Diseño y Construcción de un Prototipo de una Jeringa de Infusión para Neonatología Universidad...
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Diseño y Construcción de un Prototipo de una Diseño y Construcción de un Prototipo de una Jeringa de Infusión para NeonatologíaJeringa de Infusión para Neonatología
Universidad EAFITIngeniería de Diseño de Producto
Medellín2007
Juliana Escobar RestrepoJuliana Escobar Restrepo
Asesor: Asesor:
Ingeniero Santiago CorreaIngeniero Santiago Correa
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Diseño y Construcción de un Prototipo de una Diseño y Construcción de un Prototipo de una Jeringa de Infusión para NeonatologíaJeringa de Infusión para Neonatología
Diseño de Producto
Juliana Escobar
Coordinadores
Lina Zuleta. CTA
Santiago Correa EAFIT
Seguimiento Finanzas
Juan Carlos Botero CTA
Electrónica
Omicróm Ingeniería Ltda.
Mecanismo
Juan Felipe Isaza EAFIT
Universidad EAFITIngeniería de Diseño de Producto
Medellín2007
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Origen del ProyectoOrigen del Proyecto
•Identificar las necesidades del mercado•Recoger información del proceso de diseño y proveedores•Analizar la viabilidad tecnológica•Fortalecimiento del clúster
Propuesta del CTA al departamento de Ingeniería de Diseño de Producto para el desarrollo de una serie de equipos médicos con alto potencial en el mercado Colombiano por medio de un grupo interdisciplinario
Omicron Ingeniería Ltda.
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Origen del ProyectoOrigen del Proyecto
Omicron Ingeniería Ltda.
El CTA evaluó algunas tecnologías biomédicas entre ellas camas de cirugía, lámparas de cirugía, desfibriladores cardiacos y bombas de infusión.
Evaluaron diferentes variables como: el acceso a materiales, partes e insumos, tiempo estimado del desarrollo, infraestructura industrial, área de atención hospitalaria, capacidad y competencia del grupo de I+D, viabilidad económica y mercado objetivo.
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•El tratamiento médico de recién nacidos debe contar con precisiones milimétricas en los equipos para inyectar medicamentos.
•La jeringa de infusión debe estar presente en cada cama o incubadora.
•El proyecto es una manera directa de generar mecanismos de acción frente al conocimiento y la innovación.
•El desarrollo de la industria a través del diseño y construcción de este tipo de equipos médicos, apoya la creación de células del cluster de salud de Medellín.
JustificaciónJustificación
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ObjetivoObjetivo
Diseñar y construir un prototipo de una jeringa de infusión para neonatología, evaluando la viabilidad de desarrollar instrumentos de éste tipo en la industria local.
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• Desarrollar las especificaciones de diseño de producto partiendo de las necesidades evaluadas por el CTA, y la investigación de mercados.
• Crear un alfabeto visual a partir de un referente, adoptándolo en el proyecto, y desarrollar una lluvia de ideas, desarrollando dos alternativas con mayor detalle.
• Evaluar las alternativas propuestas, mediante un análisis formal, y la apreciación de las diferentes personas involucradas en el proyecto.
Objetivos EspecíficosObjetivos Específicos
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• Desarrollar el concepto utilizando herramientas como el bosquejo, la modelación, modelos blandos, entre otros, verificando el cumplimiento de las especificaciones de producto.
• Describir los procesos de manufactura por medio de cartas de proceso, planos de taller y planos de ensamble para la construcción del prototipo.
• Realizar un prototipo funcional de la jeringa de infusión para Neonatología.
• Diseñar el manual de Usuario para la jeringa de Infusión para Neonatología.
Objetivos EspecíficosObjetivos Específicos
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MetodologíaMetodología
Investigación y Análisis
Especificaciones del Producto
Conceptualización
Análisis de Productos ExistentesTrabajos realizadosAnálisis Usuario – Producto - ContextoProductos Complementarios
PDS- Especificaciones de Diseño de Producto
Electrónica
Análisis funcional – Mecanismo – Asesoría ExternaDesarrollo de Alternativas Características para el desarrollo electrónico
Desarrollar programa Montaje electrónico(asesoría Externa)
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Diseño de Detalles
Manufactura (prototipo)
Establecer técnicas de prototipajeDesarrollo de Planos y cartas de procesoConstrucción del prototipo y ensamble
Diseño de Detalle – carcaza - mecanismoSelección de Materiales y ProcesosSíntesis parte electrónica y mecánica Modelación 3D
DocumentaciónDocumentación de los resultados de cada etapaManual de UsuarioElaboración del informe final
MetodologíaMetodología
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Altas precisiones
Inyectan el medicamento mediante un catéter.
Utilizan un sistema electromecánico, donde un motor mueve un tornillo de potencia
La velocidad y volumen a entregar es establecido por medico o enfermera
Funcionamiento por goteo y por bolo.
Realiza infusiones muy lentas de pequeños volúmenes en largos lapsos de tiempo.
Que son las jeringas de InfusiónQue son las jeringas de Infusión..
Investigación y AnálisisInvestigación y Análisis
Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios
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Investigación y AnálisisInvestigación y Análisis
Sistema de Alarmas y AlertasSistema de Alarmas y Alertas
Evitar modificaciones accidentales
Purga anterior
Jeringa mal posicionada
Oclusión
Botón incorrecto
Fin de carrera
Tiempo ocioso
Antes de finalizar infusión y fin de
infusión
Batería de respaldo
Vol. infundido
Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios
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Partes de la Jeringa de InfusiónPartes de la Jeringa de Infusión
Pantalla Teclado de control
Estribo de la Jeringa
Mecanismo de impulsión
Jeringa Desechable
Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios
Investigación y AnálisisInvestigación y Análisis
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Procedimiento de operaciónProcedimiento de operación
1. Encender
2. Cargar la jeringa
3. Posicionarla en la unidad de impulsión
4. Sujetarla con el estribo de la jeringa
5. Introducir los datos de entrada Volumen (ml) y el Flujo (ml/h) por medio del panel de control, estos elementos pueden ser observados en la pantalla LCD
6. Realizar una purga inicial (llenado del catéter de la solución)
7. Conectar al paciente
8. Comenzar la infusión.Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos
Complementarios
Investigación y AnálisisInvestigación y Análisis
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Investigación y AnálisisInvestigación y AnálisisCompetenciaCompetencia
Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios
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Investigación y AnálisisInvestigación y AnálisisCompetenciaCompetencia
Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios
Las jeringas son puestas por las empresas por comodato.
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Investigación y AnálisisInvestigación y Análisis
UsuarioUsuario ContextoContexto
Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios
Las jeringas de infusión son entregadas por comodato
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Contexto
Documentación
Instalación del equipo
Tamaño
Apariencia
Materiales
Manufactura Piezas estándar
Mantenimiento
Ergonomía y usuario
Costo del producto
Funcionamiento General
Sistemas de seguridad y
alarmas
Ciclo de vida
PDSPDSEspecificaciones de Especificaciones de
Diseño de ProductoDiseño de Producto
PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones
Requerimientos (PDS)Requerimientos (PDS)
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Requerimientos (PDS)Requerimientos (PDS)
•Uso de colores neutros y pasteles.•Formas suaves.•Mínimo de hendiduras y rendijas.•Termoplástico ABS, resistente al impacto, para la inyección.•Distribución horizontal.•Precio asequible 850 a 1000 dólares. Los precios llegan hasta 2500.•Funciones de goteo y bolo. •Alarmas sonoras y visuales.•No se tendrán librerías de drogas.•Hermético a los líquidos•Conexión para uso en atril
•Fabricación local.•Uso de instrucciones claras y concisas.•Visualización de volumen infundido.•Diagramación clara.•Conexión a 110V •Baterías de respaldo.•Jeringa desechable de 50 ml.•Volumen Max 60 ml, incrementos de 0.1 ml/h.• Velocidad de infusión (flujo) 0.1 a 99.9 ml/h, incrementos de 0.1 ml/h.•Velocidad de bolo 500 ml/h.•Velocidad de Purga500 ml/h.
Principales requerimientos.Principales requerimientos.
PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones
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ConceptualizaciónConceptualizaciónAnálisis Funcional- asesoría externaAnálisis Funcional- asesoría externa
Primer mecanismo. (EIA)
El primer mecanismo no fue eficiente, y fue necesario replantear el mecanismo por parte del ingeniero mecánico Juan Felipe Isaza.
Análisis Funcional Ingeniero Juan Felipe Isaza EAFIT
Se realizaron pruebas de la fuerza que hay que ejercer sobre una jeringa de 50 ml llena de agua en la maquina universal de la universidad EAFIT. La fuerza fue de 100 N
Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico
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El análisis funcional del mecanismo lo realizó el ingeniero partiendo del PDS, y del acceso a una jeringa de infusión marca Terumo que proporciono el CTA.
Se tomo en cuenta la viabilidad de construcción a nivel local, y el nivel de detalle al cual era posible llegar.
Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico
Se analizó un ensayo de un mecanismo para el diseño de la nueva propuesta.
ConceptualizaciónConceptualizaciónAnálisis Funcional- asesoría externaAnálisis Funcional- asesoría externa
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Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico
ElectrónicaElectrónicaCaracterísticas desarrollo electrónicoCaracterísticas desarrollo electrónico
Las características del desarrollo electrónico también fueron realizadas según el PDS, y según lo analizado en la investigación de mercados.
Se entrego el funcionamiento general de la jeringa junto con el sistema de alarmas y alertas que el equipo debía cumplir, y se evaluó junto con la empresa encargada las posibilidades, y las correcciones que debían hacerse.
El sistema de oclusión no se incluyó como parte del alcance del proyecto.
Desarrollar programa / Montaje electrónico (asesoría Externa)
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Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico
Conceptualización – Proceso de DiseñoConceptualización – Proceso de Diseño CollagesCollages
Referente escogido: maternidad humanaReferente escogido: maternidad humana
Estilo de vidaEstilo de vida
Emoción ProtecciónEmoción Protección
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Alfabeto visualAlfabeto visual
Colores y TexturasColores y Texturas
Alfabeto visualAlfabeto visual
Lluvia de ideasLluvia de ideas
Proceso de DiseñoProceso de Diseño
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Proceso de DiseñoProceso de Diseño
Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico
Desarrollo de alternativas Desarrollo de alternativas
1 2
3 4
5 6
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Desarrollo de alternativas Desarrollo de alternativas
Alternativa 1
Alternativa 3
Proceso de DiseñoProceso de Diseño
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•Facilita la disposición de los elementos electrónicos• Retiene menos líquido,• La imagen gráfica permite una lectura más concreta •Se observó que la optimización de espacio era más fácil de realizar con esta forma; •En la alternativa 1 el sistema inferior de controles no era adecuado para ubicar inmediatamente después de la jeringa y del catéter•Ocupa menos espacio por la distribución del volumen.
Propuesta escogida Propuesta escogida
Proceso de DiseñoProceso de Diseño
Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico
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Avance de la propuesta Avance de la propuesta
Diseño de DetalleDiseño de Detalle
Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica
Modelos blandos y bancos de prueba para el mecanismo.
Comunicación con el equipo interdisciplinario.
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Se une la información en un solo modelo para verificar problemas y evaluar el equipo. Se realizan nuevos cambios para la propuesta final, según los cambios del mecanismo
Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica
Avance de la propuesta Avance de la propuesta
Diseño de DetalleDiseño de Detalle
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Funcionamiento . PruebasFuncionamiento . Pruebas
Diseño de DetalleDiseño de Detalle
Se hicieron pruebas preliminares sobre el banco de pruebas construido, para verificar el funcionamiento electrónico final.
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Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica
La forma se adapta a las partes que componen al equipo sin perder su formalidad.
Cada una de sus piezas siguen los patrones que ofrecen el alfabeto visual
Propuesta final con los cambios del mecanismo.Propuesta final con los cambios del mecanismo.
Diseño de DetalleDiseño de Detalle
Propuesta final Mecanismo
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Alternativas graficas teclado de membranaAlternativas graficas teclado de membrana
Alternativa final teclado de membranaAlternativa final teclado de membrana
Diseño GráficoDiseño Gráfico
Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica
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Propuesta finalPropuesta finalPartesPartes
Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica
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Propuesta final. Propuesta final. Distribución de los componentesDistribución de los componentes
Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica
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Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y
ensamble
PrototipajePrototipaje
Para el prototipaje de las carcazas y de los aditamentos como el agarre, el estribo y las carcazas del mecanismo se escogió el maquinado de control numérico de la Universidad EAFIT.
Este sistema se escogió por el acceso a el, y el acabado que permite.
El mecanismo fue realizado en el laboratorio de Modelos de la universidad EAFIT, por medio de procesos de metal mecánica.
Prototipaje rápidoPrototipaje rápido
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Para el material fue necesario hacer pruebas sobre la mezcla de la resina de poliéster de Andercol. Este material fue eficiente para la carcaza inferior y para los aditamentos.
PrototipajePrototipaje
Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble
Preparación
Para la carcaza superior fue necesario utilizar Nylon (Prolon NA de Carboplast)
MaterialesMateriales
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PrototipajePrototipaje
Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble
Luego del proceso de maquinado se hace el vaciado de yeso, se maquina el segundo lado y se libera la pieza
ProcesoProceso
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La carcaza superior requiere mas capas de base para cubrir las pequeñas imperfecciones del material, pues no permite llegar a un acabado liso perfecto.Se le aplicó una pintura acrílica para tener una mayor resistencia.
PrototipoPrototipo
Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble
A la resina se le aplica una capa de primex, y luego laca del color escogido.
AcabadoAcabado
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Prototipo y manualPrototipo y manual
Ensamble FinalEnsamble Final
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Prototipo y manualPrototipo y manual
Ensamble FinalEnsamble Final
Manual de usuario
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Matriz de cumplimientoMatriz de cumplimientoSe cumplieronSe cumplieron
Se cumplieron parcialmenteSe cumplieron parcialmente
•Simplificar diagramación y usar simbología conocida.
•Funciones simples.
•Sistema de alarmas y alertas.
•Rangos de flujo y volumen cumplidos.
•Formas suaves.
•Esquinas redondeadas.
•Manual de usuario.
•Distribución horizontal.
•Desplazamiento de derecha a izquierda.
•Se aumentaron las rendijas por el mecanismo exterior.
•Las letras de la pantalla LCD no son visibles a una distancia de 1 mt.
•Falta un análisis detallado de tolerancias.
•No hay alarma sobre la unidad de impulsión. Fin de carrera.
•No se desarrolló la alarma de oclusión.
•Se decidió que el equipo funcionara aun sin conexión a a la batería.
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• Estudiar e implementar el sistema de oclusión que es indispensable para el desarrollo de la jeringa de infusión.
• Analizar el mecanismo actual para reducir sus partes.• Rediseñar el mecanismo, para que este se encuentre en
el interior de la carcaza principal.• Disminuir el tamaño de las baterías para ahorrar espacio
del equipo.• Crear mejores alianzas entre la industria metalmecánica y
de importación de elementos electrónicos para aumentar la confiabilidad y precisión de las diferentes partes.
• Disminuir el tamaño del equipo ,por medio de la impresión de varias capas de los circuitos.
• Utilizar una pantalla LCD más grande.• Adicionarle al equipo el sistema para medir y utilizar
varias referencias de jeringas.
RecomendacionesRecomendaciones
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• Las jeringas de infusión que se consiguen en el medio son importadas y tienen un alto costo.
• El medio local tiene bases de conocimiento tecnológico para desarrollar instrumentos de ésta índole, pero falta experiencia y compromiso en este ámbito.
• Es necesario mejores contactos para la consecución de los elementos electrónicos.
• Las especificaciones de diseño de producto son indispensables para establecer el alcance de cualquier proyecto, tanto del diseño , como de las partes involucradas.
• Es necesario el desarrollo de lluvias de ideas, para compartir información con el equipo interdisciplinario, tener un mayor número de posibles soluciones y hacer una mejor evaluación del diseño.
ConclusionesConclusiones
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• Es muy importante diseñar con asociaciones a conocimientos previos, para que estos no sean rechazados en el medio local.
• Las herramientas como el bosquejo, la modelación, los modelos blandos, son indispensables para la comunicación de las diferentes partes del proyecto, y la síntesis de la información .
• La documentación de los procesos de manufactura, permite identificar posibles errores en el diseño.
• El manual de usuario permite sintetizar la información para que todas las partes del proyecto conozcan el modo de operación del equipo, y sea de rápida comprensión para futuras referencias .
• Falta mucha cultura de Diseño Colombiano no artesanal, pero este se va desarrollando con el conocimiento que estos proyectos propician.
ConclusionesConclusiones
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¡Muchas Gracias!
Agradecimientos
Lina Zuleta y Juan Carlos Botero del CTA
Ingeniero Santiago Correa
Juan Sebastián Villa EAFIT
Ingeniero Juan Alejandro García
Laboratorios de la Universidad EAFIT
Omicróm Ingeniería Ltda
Ingeniero Juan Felipe Isaza
Jurados del proyecto