指出问题

随着医疗设备设计变得越来越小，越来越复杂，并且包含更先进或更敏感的材料，机械师必须拥有专有技术来提供这些部件和零件所需的高精度，高公差加工。如果OEM工程师继续设计具有更精细功能的产品（例如，激光切割窄至0.0007英寸），这意味着机械师必须领先于技术曲线，并能够提供赢得下一个项目的加工解决方案。
当然，这些复杂的几何形状会产生加工挑战。例如，“用于切割精密几何形状的激光束尺寸或切口必须在0.0015英寸直径或更小的尺寸下才能有效地制造这些部件中的一些。”技术销售业务开发经理David Philbrick表示。为了保持竞争力，机床合作伙伴必须投资于加工/激光加工领域的技术进步，例如用于计算机数控（CNC）加工，激光改进和混合动力的小型切削刀具。机器，将激光器与传统加工设备相结合。根据客户的需求，一些公司甚至可以在内部开发自己的专有设备。从概念、设计到生产，OEM还要求效率、速度和更低的成本。满足这些期望的最佳方式是通过OEM与供应商的生命周期合作伙伴关系，在开发的各个阶段进行协作开发。

总部位于新泽西州Rahway的医疗行业线材和管材组件和组件制造商Wytech Industries的工程总监Dennis Norwich认为，最好在项目早期获得加工输入，以避免代价高昂的错误。例如，OEM通常在打印件上未指定的功能，这可能会造成延迟。在制作第一轮样品部件后，通常需要更严格的公差和更好的表面处理，而这些表面处理没有在印刷品上得到。“这些变化往往会对成本产生影响，”诺维奇说。“我们发现自己在引用阶段质疑了许多'定义'特征，因此我们可以生产出客户真正想要的产品，减少意外或迭代。”

除了更高的效率，更短的交付周期和更低的成本外，OEM还寻求对所有验证流程进行有效管理。对于需要极高精度，使用先进（有时是敏感）材料或使用更新技术制造的更复杂零件尤其如此。

多种可能的解决方案

最新的激光器产品设计，激光波长，脉冲宽度，尺寸和光束传输继续以令人印象深刻的速度发展，并且价格更低。这种动态允许适用材料，材料厚度和潜在设计几何形状的增长。改进的精确激光功率控制，闭环反馈机制和严格的工艺认证可以实现更精细的切割，更好的焊接以及改进的基于激光的表面处理，例如纹理和边缘修圆。“自动化，包括机器人装载和卸载，也在不断提高效率和吞吐量，”Chaffee说。“多个激光加工站可由一个机器人供给，同时由细胞领导者监控。”

由于复杂的器件由包括薄金属，透明材料和热敏材料（包括生物可吸收材料）的先进材料制成，因此对皮秒和飞秒激光器的需求增加，可以提供高精度的微加工。这些系统以更低的每瓦特成本提供更好的质量和更高的吞吐量。例如，它们的短脉冲宽度使热输入最小化，使它们成为“冷”过程。这允许切割薄材料，非金属材料或复杂的几何形状，例如支架。由这些激光器产生的切割边缘是无毛刺的，这可以消除或减少后处理的需要。通过在切割操作期间将产品充满冷却剂，对于特定类型的合金，热影响区（HAZ）也可以显着降低。“我们的激光切割系统采用水性冷却剂，可降低合金的热吸收，消除金属再熔化，改善边缘条件，减少微裂纹，”Philbrick说。“这些边缘条件是过去激光系统的氧/氮气辅助过程的根本转变。”

“此外，”Tegra Medical公司副总裁Mike Treleaven补充道，他是位于马萨诸塞州富兰克林的医疗器械元件和成品设备的合约制造商，“飞秒激光可以减少渣滓和氧化物，减少清洁和增加的需求处理更多材料的能力。“

由于更短的激光波长和更高的传输频率使得激光切割可以在更广泛的材料范围内实现，因此它们为工程师在产品中设计功能提供了更多的创作自由 例如，医疗器械行业正在努力从标准不锈钢海波管中获得更多功能。医疗设备制造商（MDM）需要综合功能，例如灵活性和可重复关节，可变灵活性以改善整个设备的可操作性，定位和锁定功能以保护其他设备组件，以及其他功能，如切割边缘，穿刺元件和rawl功能。

“增加功能的一个很好的例子是外径为1.3毫米的5英尺长的海波管，沿着总长度的90％具有可变的柔韧性，弯曲半径从近端的最初4英寸下降到0.3英寸。远端尖端，“位于宾夕法尼亚州West Chester的XL Precision Technologies公司的业务开发总监Richard Hurst说道，该公司是一家医疗器械元件和子组件制造商。“几个锁定柄将位于沿长度的不同位置，具有三个旋转展开特征，用于移植支架递送和重新定位，刺穿远端尖端，接着是横向切割刀片，在远端后面激光切割。”

总部位于密苏里州赫尔曼的激光微加工服务提供商Laser Light Technologies的最新技术进步是能够加工各种聚合物材料的深层压板。今天的芯片实验室和微流体设备专为低成本、大批量生产而设计。为实现这一目标，他们使用多层层压材料，其中每层最初激光加工具有单独的特征，然后将各个层组合成最终的层压板。“我们的激光系统可以调整层压板中每种聚合物材料的脉冲能量，重复次数和进料速率，”激光技术研发副总裁Alex Pozdin说。“该系统用于以片材形式加工所有层压板，并可进行更新，以实现高效的卷对卷处理。”

越来越多种聚合物和含氟聚合物被挤出成许多形状的管材。聚烯烃，聚醚醚酮（PEEK），聚四氟乙烯（PTFE）和氟化乙烯丙烯（FEP）通常用于制造单腔或多腔管，可用于各种产品，例如电外科工具和仪器。加工这些仪器组件、聚合物的能力需要各种激光能力，可以切割聚合物而不会留下任何碳足迹或加工后需要清洁的残留物。

“这种担忧在今天不是一个问题，因为激光系统可以有效地加工这些聚合物而不会损坏聚合物下面的金属组分，”Philbrick说。“创意制造团队可以集成所需的运动控制元件，允许对独特形状的部件和聚合物进行激光加工，以实现精密应用。无论是棒材，线材还是多面条，这种扩展的设计创意便于向市场推出新的创新产品和服务。“ 

传统加工步骤
随着激光加工能力的快速发展，传统加工面临着提高速度，精度和公差的压力，最小的热影响区和更少的加工、后加工步骤。实现此目的的一种方法是通过自动化 - 例如，CNC中心变得更加自动化，特别是在装载/卸载，检查和二次零件精加工过程中的零件处理。在某些情况下，增材制造也可以在一个步骤中完成，无需二次操作。

“我们肯定看到来自非机加工制造工艺的竞争加剧，这促使人们需要积极寻找创新方法来降低传统的机加工零件制造成本，”Haferbecker说。虽然增材制造是一个具有竞争力的过程，但“我们对大批量医疗产品的主要竞争通常是低成本的劳动力领域以及非机加工制造工艺的组合，如冲压，压印和金属注射成型。”

自动化和软件市场中的新产品，例如更多功能和易于实现的机器人技术，帮助部件识别的智能技术，使用点数据收集和决策，以及更高的速度，准确性和多功能性，保持CNC机械的竞争力。“这些投资使我们能够保持对低触摸生产的关注，并降低加工时间的成本，”Haferbecker说。

速度始终是赢得加工合同的首要考虑因素，数控设备不断提高产量。更快的速度也意味着更清洁的切割，需要更少的二级步骤 - 另一种降低成本和更快地将产品推向市场的方法。

“新型CNC加工中心的纯粹速度令人惊叹，”Norwich说。“线性和主轴速度都非常快，以至于新机器生产的小型医疗设备的速度比几年前想象的要快。我们最新购买的CNC铣床的主轴转速高达20,000 RPM，快速移动速度为每分钟2,400英寸。这使我们更加倾向无毛刺切割，从而消除了手动去毛刺等二次加工。我们还大大缩短了周期时间。我们将一个特定完整产品的周期时间从零件托盘的25分钟减少到高速加工的六分钟。“

LISI Medical Remmele最近投资了精密电化学加工（PECM）设备，这使该公司在压印方面具有竞争优势。PECM提供低成本，高精度和顶级零件表面处理。它还优化了低出勤率，缩短了安装时间，简化了检查流程。“实现这些效率使我们能够考虑曾经被认为是大批量定价的中量混合模型产品和客户的可行性，”Haferbecker说。“PECM可以将生产时间缩短25％或更多，并将劳动力需求减少约50％。”

保持CNC加工竞争力的另一个解决方案是结合多种技术来创建具有增强功能的混合机器。例如，LaserSwiss机器将激光切割和焊接与传统的瑞士车削相结合。这些机器可以通过单个设置执行多个过程，这也简化了验证过程。这一趋势还通过缩短原型设计和产量的交付周期来降低成本。

“LaserSwiss技术的加入使我们能够在一次制造过程中制造具有加工特征，激光切割特征和成形特征的完整部件，而不会丢失部件的配准，”Okay Industries激光技术总监Joseph Lovotti说道。总部位于康涅狄格州柏林的医疗器械公司元件和组件制造商。“结果是更好的过程能力，以及一个工作单元在三个过程中的成本节省。”

一种流行的LaserSwiss系列是Tsugami的S205，S206和SS207-5AX瑞士型车床系列，配备集成的250W和400W SPI光纤激光切割系统。较小的占地面积释放了占地面积并扩展了设计选项。S206提供多达36种工具和激光器; SS207-5AX有七个轴，包括一个包含激光器的B轴工具块。其他优势包括全瑞士车削能力，零件冷却液和自动零件处理选项。

Economy Spring使用多个Citizen L20 CNC LaserSwiss加工中心，用于金属零件的CNC /激光焊接平台，用于塑料的CO2和光纤激光器，以及用于模型和夹具构造的塑料打印机。“多个激光平台的结合使我们的工程团队可以自由地创建非常多样化的产品和组件，使我们的客户能够从一个来源获得所有金属产品和组件，”Philbrick说。“这可以提高我们客户的上市速度，减少他们对其他供应商的依赖，以便在需要多种技术规范时完成项目，从而节省时间和金钱。” 

内部，定制
有时合同制造商必须提出自己的创新方法来满足产品要求和能力，同时仍然保持成本。他们可以购买设备，组合设备以消除步骤并提高效率，与设备制造商共同开发机器，或设计自己的内部专有设备以满足独特的客户需求。例如，ARCOR Laser Services开发了知识产权，包括七轴机器接口和防水切割/焊接头设计。“这一进步使得传统铣削工具难以或不可能实现零件特征和加工速度，”Chaffee说。“现在可以轻松实现具有柔性特征的零件，因为原始管材通过主轴进行棒料加工，激光只是在材料出现时进行切割。

Wytech Industries最近建造了一台四轴CNC套管磨床，可以处理非常复杂的多步研磨; 以前用商用针式定位机无法做到这一点。该解决方案适用于低容量或高复杂度（和高价格）的产品。Wytech还开发了一种定制的六轴激光切割机，用于特定的整形外科设备系列，无法使用现成的设备制造。

有时，加工技术的独特组合可以解决问题。XLPT结合了激光和电火花腐蚀，通过非接触技术创造出高度复杂的设计和经济的生产解决方案。“火花腐蚀与激光切割相结合，提供了独特的毛刺生成能力，”赫斯特说。“一个很好的例子就是在激光切割灵活性之后减少不锈钢管内壁的厚度。”

Okay Industries通过其机床合作伙伴开发了五轴，六轴甚至八轴专用激光管切割工作单元，以适应最奇特的球形客户零件几何形状。它还将视觉与机器人集成在一起，用于定位零件以及生产过程中的检查和数据收集。“这提供了统计过程控制和实时反馈，可以自动进行机器调整，”Lovotti说。“我们还对已完成的零件使用自动视觉检测。将视觉融入机器人技术与激光加工的优势是真正的一次性制造方法。这一过程可确保医疗器械产品的一致性，质量和准确性，这对最终使用性能至关重要。“

当今市场上的各种瓦数/类型的激光系统提供了更多的内部选择。因此，越来越多的公司正在创建自己的运动控制系统，这些系统采用闭环逻辑并集成激光器本身，这些激光器直接由激光器制造商提供。“这项活动继续加速新的激光开发方法，使公司能够创造独特的自主平台，继续扩展这些新想法，”Philbrick说。“这些激光制造的新加工方法将继续扩大市场。”

经过三年的可行性审查和许多成功的客户开发项目，XLPT最近购买了一种具有0.0005英寸层能力的金属3D增材制造系统，以提供微观特征和高精度。“新的编程开发正在减少对二次操作的需求，但总是需要从基板上移除，”Hurst说。“材料特性几乎与库存材料相同。在许多应用中，我们发现该工艺与传统加工，甚至模塑的部件相比具有竞争力。“目前的项目现在结合了3D打印，激光切割，电火花腐蚀和激光焊接，以提供独特的产品实现。

有时候，不是将项目变成胜利者的技术组合，而是材料。

低密度聚乙烯（LDPE）是一种广泛用于各种工业应用的热塑性塑料。由于熔化温度低，激光钻孔显示出与熔融材料的再凝固相关的显着的孔径变化。这种变化随着材料厚度的增加而增加。对于要求LDPE钻有0.175毫米孔的阵列以在生物反应器的过滤器中提供一致流动的客户应用，Laser Light Technologies使用由0.33毫米LDPE和0.025毫米聚酯（PET）组成的层压材料。

“激光束进入从LDPE侧水平放置的材料，”Pozdin说。“然后我们使用穿孔技术钻孔。首先，激光束熔化LDPE，然后在PET中钻孔。在梁开启的情况下，熔融材料再次流过PET中的孔并在层压板的相对侧重新凝固。然后，重力和毛细管力形成孔，其尺寸在PET中钻孔。结果，包含大约1,000个孔的过滤器使开口面积的变化小于1％。“

总结
Philbrick指出，先进的原始设备制造商相信供应商有能力了解何时以经济有效的方式为其产品使用某些技术。这样可以消除不必要的操作或组件，从而降低组件/组件成本并提高其底线。Philbrick说：“我们的目标是在不同的零部件供应商处减少验证活动，从而加快产品上市速度。” “明天的制造商必须重新发明自己，以创造新的流程和想法，减少客户的参与。优秀的供应商让客户更少参与供应链，并承担更多的项目管理职责。这是许多原始设备制造商的目标，因为他们继续巩固其供应基地与可以做得更多的公司。''