医疗自动化制造设备展塑模成型独家专文 | 微型医疗器械应用的DfM和产品开发
2023-05-10
在最普遍的意义上，医疗器械的DfM意味着零件的设计与所使用的生产工艺相适应，以便及时、经济地实现最佳结果。目标是100%的成品率和零故障率，同时还要充分利用正在使用的工艺，以促进使用替代技术可能无法实现的设计机会。
因此，真正了解DfM不仅可以节省成本和时间，还可以促进医疗器械创新，实现双赢。
然而，当应用于微注塑成型时，该工艺正进入一个塑料制造规律在许多情况下被颠覆的世界。因此，DfM不仅可以将生产效率和产量提高几个百分比，而且可能是一个零件能成功制造与根本无法制造的关键差别。
微观世界中的DFM
为医疗器械的应用制造越来越小且往往越来越复杂的零部件并不仅仅意味着简单地比例缩小宏观工艺。此外，还需要对产品开发过程的方式进行根本性审查，因为不成比例需要关注与生产合作伙伴的真正协作以及对DfM的高度关注。
当医疗器械制造商开始构思微注塑成型项目时，从一开始就必须牢记一些关键问题。每个项目开始时都应该目标明确。设计师需要了解基本的设计方法，并真正清楚他们能做什么和不能做什么，因为对于微注塑成型，即使是最小的设计变更也会在时间和成本或产品开发方面产生重大影响。
DfM是微注塑成型时的一个基本考虑因素。每个微注塑成型项目在几何复杂性和形状方面都是独一无二的，并且每个项目都可以用多种材料制作，而所有这些最终都会影响制造能力。
在考虑DfM时，关注的重点领域是审查注塑成型的特性，包括浇注、注射和分型线，并了解零件是否专为成型简单而设计。根据经验，避免模具内的复杂动作最终会导致更坚固、低维护的设计，从而提高正常运行时间和按时交货的机会。年产量要求也是需要考虑的，因为这会影响空化要求，并直接影响复杂性。
关键质量（CTQ）特征和公差对于项目的成功与坚固的模具设计同样重要，因为它们代表了客户（内部或外部）所定义的产品特性。CTQ通过影响制造方法和最能实现这些关键要求的工具布局来推动模具设计决策。
来自华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室、迈格码、上海发那科、深圳市迪嘉机械等高校与企业嘉宾将在医疗自动化制造设备展Medtec China 2023 技术论坛B：医疗器械生产过程中的塑模成型技术限时开讲。
设计和协作
微注塑成型光学器件示例
（来源：Accumold）
DfM至关重要，因为它在产品开发过程中真正建立了医疗器械制造商和供应商之间的合作伙伴关系。在制造精密塑料零部件时，微注塑成型本身只是产品开发的一部分，尽管是非常重要的一部分。重要的是医疗器械OEM必须要认识到，参与微成型制造项目的各个部门需要从产品设计开始就参与进来。
成功的绝对关键是重新评估在微注塑成型情况下，医疗器械OEM和注塑模具商之间关系的性质。在宏观层面上与合同制造商进行合作时，这种关系可以完全理解为一个加工车间。提交设计、确定报价、交付零件，工作完成。
在进行微注塑成型项目时，这种做法不能也不会成功，这就要求医疗器械OEM和所选择的微注塑成型公司建立完全协作的合作伙伴关系。造成这种情况的原因很多，但首先是微注塑成型和宏注塑成型是完全不同的工艺，DfM规则也完全不同。
微注塑成型的DfM是非常重要的，提供建议和咨询的专家是微注塑模具专家。很多时候，当微注塑模具制造商参与进来时，想法越不成熟越好，因为越早影响和调整微型产品的设计以优化制造结果，生产的成本和及时性就越好。
本质上，DfM不仅确保最终产品符合设计用途，而且还对其生产工艺进行了优化，在本示例中为微注塑成型和自动装配。微注塑成型团队应该能够就材料选择、拔模角度和咬边、分型线、顶针位置、浇口位置、模具中可能的材料流、壁厚等问题提供建议。谈到微注塑成型时，也许最关键的支持技术就是微成型模具。在任何制造场景中，模具始终是产品开发过程中最昂贵、最耗时的部分，但涉及到微注塑成型时，微成型模具通常要求的公差复杂性使其尤为重要。
各种微注塑成型零件示例，包括微型齿轮，模压开关部件，外壳和连接器零件。材料包括LCP、尼龙、PEI和PEEK。
（来源：Accumold）
微成型模具本身就是一门艺术，对于医疗器械OEM来说，与能够在内部设计、制造和维护模具，并拥有优化模具制造的专业知识和经验的微成型模具制造商合作是至关重要的。
在开发微成型模具时，一种规格无法适用于所有情况，重要的是医疗器械OEM要与能够深入研究特定应用细节，在开工之前了解具体材料影响、周期时间预期、零件标准和预期产量的微成型模具制造商合作。
内部模具制造（事实上，垂直整合通常可以确保设计、注塑成型、计量和验证、自动化微组装在同一设施中进行，各部门系统工作）在公差非常严格的微制造场景中至关重要。当项目和生产的责任、时间表和执行由同个实体控制时，成功的概率会呈指数增加。
对于成型工艺本身，宏观成型和微观成型之间的差异非常明显。微制造场景中，产品开发过程的每个阶段都受到实现微米和亚微米级公差要求的驱动。
最后，在生产微型塑料零部件时，产品开发过程的组装部分必须在设计周期的早期进行讨论和考虑。当处理微型零部件时，手工组装的高成本是令人望而却步的，而且往往无法达到加工亚微米公差时要求的精度水平。因此，自动化装配在大多数微成型场景中是必须的。
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关于增材制造的说明
微增材制造（Micro AM）技术为医疗器械客户增加了一系列新的选择。增材制造（AM）是一种灵活的生产技术，无需任何模具，可推动大规模定制，并允许制造具有复杂几何形状的零件，而这种复杂形状使用传统生产技术是无法实现的。在微型塑料零件产品开发过程中，它还能在原型设计阶段发挥巨大作用，因为它提高了试验多种设计的能力，而无需生产原型模具所需的成本和时间。医疗自动化制造设备展Medtec China 2023塑膜成型服务与设备企业，包括英柯欧、摩瑞都、壹之璟、东莞市庚盈精密模具、江苏日成医疗科技、康程精密科技等也将在现场提供新型DF5系列-SBH10喷嘴加热器 、医疗行业用迷你干燥机、内镜配套耗材及维修配件、一次性使用硅胶导尿管&导尿包等。
面向增材制造的设计（DfAM）本身就是一门学科，实际上它需要对零件的设计方式进行彻底的全面改革。增材制造（AM）可促进设计自由，推动创新，提高艺术整合。然而，要实现这一目标，必须熟悉拓扑优化、多尺度结构设计、多材料设计、晶格结构、以及设计中的热问题。
与微注塑成型的设计一样，考虑使用微增材制造时，几乎所有情况下的关键都是与拥有内部专业知识的产品开发合作伙伴合作，以确保最好地利用技术和设计优化来促进创新。
