由于当前的一些持续趋势，医疗设备、手术器械和医疗消费品制造商加快了控制和降低成本的要求。这些因素包括医疗保险患者人数的增加，报销方式的改变，以及与《平价医疗法案》相关的税收影响。
这些动态导致医疗器械及外科器械制造商寻找建模、设计和制造技术，以提高新产品开发的效率和上市时间，同时最小化组装、制造和成本。
许多医疗设备和外科器械都含有由各种昂贵的、通常是珍贵的原材料制成的精密工程微型和微型金属部件。亚博网站下载
制造商专注于最小化这些原材料成本，同时寻找节省劳动密集型组装成本的方法，同时提高产量和组件的可靠性。首先，识别和理解许多可用于制造微型部件的方法的优缺点是至关重要的。
下面的每一个操作可以是一个不错的解决方案对于一定范围的应用程序,但是每次的考虑,像铅时间、强度、加工成本,部分所有权的配置和成本必须评估建立最好的制造技术使用在一个特定的部分。
本文将探讨螺杆加工(或瑞士加工)、冲压、冷成形(或冷锻压)和金属注塑的优缺点，并举例说明冷成形如何在医疗器械制造中提高生产效率、质量和拥有成本。
传统制造工艺
金属注射成型(MIM)
好处
- 生产速度：相当好，但不如冷的成型或冲压一样快。
- 强度:非常好，但不如冷成型的强度。金属注射成形可能会有侧向疲劳的问题，这取决于零件上应力的方向。MIM在达到与冷成型相当的“密度”方面经常存在问题。
- 废料：没有，非常类似于冷成型。该过程涉及用粉末金属复合材料填充模具，因此没有废物。
- 形状:与冷成形一样，这是一种用于高度复杂的非对称形状的极好工艺，而不是纯轴向对称形状。
缺点
- 零件成本:由于工序多，成本高于机加工、冲压或冷成形。
- 交货时间:模具比冷锻件更耗时。多个工艺步骤通常需要多次铸造，这可能需要额外的调试时间。其中一个问题是材料的收缩率在25 - 30%之间，这使得如果没有广泛的试验，几乎不可能制造出具有不同壁厚的可预测部件。
- 二次操作：为了从成品部分疏散支撑基质，MIM零件必须在真空热处理炉中进行批量处理。相对于真空烧结过程的操作和维护成本导致显着的开销，增加了部分所有权的总成本。
冲压
好处
- 强度:冲压时在形状的中心保持原来的材料强度，因为它是被重塑而不是被切割。
- 形状：冲压是一种经济，良好的解决方案，用于长期二维配置。
- 生产速度：比加工更快，约等于冷成型。
缺点
- 提前期：与冷成型相比，从打印到第一篇文章的工具时间可能相当长。
- 强度：在深度绘制操作（产生更多三维形状）时，冲压可以仅创建单壁厚度，这取决于应用，这可能会损害其结构。部分的边界也可以存在一些弱点。
- 废料:类似于螺杆加工，冲压将材料从板材中去除。
- 零件成本:单独冲压可以相对经济地进行，模具资本在长期运行中摊销。然而，当考虑到废料加上任何必要的二次操作时，成本可能比冷成型的成本更高。
- 工装:与机械加工相比，在短时间内使用工装的成本高得令人望而却步，与冷成形的成本差不多或略低。
- 次要操作:通常需要去毛刺、抛光和精加工。接近完成的零件经常需要其他工艺来创造诸如外筋、滚花环或广泛的铣削形态等特征，而这些特征在冷成型中是不必要的。
螺丝加工/瑞士加工
好处
- 工装:与冲压、MIM或冷成形相比，短期项目的成本相对较低。
- 交货时间:从印刷到第一件产品的模具时间(通过CNC)可能比MIM，冲压，或冷成型更少。
- 形状：可以在零件长度周围处理主要和次要OD的多个变化。
缺点
- 生产速度:根据零件的尺寸和几何形状，螺杆加工每分钟可以制造12-15个零件。冲压和冷锻件每分钟可制造90至300个零件。
- 二次加工:机械加工经常需要去毛刺、抛光和精加工。
- 部分成本：需要更长时间的零件，具有更高的固定直接和间接开销费用的贡献。
- 废料:切割材料是过程的一部分，而去除材料导致废料。即使废料被回收，它也需要一个额外的步骤和增加的工艺成本。
- 强度:机械加工破坏金属的晶粒结构，而不是像MIM、冲压或冷成形那样简单地修改晶粒结构，所有这些都在或多或少的程度上保留了材料的固有结构特性。
冷成型：更好的替代品？
在精密微型零件、冷成形或冷锻件的制造中，用冲床对包含在模具内的精确金属截止毛坯的末端施加力的方法没有广泛应用或广为人知。该力高于金属或合金的屈服强度或弹性极限，导致塑性流动。
在经常发生加工过程的情况下，冷成形保持材料的结构性能，而不是妥协。冷成型经常用于元件标题，挤出，修剪，螺纹轧制，尺寸，镦粗，穿孔，空白轧制和指向操作。
好处
- 强度:冷锻保持材料原有的晶粒结构或天然材料的结构完整性，因为它没有移除或破坏材料的任何部分;即，最后的部分形成过程消除了对谷物的破坏。相反，它将其改革为最后一部分。因此，冷成型利用了零件本身的机械性质，包括延展性、抗拉强度和硬度，来实现最终成形。
- 废料:在零件制造过程中几乎不需要牺牲任何材料，除了在切边时，切边可能占零件质量的2%以下。冷成型创造了一个“近净形状”(通常是一个完整的净形状)的部分。
- 形状:可以操纵冷镦来获得几乎任何壁厚的变化，即在同一件零件中有许多不同的壁厚。
- 生产速度：冷成型在90-300份/分钟之间的零件生产的吞吐量，因此它在更大的零件生产中吸收开销。
- 消除二次加工:不需要精加工去毛刺和/或滚转零件去毛边。冷锻件与通常需要去毛刺的螺杆机或冲压件相比，会留下干净的轧边。此外，冷成形消除了通过铜焊将两个部件连接在一起的要求，这是一个耗时的过程，同时也创建了一个与冷成形部件相比具有潜在弱点的组件(例如:带铅和散热器的头销)。
- 简化的最终装置组件：通过减少组件的数量和类型并将多个部件固结成单个冷成形产品，冷成型能够消除组装。它通过提供比可以使用离散操作的更完整的部分来减少额外的装配操作。
- 零件成本:由于其接近净成形过程和消除废料，更高的生产速度，以及在零件的长期运行中摊销模具成本的能力，冷成形产生的零件成本比其他制造技术更低。使用冷成型技术，在某些医疗设备应用中节省的材料成本与原材料成本成正比，例如，铂、铌、钯或铂/铱经常用于电动调节植入设备和诊断/监测设备的组件中。
缺点
- 交货时间:从设计到第一个零件的交货时间超过螺杆加工，但与冲压和MIM相同或更短。
医疗设备中冷成形元件的例子
手术内窥镜检查钳
一次性内窥镜钳不锈钢驱动线凸轮驱动器。图片来源:Sussex Wire
在这种装置中，用钢丝(绳)代替较常见的编织单高拉伸不锈钢（钢琴型）驱动线使用。使用一个特殊的冷成型环在一个单一的部分，颚固定到驱动电线的末端。“远端尖端”是冷成型的，而不是机加工的，给了它巨大的强度，但保留了非常微小的形态。
福利包括:
- 信心:由于手术失败或不当的风险更低，外科医生对手术的结果感觉更好。
- 控制：单钢琴线（细尺不锈钢）材料可实现增强的触觉响应，并为博士与编织线提供更好的手术经验。
- 尺寸:单驱动电线设备的尺寸是编织电线版本的一半。
医用钉书钉
钛骨主食。图片来源:Sussex Wire
这些看似常见的和相当简单的钉在连接组织中实际上被制造为非常紧张的公差。它们理想地适用于冷成型过程，因为它是实现零件需求的形状和公差的独特形态的最佳技术。
福利包括:
- 降低成本:所有这些操作都是一次完成，除了钝化以防止腐蚀外，无需进行任何二次操作。
- 公差:冷成型采用组合加工操作，在末端形成40度点(+15度/-5度)，并形成最终的u形线材，尺寸控制标准(min +/- 0.002”)。
皮下注射针枢纽
皮下注射针铝毂和插入。图片来源:Sussex Wire
这部分是注射器和套管之间的机械接口。该轮毂提供了一个机械连接，以确保套管和注射器在介质坚硬的地方不会断裂，如在兽医和牙科医学的实例中，当遇到坚硬或抵抗的基质，如兽皮，牙龈等。
冷头部分的好处包括:
- 成本:与不锈钢相比，冷成型铝的材料成本更低，强度更强(而且更容易成型)。通过冷成型，生产能力可达到165件/分钟以上，无废料，降低了零件成本。在外径上的肋骨是在模具中形成的，这是一个更便宜，更快，更尺寸一致的过程比铣削加工或螺杆加工。
- 强度:铝的机械完整性较好，是一种耐腐蚀，机械性能优良的轻质材料。与机械加工相比，冷成形创造了更好的机械强度。
- 完成：冷标和本申请中的相关整理操作创建了更平滑的无毛刺产品。
培训NPD团队
为什么新产品开发专业人员要依赖传统的金属部件制造技术，而冷成型技术却有如此多的特殊好处?冷成型这是一项从20年代中期就开始使用的成熟技术吗th世纪，但它在一般产品设计社区中并不广为人知或欣赏。
在机械设计和制造工程学位课程中，加工设计是必需的本科学术课程。相比之下，没有多少课程工作致力于冷锻，因此已经成为一个不熟悉的练习。
全球只有少数几所大学提供大量的冷成形技术课程。芬兰的阿尔托大学就是其中之一。由于产品设计/开发人员对冷成形的优点了解甚少，他们使用熟悉的方法进行设计，如螺杆加工、冲压、MIM等。
同样，在商业世界中，对冷成型/锻造设计和制造方法的培训有限。大多数商业培训由机器制造商本身提供，因为很少有公司进行冷锻。
国家机械是大型零件冷镦设备的供应商之一。app亚博体育微型零件通常是在日本中岛公司(Nakashimada)的设备上制造的，中岛公司app亚博体育是世界上唯一一家生产长寿命周期、小尺寸精密零件冷成形设备的公司。
国家机械公司提供冷锻课程，这可能是美国仅有的提供此类课程的商业资源之一。虽然大尺寸冷成形的原理对于微小尺寸的零件是相同的，但其规模和精度却是截然不同的。
由于缺乏教育和商业培训资源，新产品设计人员依赖于与垂直集成冷成形/锻造工程和制造公司合作，以帮助他们实现目标。
这些公司在非经常性工程（NRE）协议的构建中提供了协作开发和原型。这些协议的果实常用于供应商合同的冷成型部件。
亚博网站下载像卡朋特科技这样的材料公司可以提供一些知识，但主要是与冷锻公司自己，而不是他们的客户。一个潜在的客户可以实现真正的概念证明，只有与冷锻压公司，如苏塞克斯电线公司位于伊斯顿PA。
结论
医疗器械和外科器械制造商可以从包括冷成形/锻造设计和制造的更广泛的视角中获益，以降低成本，增加上市时间和新产品开发效率。
这些信息已经从Sussex Wire Inc.提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载
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