Производство электродов: линии, прессы и прочее, технология изготовления в цеху и домашних условиях, как наладить бизнес, где купить

Содержание

Принцип и технология производства сварочных электродов

Наверняка каждый сварщик задавался вопросом: какая все же технология производства сварочных электродов? Одни люди думают, что этот процесс слишком сложный, а другие считают, что производство электродов — это простой процесс, который производится очень быстро.Судить первое или второе мнение нельзя, потому что каждый человек имеет право на свое собственное мнение.

А теперь переходим к процессу изготовления сварочных электродов. Для того, чтобы начать производство электродов необходимо иметь следующие материалы: сварочная проволока, материалы для обмазки и силикатная глыба. К Вашему сведению: силикатная глыба бывает калиевой и натриевой.

Сырье, которое поступает на завод, складируется рабочими или роботами на специально отведенных для него площадках. На входе проводится проверка качества сырья. Если материал прошел проверку, по он получает сертификат и разрешение на использование в производстве сварочных электродов. Если же сырье признано неподходящего качества, то оно не отправляется в производственный цех.

Теперь переходим в изготовлению обмазки электродов. Все необходимые компоненты подвергаются дроблению на разные части, зависимо от назначения. Для этого используется валковая или щековая дробилка, которая обеспечивает качественное дробление всех частей будущего покрытия сварочных электродов.

После того, как все необходимые элементы были измельчены, они просеиваются через вибрирующееся сито (вибросито). После этого раздробленные и просеянные части покрытия электродов попадают на участок дозирования, где производится дозирование составных частей по ранее изготовленному рецепту. Потом уже готовая шихта попадает в смеситель.

Переходим к изготовлению стержней электродов. Для этого берется специальная сварочная проволока, которая проверена на наличие повреждений и других механических воздействий. Сварочная проволока в мотках подается на размоточные станки, которые сначала разматывают проволоку, а потом отрезают нужные куски, которые соответствуют длине электрода. Потом отрезанные куски проволоки попадают в обмазочный цех.

Для дальнейшего приготовления обмазки подвергают дроблению силикатную глыбу, которая в дальнейшем загружается в автоклав и заливается необходимым количеством воды. Когда из силикатной глыбы получилось стекло, оно попадает в отстойники.

Из отстойников оно попадает в смесители жидкого стекла. Если стекло соответствует всем требованиям — оно транспортируется в расходный бак. В расходном баке происходит смешивание ранее приготовленной смеси и жидкого стекла. После смешения происходит обпресовка электродов под давлением от 300 до 650 кгс/кв. см.

После обпресовки электроды проходят проверку на брак и там же происходит зачистка торцов. Потом электроды идут на маркировку и следующую за ней упаковку, а отходы бракоочистной машины попадают на переработку и изготовление следующей партии электродов.


Производство электродов

Распространенность сварки как технологического процесса во многих областях промышленности обусловливает постоянную потребность в электродах. Они являются необходимым расходным материалом при проведении сварочных работ, а от качества их изготовления во многом зависит качество самой сварки.

 

Производство электродов делится на несколько основных этапов:

 

 

Стоит отметить, что изготовляются электроды двумя способами: обмакиванием и опрессовкой. Они отличаются технологией нанесения обмазки. От того, какой способ изготовления применяется, зависят нюансы каждого этапа производственного процесса. 


Технический процесс производства электродов


Подготовка электродной проволоки. На этом этапе стальная электродная проволока, которая выпускается в бухтах, разматывается, выпрямляется и режется на заготовки требуемой длины. Для ускорения процесса используются комбинированные правильно-рубильные станки. Готовые заготовки проходят очистку от загрязнений и ржавчины. 


Подготовка обмазки. На этом этапе производства электродов изготавливается обмазка, слой которой является неотъемлемой частью электрода. Она состоит из двух основных частей: сухих компонентов и связующего вещества. В качестве последнего применяют жидкое стекло. Сухие компоненты обмазки предварительно размалывают и просеивают. Размол проводится в два этапа: крупный и мелкий. Для крупного размола применяются дробильные установки. Для мелкого используют шаровые мельницы. Они позволяют получить смесь очень тонкой фракции.

 

 

От тонкости помола сухих компонентов обмазки в немалой степени зависит качество сварки. Затем сухую смесь просеивают на ситах с плотностью отверстий 1600-3600 на 1 см2. После того обе части смешивают друг с другом до получения обмазки необходимой консистенции. Для изготовления электродов методом обмакивания консистенцию обмазки доводят до сметанообразного состояния. Если используются метод опрессовки то обмазка должна иметь консистенцию сырой земли.

 

 

 

Нанесение обмазки. В зависимости от метода изготовления электродов обмазка наносится следующими способами. При использовании метода обмакивания заготовки из электродной проволоки погружают в емкость с обмазкой, а затем медленно достают. В результате заготовки покрываются равномерным слоем обмазки. Затем проводится предварительная просушка для того чтобы избежать растрескивания обмазки при прокалке электродов.

 

Метод обмакивания применяется только на небольших производствах или в случае, если обмазка содержит органические компоненты. При использовании метода опрессовки заготовки проталкиваются через специальный электродный пресс. В нем под воздействием высокого (до 800 атм) давления обмазка закрепляется на заготовке. Метод опрессовки гораздо более совершенен и является основным при производстве электродов. Современные электродные прессы работают с производительностью до 600 штук в минуту. Несомненным преимуществом метода опрессовки является также отсутствие необходимости в предварительной просушке, что выгодно отличает его от обмакивания. 


Прокаливание электродов. Этот этап технологического процесса необходим для окончательного закрепления обмазки на поверхности заготовки, придания ей прочности, а также для удаления максимального количества влаги. Прокаливание электродов осуществляют в печах. Стандартная температура прокалки составляет 300-400С, а для обмазок с содержанием органических компонентов до 180С. 


Заключительным этапом изготовления электродов является контроль качества. Он проводится методом визуального контроля, а также проведением пробной сварки образцами электродов из каждой партии.

Производство сварочных электродов

Сеть профессиональных контактов специалистов сварки

Производство сварочных электродов требует следующие основные материалы:

• сварочная проволока нужного диаметра в бухтах или мотках,

• кусковые и порошкообразные материалы для обмазки,

• силикатная глыба (калиевая, натриевая).

(здесь и далее в тексте даны ссылки на разделы сварочного каталога предприятий, в котором можно продать соответствующие материалы или оборудование, разместив объявление).

Поступающее на завод сырье складируют на отведенных под него площадках. ОТК проводит входной и эталонный контроль сырья и при положительных результатах контроля выдает разрешение на его использование в производстве электродов.

Кусковые материалы подвергают крупному и среднему дроблению на щековой и валковой дробилке и тонкому помолу в мельнице. После помола порошкообразные материалы, а также сырьевые компоненты, поступающие в готовом виде, просеиваются через вибросито, затем в кюбелях поступают на участок дозирования.

Сырье перед измельчением и просевом сушат.

На участке дозирования производят рецептурное составление шихты. В кюбелях готовую шихту подают к смесителю.

Проволоку в бухтах и мотках со склада подают на размоточные устройства правильно-отрезных станков. Готовые стержни помещают в бункера для стержней и передают к электродообмазочному прессу (или стержни перемещаются туда подвесным транспортером без бункера).

Силикатную глыбу при необходимости подвергают дроблению, загружают в автоклав и заливают нужным количеством горячей воды. Из автоклава жидкое стекло закачивают в отстойники. Из отстойников жидкое стекло подают в смесители жидкого стекла. С разрешения ОТК готовое жидкое стекло передают в расходный бак.

Приготовление обмазочной массы происходит в смесителе из поступающей в кюбелях шихты и жидкого стекла, поступающего из бака. Из готовой обмазочной массы на брикетировочном прессе изготавливают брикеты для загрузки их в электродообмазочный пресс.

Бункер для стержней помещают на приемное устройство механизма подачи стержней электродообмазочного пресса.

Электроды опрессовывают под давлением 300-650 кгс/см2. Потоки стержней и обмазочной массы в головке опрессовочного пресса пересекаются под прямым углом. Такая организация потоков значительно упрощает устройство пресса. Конструкция опрессовочной головки обеспечивает стабильное и концентричное нанесение покрытия на стержни.

После опрессовки стержни с покрытием (т.е. электроды) транспортером передаются на машину для зачистки торцов. Выровненные на входе в машину электроды попадают в ее зачистной узел, где зачищаются контактный торец и стержень под держатель электрода. Зачищенные электроды поступают на выходной транспортер, на них наносится маркировка и зажигательная смесь. Во время опрессовки и зачистки электроды частично отбраковываются оператором. Эти электроды отправляют в бракоочистную машину.

Отходы обмазочной массы (появляющиеся, когда электроды зачищаются на торцах, очищаются в бракоочистной машине, и когда во время уборки прессов) сушат, измельчают в мельнице, просеивают через вибросито и возвращают на дозировку для повторного использования.

После опрессовки и зачистки сварочные электроды снимают на рамки и помещают на тележку. Загруженную тележку закатывают в печь для термообработки электродов. В некоторых случаях электроды проходят через печь на цепном транспортере.

Электроды после термообработки в печи подают на участок их временного хранения и упаковки.

После проведения сертификационных испытаний ОТК дает разрешение на упаковку электродов. Готовые упакованные сварочные электроды на поддонах подают на склад готовой продукции.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

ТОП 25 крупнейших производителей электродов для сварки

Содержание статьи

Электроды для сварки выбирают по массе параметров, но опытные сварщики знают, что далеко не самую последнюю роль играет имя производителя. Специалисты доверяют только проверенным компаниям, особенно, когда идет речь о самых сложных и ответственных работах. Чтобы облегчить выбор электродов для сварки, представляем рейтинг крупнейших производителей, продукция которых представлена в магазине «ОКРЕП» и доступна по ссылке https://okrep.ru/e-lektrody/.

Магазин поставляет продукцию по всей территории России, отличается высоким уровнем сервиса, скоростью работы и реализует только ту продукцию, качество которой подтверждено соответствующими сертификатами. Благодаря обширным складским резервам отгрузка и доставка осуществляется максимально оперативно. Электроды для сварки представлены в широчайшем ассортименте, поэтому пользователи смогут найти необходимый в каждом конкретном случае вариант. Компания доверяет только самым надежным производителям, на них и остановимся.

ТОП 10 российских производителей

НПП «Сварка Евразии»

Компания НПП «Сварка Евразии» выпускает электроды под торговой маркой «СпецЭлектрод» и является настоящим лидером отечественного производства электродов. Компания основана более 70 лет назад и сегодня производит электроды для сварки, резки и наплавки разных металлов и сплавов для конструкций разного назначения. Производитель может похвастаться полным технологическим циклом производства, начиная от подготовки сырья и заканчивая выпуском готовых электродов. Ассортимент выпускаемых электродов насчитывает около 190 марок – один из самых высоких показателей среди компаний на постсоветском пространстве. На внутреннем рынке страны производителю принадлежит доля более 30%. Продукция пользуется спросом и в странах ближайшего зарубежья.

ЗАО «Электродный завод»

История предприятия начинается в 1944 году, и с тех пор оно всегда играло важнейшую роль в развитии промышленности страны. Сегодня это ведущий отечественный производитель электродов, продукция которого используется на машиностроительных, металлургических, судостроительных, горнодобывающих предприятиях. Качество электродов ЗАО «ЭЛЗ» подтверждается соответствием требованиям самых строгих стандартов. Компания использует систему менеджмента качества ISO 9001:2008. Несмотря на то, что электроды компании хорошо известны отечественным сварщикам и пользуются высоким спросом, производитель не перестает предлагать новые разработки.

ООО «НПО Спецэлектрод»

Предприятие специализируется на разработке и производстве сварочных электродов для сварки разного рода конструкций из стали, цветных металлов и сплавов. На данный момент волгодонская компания выпускает десятки различных марок электродов. Оборудование позволяет производить электроды высочайшего качества диаметром от 1,6 до 6 мм. Кроме того, компания располагает большой лабораторией, где производятся опытные партии продукции, разрабатываются новые марки. По желанию заказчика могут быть разработаны и выпущены электроды с конкретными заранее заданными характеристиками. За годы деятельности компания разработала и выпустила более 50 новых марок электродов, которые сегодня пользуются высоким спросом.

ОАО «Лосиновский электродный завод»

Эта компания также относится к числу лидеров отечественного производства сварочных электродов. Работает уже более 60 лет, активно развивается, и сегодня ее доля на внутреннем рынке страны превышает 20%. Производство оснащено современным надежным оборудованием, что позволяет производить качественную продукцию. Специалисты компании постоянно трудятся над разработкой новых марок электродов, и многие из тех, что появились тут, сегодня активно используются в разных сферах промышленности и в народном хозяйстве.

ОАО «Пензенские электроды»

Завод функционирует с 1963 года, осуществляет поставки сварочных электродов во все регионы России. Высокую популярность среди отечественных сварщиков данные электроды получили благодаря отличному соотношению цены и качества. Сегодня компания уже вышла за пределы российского рынка и поставляет продукцию в страны ближайшего зарубежья.

ООО «Зеленоградский электродный завод»

Это относительно молодое предприятие, свою историю ведет с 2000 года, но с тех пор успело отлично себя зарекомендовать. Среди главных преимуществ производителя высокое качество и широчайший ассортимент выпускаемой продукции, поэтому сварочные электроды компании мгновенно стали пользоваться спросом во всех регионах России.

ООО «Сычевский электродный завод»

Компания выпускает электроды общего и специального назначения, предназначенные для работы с разными сплавами и металлами. Производством освоено более 40 различных марок электродов, для изготовления которых используется современное оборудование. По согласованию с заказчиком возможен выпуск партии электродов с необходимыми параметрами. Вся продукция проходит строгий контроль качества перед отправкой в торговые сети.

ЗАО «КОМЗ-Экспорт»

Молодая компания из Каменск-Шахтинска, основанная в 1999 году, сегодня хорошо известна под торговой маркой TIGARBO. Среди прочей продукции предприятие выпускает сварочные электроды разных марок, которые отвечают требованиям мировых стандартов. Ассортимент электродов постоянно увеличивается, поставки осуществляются практически во все регионы страны.

ООО «Новооскольский электродный завод»

Компания попала в список лучших, так как за последние годы продемонстрировала быстрые темпы роста производства. Благодаря политике модернизации было обновлено все оборудование, и сегодня электроды изготавливаются на швейцарском оборудовании, что позволяет говорить о высоком качестве выпускаемой продукции. На данный момент производитель взял курс на расширение ассортимента, поэтому вводит в производство новые марки электродов.

ООО «Ротекс»

Краснодарский завод занимается выпуском сварочных электродов чуть больше 15 лет, за это время освоил производство электродов для работы с разными видами стали, чугуна и алюминиевых сплавов. Продукция отвечает высоким мировым стандартам качества, так как производство ведется на современном оборудовании. Компания сотрудничает с научно-исследовательскими центрами, которые разрабатывают для нее новые марки электродов.

ТОП 6 мировых производителей

Esab

Шведская компания Esab была основана более века назад, в 1904 году, а ее создателем стал О. Челльберг, известный как изобретатель покрытого электрода. Сегодня компания носит звание мирового лидера по производству оборудования и материалов для сварки. В состав компании входит 30 промышленных предприятий, расположенных в разных странах, а продукция широко представлена на всех континентах. Мирового признания компания добилась за счет постоянного внедрения инноваций и высочайшего качества выпускаемой продукции.

В ассортименте производителя присутствуют электроды для сварки самых разных металлов и сплавов: для легированных и нелегированных сталей, алюминиевых сплавов и т.д. Выбрать наиболее подходящий электрод среди десятков разных вариантов будет несложно. Наибольшее распространение у нас получили электроды OK 53.70 для сваривания ответственных конструкций из легированных низкоуглеродистых сталей и OK 74.70 для сваривания высокопрочных легированных сталей.

Kobe Steel

Эта компания считается одной из ведущих в сфере черной металлургии в Японии. Основана в 1911 году, сегодня выпускает широкий спектр продукции под торговой маркой Kobelco. С середины прошлого века компания прочно удерживает мировое лидерство в сфере производства сварочных материалов для алюминиевых сплавов, сталей и других многокомпонентных сплавов. Качество выпускаемой продукции и позволило компании добиться признания по всему миру. Несмотря на то, что ассортимент производимых электродов включает десятки разных вариантов, на отечественном рынке особой популярностью пользуются электроды LB 52U, которые идеально подходят для сварки нефтегазопроводов высокого давления и использовались для постройки крупнейших объектов.

Klöckner & Co SE

Немецкая компания, специализирующаяся на производстве стали. Основана в 1906 году, сегодня включает в себя производства, находящиеся в разных странах Европы. Среди всего прочего выпускает расходные элемент для сварки. Производитель постоянно следит за качеством выпускаемой продукции, совершенствует ее, поэтому завоевал доверие по всему миру. Отечественными сварщиками часто используются электроды компании Kessel 5520 и Phoenix K 50 R.

Capilla

Еще одна немецкая компания, которая может похвастаться 50-летним опытом в сфере производства электродов. Ассортимент включает электроды для сварки алюминиевых сплавов, чугуна и стали, медных сплавов и прочих составов. Подкупает производитель и высочайшим качеством выпускаемой продукции, поэтому специалисты в 40 странах мира выбирают для сварки электроды Capilla.

S.I.A. «RESANTA»

Известный латвийский производитель начал свою деятельность в Риге в 1993 году. Сегодня электроды под торговой маркой «Ресанта» очень хорошо известны отечественному покупателю и завоевали его доверие. Особенно привлекает отличное соотношение цены и качества. Последнее неоднократно было подтверждено престижными наградами на крупных международных выставках. Электроды компании предназначены для сварки стальных конструкций различного назначения.

Lincoln Electric

Сегодня американская компания Lincoln Electric известна как крупный производитель продуктов для сварки и резки. В распоряжении компании более 40 предприятий, расположенных в Северной Америке, а также торговые представительства в 160 странах мира, в т.ч. и в России. Началась история производства еще в 1895 году, когда основатель Джон Ч. Линкольн начал выпускать электродвигатели. Производство электродов – это основное направление деятельности компании, поэтому в ассортименте можно найти электроды для сварки разных видов стали, чугуна, алюминиевых, никилиевых и медных сплавов. Продукция широко представлена на отечественном рынке.

ТОП 5 белорусских и украинских производителей

ООО «Ватра»

Белорусские производители электродов также интересны отечественным сварщикам, так как отлично сбалансированы по соотношению цены и качества. Одно из ведущих предприятий сферы на белорусском рынке – ООО «Ватра». Работает оно с 1992 года, и с тех пор успело освоить производство широчайшей гаммы сварочных электродов и некоторых сопутствующих материалов. Сотрудничество с ведущими институтами электросварки Украины и России позволило наладить максимально профессиональное производство. Сегодня электроды компании  повсеместно используются в промышленности и народном хозяйстве Белоруссии, а также экспортируются в соседние страны.

ООО «Светлогорский завод сварочных электродов»

Это предприятие считается одним из лидеров сферы и ежемесячно производит около 1600 тонн продукции, использует современное оборудование. Обороты производства постоянно увеличиваются, так как растет спрос на продукцию как на белорусском рынке, так и на за рубежом. Электроды производятся под торговыми марками «Монолит», «Континент», «Стандарт» и «Арсенал».

ООО «Оливер»

Компания прошла путь от небольшой фирмы, созданной в 1993 году, до крупнейшего предприятия отрасли. Сегодня тут производятся электроды для сварки разного рода конструкций из чугуна, высоко- и низколегированных сталей, а также наплавочные электроды. Количество различных марок уже доходит до сотни, при этом компания постоянно вводит в производство новые типы электродов. Представительства предприятия работают не только во всех областных центрах Белоруссии, но и в России.

ПАО «ПлазмаТек»

Крупнейший украинский производитель сварочных электродов производит свыше 2000 тонн продукции в месяц, которая  пользуется спросом не только на внутреннем рынке, но и в России, Белоруссии, Польше, Латвии, Чехии и некоторых других странах. Тут используются инновационные технологии, строгий контроль качества, что и позволило компании стать известным производителем электродов, которые применяются в машиностроении, металлургии, строительными и сельскохозяйственными предприятиями, а также частными покупателями.

ОЗСО им. Е.О. Патона

Известное далеко за пределами Украины предприятие работает с 1959 года и сегодня выпускает широкий спектр сварочного оборудования и сопутствующих товаров. Продукция производителя – это своеобразный знак качества, ведь мощнейший конструкторский отдел постоянно работает над совершенствованием производимых продуктов. Среди прочей продукции выпускаются и электроды огромного количества марок, завод принимает заказы на изготовления электродов любых необходимых марок.

ТОП 4 китайских производителя

Golden Bridge

Ни для кого не секрет, что китайская продукция заполонила весь мир, и сварочные электроды не исключение. Доверять безымянным компаниям не стоит – лучше пользоваться проверенной продукцией. Крупнейший китайский производитель электродов – компания Golden Bridge. Компания использует современное оборудование, осуществляет жесткий контроль качества, поэтому электроды более 200 различных марок используются во всех странах мира. Предприятие прошло сертификацию по ISO 9001:2000.

ELKRAFT

Сварочное оборудование и сопутствующие продукты под данной торговой маркой производится компанией Changzhou Yangzi River Welding Materials, которая существует с 1958 года. На данный момент продукция экспортируется в страны Европы, в США и Россию, где она пользуется большим спросом, ведь отличается высоким качеством и приемлемой ценой.

Goldspark

Это китайское предприятие выпускает продукцию широкого ассортимента, в т.ч. и электроды, предназначенные для сварки ответственных и бытовых конструкций из стали и чугуна. Продукция достаточно широко представлена на отечественном рынке.

Jasic

Компания Chengdu Jasic Technology специализируется преимущественно на производстве сварочного оборудования, но в небольшом ассортименте выпускает и сварочные электроды. Продукция поставляется в разные уголки мира, ее можно найти в продаже и на отечественном рынке.

Статья написана для сайта remstroiblog.ru.

оборудование, технология и поставщики в России

На чтение 6 мин Просмотров 2.1к. Опубликовано Обновлено

Производство и продажа электродов для сварки – довольно популярный вид предпринимательской деятельности в России.

представляют собой расходный материал, активно применяемый при строительных работах при конструировании строений из железобетона, а также в промышленности. То есть, спрос на подобный товар высок и стабилен.

Сварочные электроды: общая информация

Электроды, применяемые при сварочных работах, выглядят как металлические или неметаллические стержни, изготовленные из электропроводного материала. Основное назначение таких изделий – подводить ток к свариваемому изделию в процессе сварки разного рода углеродистых и легированных сталей.

Производится такая продукция на электродных заводах. Спрос на сварочные расходные материалы среди отечественного покупателя устойчив много лет подряд, что можно объяснить стремительным ростом объемов строительства объектов с использованием конструкций из железобетона.

Они активно применяется во многих иных сферах, где необходимо выполнить сварку металлических деталей. Поэтому предприятия, производящие подобную продукцию, получают высокую прибыль.

Сегодня в России изготавливается 200 разновидностей электродов для проведения сварочных работ, но всех их классифицируют по разным признакам.

Устройство электрода для сварки.

По материалу, примененному при изготовлении электродов, выделяют продукцию:

  1. Неметаллическую – графитовые и угольные изделия для сварки.
  2. Металлическую – производство электродов неплавящегося типа осуществляется из итрированной, вольфрамовой, лантанированной, торированной сварной проволоки. Плавящиеся изделия готовятся из тугоплавких материалов: сталь, бронза, чугун, алюминий, медь.

По назначению такие изделия делятся на варианты:

  1. Для сварки конструкционных сталей: углеродистых и низколегированных, легированных, легированных теплоустойчивых, высоколегированных с особенными характеристиками.
  2. Для наплавки поверхностного слоя с особыми свойствами.

По толщине покрытия, которое наносят на металлическую заготовку, выделяют продукцию с тонким, средним, толстым, особенно толстым покрытием.

Технологии изготовления

Для изготовления используют следующие материалы:

  • особенная проволока определенного диаметра;
  • мел и добавки;
  • натриевые или калиевые глыбы.
Технология изготовления сварочных электродов.

Заводы по производству электродов, в большинстве своем, используют следующую технологию. Кусковые материалы промывают, очищают от пустой породы, загрязнений в специальных моечных машинах, а затем дробят в дробильных камерах.

На следующем этапе электродные материалы высушивают в сушильных установках, размалывают в шаровых мельницах.

Электродную проволоку режут на заготовки актуальной длины при помощи правильно-рубильных станков. Активные ферросплавы пассируют в автоклавах в процессе варки жидкого стекла, используемого в качестве связующего вещества для обмазочной массы.

Далее готовят шихту, обмазочную массу, дозируя компоненты согласно рецепту.

Обмазка готовится из двух частей: сухой и мокрой. Сухие компоненты смешиваются в смесителях, обмазочная или мокрая масса готовится в противоточных или бегунковых смесителях, а брикеты формируются на брикетировочных прессах.

Приготовленную обмазочную массу наносят на проволоку двумя способами: путем обмакивания или опрессовкой. Выбор способа обмазки определит особенности изготовленных .

При обмакивании электродную заготовку погружают в емкость с обмазочной массой и медленно извлекают наружу. Такой способ характерен для мини-производств.

Опрессовку осуществляют путем проталкивания проволоки через специальное оборудование – электродный пресс для производства электродов. Обмазка наносится на проволоку в цилиндре установки за счет высокого давления. Далее они протаскиваются вместе с обмазочной массой через специальные отверстия.

На заметку! Данный метод изготовления расходных материалов для сварки считается более современным и совершенным, потому что позволяет изготовить большие партии товара. Но при его использовании электроды потребуется просушить.

Сушка наделит обмазку высокой прочностью, но изделия потребуется прокалить в специальных печах, чтобы она крепко держалась на них.

https://youtu.be/jemAcPldLZY

Производители электродов

Внимания покупателей заслуживают те производители , которые тщательным образом контролируют технологический процесс на всех его этапах. Это позволяет добиться высокого качества изготавливаемой продукции.

По своим технологическим возможностям и мощностям производственных линий отечественные производители и поставщики полностью удовлетворяет спрос среди отечественных металлургических предприятий на сварные благодаря налаженной работе, и являются надежными партнерами.

Отечественные

Производство электродов в России представлено большим количеством отечественных заводов-изготовителей, имеющих различный опыт присутствия на рынке страны и номенклатуру. Назовем наиболее доходные из них.

ООО Алтайский завод сварочных электродов производит обширный ассортимент стержней с покрытием. Это современное предприятие, использующее в работе новейшие производственные линии и современные технологии.

Химический состав стали для электродов.

Совокупность этих факторов гарантирует высокое качество товаров. Покупатели отмечают высокую устойчивость дуги, хорошие показатели разбрызгивания металла при плавлении, достойное формирование соединений, легкую отделимость шлака и низкую склонность к образованию пор.

Белореченский электродный завод Рамсес специализируется на производстве сварных расходных материалов, соответствующих всем стандартам: благодаря эксклюзивной вакуумной упаковке изделия надежно защищены от воздействия влаги, транспортируются без особенных сложностей, редко используются как образец для создания подделок.

Приобрести товары завода можно как оптом, так и в розницу. Крупные покупатели могут воспользоваться специальной системой цен.

ООО Электрод-Бор производит универсальные , которые можно использовать при операциях постоянным и переменным током. Такая продукция может использоваться для сваривания в любом актуальном пространственном положении.

ЗАО Волгоградский завод сварочных материалов ХОБЭКС является крупнейшим производителем в Поволжье. В процессе изготовления сварных расходных элементов применяется импортное оборудование и проверенные компоненты, что позволяет наделить готовые изделия высокими качественными характеристиками.

Ассортимент завода разнообразен: покупатели могут подобрать варианты для сварки, резки и наплавки разного диаметра. А благодаря налаженным системам доставки продукции, заказ отправляется в любые уголки страны разным видом транспорта.

ЗАО Волгодонский электродный завод производит высококачественную продукцию для выполнения сварных работ.

Высокое качество собственного производства достигается за счет постоянного контроля каждого технологического этапа, большого опыта работы, проверенного лабораторным путем сырья и современного оснащения для производства сварочных электродов.

Основным достоинством покрытых стержней Волгодонского электродного завода называют стойкость обмазки к влаге, появлению трещин и пор.

Зарубежные

Процесс изготовления сварочных электродов.

Отечественному покупателю доступны расходные материалы для сварки зарубежного производства:

  1. Шведский производитель Esab является мировым лидером по производству агрегатов и расходных материалов для проведения сварочных работ.
    Компания насчитывает 30 промышленных предприятий, функционирующих в разных странах. Электроды этого бренда отличаются первоклассным качеством, применяются для разнообразных металлов и сплавов. Самые распространенные на отечественном рынке изделия Esab – OK 53.70 и OK 74.70.
  2. Kobe Steel считают одним из ведущих производителей в сфере черной металлургии Японии.
    Компания изготавливает широкий перечень электродов под торговой маркой Kobelco, но среди отечественного покупателя особой популярностью пользуются LB 52U.
  3. Klockner & Co SE специализируется на изготовлении стали, но среди ассортимента ее продукции можно найти расходные элементы для сварки.
    Высокие эксплуатационные параметры товаров немецкой компании оценили отечественные сварщики: более остальных продаются Kessel 5520 и Phoenix K 50 R.

Итоги

Технология изготовления предполагает использование углеродистых материалов в качестве сырья и позволяет выпускать 200 различных марок подобных изделий.

Внимательный анализ основных технологических этапов изготовления электродов для сварки позволяет организовать прибыльное производство своими силами.

Электродный завод со складом готовой продукции в Москве

История электродного завода

История возникновения нашего электродного производства уходит своими корнями в прошлый век и имеет 60-летнюю историю своего развития, технического и технологического перевооружения, опыта и традиций. Сейчас это стабильно работающее, развивающееся предприятие. Мы реализуем свою продукцию по всей территории РФ: в Приволжском, Центральном федеральных округах, Волгоградской области, Алтайском крае, на Урале, в Мурманской области, Хабаровском крае, на Сахалине, в Республике Саха (Якутия), в Тюменской, Ростовской, Амурской, Астраханской и Красноярской областях, в Республике Коми и других.
Электроды Электродгруп востребованы и хорошо зарекомендовали себя среди промышленных предприятий металлургического и машиностроительного профиля, судостроительных и судоремонтных заводов. В числе наших постоянных потребителей: ФГУ Ленское ГБУВПиС, Енисейское речное пароходство, Благовещенская РБФ, предприятия речного транспорта, предприятия ОАО «Российские Железные Дороги», и агропромышленного сектора, металлобазы и домостроительные компании, а также Борские предприятия: ОАО «Завод Нижегородский Теплоход», ООО «Метмаш», СРЗ Память Парижской Коммуны, ОАО «Борремфлот», Борский авторемзавод, БорПАП, Борский Силикатный завод и многие другие.

Производство электродов

Производственный комплекс находится в городе Бор, Нижегородской области. Выпуск продукции обеспечивается двумя линиями с производственной мощностью 1500 тонн в месяц готовой электродной продукции. Оборудование позволяет выпускать все известные марки электродов для сварки металлов. Основное серийное производство электродов:

  1. Сварочные электроды марки МР-3 синие, тип электрода Э 46, покрытие рутиловое;
  2. Сварочные электроды марки МР-3, тип электрода Э 46, покрытие рутилово-основное;
  3. Сварочные электроды марки ОЗС-12, тип электрода Э 46, покрытие рутиловое;
  4. Сварочные электроды марки ОЗС-6, тип электрода Э 46, покрытие рутиловое;
  5. Сварочные электроды марки ОЗС-4, тип электрода Э 46, покрытие рутиловое;
  6. Сварочные электроды марки АНО-21, тип электрода Э 46, покрытие рутиловое;
  7. Сварочные электроды марки АНО-4,тип электрода Э 46, покрытие рутиловое;
  8. Сварочные электроды марки АНО-6, тип электрода Э 42, покрытие ильменитовое;
  9. Сварочные электроды марки УОНИИ 13/45, тип электрода Э 42А, покрытие основное;
  10. Сварочные электроды марки УОНИИ 13/55, тип электрода Э 50А, покрытие основное;

Наша компания также представляет электроды следующих марок:

  1. Сварочные электроды ЦЛ-11, покрытие основное;
  2. Сварочные электроды ОЗЛ-6, покрытие основное;
  3. Сварочные электроды ЭА-395/9, покрытие основное;
  4. Сварочные электроды ЦЧ-4, покрытие основное;
  5. Сварочные электроды ОЗЧ-2, покрытие кислое;
  6. Сварочные электроды ОЗЧ-6, покрытие основное;
  7. Сварочные электроды МНЧ-2, покрытие прочее;
  8. Сварочные электроды Т-590, покрытие основное;
  9. Сварочные электроды LB-52U, покрытие основное;
  10. Сварочные электроды ОК 46.00, покрытие рутиловое;
  11. Сварочные электроды ОК 53.70, покрытие основное.

Электроды упакованы в коробки по 5 кг, обернуты термоусадочной пленкой или в водонепроницаемую битумированную бумагу. Партия весом 1 тн уложена на деревянный поддон и упакована в стрейч-пленку.
В производственном процессе особое внимание уделяется качеству сварочных электродов. Качество электродной продукции обеспечено автоматизированным процессом производства сварочных электродов, жесткого контроля со стороны ОТК и независимых экспертов сертифицирующих органов. Контроль качества осуществляется на всех стадиях производственного процесса:
1. Закупаемое сырье тщательно проверяется на соответствие ГОСТу и техническим характеристика. При закупки необходимых компонентов основываемся на надежности поставщиков проверенных сложившимся партнерскими отношениями и соответствия качеству получаемой продукции. Наши партнеры ОАО «Мечел» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ОАО «Северсталь».
2. Приготовление обмазочной смеси производится на оборудовании автоматического дозирования, не допускающего отклонений в рецептуре. Смешивание производится в смесителях, обеспечивающих равномерное перемешивание шихты по всему объему. При приготовлении обмазочной массы тщательно перемешивается сухая шихта с жидким стеклом для получения пластической массы, необходимой при производстве электродов.
3. Выпрямление сварочной проволоки ГОСТ 2246-70 производится на правильно-отрезном оборудовании, не допускающем кривизны. Рубку сварочной проволоки электродный завод производит по заданным размерам в соответствии с необходимым диаметром электродов.
4. Нанесение обмазочной смеси методом опрессовки производится с равной толщиной относительно краев сварочной проволоки. На линии находится сотрудник отдела технического контроля электродного завода не допускающий эксцентричность обмазки электродов, т.к. качество напрямую зависит эксцентричности электродов.
5. Просушивание электродов осуществляется конвейерным методом при температурном режиме, обеспечивающим полное высыхание.
6. Упаковка в коробку с заданными весовыми параметрами удобными для потребителя и обеспечивает сохранность изделий при хранении и транспортировке.
Каждая партия готовой продукции проверяется отделом технического контроля электродного завода и независимыми экспертами сертифицирующих органов в соответствии с методами испытаний по ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия». (см ГОСТ 9467-75*).
Высокое качество продукции гарантировано компанией и подтверждается сертификатами: Сертификаты соответствия, Гигиеническим, одобрено Морским регистром судоходства и Речным регистром России, имеет свидетельство Национальной Ассоциации Контроля и Сварки (НАКС).
Предприятия различных отраслей промышленности признают качество сварочных материалов, благодаря постоянной нашей работе в области совершенствования выпускаемой продукции и тщательного контроля производственного процесса.

Продажа электродов

Купить сварочные электроды сегодня можно как в Москве с накопительного склада, так и со склада готовой продукции в городе Бор, Нижегородской области. Также развиваются сбытовые сети позволяющие потребителям купить электроды оптом и в розницу в разных регионах по ценам завода изготовителя электродов.

Эффективный процесс производства и система сбыта позволяют предложить покупателям электроды цена на которые — минимальна. Широкий ассортимент и постоянный складской запас позволяют выполнять оперативную и комплексную поставку всеми видами транспорта.

Электроды сварочные: оборудование для производства, Китай

Направляющий ролик SZJ-6.5Используется для прокатки головки стальной проволоки в конусообразную форму , чтобы легче было продеть проволоку в волочильную доску для волочения проволоки.
1 Макс диаметр волочения – 6.5 мм
2 Минимальный конечный диаметр  2.5 мм
3 Мощность двигателя 3kw
4 Общий размер  520×480×1200 мм
5 Вес 200 кг
6  Количество 1 комплект 
Аппарат для стыковой сварки SDH-8
Аппарат для стыковой сварки используется для сварки низкоуглеродистой стальной проволоки 2.0-6.5 мм с использованием метода стыковой сварки для постоянного волочения и резки
1 Диаметр стыковой сварки. 6.5mm — 2.5 мм
2 Мощность 10KVA
3 Число регулируемых шагов 7
4 Общий размер 550×450×1200 мм
5 Вес 150 кг
6 Количество 1 комплект
Cтанок для волочения проволоки SHL-550A
Используется для волочения проволоки, алюминия, меди и другой металлической проволоки. Металлическая катанка может волочиться одним устройством в зависимости от ее размеров. От входа для стержня до выхода для стержня весь волочильный процесс может быть завершен единовременно. Вместе с волочением проволоки намоточный барабан соответственно увеличивает скорость.
1 Внешний диаметр барабана 560mm
2 Количество волочений 7 ( 4 + 3 )
3 Диаметр проволоки на входе 6.5 мм
4 Диаметр проволоки на выходе 2.5 мм
5 Мощность двигателя: 4 волочения — 18.5kw x 1 + 15kw x 3,
3 волочения — 7.5kw x 3
6 Общий размер: 4 волочения- 5200x1300x2000 мм,
3 волочения — 3900x1300x2000 мм
7 Вес 5,600 кг
8 Производительность 8-10 тонн в смену 8 часов
9 Количество 1 комплект
Станок для резки проволоки SHQ-500A
Станок для резки проволоки является специальным оборудованием линии производства сварочных электродов. Используется для выпрямления и резки сварочного стержня
1 Диапазон длины резки 200-500 мм
2 Диаметр резки 2.5-5.8 мм
3 Скорость резки 200 шт/мин
4 скорость выпрямления 5800 об/мин
5 Скорость маховика 900 r.m.p
6 Шаг держателя ножа 12 мм
7 Общая мощность 5.2 kw
8 Общий размер 1750×650×1250 мм
9 Вес 900 кг
10 Производительность 1.7 тонн/смена 8 часов
11 Количество 3 комплекта
Смеситель порошка SHB-300A
Смеситель порошка – это специальное оборудование для производства сварочных электродов, используемый для сухого смешивания и влажного смешивания. Он применяет двойные S оси для направленного вперед и назад смешивания, что делает сварочный порошок более однородным. Это станок с большим крутящим моментом, он особенно подходит для смешивания обычного порошка и специального порошка для сварочных электродов
1 Смешивающая способность 300 л.
2 Скорость кругового смешивания N1=30.6об/мин N1=16об/мин
3 Общая мощность 16.5 kw
4 Общий размер 2069×1463×1920 мм
5 Вес 2,500 кг
6 Количество 1 комплект
Cтанок для подачи проволоки SHS-160A
Станок для подачи проволоки – это специальное оборудование для линии по производству сварочных электродов. Используется для непрерывной подачи электродного стержня под углом в волочильную доску станка для порошкового покрытия, с тем, чтобы удовлетворить потребность в постоянном покрытии порошком.
1 Диаметр ведущего круга подачи проволоки 160 мм
2 Диапазон диаметра подачи проволоки 2.5-5.8 мм
3 Диапазон длины подачи проволоки 300- 400 мм
4 Скорость подачи проволоки 135-380 м/мин.
5 Рабочая скорость 990
6 Общая мощность 6.25kw
7 Общий размер 1495×728×1560 мм
8 Вес 1,600 кг
9 Количество 1 комплект
Винтовая машина для нанесения порошка SLT-100A
Винтовая машина для нанесения порошка является специальным оборудованием для линии по производству сварочных электродов. Она использует винтовой способ нанесения порошка, для обеспечения постоянного покрытия электродного стержня
1 Размер порошкового цилиндра 100 мм
2 Скорость вращения развертки 32-60 об/мин
3 Рабочая высота 990 мм
4 Мощность двигателя 22kw
5 Общий размер 1390×1080×1245 мм
6 Вес 2,200 кг
7 Производительность 8 тонн/смена 8 часов
8 Количество 1 комплект
Шлифовальный станок SHM-450A
Шлифовальный станок является специальным оборудованием для линии по производству сварочных электродов. Он шлифует головку для дуговой сварки и зажимает концы электродов
1 Диаметр проволоки 2.5-5.0 мм
2 Диапазон длины проволоки 300-450 мм
3 Скорость 9.8-14.7 м/мин.
4 Общая мощность 4.24kw
5 Общий размер 4300×1500×1560 мм
6 Вес 1,600 кг
7 Количество 1 комплект
Эксцентриковый измерительный инструмент электродов SPX-C
Инструмент используется для измерения эксцентричности железных и стальных электродов в мастерской или лаборатории.
1 Тип измерения – магнетизм
2 Диапазон диаметра измерения 2.0-5.8 мм
3 Рабочая температура 10 ℃-40 ℃
4 Диапазон измерения 30-0-30
5 Общий размер 350×250×300 мм
6 Вес 5 кг
7 Количество 1 комплект
Электрошкаф управления SHK-L
Электрошкаф управления используется для управления машиной для подачи проволоки,порошковой машины м шлифовального станка, для контроля каждой операции и синхронизации работы с другими машинами, включая все виды защитного электрооборудования
1 Общий размер 1000×600×1500 мм
2 Вес 350 кг
3 Количество 1 комплект
Вспомогательная линейная машина SHG-F
AВспомогательная линия используется для подачи электродов со шлифовального станка в сушильную печь и вынимания электродов из сушильной печи
1 Обшая мощность 2.2kw
2 Общий размер 7500×650×640 мм
3 Вес 450 кг
4 Количество 1 комплект
Принтер (печатающее устройство) SYZ-80A
Используется для печати на электрода модели или бренда. Бесступенчатая регулировка скорости исходит из различного диаметра электродов
1 Скорость вращения 18-130 r/min.
2 Мощность двигателя 90w
3 Общий размер 700×280×550 мм
4 Вес 35 кг
5 Количество 1 комплект
Автоматическая цепная слойная сушильная печь (на природном газе) SHG-5
1 Диапазон диаметра проволоки 2.5-5.0 мм
2 Способ цепной трансмиссии – 5 слоев
3 Скорость трансмиссии 4-5.5 м/min.
4 Эффективная скорость сушки 24 м
5 Мощность трансмиссии 8 kw
6 Способ электронагрева -электричество
7 Температура сушки 250℃
8 Время подъема температуры ≤ 30 min.
9 Способ охлаждения естественный и форсированный
10 Количество 1 комплект
Машина для упаковки в усадочную пленку SFS-2A
Служит для покрытия усадочной пленкой ящика и плотности закрытия. Поверхность усадочной упаковки герметична, защищает от сырости, предотвращает загрязнение
1 Скорость передачи 0-10 m/sec.
2 Температура туннеля 0-230℃
3 Загрузка 15 кг
4 Макс размеры упаковки 900×450×260 мм
5 Мощность 7.5 kw
6 Общий размер 1300×670×1250 мм
7 Вес 115 кг
8 Количество 1 комплект
Обвязочная машина SFD-2A
Используется для обвязывания электронных коробок упаковочными лентами.
1 Мощность обвязки 5-60 кг
2 Общая величина пакета 60mm×30 мм
3 Ширина упаковочной ленты 6-15 мм
4 Толщина упаковочной ленты 0.5-0.9 мм
5 Мощность 0.4KVA
6 Общий размер 896×580×725 мм
7 Вес 80 кг
8 Количество 1 комплект
Регенерирующий станок SQP-450
Используется для удаления влажного порошка на электродах, после чего электронный стержень и порошок могут быть переработаны
1 Максимальная длина электрода 450 мм
2 Диаметр электрода 2.5-5.0 мм
3 Мощность переработки 15-20 кг
4 Ящик регенерации порошка 0.03 м3
5 Мощность двигателя 2.2 kw
6 Общий размер 927×815×977 мм
7 Вес 340 кг
8 Количество 1 комплект
Выпрямляющая машина SHX-216
Служит для выпрямления неподготовленных электродов. После сушки электродов, поверхность некоторых электродов может быть поцарапана или повреждена, поэтому выпрямляющая машина используется для удаления большей части сухого сварочного порошка потом регенерирующий станок удаляет остаток сварочного порошка, тогда электронный стержень и порошок могут быть переработаны
1 Длина выпрямления 200-500 мм
2 Диапазон диаметров выпрямляемой проволоки 2.0-5.8 мм
3 Скорость рабочей оси 15 об/мин 4 Рабочая центральная высота 460 мм
5 Мощность 2.2kw
6 Общий размер 1640×670×850 мм
7 Вес 600 кг
8 Количество 1 комплект

Производство электродов: ключевой процесс будущего успеха литий-ионных батарей

[1] Д.Т. Дэниэлсон, Годовой отчет о проделанной работе по EV Everywhere Министерства энергетики США за 2013 год (2013).http: / energy. gov / sites / prod / files / 2014/05 / f15 / APR13_Energy_Storage_c_II_EV_Everywhere_1. pdf (последний доступ 15 июня 2016 г.).

[2] Б.Нюквист, М. Нильссон, Быстро падающая стоимость аккумуляторных блоков для электромобилей, Nature Climate Change 5, (2015) 329-332.

DOI: 10.1038 / nclimate2564

[3] Roland Berger — Цепочка добавленной стоимости литий-ионных аккумуляторов — тенденции и последствия (2011 г.) https: / www.Роландбергер. de / media / pdf / Roland_Berger_The_Li_Ion_Battery_Value_Chain_20110801. pdf (последний доступ 15 июня 2016 г.).

[4] Дэвид Л.Вуд III, Цзяньлинь Ли, Клаус Даниэль, Перспективы снижения стоимости обработки литий-ионных батарей, Журнал источников энергии 275 (2015) 234-242.

DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.11.019

[5] М.Вестермайер, Г. Рейнхарт, М. Стебер, Управление сложностями при запуске производства литий-ионных элементов, Процедуры CIRP 20 (2014) 13-19.

DOI: 10.1016 / j.procir.2014.05.026

[6] М.Венглер: Methodik für die Qualitätsplanung und -verbesserung in der Keramikindustrie, VDI Fortschrittberichte 2 Nr. 392 (1996).

[7] К.Eichgrün: Prozesssicherheit in fertigungstechnischen Prozessketten -Systemanalyse ganzheitliche Gestaltung und Führung, Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation, Universität Kaiserslautern (2003).

[8] М.Zapp: Ultraschallunterstütztes Schleifen von Hochleistungskeramik: ein Beitrag zur gezielten Beeinflussung der Eigenschaften von Bauteilen durch eine ganzheitliche Prozeßkettenbetrachtung, Lehrstuivershl für Bettigungskeramik, Lehrstuivershl für Bettigungskeramik, 1998.

[9] С.Янпин, К.Р. Фелл, Ю.К. Сын Б. Мец, Дж. Цзян и Б. К. Черч, Влияние каландрирования на смачиваемость электрода в литий-ионных батареях, Frontiers in Energy Research, Energy Storage Volume 2, Article 56, 8 (2014).

DOI: 10.3389 / fenrg.2014.00056

[10] Д Дж.Кэмпбелл, Сложность задачи: обзор и анализ, Обзор Академии менеджмента 13 (1988), 40-52.

[11] Дж.Ли, Д. Клаус, Д. Вуд, Обработка материалов для литий-ионных батарей, Журнал источников энергии 296 (2011) 2452-2460.

[12] Дж.Kaiser, V. Wenzel, H. Nirschl, B. Bitsch, N. Willenbacher, M. Baunach, M. Schmitt, S. Jaiser, P. Scharfer, W. Schabel, Prozess- und Produktentwicklung von Elektroden für Li-Ionen-Zellen , Chemie Ingenieur Technik 86, № 5 (2014) 695–706.

DOI: 10.1002 / cite.201300085

[13] К.М. Ким, У.С. Чон, И. Дж. Чунг и С.Х. Чанг, Влияние последовательностей смешивания на электродные характеристики литий-ионных аккумуляторных батарей, Journal of Power Sources 83 (1999) 108–113.

DOI: 10.1016 / s0378-7753 (99) 00281-5

[14] Дж.Шустер, Дж. Хаттендорф, Н. Биллот, Т. Гюнтер, И. Бухбергер, Х.А. Гастайгер, Чернила с высоким содержанием твердых частиц — Влияние процедуры смешивания на реологические свойства, Kraftwerk Batterie Aachen (2015).

[15] W.Хазелридер, Б. Вестфаль, Х. Бокхольт, А. Динер, С. Хёфт, А. Кваде, Измерение адгезионной прочности покрытия электродов для литий-ионных батарей, Международный журнал адгезии и адгезивов, Том 60 (2015) 1–8 .

DOI: 10.1016 / j.ijadhadh.2015.03.002

[16] М.Вестермайер, Г. Рейнхарт, Т. Цайлингер, Метод определения и классификации параметров качества при производстве аккумуляторных элементов, Конференция по производству электроприводов (2013) 1-10.

DOI: 10.1109 / edpc.2013.6689742

[17] Дж.Курфер, М. Вестермайер, К. Таммер, Г. Рейнхарт, Производство литий-ионных элементов большой площади — предварительное кондиционирование, штабелирование элементов и обеспечение качества, CIRP Annals — Manufacturing Technology 61 (2012) 1-4.

DOI: 10.1016 / j.cirp.2012.03.101

Производство электродов для литий-ионных аккумуляторов без использования растворителей

Характеристика механического соединения

При производстве аккумуляторных электродов необходимо сильное прилипание частиц к токосъемнику, а также необходимо обеспечить равномерное распределение связующего материала по активным и проводящим частицам, когда пытаясь удовлетворить это требование.Электроды, отлитые из суспензии, обеспечивают равномерное распределение связующего материала за счет использования растворителя для растворения связующего материала, затем выполняется смешивание для покрытия оставшихся активных и проводящих частиц. Можно было предположить, что использование растворителя позволило бы теперь сжиженному связующему легко покрыть оставшиеся частицы и уменьшить необходимость в длительной стадии перемешивания, но это предположение было бы неверным. Были проведены обширные исследования влияния процесса смешивания суспензии на производительность батареи, при перемешивании от часа до 3 дней 1,16 .Процесс смешивания также имеет решающее значение для получения высокопрочного электрода, изготовленного методом сухой окраски.

Первые испытанные сухие окрашенные электроды были изготовлены путем смешивания в состоянии поставки активного (90% по весу), проводящего (5% по весу) и связующего материала (5% по весу) вместе в течение 60 минут в высокоэнергетическом смесителе. . LiCoO 2 (LCO) использовался в качестве активного материала, Super C65 Carbon (C65) в качестве проводящего материала и PVDF в качестве связующего материала. После смешивания порошки наносили на токосъемник заземления (алюминиевая фольга) с помощью электростатического распылителя высокого напряжения.Свежеосажденные электроды термически активировали на горячей плите, установленной на 250 ° C, в течение 1 часа. Испытание на отрыв проводили в центре покрытой области для оценки прочности связи частиц с токосъемником. Результаты испытаний легко показали, что электрод имел чрезвычайно низкую прочность соединения (1,2 кПа) с токосъемником по сравнению с электродами, отлитыми из суспензии (84,3 кПа) аналогичного состава.

Сухой окрашенный электрод, сделанный из 85% (по весу) LCO и 15% (по весу) PVDF (без C65), был испытан, чтобы увидеть, улучшилась ли прочность соединения при наличии только активного и связующего материала.После термической активации на горячей пластине образец был подвергнут механическим испытаниям и обнаружил, что он имеет значительно более высокую прочность соединения (117,1 кПа). Был сделан вывод, что C65 отрицательно влияет на прочность склеивания. СЭМ-микрофотография (рис. 2А) образца LCO / PVDF до термической активации показала, что LCO имел покрывающий монослой частиц PVDF. После термической активации PVDF плавится и смачивает поверхность частиц LCO, создавая точки контакта между окружающими частицами LCO (рис. 2B).Это хороший показатель сильного связывания между частицами, и испытания этого образца на связывание подтверждают сильную адгезионную способность покрытых сухим лаком электродов.

Рисунок 2: Характеристики механического соединения.

( A ) СЭМ-микрофотография, показывающая LCO, покрытый PVDF перед термической активацией (шкала 5 мкм). ( B ) СЭМ-микрофотография, показывающая, что PVDF полностью смачивает поверхность LCO после термической активации (масштабная шкала составляет 5 мкм). ( C ) СЭМ-микрофотография, показывающая, что углерод C65 удаляет частицы ПВДФ с частиц LCO и впоследствии образует слой вокруг частиц ПВДФ (масштабная шкала составляет 5 мкм).( D ) СЭМ-микрофотография, показывающая то, что выглядит как агломерации C65, образовавшиеся при смешивании электродных материалов для процесса сухой окраски (масштабная шкала 5 мкм). ( E ) СЭМ-микрофотография, показывающая, что C65 фактически покрывает частицы PVDF, что также относится к предыдущему изображению ( D ) (масштабная линейка составляет 1 мкм). ( F ) СЭМ-микрофотография очень плоской поверхности верхнего электрода из-за процесса горячей прокатки, завершенного после осаждения электродного материала (шкала 5 мкм).( G ) СЭМ-микрофотография, показывающая расплавленный ПВДФ, образовавшийся в процессе горячей прокатки (масштабная линейка составляет 1 мкм). ( H ) Сравнение прочности соединения (кПа) между электродами, окрашенными сухим способом, и электродами, полученными методом литья под давлением. ( I ) Влияние температуры верхнего ролика и скорости подачи на механическую прочность электродов. ( J ) СЭМ-микрофотографии, сравнивающие разницу структур между сухими и отлитыми из суспензии электродами на границах раздела электрод — токоприемник (шкала 10 мкм).На вставках — вид сверху токосъемника после выхода из строя электрода.

СЭМ-микрофотография первого электрода (рис. 2C) показывает голые частицы LCO и то, что можно предположить, это агломерации C65 (рис. 2D). При дополнительном осмотре было обнаружено, что частицы ПВДФ, которые когда-то образовывали однородный монослой над частицами LCO (рис. 2A), были полностью удалены с частиц LCO частицами C65. Впоследствии частицы ПВДФ были покрыты частицами С65. Это было определено после более тщательного изучения того, что считалось агломерациями C65.Было обнаружено, что предполагаемые агломерации C65 (рис. 2D) имели сферическую форму, сравнимую по размеру с необработанными частицами ПВДФ. Кроме того, все микрофотографии этого образца, сделанные на сканирующем электронном микроскопе, показали несколько непокрытых частиц ПВДФ, хотя 5% электрода было изготовлено из ПВДФ. Таким образом, был сделан вывод, что частицы ПВДФ в значительной степени покрыты частицами С65. Ясное доказательство можно увидеть в нескольких случаях, когда PVDF только частично покрывается C65 (рис. 2E). Во время термической активации расплавленный ПВДФ будет содержаться в окружающих частицах C65.Это приведет к тому, что частицы LCO останутся свободными без прямых точек контакта PVDF. Таким образом, электрод, изготовленный из C65, почти не имел соединения, в то время как образец без C65 демонстрировал более сильное соединение, чем электрод, отлитый из суспензии.

В производственный процесс был введен этап горячей прокатки, чтобы одновременно расплавить частицы ПВДФ и прижать соседние частицы вместе. Горячекатаные электроды показали резкое повышение эффективности соединения (148,8 кПа) по сравнению с исходными электродами с сухой окраской (1.2 кПа) и обычному способу литья из суспензии (84,3 кПа). Видно, что горячекатаные электроды более плотные (рис. 2F), чем оригинальные электроды, окрашенные сухим способом (рис. 2C). Тепловой баланс (определяемый скоростью подачи и температурой валков) во время процесса горячей прокатки был достаточным для термической активации частиц ПВДФ и создания точек контакта между частицами (рис. 2G). Сравнение каждого из испытанных производственных процессов можно увидеть на фиг. 2H, на которой показаны электроды, окрашенные сухим способом, на этапе горячей прокатки, имеющие наилучшие характеристики соединения.

Были проведены дополнительные испытания горячей прокатки для изучения влияния температуры горячей прокатки и скорости подачи горячей прокатки на характеристики соединения сухих окрашенных электродов. Скорость подачи была установлена ​​на три различных значения (30, 120 и 225 см / мин), в то время как верхний валок был установлен между 100 ° C и 175 ° C. Нижний валок поддерживали постоянной при 190 ° C, чтобы гарантировать, что по крайней мере один валок был установлен на температуру, близкую к температуре плавления PVDF (177 ° C). Как и ожидалось, увеличение скорости подачи и снижение температуры верхнего ролика привело к снижению прочности соединения из-за уменьшения теплового баланса (рис.2I). При температуре верхнего валка 150 ° C или выше высокие скорости подачи (> 120 см / мин) позволили изготавливать электроды с механической прочностью выше, чем у обычных. Следует отметить, что все испытания на отрыв не проходят на границе раздела электрод / токоприемник, за исключением тех, у которых температура верхнего ролика составляет 175 ° C, которые продемонстрировали превосходную прочность сцепления / когезии электрода и терпят неудачу из-за разрыва токосъемника. При более низких температурах верхнего валка (120 ° C или ниже) зависимость механической прочности от температуры не была ясной.В этом температурном диапазоне скорость подачи должна быть ниже 75 см / мин, чтобы обеспечить прочность соединения, сравнимую (или более высокую) с обычной.

Следует также отметить, что обычные электроды, отлитые из суспензии, также вышли из строя на границе электрод-токоприемник. Электроды с сухой окраской демонстрируют более прочное соединение (температура верхнего валика 100 ° C и скорость подачи 30 см / мин) по сравнению с обычными электродами. Граница раздела электрод – токоприемник имеет тенденцию быть более слабой из-за плоской двумерной природы контакта.СЭМ-микрофотографии (рис. 2J) показывают карманные структуры, образованные на токосъемниках в результате механического прессования, используемого в сухом процессе. Это обеспечивает дополнительную площадь контакта по сравнению с суспензионной технологией и обеспечивает дополнительную прочность сцепления для электродов, обработанных сухим способом. Поскольку в этом исследовании все электроды выходят из строя на границах раздела токоприемников, неясно, обеспечивают ли сухие электроды более высокую когезионную прочность внутри электрода, чем обычные электроды, что является предметом будущих исследований.

Также было исследовано влияние степени сжатия на механическую прочность. Электроды с различной начальной толщиной были подвергнуты горячей прокатке до конечной толщины 50 мкм, а затем подверглись механическим испытаниям (рис. S1, в дополнительной информации). Прочность соединения практически отсутствовала для самых тонких электродов, но быстро увеличивалась до тех пор, пока не была достигнута удовлетворительная прочность (больше или равная прочности испытанных электродов в суспензии) с более толстыми электродами (148,8 кПа).

Электрохимическая характеристика

Было проведено прямое сравнение электрохимических характеристик между электродами с сухой окраской и обычными электродами, отлитыми из суспензии.Оба типа электродов состоят из 90% (по весу) LCO, 5% (по весу) углеродной добавки и 5% (по весу) ПВДФ. Состав был выбран так, чтобы обеспечить максимальную плотность энергии при сохранении достаточной электронной проводимости и механической целостности. Сухой окрашенный (после горячей прокатки) электрод имеет свободностоящую пористость около 30%, в то время как пористость обычного литого электрода составляет около 50%. Обычный электрод также был сжат примерно до 30% для прямого сравнения с сухими электродами. Измерение пористости описано в Методах.На рис. 3А показаны скоростные характеристики электродов LCO, окрашенных в сухом состоянии, при различных токах разряда в диапазоне от 0,1 до 3 ° C наряду с обычными электродами, отлитыми из суспензии. Для сухих окрашенных электродов ячейка обеспечивает удельную емкость 121 мАч −1 при 0,1 C, 89% теоретической емкости (теоретическая емкость составляет 137 мА · ч −1 для LCO в диапазоне напряжений 4,2–2,5 В против • Li / Li + , потому что при отключении заряда 4,2 В LCO частично делитируется до Li 0.5 CoO 2 ). При 0,2 ° C, 0,5 ° C, 1 ° C, 2 ° C и 3 ° C емкость снижается до 117 мАч −1 , 110 мАч −1 , 101 мАч −1 , 95 мАч −1 и 87 мАч -1 , что составляет 86%, 80%, 74%, 70% и 64% от теоретической емкости соответственно. В целом, электрод с сухой печатью имеет более высокую емкость, чем обычные электроды, отлитые из суспензии (рис. 3A).

Рисунок 3: Электрохимические характеристики.

( A ) Показатели C-rate для сухого окрашенного и обычного LiCoO-электрода. 2 (LCO) электродов, ( B ) сравнение показателей циклического режима между сухим окрашенным и обычным LCO-электродом; ( C ) Циклическая вольтамперометрия обычных электродов LCO; ( D ) Циклическая вольтамперометрия сухих окрашенных LCO-электродов; ( E ) Сравнение спектров электрохимического импеданса между сухими и обычными электродами LCO; ( F ) Циклические характеристики окрашенных и обычных электродов LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NMC) электродов.

Циклические характеристики сухого окрашенного и обычного электрода LCO показаны на рис. 3B. Для окрашенного электрода разрядная емкость в зависимости от соответствующего количества циклов уменьшается с 114 мАч -1 в начальном цикле до 80 мАч -1 после 50 циклов заряда / разряда, при сохранении 70% емкости при 0,5 ° C после 50 циклов. Для обычного электрода после 50 циклов сохраняется только 58% емкости. Окрашенный электрод имеет более высокую циклическую стабильность, чем обычные электроды (рис.3Б).

Чтобы понять механизм, который позволяет сухим окрашенным электродам превосходить обычные электроды, оба электрода были исследованы с помощью циклической вольтамперометрии (CV) и спектров электрохимического импеданса (EIS). На рис. 3C, D сравниваются циклические вольтамперограммы окрашенных и обычных электродов LCO. При скорости сканирования 0,025 мВ / с одна пара пиков окисления и восстановления, пик восстановления при ~ 3,8 В и пик окисления при ~ 4 В, соответствующие окислительно-восстановительной паре Co 3+ / Co 4+ . , наблюдается для обоих электродов, что свидетельствует о хорошей обратимости введения лития в LCO и его извлечения из него.При увеличенной скорости сканирования окрашенные электроды в значительной степени сохраняют симметричную форму катодных пиков и анодных пиков на своих кривых CV, тогда как формы катодных пиков и анодных пиков значительно меняются для обычных электродов. Кроме того, разность потенциалов между катодным пиком и анодным пиком при определенной скорости сканирования в окрашенном электроде меньше, чем у обычного электрода, что указывает на то, что окрашенный электрод имеет более низкую электрохимическую поляризацию и лучшую скорость сканирования.

Графики Найквиста окрашенного и обычного электрода LCO / Li-элемента в полностью разряженном состоянии показаны на рис. 3E. Импеданс — это коллективная реакция кинетических процессов с разными временными режимами. Все графики состоят из пересечения с осью Re (Z), высокочастотного полукруга и низкочастотного хвоста. Пересечение с осью Re (Z) на высокой частоте относится к общей величине омического сопротивления, включая сопротивление электролита и сопротивление электрического контакта. Это сопротивление намного меньше, чем другие составляющие сопротивления.Полукруг можно отнести к межфазному импедансу электрод-электролит, а хвост — к контролируемому диффузией импедансу Варбурга. Оба электрода показывают небольшое уменьшение межфазного импеданса с циклами. Ширина полукруга окрашенного электрода меньше, чем у обычного электрода, что указывает на то, что сухой окрашенный электрод имеет несколько меньшее межфазное сопротивление. После циклирования ширина полукруга окрашенного электрода все еще меньше, чем у обычного.

Чтобы доказать универсальность процесса сухого производства, были также изготовлены электроды LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NMC). Циклические характеристики окрашенных и обычных электродов NMC показаны на рис. 3F. Для окрашенных электродов разрядная емкость в зависимости от соответствующего количества циклов снижается с 138 мАч -1 в начальном цикле до 121 мАч -1 после 50 циклов заряда / разряда при напряжении 2.8–4,3 В, что означает сохранение емкости 87% при 0,5 C после 50 циклов. Для обычных электродов после 50 циклов сохраняется 84% емкости. Окрашенные электроды имеют несколько лучшую циклируемость, чем обычные. Другие электрохимические характеристики, в том числе показатели C-rate и сравнение CV, показывают, что электроды NMC, окрашенные сухим способом, немного превосходят обычные электроды (рис. S2, дополнительная информация).

Заряженных электромобилей | Новый процесс нанесения покрытия позволяет быстрее изготавливать аккумуляторные электроды

Новый процесс нанесения покрытия позволяет быстрее изготавливать аккумуляторные электроды

Сообщение , автор: Райан Остин, рубрика Newswire, The Tech.

Исследователи из престижного немецкого Карлсруэ Технологический институт (KIT) создал новый процесс нанесения покрытий, который производит электроды для литий-ионных аккумуляторов с рекордной скоростью. Исследователи говорят, что новый процесс также улучшает качество электродов и сокращает производство расходы.

При изготовлении аккумуляторных электродов тонкая паста электродного материала наносится на медную или алюминиевую фольгу в виде прямоугольного рисунка. Короткие участки фольги оставляют без покрытия, которые необходимы для разряда электронов.Чтобы произвести эти участки без покрытия, производители аккумуляторов должны многократно прерывать и перезапускать процесс нанесения покрытия. На максимальных производственных скоростях может быть сложно получить острые кромки без смазывания материала.

«Точность покрытия электродов — важный фактор для эффективность и затраты на производство аккумуляторных элементов », — говорит научный руководитель профессор Вильгельм Шабель. «Даже самые незначительные производственные ошибки приводят к тому, что аккумуляторные элементы непригодный для использования. Из-за высокого процента брака и низкой производительности литий-ионные батареи сегодня дороже, чем это необходимо.”

По словам Шабеля, оптимизация процесса нанесения покрытия может привести к значительному сокращению затрат на производство элементов. Член группы Ральф Дим оптимизировал сопло для материала электродов, оснастив его колеблющейся мембраной, которая циклически останавливает и возобновляет нанесение пасты для покрытия.

«Эта мембрана намного легче механических клапанов, так как в результате достигается быстрое время реакции и высокая скорость », — сказал Дим говорит. «До сих пор производственные скорости были ограничены примерно от 30 до 40 метров. в минуту.Благодаря новой технологии мы достигаем скорости до 150 метров в минуту в электродное покрытие ».

Новая форсунка не только увеличивает скорость производства, но и повышает качество благодаря более точному контролю, который позволяет мембрана. Исследователи говорят, что для типичной производственной линии с помощью новой насадки можно производить электроды, в три раза превышающие количество аккумуляторных элементов.

Теперь технология будет доведена до уровня промышленной зрелости дочерней компанией, основанной Ральфом Диемом и его командой.

Источник: Технологический институт Карлсруэ

Теги: EV аккумуляторы, Технологический институт Карлсруэ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

| TUF

ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СВАРОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА

Обычно изготовление электродов состоит из 8 этапов

1 Обработка катушек проволоки

  1. Удаление ржавчины и металлических пластин на поверхности стальной проволоки с помощью устройства для удаления накипи.
  2. Придание головке катушки проволоки острой формы, подобной конусу, с помощью концевого ролика, затем сужающаяся головка, протаскивающая матрицу для волочения проволоки на волочильном станке.
  3. Волочение проволоки до требуемого диаметра на волочильном станке в бухте.
  4. Резка и правка на станке для резки проволоки для изготовления стержней для сварки рулонов.

2 Смешение флюса

Пропорциональное смешивание сырьевых материалов в зависимости от стандарта и размера сварочных электродов.

3 Силикат натрия-калия

Определение пропорций силиката натрия и калия для сварочных электродов различного стандарта и размера.

4 Смешение флюса

  1. Сухое смешивание миксером для равномерного получения флюса.
  2. Влажное перемешивание с силикатом натрия-калия миксером.
  3. После перемешивания влажный сварочный порошок вызывает агломерацию порошка (только для гидравлического экструдера).

5 Процедура нанесения покрытия

  1. Два способа нанесения покрытия:

Покрытие винта:

Подача проволоки из механизма подачи проволоки в шнековый экструдер под действием силы давления на

Угол 45 °.Затем протолкните флюс вперед с помощью шнека в шнековом экструдере, чтобы покрыть поверхность катушки.

Гидравлическое покрытие:

Поместите агломерацию порошка в гидравлический экструдер, в то время как проволока подает проволоку в гидравлический экструдер под действием силы давления. Гидравлический экструдер проталкивает комок флюса вперед, чтобы покрыть проволоку через головку машины.

  1. После нанесения покрытия проволока с покрытием будет автоматически проходить на шлифовальном станке головки, чтобы изнашивать дуговой контакт и зажимной зажим, служащий электродом.
  2. Затем электроды
  3. доставляются на вспомогательную линию для проверки эксцентрика и повреждений. Подберите неподходящие электроды на переработку.

Печать 6 слов

Печать моделей и брендов на электродах.

7 Сушка

Сушка электродов через низкотемпературную зону, среднетемпературную зону, высокотемпературную зону, охлаждение.

8 Второй осмотр, вес, упаковка и склад.

Следите за нами и ставьте лайки:


Next : Линия по производству прутковой проволоки TUF для Узбекистана

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

границ | Быстрое и дешевое производство электродов для манжеты

Введение

Независимо от того, производятся ли они на собственном предприятии или приобретаются коммерчески, связанные с этим затраты и сроки изготовления имплантируемых электрических устройств будут непомерно высоки для многих исследователей.Это ограничение мотивировало работу, которую мы представляем в этой статье: быстрый производственный метод для минимизации времени и затрат, связанных с разработкой и производством новых электродов-манжет для стимуляции периферической нервной системы (ПНС). Наша цель — позволить исследователям быстро создавать и улучшать прототипы электродов-манжет, контролируя такие параметры, как размеры и расположение электродов. Более того, наша цель — сделать это максимально возможным для самой широкой группы исследователей с точки зрения их опыта изготовления и доступного оборудования.

За последнее десятилетие несколько целей в ПНС стали потенциальными субстратами для терапевтического вмешательства. Прямая электрическая модуляция блуждающего нерва была одобрена Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) для лечения лекарственно-устойчивой эпилепсии (Englot et al., 2011) и большого депрессивного расстройства (Berry et al., 2013). и исследователи изучают другие возможные показания, такие как хроническая боль (Multon and Schoenen, 2005), сердечная аритмия (Brack et al., 2013) и аутоиммунных расстройств (Koopman et al., 2017). Электрическая стимуляция периферических нервов также может помочь пациентам с неврологическим повреждением восстановить чувствительность и контроль над мышцами (Navarro et al., 2005). Этот метод, являющийся разновидностью функциональной электростимуляции (FES), успешно применяется в терапевтических устройствах, таких как ActiGait, имплантированный стимулятор периферических нервов, за который Neurodan A / S получил знак CE (Conformité Européene) для лечения провисания стопы у пациентов с инсульт (Burridge et al., 2007).

Современные подходы к периферической нейромодуляции обычно включают либо интраневральные, либо манжетные электроды. Последнее дает несколько преимуществ: характерная большая геометрия манжетных электродов облегчает некоторые хирургические ограничения и позволяет использовать контакты с большей площадью поверхности. В результате устройство может подавать большие токи, не вызывая непреднамеренных окислительно-восстановительных процессов, способных повредить как электрод, так и окружающую ткань (Cogan, 2008).Кроме того, электроды-манжеты могут быть имплантированы без прямого разреза или проникновения в нерв — технически сложная процедура, которая может привести к острым и долгосрочным повреждениям тканей (Navarro et al., 2005).

В то время как основные электроды-манжеты с продольно расположенными контактами можно изготавливать с помощью относительно простых процессов (Foldes et al., 2011), изготовление более сложных конфигураций электродов обычно требует трудоемкой конструкции и изготовления в чистом помещении с квалифицированными специалистами.Циркумполярный электрод манжеты с контактами, расположенными радиально вокруг внутренней части манжеты, является одной из таких конфигураций (см. Рисунок 1 для иллюстрации радиального и продольного расположения). В условиях, когда возможны сложные методы изготовления, тонкопленочные процессы, такие как описанные Navarro et al. (2001) для спиральных манжет, а также для недавно представленного электрода с «разрезным кольцом» можно производить циркумполярные электроды с тонко структурированной геометрией (Tsang et al., 2010; Ли и др., 2017; Кобо и др., 2019).

Рисунок 1. Продольное и радиальное расположение контактов электродов манжеты.

Полезность циркумполярных электродов заключается в том, что они могут избирательно нацеливаться на группы пучков в нервном пучке, направляя стимулы в соседние контакты (Sweeney et al., 1990; Rozman et al., 1993; Veraart et al., 1993; Goodall et al., ., 1996; GrillJr., И Mortimer, 1996; Navarro et al., 2001; Tarler, Mortimer, 2004).Применительно к FES, Polasek et al. (2009) продемонстрировали в клинических испытаниях, что циркумполярный манжетный электрод может надежно активировать отдельные мышцы, дискриминаторно применяя эффекты стимуляции. Сходным образом пространственная избирательность имеет значительные преимущества в модальностях нейромодуляции, таких как стимуляция блуждающего нерва, как обсуждалось Aristovich et al. (2019), использование электрода-манжеты с радиально фрагментированными контактами ограничивает стимуляцию вне цели и снижает побочные эффекты.

Однако сложный характер многослойных тонкопленочных процессов делает их непригодными для быстрого изготовления манжетных электродов.Спрос на быстрые производственные процессы резко возрос за последнее десятилетие с появлением таких инструментов, как трехмерные принтеры и лазерные резаки. Этот рост был обусловлен тремя важнейшими сценариями использования: (1) производство продукции с низким, спорадическим спросом, (2) производство на стадии проектирования для быстрой итерации идей и (3) изготовление настраиваемых продуктов (Karapatis et al., 1998; Гул и Амиги, 2016). Настройка особенно важна для биомедицинских приложений, для которых требования к продукту могут существенно различаться для разных субъектов.В настоящее время исследователи изучают быстрые методы производства для изготовления протезов конечностей по индивидуальному заказу (ten Kate et al., 2017) и изготовления тканевых каркасов (Do et al., 2015).

Каждый из перечисленных выше случаев использования подчеркивает важность эффективного метода быстрого изготовления манжетных электродов. Что касается (1), из-за большого пространства параметров для проектирования манжетных электродов особые конфигурации имеют спорадический спрос. Поскольку это не позволяет коммерческим производителям пользоваться экономией на масштабе, они могут получить выгоду от принятия решения для быстрого производства.Это приводит к снижению затрат, в частности, для академических лабораторий, которые обычно закупаются в небольших объемах. Что касается (2), то быстрая итерация конструкций сократит время и затраты, связанные с разработкой манжетных электродов, особенно на ранних стадиях. Для малых предприятий и стартапов, которые не хотят передавать эту работу подрядчикам, быстрое производство станет альтернативой наращиванию дорогостоящих мощностей. Наконец, что касается (3), этот подход может позволить техническим специалистам изготавливать электроды-манжеты по запросу, чтобы удовлетворить индивидуальные потребности каждого субъекта или пациента.Например, пациенту с постампутационной болью было бы полезно установить имплант нестандартного размера в зависимости от диаметра седалищного нерва, который может варьироваться от 1,4 до 1,9 мм в ягодичной области (Rai, 2015). Помимо Тонга и др. (2018), которые описывают использование роботизированного сшивания для заделки платиновой проволоки в силикон, в настоящее время не существует технологии, которая бы обслуживала это приложение. Как и в клинических условиях, академические лаборатории предъявляют разнообразные требования и выиграют от производства манжетных электродов собственными силами с использованием быстрого производственного процесса.

Несмотря на текущие производственные проблемы, существует несколько коммерческих решений для манжетных электродов с радиально расположенными контактами (см. Таблицу 1 для сравнения). Однако связанные с этим затраты отражают те производственные проблемы, которые требуют значительных инвестиций даже для экспериментальных исследований.

Таблица 1. Сравнение стандартных манжетных электродов с радиально расположенными контактами.

Между тем, для собственного производства манжетных электродов существует несколько процессов, которые были бы быстрыми и экономичными, и еще меньше широко доступных с точки зрения требований к специализированному оборудованию и техническим навыкам.Неаполь и др. (1988), Haugland (1996) и Foldes et al. (2011) демонстрируют простые методы с использованием платиновой фольги, но они неприменимы для сложных конфигураций, таких как конструкции циркумполярных электродов, без высокого уровня технических навыков и ловкости рук (Veraart et al., 1993; Dweiri et al., 2016; Rozman et al., др., 2018). Кроме того, поскольку они требуют, чтобы контакты формировались вручную, согласованность геометрии электрода будет значительно варьироваться в зависимости от навыков оператора. Совсем недавно такие исследователи, как Штиглиц и др.показали, что эти проблемы могут быть решены путем использования лазерного резака для создания рисунка на платиновой фольге; однако их метод требует нескольких этапов выравнивания и травления маски, что значительно увеличивает технические навыки и необходимое оборудование, а также время и стоимость (Ordonez et al., 2014). Лоеб и Пек (1996) сообщают о методе изготовления манжет путем сшивания платиновых проволок, который, как простой процесс, больше подходит для приполярных массивов, чем для заливки платиновой фольги (Rios et al., 2019).Однако, как заявил Хаугланд (1996), «при такой конструкции трудно контролировать точное положение и размер электродов, а потеря [sic] проводов может действовать как сужение нерва». Кроме того, Хоффер и Каллесо (2000) сообщают, что сшитые вручную проволоки представляют собой риск порезания нерва из-за смещения и растяжения. Непреднамеренное прокалывание нерва также является риском для некоторых процессов, связанных с фольгированными электродами, которые требуют сварки или пайки выводных проводов (особенно для поверхностей раздела разнородных металлов, таких как платина-нержавеющая сталь), поскольку механические слабые места могут возникать в местах соединения ( Хоффер и Каллесоу, 2000).

В этой статье мы сообщаем об альтернативном решении: композитные электроды силикон / технический углерод (CB), встроенные в трубчатую силиконовую изоляцию. Их размеры и характеристики могут быть адаптированы к широкому диапазону диаметров нервов и областей применения. Партия из четырех штук стоит около 8,80 долларов США на материалы и от трех до четырех часов труда. Кроме того, это не требует специального оборудования или опыта изготовления. Хотя этот метод требует ручной сборки для прикрепления выводных проводов, он позволяет использовать лазерный резак для создания рисунка на контактах электродов.Таким образом, в отличие от Naples et al. (1988), Haugland (1996) и Foldes et al. (2011), которые требуют ручной сборки на всех этапах, этот метод позволит получить электроды одинаковой геометрии с высокой точностью по сравнению с размерами нерва.

Мы выбрали материал нашего электрода, композит CB (Reyes et al., 2014; Eklund and Kjäll, 2019), чтобы он легко интегрировался с силиконовым корпусом манжеты. Графитированный углерод имеет характеристики, аналогичные CB, но был выбран CB, поскольку его композит с силиконом имеет более благоприятную объемную проводимость (Quinsaat et al., 2019). Несколько других силиконовых композитов, например, из порошка платины (Minev et al., 2015; Schiavone et al., 2018) и углеродных нанотрубок (УНТ) (Behrens et al., 2018; Kim et al., 2018), демонстрируют лучшие характеристики. импедансы передачи заряда. Однако CB намного дешевле и его легко разогнать. Порошки на основе углерода, такие как графит и УНТ, продемонстрировали цитотоксический эффект на жизнеспособность клеток при достаточно высокой концентрации (Fiorito et al., 2006), но полимерные композиты этих материалов демонстрируют долгосрочную биологическую инертность (Blau et al., 2011; Ким и др., 2018). Композитный электрод силикон / графит от Blau et al. (2011), например, инкубировали с культурой кортико-гиппокампальных нейронов и продемонстрировали здоровые морфологические характеристики в течение более трех недель in vitro .

Используя наш процесс, мы изготовили 3-канальные манжеты для циркумполярных нервов для имплантации на седалищные нервы крыс. Обратите внимание, что, как указано Navarro et al., Селективность активации фасцикулов обычно увеличивается с количеством встроенных контактов (Navarro et al., 2005). Учитывая это, можно было бы улучшить результаты, реализовав более крупный массив.

Мы подвергли наши трехканальные устройства как проверке с помощью электрохимических характеристик, так и проверке с помощью электрофизиологического исследования. Это электрофизиологическое исследование включало в себя острую имплантацию циркумполярной манжеты на седалищный нерв анестезированной крысы и измерение сложных мышечных потенциалов во время возбуждающей стимуляции. Хотя значение этого конкретного исследования на животных ограничено его небольшим размером выборки, мы включаем его сюда, чтобы выделить соответствующие методологические шаги для проверки электродов манжеты, произведенных в рамках нашего процесса.Имея это в виду, его результаты воспроизводят ключевые электрофизиологические характеристики поведения, включая селективность пучков, о которых сообщалось в предыдущей литературе, и это дополнительно подтверждает качество нашего процесса (Суини и др., 1990; Розман и др., 1993; Вераарт и др., 1993; Goodall et al., 1996; GrillJr., And Mortimer, 1996; Navarro et al., 2001; Tarler and Mortimer, 2004).

Материалы и методы

В этот раздел, помимо подробного описания шагов по изготовлению 3-канального циркумполярного манжетного электрода, включены инструкции по проверке и валидации конструкции.В этом случае проверка включает в себя электрохимические методы оценки таких характеристик, как импеданс и емкость инжекции заряда. Валидация влечет за собой выполнение исследования набора двигательных единиц на седалищном нерве анестезированной крысы.

Производство устройств

Мы изготовили наш манжетный электрод в пять этапов, показанных на Рисунке 2 и описанных ниже:

Рис. 2. Пошаговое изображение изготовления манжетного электрода. Каждый номер соответствует этапу процесса изготовления, как описано в разделе «Изготовление устройства».Ссылки в этой статье на Контакты 1, 2 и 3 соответствуют трем, изображенным здесь.

Шаг 1. Процесс начинается с подготовки подложки, отрезка 8 мм силиконовой трубки (Versilon SPX-50), открывая его продольным разрезом. Мы использовали трубки с внутренним диаметром 1,6 мм и внешним диаметром 3,2 мм, чтобы соответствовать нашей цели, 2 см обнаженного нерва с диаметром в диапазоне 1–1,5 мм. Хотя в наших экспериментах мы сосредоточились исключительно на нервах такого размера, меньшие диаметры нервов можно было бы приспособить, начав с более узких трубок — единственным ограничивающим фактором является требуемый размер электрода, из которых, как обсуждается в следующих шагах, разрешающая способность лазера и провод сборки являются факторами.На момент написания более узкие трубки с соответствующими характеристиками можно было приобрести у таких поставщиков, как Trelleborg.

Шаг 2. Для нанесения рисунка на контакты мы прижали трубку изнутри вниз к предметному стеклу, используя кусок полиимидной ленты с силиконовым клеем (лента 1 Mil Kapton от Dupont). Затем с помощью лазерного резака с числовым программным управлением (ЧПУ) (PLS4.75 от Universal Laser Systems) мы выровняли и прорезали каналы в подложке в соответствии с чертежом предполагаемой конфигурации электродов.Для этого исследования мы выбрали радиальный массив из трех прямоугольных контактов, каждый 0,9 × 1,4 мм 2 , расположенных на расстоянии 0,6 мм друг от друга. Эти электроды можно было сделать настолько малыми, насколько позволяло разрешение лазера, которое в нашем случае составляло ∼200 мкм. Таким образом, точность на этом этапе может быть улучшена путем калибровки интенсивности лазера до минимума, позволяющего разрезать как каптоновую ленту, так и силиконовые трубки. После этого мы сняли узорчатую подложку со стеклянного предметного стекла и удалили все остатки, оставленные лазером, с помощью изопропилового спирта и аппликаторов с ватными наконечниками.

Шаг 3. Узорчатая подложка была затем ламинирована на цилиндрическую основу, состоящую из металлической проволоки, обернутой прозрачной самоклеящейся лентой (скотч от 3M; клейкая сторона обращена наружу). На этом этапе следует избегать использования таких продуктов, как каптоновая лента с клеями на основе силикона, так как прочное соединение может привести к разрыву при отсоединении (потенциально обнажая подводящие провода). В этой конфигурации мы поместили композит силикон / CB в каждый из открытых каналов примерно на половину их глубины (с помощью иглы 27-го размера).Затем мы частично отвердили композит, оставив устройство в конвекционной печи при 60 ° C на 1 час.

Шаг 4. Мы покрыли концы медных проводов (32 AWG, многожильные, с ПВХ изоляцией диаметром 0,25 мм) композитом силикон / CB и приклеили их к частично отвержденному композиту внутри каждого канала. Эти проволоки оставались неподвижными из-за вязкости неотвержденного материала силикона / CB. Затем мы полностью отвердили композит, оставив устройство в конвекционной печи при 60 ° C на 3 часа.Следует соблюдать осторожность, чтобы медные провода не соприкасались с электролитом, так как это может вызвать неблагоприятные электрохимические процессы. Чтобы избежать этой проблемы за счет стоимости, на этом этапе можно заменить платиновую проволоку. Обратите внимание, что ручная сборка проводов может эффективно ограничить сложность устройства, поскольку высокая плотность контактов (за пределами четырех радиальных электродов, охватывающих 5-миллиметровую окружность внутри трубки) может быть сложной задачей.

Шаг 5. Наконец, мы изолировали оголенные провода и силикон / электроды CB путем заливки однокомпонентного силикона (RTV 3140, Dow Corning), а затем осторожно освободили манжету от лежащей под ней скотча (при помощи погружения устройства в изопропиловый спирт). В конечном итоге открытые силиконовые / CB-электроды были заподлицо с внутренней поверхностью электрода манжеты. Мы не обнаружили каких-либо остатков скотча, и не было никаких проблем с проводимостью, связанных с этим. С другой стороны, когда мы использовали каптоновую ленту (с силиконовым клеем) вместо скотча для каркаса, мы заметили слой остатков на поверхности контактов и впоследствии столкнулись с проблемами проводимости.

Электрод из композитного силикона и углерода

Мы использовали композитный материал, состоящий из CB и силикона, в частности полидиметилсилоксана (PDMS), для электродных контактов. Графитированный технический углерод (технический углерод Super-P, Alfa Aesar) и часть B Sylgard 184 (Dow Corning) смешивали в соотношении 1: 5 по массе с использованием планетарного миксера Thinky ARE-250 (2000 об / мин в течение 1 часа). В отсутствие механического смесителя композит легче перемешать, разбавив его гептаном. Однако весь гептан следует полностью испарить перед нанесением его на устройство.Непосредственно перед использованием мы добавили Sylgard 184 Part A к композиту в количестве 8% от общей массы и интенсивно перемешали. Эта формулировка была основана на той, что была оценена Reyes et al. (2014). В качестве альтернативы композитный силикон / CB-материалы можно коммерчески приобрести у таких производителей, как Creative Materials Inc.

.

Проверка конструкции

Электрические характеристики

Электрические характеристики нашего устройства были оценены с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) и циклической вольтамперометрии (CV).Мы выполняли каждое измерение с помощью потенциостата VersaSTAT 3 от Princeton Applied Research. В обоих случаях наша электрохимическая ячейка состояла из трех электродов, погруженных в фосфатно-солевой буфер комнатной температуры (1 X PBS, pH 7,4): один из катодов манжеты в качестве рабочего электрода, Ag | AgCl | Ячейка с KCl 3,0 М в качестве электрода сравнения (заземлена и закрывает клетку Фарадея для снижения шума) и кусок копировальной бумаги размером 1 × 2 см 2 (Spectracarb 2050A-0550, Магазин топливных элементов) в качестве противоэлектрода.Согласно типичной процедуре EIS, величина и фаза импеданса оценивались для синусоидальных сигналов (среднеквадратичное значение 10 мВ, смещенное на потенциал холостого хода элемента) на 60 частотах, логарифмически разнесенных между 1 Гц и 1 МГц. CV выполняли со скоростью сканирования 100 мВ / с в диапазоне от –0,7 В до 1,3 В (с центром на равновесном потенциале 300 мВ). Мы выбрали этот диапазон на основе катодного и анодного потенциалов, которые вызывают необратимые окислительно-восстановительные процессы — потенциалов, при которых ток резко возрастает.

Механические испытания

Перед определением электрических характеристик каждое устройство открывали на 3–5 мм таким образом, чтобы это соответствовало хирургической имплантации на нерв соответствующего диаметра. Кроме того, для части наших трехконтактных манжетных электродов мы провели расширенные механические испытания. В этой группе мы провели измерения EIS и CV до и после (1) манжета была открыта на 10 мм, а затем отпущена, и (2) манжета была открыта, пока она не прижалась к поверхности, а затем отпущена.Каждую механическую операцию мы повторяли по пять раз подряд в промежутках между измерениями.

Подтверждение проектирования

Седалищный нерв крысы является широко используемой моделью in vivo для тестирования электродов в PNS (Rodríguez et al., 2000; Navarro et al., 2001; Ordonez et al., 2014; Sridharan et al., 2018). В этом разделе подробно описывается выполнение набора двигательных единиц в седалищном нерве крысы, что позволило нам оценить электрофизиологические характеристики, такие как порог срабатывания и пространственная избирательность.

Хирургическая подготовка и имплантация седалищного нерва крысы

Мы выполнили все процедуры на животных в соответствии с рекомендациями Комитета по уходу за животными (CAC) Массачусетского технологического института (MIT), минимизируя боль, испытываемую крысами. Хирургическое воздействие на седалищный нерв проводилось по протоколу, аналогичному протоколу, описанному Rodríguez et al. (2000), Navarro et al. (2001), Ordonez et al. (2014) и Sridharan et al. (2018).

Крысу анестезировали смесью кетамин / ксилазин / ацепромазин (KXA; 1: 0.125: 0,01 соотношение по массе). Мы вводили начальную дозу 0,10 мл на 100 г массы тела крысы внутрибрюшинно через нижнюю правую область живота. Через час вводили последовательные дозы в половинном объеме с 45-минутными интервалами. Мы контролировали глубину анестезии, проверяя защемляющий рефлекс на левой задней конечности каждые 10 мин. Мы поместили крысу на брюшную часть над грелкой с температурой 37 ° C для поддержания физиологической температуры и поместили ее заднюю конечность над шприцем для достижения более благоприятного воздействия.Область операции, примерно в два раза превышающую размер разреза, была подготовлена ​​путем сбривания шерсти крысы и последующей дезинфекции области попеременно с использованием 70% этанола и повидон-йода.

При фиксации крысы в ​​положении лежа на животе мы обнаружили правое бедро, пальпируя область, и выполнили разрез 3–4 см (хирургическим лезвием № 15), идущий от дистального конца бедренной кости к дорсальной средней линии, где проходит седалищный нерв. через подвздошную кость. Затем, тупым рассечением тупым кровоостанавливающим зажимом и ножницами для диафрагмы, мы разделили двуглавую мышцу бедра и ягодичные мышцы, чтобы обеспечить доступ к глубокому седалищному нерву.Начиная с 13 мм дистальнее седалищной выемки, мы рассекали окружающую соединительную ткань, чтобы обнажить седалищный нерв вдоль латеральной стороны конечности от подвздошной кости до трифуркации (примерно 2,5 см, оставляя место для немного более двух длин манжеты).

После воздействия мы очистили нерв от окружающей ткани с помощью автоклавных ватных тампонов, микрохирургического анатомического пинцета и прямых ножниц. Мы обернули манжетный электрод вокруг основной ветви седалищного нерва проксимальнее его трифуркации, наложив швы вокруг устройства, чтобы закрыть отверстие.Наконец, рана была закрыта, наложив на кожу один слой хирургических узлов 5-0 Prolene, оставив чрескожные отведения для подключения усилителя.

После завершения эксперимента была проведена эвтаназия путем внутрибрюшинного введения КХА в удвоенной начальной дозе. Подтвердив глубину анестезии защемлением пальца ноги, мы прокололи диафрагму крысы, что привело к двустороннему пневмотораксу.

Оценка реакции мышц на стимулы электрода манжеты

Чтобы продемонстрировать способность нашего устройства активировать периферические нервные волокна и их нижележащие цели, мы провели исследование набора двигательных единиц для каждого контакта в катодной матрице манжеты.Ток пропускался через каждый контакт электрода в монополярной конфигурации от усилителя с регулируемым током (усилитель IZ2, Tucker – Davis Technologies). Для каждого контакта игла из нержавеющей стали для электромиографии (ЭМГ), вставленная в широчайшую мышцу спины (примерно в 10 см от воздействия нерва), служила заземленным возвратным током (см. Рисунок 3). Этот эксперимент проводился в три этапа, каждая из которых состояла из нарастания импульсов, приложенных к одному из трех контактов. Каждое линейное изменение состояло из 20 шагов, равномерно распределенных между 10 мкА и 200 мкА, и каждый шаг состоял из трех однофазных импульсов длительностью 1 мс, запускаемых с интервалом 3 секунды.

Рисунок 3. Экспериментальная установка. (A) Фотография электрода-манжеты, имплантированного вокруг седалищного нерва крысы после его использования в эксперименте. Устройство вводили через разрез, сделанный на дорсальной поверхности задней конечности крысы. (B) Схематическое изображение нашей экспериментальной установки, иллюстрирующее анатомическое положение нашей манжеты относительно положения игл для электромиографии (ЭМГ).

Составные потенциалы действия мышц (CMAP), которые отражают активность иннервирующих волокон выше по течению, регистрировали с помощью пар игл для ЭМГ, вставленных с зазором 1 см в икроножную, переднюю большеберцовую мышцу и двуглавую мышцу бедра.С помощью дифференциального усилителя (усилитель PZ2, Tucker – Davis Technologies) мы регистрировали каждый канал по сравнению с удаленной эталонной иглой, вставленной в широчайшую мышцу спины напротив земли IZ2 (выборка с частотой 25 кГц).

Для каждого импульса, проходящего через электрод манжеты, мы количественно оценивали последующую активацию каждой мышцы по пиковой выпрямленной амплитуде вызванной CMAP. Мы построили кривые набора путем усреднения трех импульсов с каждого шага и построения их графика в зависимости от амплитуды стимула на этом шаге.Вся постобработка выполнялась в Matlab от Mathworks и на языке программирования Julia.

Результаты

Трудозатраты, затраты и коэффициент успешности

Как показано в разделе «Материалы и методы», описанный здесь процесс изготовления включал только недорогие материалы, которые можно было купить у основных коммерческих поставщиков. Мы определили, что каждая партия из четырех устройств стоит примерно 8,80 долларов США за материалы. В конечном итоге наш процесс не требовал специального опыта производства и минимальных рабочих часов: от трех до четырех часов на одного человека для производства партии из четырех-пяти устройств.В дополнение к трудозатратам, для каждой партии требуется четыре часа отверждения без присмотра в середине процесса, а также устройство для отверждения в течение ночи на заключительном этапе. На изготовление самого композита силикон / CB потребовалось два часа; однако его можно легко произвести в количестве, достаточном для обслуживания многих партий. Наконец, каждая новая конфигурация электродов требовала приблизительно одного-двух часов для реализации в CAD и дополнительных 1-2 часов во время лазерной резки для проверки рисунка и оптимизации параметров резки.Напротив, Foldes et al. (2011) сообщают, что их процесс изготовления манжетных электродов с продольно расположенными контактами требует восьми часов труда.

Основываясь на визуальном осмотре и электрических характеристиках (см. Следующий раздел), мы определили, что в результате нашего производственного процесса были получены стабильные, правильно работающие устройства. Как показано на дополнительном рисунке 1, с помощью этого процесса удалось получить контакты силикона / CB с размерами 200 мкм. Силиконовая трубка, композит силикон / CB и RTV 3140 прочно прилегали друг к другу.Мы наблюдали дефекты только в двух из пятнадцати манжетных электродов. Причиной отказа в обоих этих устройствах был разрыв силиконовых / CB электродов, что привело к короткому замыканию подводящего провода к раствору электролита. Эти дефекты были выведены из визуальных дефектов материала, более низкого сопротивления передачи, измеренного с помощью EIS, и аномальных пиков окислительно-восстановительного потенциала, измеренных с помощью CV (см. Дополнительный рисунок 2).

Разрыв является следствием меньшей гибкости композита силикон / CB по сравнению с немодифицированным силиконом (Eklund and Kjäll, 2019).Поскольку только два из пятнадцати устройств вышли из строя по этому механизму, мы заключаем, что механическое различие между силиконом и CB оказало минимальное влияние на контакты 0,9 × 1,4 мм 2 . Мы не тестировали электроды с более крупными контактами, но обнаружили, что контакты 0,9 × 6 мм 2 часто рвутся (см. Дополнительный рисунок 1). Этот разрыв может произойти во время процесса отверждения, вероятно, из-за сопутствующего изменения объема. Поэтому рисунки с большой площадью потребуют более тщательного проектирования.

Чтобы лучше понять механические ограничения этих устройств, мы подвергли два из наших трехконтактных манжетных электродов процедуре механических испытаний, описанной в разделе «Механические испытания». Из шести протестированных контактов электродов мы обнаружили, что дефекты возникли только в одном случае после многократного прижатия манжеты к поверхности. Измерения CV показали, что этот контакт оборвался, закоротив подводящий провод к электролиту (см. Раздел «Электрохимические характеристики»).Для остальных контактов относительное изменение импеданса электродов (1) до и после размыкания на 10 мм составило -12,1 ± 6,4% ( n = 6), и (2) до и после сплющивания было -22,1 ± 9,4%. ( n = 5). Профили CV, сопровождающие один из этих контактов, см. На дополнительном рисунке 3. Этот сдвиг свидетельствует о том, что некоторые структурные изменения произошли во время механических испытаний, которые выявили большую площадь поверхности электрода. Поскольку эти структурные изменения могут внести некоторую изменчивость в характеристики устройства, следует принять меры для предотвращения значительного растяжения или сжатия.С другой стороны, это последствие относительно незначительно по сравнению с сужением и прокалыванием нервов, указанным Haugland (1996) для манжет с проволокой, сшитой вручную.

Электрохимические характеристики

Циклическая вольтамперограмма нашего контакта силикон / CB, как показано на рисунке 4, по существу не имеет характерных черт, что свидетельствует об отсутствии какого-либо значительного переноса заряда по Фарадею. Такие характеристики, обычно приписываемые двухслойному механизму зарядки / разрядки, идеальны для биологических применений.Основываясь на резком увеличении тока, мы сделали вывод, что электролиз начинается при –0,6 В и 1,2 В для катода и анода соответственно. Мы не наблюдали пузырьков газа, выходящих из контакта во время поляризации, что дополнительно указывает на то, что безопасное окно для поляризации этого материала имеет место от –0,6 В до 1,2 В.

Рис. 4. Циклическая вольтамперограмма, полученная для одного композитного электрода из силикона / CB, сканированного при 100 мВ / с в диапазоне от -0,7 В до 1,3 В. Этот результат типичен для четырех других электродов, которые мы оценивали в нашем исследовании.

Между тем, в дефектных манжетах можно было наблюдать отчетливо другой профиль CV. В случаях, когда электрод был поврежден, оставив часть выводного провода незащищенной, пики восстановления и окисления смещались до –0,3 В и 0,8 В соответственно (см. Дополнительный рисунок 2). Кроме того, сопротивление стало существенно ниже. Таким образом, дефектные устройства можно было четко отличить по их электрохимическим характеристикам.

Композитный электрод силикон / CB показал больший импеданс, чем традиционные электродные материалы, такие как платина (см. Таблицу 2 для сравнения).Наши измерения EIS показали, что импедансы тестируемых электродных контактов составляют 36 ± 15 кОм ( n = 5) для синусоидальной поляризации 1 кГц (полный спектр см. На Рисунке 5). Как и в случае с некоторыми элементами в таблице 2, больший импеданс силикона / CB возникает из-за изолирующей природы силикона.

Таблица 2. Сравнение площадных импедансов для нескольких электродных материалов (в 1 X PBS, pH 7,4, при комнатной температуре), приведенных в литературе (каждый из которых имеет исходные размеры в масштабе ~ 1 мм).

Рис. 5. Данные спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), полученные для композитного электрода силикон / CB на 60 частотах, логарифмически разнесенных между 1 Гц и 1 МГц (среднеквадратичное значение 10 мВ, смещенное к потенциалу холостого хода ячейки). Графики (A), и (B), представляют составляющие амплитуды и фазы графика Боде соответственно.

Несмотря на это, импедансы наших электродов были достаточно низкими, чтобы монофазные импульсы, амплитуда 200 мкА и длительность импульса 1 мс (в соответствии с параметрами, реализованными во время стимуляции in vivo , описанной в следующем разделе), поддерживали потенциал электрода в пределах безопасного окна поляризация, определенная выше.Таким образом, во время предполагаемой работы в качестве стимулятора периферических нервов наш манжетный электрод будет безопасно работать в пределах (1) электрохимического окна электрода и (2) типичных усилителей стимуляции.

Набор моторных агрегатов

Хирургическая имплантация манжеты заняла около 10 минут и не потребовала каких-либо специальных инструментов (см. Рис. 3A). На основании визуального осмотра, устройство оставалось посаженным на протяжении всего эксперимента внутри щели между двуглавой мышцей бедра и ягодичными мышцами без каких-либо внешних опор.Кроме того, его формат позволял повторно зашивать кожу над разрезом после имплантации, ограничивая высыхание и переохлаждение операционного поля. После снятия манжеты мы не наблюдали морфологических аберраций нерва по месту прикрепления манжеты.

После успешной имплантации мы выполнили исследование набора двигательных единиц, чтобы проверить активационное поведение, характерное для периферических нервных волокон. Как показано на рисунке 6, мы наблюдали устойчивую мышечную активность в ответ на возбуждающий стимул (необработанные данные см. На дополнительном рисунке 4).Величина вызванных CMAP монотонно увеличивалась с амплитудой стимула отчетливо сигмоидальным образом. Пороговые значения (определяемые амплитудой стимула на половине максимума), соответствующие каждой кривой, соответствовали типичным манжетным электродам, описанным в литературе (Rodríguez et al., 2000).

Рис. 6. Кривые набора для мышц (A), икроножной, (B), передней большеберцовой мышцы и (C), двуглавой мышцы бедра, стимулированных каждым из трех контактов на электроде манжеты.Пиковое значение потенциала действия выпрямленной сложной мышцы (CMAP), полученное для трех импульсов, усреднялось на каждом этапе, чтобы получить каждое значение в диапазоне последовательности нарастания.

В канале икроножной мышцы, изображенном на рисунке 6А, мы наблюдали более низкие пороги активации, связанные с контактами 2 и 3, чем с контактами 1. Мы связываем это с избирательным влиянием контактов на соседние области нерва. Как сообщает Navarro et al. (2005), селективность можно улучшить, включив в массив больше контактов.

Обсуждение

Как указано выше, этот процесс требует незначительных затрат по сравнению с коммерческими решениями. В то же время, по сравнению с другими простыми производственными процессами, описанными в литературе, он требует меньше рабочих часов. Однако его ключевым преимуществом является то, что с его помощью можно изготавливать устройства с точной сложной геометрией электродов. Точность ограничивается только размерами лазерного травителя, который для PLS4.75 от Universal Laser Systems составлял ~ 200 мкм.С другой стороны, мы обнаружили, что ручная сборка проводов на этапе 4 может представлять проблему для конструкций с плотностью контактов более ~ 1 контакт / мм.

Хотя в манжету могут быть встроены контакты размером до 0,2 мм, исходя из нашего опыта с этим процессом, мы ожидаем, что его принципы будут наиболее применимы для манжет с внутренним диаметром не менее 0,5 мм. Таким образом, будущие исследователи могут использовать этот отчет в качестве основы для создания электродов-манжет для меньших нервов, таких как блуждающий нерв крысы, диаметр которого Pelot et al.(2020) составляет 0,260 ± 0,025 мм на уровне шейки матки (Noller et al., 2019).

Хотя эта работа была сосредоточена на устройствах для острых экспериментов, ее можно было легко адаптировать для долгосрочных имплантатов. Учитывая более жесткие ограничения на биосовместимость и стабильность, устройства должны быть сконструированы с платиновыми выводами с тефлоновой изоляцией, медицинскими силиконовыми трубками для подложки (доступными у таких поставщиков, как Trelleborg) и ПДМС медицинского класса для электродного композита и устройства. инкапсуляция.Кроме того, выводные провода должны быть как можно более тонкими, чтобы улучшить механическую совместимость. Что касается самого материала электродов, то силикон / УНТ и композиты силикон / графит обладают такой же биосовместимостью, что и силикон, при достаточно низком содержании проводящего элемента (Blau et al., 2011; Kim et al., 2018). Силикон / CB, вероятно, обладает такой же биологической инертностью, что и другие композиты на углеродной основе, но это косвенное свидетельство необходимо будет подкрепить будущими исследованиями, чтобы проверить пригодность для долгосрочной имплантации.

Этот метод в основном основан на использовании проводящего силиконового композитного материала для электродных контактов — другие материалы не смогут интегрироваться с телом манжеты. Хотя мы рассмотрели несколько вариантов этого материала на основе предшествующей литературы, каждый из которых потенциально имеет свои преимущества, мы выбрали силикон / CB из-за приемлемой стоимости, простоты изготовления и доступности коммерческого продукта. Однако его конкретная роль в качестве нейростимулирующего электрода относительно только зарождается, и поэтому в настоящее время ему не хватает обширных электрохимических и биологических характеристик.Мы сочли силикон / CB-материал подходящим для нашего конкретного применения, подвергнув его соответствующим электрохимическим испытаниям. На этом этапе мы рекомендуем, чтобы новые разработки также прошли проверку EIS и CV. Как обсуждалось в разделе «Электрохимические характеристики», можно четко идентифицировать дефектные устройства по измерениям CV и импеданса, последнее доступно in situ .

Основным ограничением силикона / CB, которое мы определили на основе описанных здесь результатов, является его импеданс — как продемонстрировал EIS, этот материал имеет гораздо больший импеданс, чем традиционные электродные материалы, такие как платина.Это может ограничить производительность в приложениях, где необходимы меньшие размеры контактов и большие токи. Кроме того, это ограничивает применение этого материала для стимуляции, поскольку для записи требуются электроды с низким сопротивлением. Хотя увеличение содержания CB невозможно из-за его отрицательного влияния на механическую прочность, улучшения могут быть достигнуты путем замены силикона / CB другим совместимым силиконовым композитом, таким как силикон / CNT или силикон / платина. В качестве альтернативы можно рассмотреть гибридные композиты, такие как CB с частицами серебра, которые демонстрируют улучшенную проводимость по сравнению с силиконом / CB сам по себе (Eklund and Kjäll, 2019).Эти модификации могут позволить быстрое изготовление манжетных электродов, подходящих для электрофизиологических записей. Кроме того, эти альтернативные материалы могут позволить снизить общее содержание проводящего материала, улучшая механические свойства и делая контакты электродов более крупными или более прочными.

Заключение

Для нашего производства не требовалось специального оборудования или опыта в производстве, и мы столкнулись с незначительными затратами по сравнению с коммерчески доступными решениями.Основываясь на наших характеристиках, которые включали электрохимические и механические испытания, мы можем подтвердить, что циркумполярные манжеты, созданные в рамках нашего процесса, были последовательными и эффективными. Кроме того, наше ограниченное электрофизиологическое исследование предполагает избирательную активацию икроножной мышцы при индивидуальном контакте. Такой результат стал возможен благодаря точному нанесению рисунка с помощью инструментов и использованию гибких композитных электродов на основе силикона. Не полагаясь в значительной степени на мелкую моторику или другие специальные навыки, этот процесс предлагает явное преимущество перед другими простыми методами, например, требующими ручного сшивания и ручного формирования рисунка металлических пленок.Кроме того, силикон / CB-манжетные электроды состоят исключительно из мягких материалов (за исключением отведений), что исключает риск повреждения или сжатия нерва.

На данном этапе развития мы не ожидаем, что этот метод вытеснит традиционные методы литографии для большинства производств финальной стадии. Однако его качества делают его хорошо подходящим для быстрого изготовления схем периферической нейромодуляции. В этом качестве варианты использования включают в себя: (1) изготовление электродов-манжет в случаях низкого, спорадического спроса, (2) производство на стадии проектирования для быстрой итерации идей и (3) изготовление продуктов с индивидуальным дизайном.С расширением коммерческих нейротехнологий мы ожидаем увеличения спроса на технологии, которые могут удовлетворить эти производственные потребности.

Принимая во внимание значительные различия как в анатомии ПНС, так и в применении ФЭС и методов нейромодуляции, индивидуальный подход может значительно улучшить результаты лечения пациентов. Предлагаемый нами быстрый производственный процесс приближает нас к этой цели в отношении устройств с манжетными электродами.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Заявление об этике

Исследование на животных было рассмотрено и одобрено Комитетом по уходу и использованию животных в Массачусетском технологическом институте (протокол № 0220-011-23).

Авторские взносы

MF выполнила концептуализацию, методологию, программное обеспечение, проверку, формальный анализ, исследование и написание — первоначальный проект. MP и SA выполнили методологию, исследование и написание — рецензирование и редактирование. AL выполнял методологию, программное обеспечение, исследования, ресурсы и написание — рецензирование и редактирование.CL и RA выполнили методологию, написание — просмотр и редактирование, а также контроль. SL выполнил написание — просмотр и редактирование, надзор, администрирование проекта и получение финансирования. JH выполнил концептуальную разработку, написание — рецензирование и редактирование, надзор, администрирование проекта и привлечение финансирования. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Работа, представленная в этой статье, была частично поддержана стипендией Quick Faculty Innovation Fellowship Массачусетского технологического института.MF был поддержан Товариществом Дрейпера.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2021.628778/full#supplementary-material

Список литературы

Аристович, К., Donegà, M., Fjordbakk, C., Tarotin, I., Chapman, C., Viscasillas, J., et al. (2019). Полная оптимизация и валидация in-vivo пространственно-селективной мультиэлектодной матрицы для нейромодуляции блуждающего нерва. [Physics.med-ph] [prepreing] doi: arXiv: 1903.12459

Google Scholar

Беренс А., Формни К. и Долл Т. (2018). Углеродные нанотрубки-силиконовая резина на активных тонкопленочных имплантатах. Phys. Статус Solidi 215: 1700873. DOI: 10.1002 / pssa.201700873

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берри, С.М., Брольо, К., Бункер, М., Джейварден, А., Олин, Б., и Раш, А. Дж. (2013). Метаанализ исследований на уровне пациентов, посвященных терапии стимуляцией блуждающего нерва при устойчивой к лечению депрессии. Med. Devices Evidence Res. 6, 17–35. DOI: 10.2147 / mder.s41017

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Blau, A., Murr, A., Wolff, S., Sernagor, E., Medini, P., Iurilli, G., et al. (2011). Гибкие, полностью полимерные матрицы микроэлектродов для регистрации сердечных и нейрональных сигналов. Биоматериалы 32, 1778–1786. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2010.11.014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брак, К. Э., Винтер, Дж., И Нг, Г. А. (2013). Механизмы, лежащие в основе вегетативной модуляции инициации фибрилляции желудочков — предварительные профилактические свойства стимуляции блуждающего нерва при злокачественных аритмиях при сердечной недостаточности. Сердечная недостаточность. Ред. 18, 389–408. DOI: 10.1007 / s10741-012-9314-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берридж, Дж.Х., Хаугланд, М., Ларсен, Б., Пикеринг, Р. М., Сванеборг, Н., Иверсен, Х. К. и др. (2007). Испытание фазы II для оценки имплантированного ActiGait стимулятора «падающей стопы» при установленной гемиплегии. J. Rehabil. Med. 39, 212–218. DOI: 10.2340 / 16501977-0039

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кобо, А. М., Ларсон, К. Э., Шолтен, К., Миранда, Дж. А., Эльяхудаян, С., Сонг, Д., и др. (2019). Электрод-манжета на основе парилена со встроенной микрофлюидикой для регистрации периферических нервов, стимуляции и доставки лекарств. J. Microelectromech. Syst. 28, 36–49. DOI: 10.1109 / jmems.2018.2881908

CrossRef Полный текст | Google Scholar

До, А.-В., Хорсанд, Б., Гири, С.М., Салем, А.К. (2015). 3D-печать каркасов для регенерации тканей. Adv. Здоровьеc. Матер. 4, 1742–1762. DOI: 10.1002 / adhm.201500168

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Двейри Ю. М., Стоун М. А., Тайлер Д. Дж., МакКаллум Г. А. и Дюран Д.М. (2016). Изготовление нервных электродов с плоским интерфейсом и высокой плотностью контактов для регистрации и стимуляции. J. Vis. Exp. e54388.

Google Scholar

Эклунд, М., и Кьялл, Н. (2019). Композит сажи на основе силикона для эпидермальных электродов. Магистр технологий, Департамент технических наук, Отделение технологии микросистем, диссертация. Уппсальский университет, Упсала.

Google Scholar

Энглот, Д.Дж., Чанг, Э. Ф., и Огюст, К. И. (2011). Стимуляция блуждающего нерва при эпилепсии: метаанализ эффективности и предикторы ответа — обзор. J. Neurosurg. 115, 1248–1255. DOI: 10.3171 / 2011.7.jns11977

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фиорито С., Серафино А., Андреола Ф., Тогна А. и Тогна Г. (2006). Токсичность и биосовместимость углеродных наночастиц. J. Nanosci. Nanotechnol. 6, 591–599. DOI: 10.1166 / JNN.2006.125

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фолдс, Э. Л., Акерманн, Д. М., Бхадра, Н., Килгор, К. Л., и Бхадра, Н. (2011). Разработка, изготовление и оценка соответствующего электрода-манжеты для циркумполярного периферического нерва для острого экспериментального использования. J. Neurosci. Методы 196, 31–37. DOI: 10.1016 / j.jneumeth.2010.12.020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гудолл, Э.В., Брейдж, Дж. Ф. Д., и Холшеймер, Дж.(1996). Позиционно-избирательная активация периферических нервных волокон с помощью электрода-манжеты. IEEE Trans. Биомед. Англ. 43, 851–856. DOI: 10.1109 / 10.508548

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гул Дж. И Амиги К. (2016). 3D-печать в фармацевтике: новый инструмент для создания индивидуальных систем доставки лекарств. Внутр. J. Pharm. 499, 376–394. DOI: 10.1016 / j.ijpharm.2015.12.071

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гриль, W.М. мл. И Мортимер Дж. Т. (1996). Количественная оценка свойств набора многоконтактных электродов манжеты. IEEE Trans. Rehabil. Англ. 4, 49–62. DOI: 10.1109 / 86.506402

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаугланд, М. (1996). «Гибкий метод изготовления электродов нервной манжеты», в Труды 18-й Ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society , Vol. 1, (Пискатауэй, Нью-Джерси: IEEE), 359–360.

Google Scholar

Хоффер, Дж., И Каллесо, К. (2000). «Как использовать нервные манжеты для стимуляции, записи или модуляции нервной активности», в Neural Prostheses for Restoration of Sensory and Motor Function , ред. Дж. К. Чапин и К. А. Моксон (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press).

Google Scholar

Карапатис, Н. П., ван Гритхейзен, Дж. П. С. и Глардон, Р. (1998). Прямые быстрые инструменты: обзор текущих исследований. Rapid Prototyp. J. 4, 77–89.DOI: 10.1108 / 13552549810210248

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kim, J.H., Hwang, J.-Y., Hwang, H.R., Kim, H.S., Lee, J.H., Seo, J.-W., et al. (2018). Простой и экономичный метод получения высокопроводящего и эластичного композита углеродные нанотрубки / полидиметилсилоксан для носимой электроники. Sci. Реп. 8: 1375.

Google Scholar

Купман, Ф. А., ван Маанен, М. А., Вервурделдонк, М. Дж., И Так, П. П. (2017). Балансировка вегетативной нервной системы для уменьшения воспаления при ревматоидном артрите. J. Inter. Med. 282, 64–75. DOI: 10.1111 / joim.12626

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли С., Шешадри С., Сян З., Дельгадо-Мартинес И., Сюэ Н., Сан Т. и др. (2017). Селективная стимуляция и нервная запись на периферических нервах с использованием гибких кольцевых электродов. Приводы Sens. B Chem. 242, 1165–1170. DOI: 10.1016 / j.snb.2016.09.127

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С. Х., Jung, J.H., Chae, Y.M., Suh, J.-K. Ф. и Канг Дж. Ю. (2010). Изготовление и определение характеристик имплантируемых и гибких электродов нервной манжеты с пленками Pt, Ir и IrOx, нанесенными методом высокочастотного распыления. J. Micromech. Microeng. 20: 035015. DOI: 10.1088 / 0960-1317 / 20/3/035015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леб, Г. Э., и Пек, Р. А. (1996). Электроды-манжеты для хронической стимуляции и регистрации активности периферических нервов. J. Neurosci. Методы 64, 95–103.DOI: 10.1016 / 0165-0270 (95) 00123-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Минев И. Р., Венгер Н., Куртин Г. и Лакур С. П. (2015). Новости исследований: мезокомпозит платина-эластомер в качестве покрытия нервных электродов. APL Mater. 3: 014701. DOI: 10.1063 / 1.4

2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мултон, С., Шонен, Дж. (2005). Обезболивание с помощью стимуляции блуждающего нерва: от животного к человеку. и назад. Acta Neurol. Бельг. 105, 62–67.

Google Scholar

Неаполь, Г. Г., Мортимер, Дж. Т., Шайнер, А., и Суини, Дж. Д. (1988). Спиральный нервный манжетный электрод для стимуляции периферических нервов. IEEE Trans. Биомед. Англ. 35, 905–916. DOI: 10.1109 / 10.8670

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Наварро, X., Крюгер, Т. Б., Лаго, Н., Мицера, С., Штиглиц, Т., и Дарио, П. (2005). Критический обзор интерфейсов с периферической нервной системой для управления нейропротезами и гибридными бионическими системами. J. Peripheral Nervous Syst. 10, 229–258. DOI: 10.1111 / j.1085-9489.2005.10303.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Наварро, X., Вальдеррама, Э., Штиглиц, Т., и Шуттлер, М. (2001). Селективная фасцикулярная стимуляция седалищного нерва крысы мультиполярными полиимидными манжетными электродами. Рестор. Neurol. Neurosci. 18, 9–21.

Google Scholar

Ноллер, К. М., Левин, Ю. А., Ураков, Т. М., Аронсон, Дж. П., и Нэш, М.С. (2019). Стимуляция блуждающего нерва на моделях грызунов: обзор технических соображений. Фронт. Neurosci. 13: 911. DOI: 10.3389 / fnins.2019.00911

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ордонез, Дж. С., Пиков, В., Виггинс, Х., Паттен, К., Стиглиц, Т., Рикерт, Дж., И др. (2014). «Электроды-манжеты для нервов очень малого диаметра — прототипирование и первые записи in vivo», в Протоколы 36-й ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society , (Пискатауэй, штат Нью-Джерси: IEEE), 6846–6849.

Google Scholar

Пелот, Н.А., Голдхаген, Г.Б., Кариелло, Дж. Э., Массельман, Э. Д., Клиссолд, К. А., Эззелл, Дж. А. и др. (2020). Количественная оценка морфологии шейных и поддиафрагмальных блуждающих нервов человека, свиньи и крысы. Фронт. Neurosci. 14: 601479. DOI: 10.3389 / fnins.2020.601479

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поласек, К. Х., Хойен, Х. А., Кейт, М. В., Кирш, Р. Ф., и Тайлер, Д. Дж. (2009). Стабильность и избирательность стимуляции хронически имплантируемых многоконтактных нервных манжетных электродов в верхнюю конечность человека. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Англ. 17, 428–437. DOI: 10.1109 / tnsre.2009.2032603

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Quinsaat, J. E. Q., Burda, I., Krämer, R., Häfliger, D., Nüesch, F. A., Dascalu, M., et al. (2019). Электроды из проводящего силиконового эластомера, обрабатываемые трафаретной печатью. Sci. Отчет 9: 13331.

Google Scholar

Рай, Р. (2015). «Анатомическое исследование ширины и толщины седалищного нерва в ягодичной области», Труды Международной конференции ISERD , Дубай.

Google Scholar

Рейес, Б. А., Посада-Кинтеро, Х. Ф., Бейлз, Дж. Р., Клемент, А. Л., Пинс, Г. Д., Суистон, А., и др. (2014). Новые электроды для подводного мониторинга ЭКГ. IEEE Trans. Биомед. Англ. 61, 1863–1876. DOI: 10.1109 / tbme.2014.2309293

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Риос, М. У., Баксот, Дж. Э., Рахеби, К. К., инженер, К. Т., Килгард, М. П., и Хейс, С. А. (2019). Протокол изготовления манжетных электродов для стимуляции нервов крысы. Протоколы методов 2:19. DOI: 10,3390 / м / с2010019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Родригес, Ф. Дж., Себальос, Д., Шюттлер, М., Валеро, А., Вальдеррама, Э., Штиглиц, Т., и др. (2000). Электроды-манжеты из полиимида для стимуляции периферических нервов. J. Neurosci. Методы 98, 105–118. DOI: 10.1016 / s0165-0270 (00) 00192-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Розман, Ю., Печлин, П., Рибарич, С., Годец, М.и Бурджа Дж. (2018). Усовершенствованный метод изготовления многоэлектродной спиральной манжеты для избирательной стимуляции периферических нервов. Sci. Отчет 8: 915.

Google Scholar

Розман Дж., Совинец Б., Трлеп М. и Зорко Б. (1993). Многоэлектродная спиральная манжета для упорядоченной и обратной активации нервных волокон. J. Biomed. Англ. 15, 113–120. DOI: 10.1016 / 0141-5425 (93)

-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скьявоне, Г., Wagner, F., Fallegger, F., Kang, X., Vachicouras, N., Barra, B., et al. (2018). «Долгосрочная функциональность набора мягких электродов для эпидуральной стимуляции спинного мозга в модели мини-свиньи», Труды 40-й ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society , (Piscataway, NJ: IEEE), 1432 –1435.

Google Scholar

Шридхаран А., Чирания С., Тооу Б. К. и Мутхусвами Дж. (2018). Дистанционная стимуляция седалищного нерва с помощью манжетных электродов и имплантированных диодов. Micromachines (Базель) 9: 595. DOI: 10.3390 / mi9110595

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Суини, Дж. Д., Ксиенски, Д. А., и Мортимер, Дж. Т. (1990). Техника нервной манжеты для избирательного возбуждения периферических областей нервного ствола. IEEE Trans. Биомед. Англ. 37, 706–715. DOI: 10.1109 / 10.55681

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Tarler, M. D., and Mortimer, J. T. (2004). Селективная и независимая активация четырех двигательных пучков с помощью четырехконтактного электрода с манжетой нерва. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Англ. 12, 251–257. DOI: 10.1109 / tnsre.2004.828415

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тонг Ю., Мурбах Дж. М., Субраманиан В., Чхатре С., Дельгадо Ф., Мартин Д. К. и др. (2018). Гибридный подход к 3D-печати и роботизированному встраиванию для проектирования и изготовления нервных манжет со встроенными механизмами блокировки. MRS Adv. 3, 2365–2372. DOI: 10.1557 / adv.2018.378

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цанг, В.М., Стоун, А. Л., Олдворт, З. Н., Хильдебранд, Дж. Г., Даниэль, Т. Л., Акинванде, А. И. и др. (2010). Гибкий электрод с разъемным кольцом для смещения полетов насекомых с помощью многоузловой нейронной стимуляции. IEEE Trans. Биомед. Англ. 57, 1757–1764. DOI: 10.1109 / tbme.2010.2041778

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вераарт К., Гриль В. М. и Мортимер Дж. Т. (1993). Селективный контроль активации мышц с помощью многополюсного электрода-манжеты для нервов. IEEE Trans.Биомед. Англ. 40, 640–653. DOI: 10.1109 / 10.237694

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Как сделать графитовые электроды? Процесс производства графитовых электродов

Автор: Ивонн 29 марта 2021 г.

Как сделать графитовые электроды?

Графитовый электрод является важным высокотемпературным проводящим материалом для выплавки стали в дуговой печи. Он ИСПОЛЬЗУЕТ превосходные и особые физические и химические свойства графитового электрода для ввода электроэнергии в электрическую печь через графитовый электрод и ИСПОЛЬЗУЕТ высокую температуру, вызванную электрической дугой между крайней электрической частью и зарядом, в качестве источника тепла для плавления шихты для выплавки стали.Графитовые электроды также используются в качестве токопроводящих материалов в других минеральных печах для плавки желтого фосфора, промышленного кремния, абразивов и других материалов. Процесс производства графитовых электродов:
https://youtu.be/rDigaz27Txo

Процесс производства графитовых электродов

1. сырье
Графитовый электрод изготовлен из высококачественного прокаленного игольчатого кокса.
2. Среднее дробление и просеивание
Игольчатый кокс измельчается в машине и просеивается, а затем дозируется в соответствии с требованиями рецептуры.
3. Замес
После дозирования сырье смешивается с определенной долей асфальта путем нагревания и замешивания, чтобы получить пластиковую пасту.
4. Прессованный
После смешивания и замешивания пасту охлаждают до температуры процесса, а затем прессуют в прессе в соответствии со спецификацией продукта.
5. Обжарка
В печи для обжига электрод «сырые зародыши» обжигается до заданной температуры в соответствии с технологическими требованиями, а обжаренный продукт пропитывается специальным пропитанным асфальтом в соответствии с конкретным технологическим процессом для повышения плотности продукта и механической прочности, а затем пропитанный продукт повторно обжаривается для улучшения характеристик продукта.
6. Графитизация
Вторично обожженные продукты электризуются в графитированной печи сопротивления и нагреваются до 3000 ℃, так что структура атома углерода перестраивается в определенную кристаллическую форму, а углерод превращается в графит.

Оборудование для производства графитовых электродов:

► Технические характеристики графитового электрода: Нажмите здесь, чтобы прочитать

.

Comments

No comments yet. Why don’t you start the discussion?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *