ENGINEERINGNET.BE - Toen de pandemie in 2020 uitbrak was er een groot tekort aan beademingstoestellen op de afdelingen intensieve zorg. Gear-up Medical bouwde daarom een corona-ventilator. UAntwerpen, UGent en Flanders Make optimaliseerden het toestel, onder de projecttitel Tetra OptiMotion.
De aandrijving van een coronaventilator gebeurt door een stangenmechanisme, centraal aangedreven door een DC-motor. Dit mechanisme voert een herhaaldelijke op- en neergaande beweging uit die de luchtbalg induwt. Dit creëert een bepaald luchtdebiet dat in de longen van de patiënt wordt gepompt.
De uitdaging was om de optimale afmetingen van aandrijfstangen te vinden om een zo laag mogelijk aandrijfkoppel te bekomen. Om zo een kleinere en goedkopere aandrijfmotor te gebruiken, met een lager energieverbruik.
Het team gebruikte een combinatie van wiskundige optimalisatieroutines en virtual engineering om tot een optimaal ontwerp te komen. Bij virtual engineering wordt het effect van ontwerpwijzigingen meteen gesimuleerd in CAD-software. CAD staat voor Computer Aided Design.
De taak van het optimalisatie-algoritme was om diverse combinaties van afmetingen van aandrijfstangen te genereren en deze aan de CAD-software aan te bieden. De nieuwe afmetingen werden automatisch omgezet naar een aangepast 3D-model.
Zo kan er automatisch gezocht worden tussen honderden combinaties van afmetingen en efficiënt tot een optimaal ontwerp te komen.
Deze aanpak is ook toepasbaar bij andere optimalisatieprojecten, zoals die voor het aandrijftraject van de ventilator. Testen op industriële cases hebben aangetoond dat door de geometrie of het aandrijftraject te optimaliseren tot 40% van het aandrijfkoppel is te reduceren.
Dan is het niet meer nodig componenten te dimensioneren. Een kleinere motor is mogelijk, met minder energieverbruik. Ook gaat de ontwerpcyclus sneller en is dus goedkoper.
