정확하게 맞는 정밀 베어링을 사용하면 실제 사용에서 발생하는 실패의 결과는 말할 것도 없고 비용이 많이 드는 재설계 및 승인 프로세스 갱신의 위험도 줄어듭니다.

특수 소재로 부식 및 내열성이 향상되었습니다.

반복적인 멸균이 필요한 수술 도구 및 의료 장비의 경우 내식성은 중요한 요소입니다. 이러한 이유로 장치에 사용되는 베어링은 멸균 과정에서 사용되는 공격적인 화학 물질과 오토클레이브에서 발생하는 최대 +140°C의 고온을 견딜 수 있어야 합니다. 따라서 전동체, 링 및 케이지의 재료를 선택할 때 주의를 기울여야 합니다. 예를 들어 고성능 AMS5898 / X30CrMoN15-1(마르텐사이트계 스테인리스강)을 사용하여 좋은 결과를 얻었습니다. 이 재료는 크롬 함량이 14~16%로 높아 표준 롤링 베어링강보다 상당히 높은 내식성을 제공합니다. .

우수한 윤활성: 긴 사용 수명 및 생체 적합성

좋은 윤활도 베어링 성능에 필수적입니다. 윤활유의 종류와 양은 해당 응용 분야의 기능적 특성과 서비스 수명에 중요한 영향을 미칩니다. 그리스 윤활에 의존하는 베어링 시스템의 경우 윤활제가 조직과 접촉하더라도 환자의 건강에 대한 손상을 방지할 수 있도록 윤활이 생체 적합성을 보장해야 합니다. NSF 인증 H1/H2 윤활유를 지정하는 것이 좋습니다. H1 윤활유는 소량 또는 극소량의 PPM으로 사람이 섭취해도 안전한 것으로 분류됩니다. H2 윤활제는 식품에 사용하기에 적합한 것으로 간주되지만 특별히 식품 등급 제품은 아닙니다. 의료 기기의 용도에 따라 DIN EN ISO 10993에 따른 생체 적합성 윤활제를 고려할 수도 있습니다.

심장 펌프 및 기타 임플란트의 경우 베어링 윤활이 전혀 불가능할 수 있으므로 윤활유로 인해 환자에게 발생하는 위험을 배제할 수 있습니다. 특수 재료로 생산된 정밀 베어링은 윤활 없이도 안정적인 성능과 긴 서비스 수명을 보장하여 이러한 경우 도움의 손길을 줄 수 있습니다. 이는 다른 액체가 볼 베어링과 직접 접촉하거나 볼 베어링을 통해 흐르는 경우에도 마찬가지입니다.

디자인과 소재가 내마모성을 결정합니다.

적합한 볼 및 링 재료의 올바른 선택과 올바른 제품 설계는 고정밀 베어링과 결과적으로 의료 장치의 긴 사용 수명을 보장합니다. 베어링의 수명과 내마모성을 향상시키는 데 사용할 수 있는 재료 중 하나는 AMS5898 / X30CrMoN15-1입니다. 이는 마르텐사이트 내부식성 강철입니다. 이 소재는 멸균 공정에 사용되는 공격적인 화학물질을 견딜 수 있는 능력 덕분에 수술 도구에 이상적입니다. 질화규소는 의료용으로 사용되는 볼 재료 중 하나입니다. 고유한 기계적 특성으로 인해 이 소재는 윤활 상태가 좋지 않거나 윤활이 불가능한 응용 분야에서도 탁월한 성능을 제공합니다. 스테인레스 스틸 X65Cr13 / 1.4037로 제작된 베어링은 의료 기술 분야에서도 성공적인 것으로 입증되었으며 예를 들어 호흡 장치에 사용하기에 적합합니다. 이 제품은 우수한 하중 전달 능력과 높은 피로 강도 및 안정성을 결합합니다.