Festo en QM Systems ontwikkelen nieuw geautomatiseerd testsysteem

Industriële automatiseringsspecialist Festo en systeemintegrator QM Systems hebben samengewerkt aan de ontwikkeling van een nieuw geautomatiseerd laboratoriumsysteem dat testbuisjes vult, afsluit en labelt met snelheden tot 3000 buisjes per uur.

De noodzaak voor snelle en nauwkeurige massatesten was een belangrijke drijfveer tijdens de COVID-pandemie, en het automatiseren van het doseerproces biedt veel mogelijkheden in de post-pandemische wereld. Toepassingen variëren van ziekteopsporing en medische diagnostiek tot cosmetica en biotechnologie.

Festo en QM Systems hebben een langdurige handelsrelatie, maar de toegenomen vraag naar automatisering in de life sciences en lifetech in de afgelopen jaren heeft geleid tot een nog intensievere samenwerking. Russell Lotinga, Business Development Manager bij Festo, licht toe: “Een klant benaderde ons met een specifieke behoefte aan een systeem met hoge doorvoersnelheid. Echter, Festo bouwt geen machines. We hebben de uitdaging aan QM Systems voorgelegd omdat zij gespecialiseerd zijn in het ontwikkelen van geautomatiseerde systemen, op maat gemaakt om aan de behoeften van klanten te voldoen. Samen met onze expertise in de benodigde automatiseringscomponenten om de complexe vul- en hanteringsvereisten te bereiken, konden we een optimale oplossing voor deze klant ontwikkelen.”

Nauwkeurigheid en herhaalbaarheid op hoge snelheid buisjes

De oorspronkelijke uitdaging was om een machine te ontwikkelen voor respiratoire testen die automatisch buisjes kon vullen tot verschillende niveaus, nauwkeurig, herhaaldelijk en snel, terwijl ook de traceerbaarheid terug naar individuele patiënten gewaarborgd bleef.

QM Systems ontwierp een snelle vullijn voor buisjes, afsluit- en labelproces op basis van Siemens-besturing. Het systeem gebruikt twee schotelvoeders – één voor de buisjes, één voor de doppen – om de onderdelen in de machine te introduceren. Het Festo-hanteringsysteem pakt elk buisje op en lijnt het verticaal uit. Daarna presenteert het systeem het buisje aan de doseerkop voor het toevoegen van de vloeistof. Vervolgens brengt het een dop aan en controleert met koppelbewaking of het deksel correct is bevestigd. Het gevulde en verzegelde buisje wordt dan horizontaal georiënteerd en via een pockettransportband voor het labelen aangeboden. Een serieel gecodeerd label zorgt ervoor dat elk buisje aan een specifieke patiënt kan worden gekoppeld.

Kristian Richardson, commercieel directeur van QM Systems: “De uitdaging bij dit project waren de fijne toleranties, strakke nauwkeurigheden, variabele doseervolumes en hoge doorvoersnelheden. Om een robuuste oplossing te bereiken was de inbedrijfstellingsfase erg belangrijk, maar ontwerpflexibiliteit was de sleutel om ons in staat te stellen posities tijdens de setup te tweaken. Festo’s uitgebreide assortiment aan automatiseringscomponenten, gecombineerd met hun aanzienlijke expertise in het specificeren van complexe hanteringssystemen, stelde ons in staat de beste oplossing te ontwikkelen.”

Precisie automatisering voor optimale nauwkeurigheid

Voor optimale nauwkeurigheid bevat de geautomatiseerde vulstraat Festo’s VTOE doseerkop en VAEM klepbedieningsmodule. Met acht doseernaalden maakt de VTOE precisiedosering van verschillende vloeistoffen en vulvolumes mogelijk. Dankzij de flexibele en reproduceerbare druk- en openingstijden bereikt men zeer specifieke doseerhoeveelheden. De VAEM klepbedieningsmodule maakt het eenvoudig om de magneetventielen nauwkeurig te schakelen. Deze module laat toe dat tot acht kanalen individueel geparametriseerd worden. Een tijdsresolutie van slechts 0,2 ms en besturing van de kleppen via stroom – en niet spanning – zorgen voor hoge precisie.

Capping toleranties worden gecontroleerd door Festo’s EHMD roterende grijpmodule. Zijn unieke Z compenserende module past automatisch aan de schroefdraadafstanden van de buisjes aan. Verschillende andere Festo servoaandrijvingen en controllers, gecombineerd met pneumatische actuatoren, faciliteren de juiste oriëntatie van de buisjes tijdens het doseren en draaien ze vervolgens horizontaal om individuele labels aan te brengen.

Doseersysteem buisjes – Een grote stap vooruit

Het nieuwe geautomatiseerde doseersysteem kan variabele vulvolumes leveren van minder dan 10 microliter tot bulkdispensing van veel hogere volumes. Het verwerkt een indrukwekkende 3000 buisjes per uur en bereikt een herhaalbaarheid van +/- 0.5% met een vulvolume van 50 µl tot 1500µl.

Kristian Richardson concludeert: “Dit specifieke geautomatiseerde systeem is ontworpen om één buisje en één deksel te hanteren, met variabele doseerniveaus. Echter, de hier toegepaste automatiseringsprincipes zijn makkelijk uitbreidbaar en aanpasbaar voor andere klantbehoeften. Ze bieden grote voordelen, zoals verbeterde snelheid en nauwkeurigheid, vergeleken met vroegere systemen. Deze principes zijn ook toepasbaar op het doseren en testen van bloed, andere lichaamsvloeistoffen en niet-medische vloeistoffen.”