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性命攸关的冲压

来源:国际金属加工商情 发布时间:2022-03-25 1087
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Facet 生产用于家用药物输送系统的各种针头,例如用于胰岛素输送和血糖水平检测用的针头。这

对冲压工艺而言,精度固然重要,但它并不是决定企业存亡的那个重要因素。对于总部位于美国亚特兰大的医疗设备组件制造商 Facet Medical Technologies而言,除了精度,可重复性也同样重要。这家拥有近50年历史的制造商致力于为全球糖尿病护理、伤口护理和药物输送市场提供服务。它是世界上最大的刺血针和采血设备供应商之一。


几年前,Facet应一家大型原始设备制造商(OEM)客户的要求,开始调研如何自己生产冲压成型针。


冲压维持生命的针


Facet 生产用于家用药物输送系统的各种针头,例如用于胰岛素输送和血糖水平检测用的针头。这些针头必须符合严格的医疗行业标准。

在最近的一个项目中,Facet的任务是生产一种高精度冲压针。该针头作为一个大型仪器的一部分被插入皮下。由于该仪器旨在供人们在家中使用,因此准确性至关重要。


这些针头必须由化学蚀刻的不锈钢材料冲压而成,具有精确的锥度,并采用专门设计的塑料阀体覆盖成型,以减少人体的不适。


建立自己的冲压系统 


尽管Facet在大批量自动化、视觉检测和微嵌件成型方面拥有丰富的经验,但针头项目涉及冲压技术,这是Facet以前从未进行过的。该项目需要一条完整的自动化生产线和所有相关专业知识。


“Facet是各种糖尿病产品的OEM,专注于大批量微成型技术。事实上,亚特兰大的工厂有能力生产超过20亿个二次成型零件。我们非常熟悉二次成型技术,通过采用自动化、大批量生产以及利用我们的OEM专业知识,为世界上最大的一家糖尿病公司提供订单生产。针对这个客户,我们需要对冲压件进行二次成型。”Facet医疗运营和工程总监Brett Rogers说。


 “但冲压对我们来说是新事物。因此,随着这个项目的启动,我开始四处寻找可以与之合作的公司,以寻求在这方面获得帮助。”


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在胰岛素输送和血糖水平检测方面,糖尿病患者的护理很大程度上依赖于微型冲压针。

冲压的针头本身短于1英寸。它经过二次注塑成型以确保安全处理、减少不适感并提高性能。


冲压线的目标


Facet将冲压工艺列入生产制造系统的目标有很多。其中最重要的是实现质量控制。


 “订单制造需要真正了解你的客户,他们关心的是什么,并确保你的生产系统可以满足这些需求,” Rogers说,“我们从他们那里清楚地了解到,高精度和强大的检测功能非常重要。”


精度。针的长度小于1英寸。它在整个生产过程中被固定在传送载体上,类似于固定引线框架的方式。甚至那个载体也只有1¼ 英寸宽。“这是一个非常非常小的零件,”Rogers说。


 “因为这个零件很小,而且公差也很小——零件上的一些公差在10μm左右——我们需要一台精度保持性非常好的压力机。”Rogers说。

 “这个特定的零件被装在某个子组件中,还要其他表面交互作用。最关键的是,当摩擦力上升后它就停止作用。该装置是与患者接触并由患者管理的。它需要进入患者身体然后再缩回,因此每次都必须正常运转。”


缺陷率必须为零。“我们不能生产次品,”Rogers说。“所以你必须检查每一个产品,以满足要求。”

速度。生产线必须能够处理极高的产量——数亿根针的产量。


工具寿命。另一个目标是压力机不会影响工具寿命。“虽然缩短的工具寿命对患者没有风险,但对程序来说却是一种风险。我们希望的是工具保持完好、使用寿命长,并尽可能长时间地生产相同的零件。”Rogers说。


集成。最后,Facet想要整合冲压、组装、成型、清洁和检测工艺。


探索


Rogers说,他认为在这个项目中,他的角色是替客户把关。“如果我站在客户立场,我想从一件设备中得到什么?压力机和工具的准确性,自动化......非常重要的是,你对整个系统能够实现这一点非常有信心。另外,我们在这个项目上的交货时间非常紧张。”


Rogers考查了几家压力机公司,亲自访问他们,其中一家是位于新泽西州里奇菲尔德的OEM Bruderer Americas。

“一个周五的下午,我给他们打了个电话,并与Bruderer总裁Alois J. Rupp交谈。我们谈了一个多小时。为了能加快速度,我问了他很多问题,他回答得又快又清楚。他还提示了一些我应该考虑的事情,比如开发模具库。这是这个项目的一个很好的起点,”Rogers说。


Rupp解释说:“Facet需要速度和精度。精度以确保他们每次都可以制作相同的产品,速度以保持数量。我们的高速压力机是目前最快且最精确的。”


 “压力机精度的关键因素之一是,冲压控制系统。我们测量每一个冲程,我们测量模具中最重要的特征。如果有任何偏差,我们可以自动修正,并将闸板向下或向上移动一点,以确保每个部件的制作完全相同。”

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图2:在第二条生产线中,冲压针被开卷、二次成型和反卷。


经过严格审核后,Rogers购买了一条将冲压、成型、清洁、检查和材料处理工艺整合在一起的高速冲压生产线。

 “Bruderer压力机非常棒,非常适合我们的应用,它的精度也是最好的。而且这种精度还可以最大限度地延长工具寿命。另外,他们构建了完全集成的系统,所以我将选择范围缩小到他们。”Rogers说。


一个集成的生态系统


与Facet合作,Rupp和他的团队开发了三条生产线的解决方案,包括一条自动化精密冲压生产线、卷筒二次成型生产线和一条水基清洗生产线。


Bruderer设计了该系统,将化学蚀刻的不锈钢精密冲压成针头,清洗掉润滑剂,然后将它们送入二次成型生产线,通过水基清洗阶段,并在包装前再次检查它们。


第一步是冲压工艺(见图1)。第二步为成型工艺(见图2)。然后,很明显,因为这些部件要被植入人体,所以它们需要清洗。因此,第三条线只是一条专用的水基清洗线,用于清洗针头。”Rupp说(见图3)。


针头冲压后,它们在四条注射成型线中的一条进行加工。Facet采购了成型机和辅助设备,这些设备被集成到Bruderer设计的二次成型带材处理操作中。上述工艺结束后,零件经过最后的清洁和检查线。


Facet购买了成型机,Bruderer建立了工艺。“我们为成型机提供了配套的开卷机、送料系统和收卷机。”Rupp解释说。Bruderer提供并监督控制装置、联锁装置、配电装置以及所需的所有其他方面的安装。


蚀刻、定位、视觉检测是关键任务


该项目的一个独特之处是,植入人体的医疗部件要求具有极高的精确度。这给材料和工艺带来了额外的复杂性要求。


蚀刻。首先,使用化学蚀刻来产生料坯。Rogers说:“蚀刻使我们能够达到在冲压操作中通过落料不一定能够达到的公差。此外,它还提供了目前的冲压技术无法实现的独特功能,因此,在这一部分中,我们使用蚀刻工艺来同时满足严格的公差和独特的功能。


“我们接收蚀刻材料线圈,然后将这些材料送入冲压模具。但这带来了挑战,因为所有导向孔都已制作好,并且零件的核心特征已经存在。所以在模具内不可能将他们消除。因此,我们需要考虑公差累积,尤其是在板与板之间。尽管公差已经很小,但这并不完美。当你通过模具来上料时,你必须处理它。”


检查。Rogers说,Facet正在对其生产的数百万个零部件进行100%的检查。“检查生产线上的每一个部件的各种功能是一件非常非常重要的事情。”


压力机的生产速度高达每分钟2,000个零件,因此强大的视觉系统在高速运行时尤为重要。


Rupp说,检查系统是高度专业化的。“我们安装了摄像头,不仅可以检查组件的整体几何形状,还可以非常准确地测量针的内部特征。我们能做到这一点的唯一方法是使用激光。因此,我们让两台相机与激光一起工作,以获得所需的精确测量结果。”顶视摄像头的光学分辨率为6.5μm。


“我们首先在冲压阶段检查这些测量值,因为这些尺寸是在冲压过程中形成针时定义的。在他们进入成型阶段之前,我们在那里安装了一个检查系统。然后,在针头清洗后和包装前,我们还会进行最后一次检查。”Rupp补充道。


视觉系统还配备了一个废品剔除系统,它们将剔除不合格的零件并跟踪被剔除的数量。如果看到超过指定的数字,系统将停止生产过程。这减少了废品率,并确保只有好的部件被二次成型和运输。


二次成型定位。Rogers说,在任何成型应用中,零件的放置都是关键。“如果零件被正确地放置在模具中,并正确地分度到指定的位置,这是最好的位置,而且它是可重复的。我们有伺服进给和分度器,我们努力确保分度器能够始终准确。”


冲压和蚀刻已不再新奇


Rogers说,在公司内施行冲压工艺的第一个挑战就是熟悉这项技术。“首先要做的就是了解产品的应用,以及如何给产品冲压,”他补充说,“进入一个新领域,一切都是为了降低风险。我觉得我们是通过开放的交流实现的。”

他说,蚀刻工艺是另一个不熟悉的领域。“所以,重要的是要熟悉这个领域,并选择真正好的合作伙伴,坦率地说,这可以降低风险,并最大限度地提高成功机会。”


Facet 还派出冲压车间人员到蚀刻、成型和冲压公司进行培训。


凭借专业知识,做好项目管理


要满足医疗行业标准和测试协议,需要良好的项目管理文件。这包括对功能需求规范、工作范围、详细设计规范、工厂验收测试、交付前对程序系统的测试以及现场验收测试的全面了解。


作为系统集成商,Bruderer创建了支持所需工作的文档,包括设备图纸,例如示意图、附件图、管路图、I/O 列表、HMI屏幕打印和报告格式,并指导项目和分包商完成安装。Rogers补充说:“除了这些设备,我们还得到了一个有价值的网络——一个完整的冲压、带材处理、成型、清洁和检测专业知识的生态系统。”


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图3:在最后一条生产线中,将针头清洗至无菌状态并进行检查。 然后将好的零件压膜,准备运送给客户。


向上运行和成长


据Rogers估计,Facet目前每年生产超过1亿个针头。


其面向大型医疗OEM客户的生产线正在快速增长。“产量比上一季度明显增长,我们的客户对质量非常满意,”Rogers说,“我们正在寻找新的商业机会,并计划如何扩大和提高生产线产能。”


此后,Facet成功竞标并赢得了另一个大型项目。


 “从一开始,Facet就认为这是一个突破我们知识界限,并扩展到相邻制造技术的机会,”Rogers说,“找到合适的合作伙伴和设备解决方案对于实现这一愿景至关重要。


Rogers说:“我们现在有一个完整的生产系统来接收原材料,并将磨尖、压模、清洗和检查过的针头运出。”

Rupp补充说:“在我看来,Facet成功的复杂交钥匙项目的最佳范例之一。”


来源:荣格-《国际金属加工商情》


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