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Choix du moteur pour pipettes électroniques

Publication: 14 juillet

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La production des différents vaccins contre la Covid-19 a mis en évidence l’important travail effectué dans les laboratoires de recherche du monde entier...
 

L’exactitude et la précision nécessaires pour obtenir des résultats reproductibles et permettre le développement rapide de médicaments dépendent de plus en plus de systèmes automatisés. La pipette électronique motorisée est un excellent exemple d’un produit du genre,

L’ingénierie sophistiquée derrière ce type de produit requiert un choix minutieux du moteur ce qui est une considération essentielle de l’ingénieur concepteur. Valentin Raschke, ingénieur d’application chez Portescap, compare les forces et faiblesses des moteurs à courant continu et des moteurs pas-à-pas dans cette application critique.

Les pipettes sont essentielles pour doser et distribuer un volume spécifique de liquide en laboratoire. Dans la lutte contre la Covid-19, l’année 2020 a vu apparaître une nouvelle technologie de pipettes, les micropipettes à déplacement d’air, qui allaient jouer un rôle important et devenir une option incontournable pour la préparation des échantillons dans le cadre de la détection des agents pathogènes.

L’élément central de la pipette à déplacement d’air est un piston qui, en montant ou descendant à l’intérieur de la pipette, crée une pression négative ou positive sur la colonne d’air. Cette pression permet à l’utilisateur de prélever ou d’éjecter l’échantillon liquide à travers un embout jetable, la colonne d’air dans l’embout séparant le liquide de la partie non jetable de la pipette.

Les pipettes électroniques à déplacement d’air, de plus en plus prisées, permettent de remédier à l’un des principaux inconvénients des pipettes manuelles, à savoir la répétition rapidement fatigante du même geste sur une longue période, souvent plusieurs heures. Les pipettes électroniques sont une solution ergonomique qui, en outre, offrent une interface numérique permettant à l’opérateur de régler le volume pour une aspiration ou une distribution motorisée. Il en résulte un moyen efficace d’augmenter le débit d’échantillons tout en maintenant les niveaux de précision et d’exactitude requis pour la préparation des échantillons en laboratoire.

Le moteur est un élément clé du produit en ce qu’il influence largement les niveaux de précision et d’exactitude réalisables. L’ingénieur concepteur qui définit le moteur pour l’application doit envisager des facteurs tels que la puissance, la taille et le poids de celui-ci, et, bien évidemment, l’incidence de la technologie de moteur sur l’électronique de commande. Les deux options les plus envisagées sont le moteur pas-à-pas et le moteur CC (à courant continu), qui ont chacun leurs forces et faiblesses.

Les moteurs CC sont des machines électriques relativement simples qui tournent lorsqu’elles sont alimentées par un courant continu et dont la commande se passe de circuits électroniques complexes. Une considération clé, cependant, est la façon dont le mouvement rotatif du moteur est converti dans le mouvement linéaire nécessaire pour actionner le piston. La plupart du temps, cette conversion est obtenue au moyen d’une vis-mère et d’un engrenage qui augmentent la taille et le poids du système de commande global. Un moteur à courant continu nécessite également un mécanisme de retour d’information sous la forme d’un capteur optique ou codeur pour piloter avec précision la position linéaire du piston. Pour améliorer la précision de positionnement, certains concepteurs prévoiront également un système de freinage en raison de la forte inertie du rotor.

Même si le moteur CC est indiscutablement une solution ergonomiquement avantageuse pour l’utilisateur et susceptible d’améliorer la précision et l’exactitude globales du système de pipetage, il s’agit également d’une option coûteuse si l’on considère tous les composants supplémentaires nécessaires. Une autre solution est l’actionneur linéaire pas-à-pas, qui offre l’avantage d’une intégration aisée, de meilleures performances et d’un coût final moindre.

Un actionneur linéaire pas-à-pas se compose d’un moteur Can Stack, d’un rotor fileté et d’une vis-mère intégrée qui génèrent un mouvement linéaire direct dans un ensemble compact. Étant donné que l’actionneur est bâti autour d’un moteur pas-à-pas, la vis-mère monte et descend par pas discrets en réponse à des impulsions électriques.

L’un des principaux avantages de l’actionneur linéaire pas-à-pas est qu’il se contrôle avec précision dans un système en boucle ouverte, sans coûteux dispositif de retour d’information ou système de freinage pour le positionnement. En règle générale, un faible angle de pas et un choix de pas de la vis-mère permettent de réaliser un positionnement dont la résolution déjà élevée peut être encore améliorée en commandant l’actionneur en mode micropas.

Un point important de la spécification de l’actionneur linéaire est le dimensionnement du moteur pas-à-pas. En effet, un moteur mal dimensionné peut perdre des pas, ce qui dégrade la précision de la distribution.

On voit donc que le moteur pas-à-pas et le moteur CC présentent chacun des avantages et des inconvénients pour l’application de pipettes électroniques. Même si le moteur à courant continu et son mécanisme de retour d’information intégré offrent d’excellents niveaux de précision et d’exactitude, le moteur pas-à-pas offre le meilleur rapport coût/efficacité et se contrôle avec précision dans le système en boucle ouverte, par simple variation du nombre et de la fréquence des impulsions d’entrée. À condition d’être correctement dimensionné pour l’application, un moteur pas-à-pas possède la fiabilité nécessaire pour assurer la précision et l’exactitude de la distribution.

Il est bon de noter qu’en travaillant avec un fournisseur réputé, tel que Portescap, dès les toutes premières phases du développement d’un produit, l’équipe de conception peut collaborer avec le concepteur de la pipette pour en optimiser la taille, le poids, les performances et le coût pour ainsi contribuer à la lutte contre des maladies infectieuses parfois mortelles.

https://www.portescap.com/

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