由于当前的一些持续趋势，医疗器械、手术器械和医疗消费品制造商控制和降低成本的要求已经加快。其中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。
这些动态正在导致医疗器械和手术器械制造商应寻找能够提高NPD（新产品开发）效率和上市时间的建模、设计和制造技术，同时最大限度地降低装配、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。欧洲杯足球竞彩
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装配成本的方法，同时提高产量和部件可靠性。首先，识别和理解可用于制造微型组件的许多方法的优缺点至关重要。
对于特定的应用范围，以下每种做法都是一个很好的解决方案，但每种做法都会带来一些考虑因素，如交付周期、强度、工具成本、零件配置和拥有成本，必须对这些考虑因素进行评估，以确定在特定零件上使用的最佳制造技术。
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)
优势
- 生产速度:相当好，但不如冷成型或冲压快。
- 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，与冷成型非常相似。这个过程需要在模具中填充粉末金属复合材料，这样就不会产生浪费。
- 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：由于多个步骤，该工艺成本高于机加工、冲压或冷成型。
- 交付周期：加工比冷锻更耗时。多个工艺步骤通常需要大量铸件，这可能需要额外的调整时间。其中一个问题是材料收缩率在25%到30%之间，这使得在没有大量试验的情况下，几乎不可能制造出壁厚变化的可预测零件。
- 二次操作:为了从成品中排出支撑矩阵，MIM零件必须在真空热处理炉中进行批量加工。相对于真空烧结过程的操作和维护成本贡献了显著的开销，增加了部分所有权的总成本。
冲压
优势
- 强度：冲压将原始材料强度保持在形状中心，因为形状正在重塑而不是切割。
- 形状:冲压是一个经济的，良好的解决方案，长期的二维配置。
- 生产速度:远快于机械加工，与冷成型相当。
缺点
- 交货时间:与冷成型相比，从印刷到第一件产品的加工时间可能相当长。
- 强度:在拉深操作(产生更三维的形状)，冲压只能产生单一的壁厚，这取决于应用，可能危及其结构。在这个部分的边界上也可能有一些弱点。
- 废料:类似于螺杆加工，冲压将材料从板材中去除。
- 零件成本：仅冲压可以相对经济地进行，模具资本长期摊销。然而，当考虑废料加上任何所需的二次操作时，成本可能高于冷成型成本。
- 工装：特别是用于短期运行时，与机加工相比，成本可能会很高，大约与冷成型相同或略低。
- 二次操作：通常需要去毛刺、抛光和精加工。接近成品的零件通常需要其他工艺来创建特征，如外肋、滚花环或广泛铣削的形态，这在冷成型中是不必要的。
螺杆加工/瑞士加工
优势
- 模具：与冲压、MIM或冷成型相比，短期项目的成本相对较低。
- 交付周期：从打印到首件的加工时间（通过CNC）可能少于MIM、冲压或冷成型。
- 形状:可以处理在大调和小调之间的几个变化的部分长度。
缺点
- 生产率：根据零件的尺寸和几何结构，螺杆加工每分钟可制造12-15个零件。冲压和冷锻每分钟可以制造90到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。
- 零件成本：创建时间较长的零件在固定直接和间接间接间接成本中的贡献较大。
- 废料：切割材料是整个过程的组成部分，移除材料会导致废料。即使回收废料，也需要额外的步骤和额外的工艺成本。
- 强度：机械加工破坏金属的晶粒结构，而不是简单地修改晶粒结构，如MIM、冲压或冷成型，所有这些都或多或少地保留了材料的固有结构特性。
冷成型:更好的选择?
在精密微型零件的制造、冷成型或冷锻中，使用冲头对包含在模具中的精密金属切边毛坯的端部施加力的方法应用不广，也不为人所知。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。
与机械加工通常的做法不同，冷成型保留了材料的结构特性。冷成形常用于零件的镦头、挤压、修边、滚丝、定径、镦粗、冲孔、毛坯滚轧和指向操作。
优势
- 强度：冷锻保留了材料的原始晶粒结构或原材料结构完整性，因为它没有移除或破坏材料的任何部分；i、 例如，最终零件成型过程消除了颗粒的破坏。相反，它将其改革为最后一部分。因此，冷成型利用了零件固有的机械性质（包括延展性、抗拉强度和硬度）的最终形状。
- 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：冷镦可以控制以获得几乎任何壁厚变化，即相同零件中的许多不同壁厚。
- 生产速度:冷成型的生产量在90-300个零件/分钟之间，因此它在更大的零件生产中吸收了开销。
- 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)。
- 简化最终设备组装:通过减少组件的数量和类型，并将多个部件合并为一个冷成型产品，冷成型能够消除组装。与使用离散操作相比，它通过交付更完整的部件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
外科内镜钳
一次性内窥镜钳不锈钢驱动线凸轮执行器。图片来源：Sussex Wire
在这个装置中，代替更常见的编织线（绳索），一个单根高强度不锈钢(钢琴型)驱动线使用。使用一个特殊的冷成型环在一块，钳口紧固到驱动线的末端。“远端尖端”是冷成型而非机械加工，使其具有巨大的强度，但保留了非常微小的形态。
福利包括:
- 信心：手术失败或不当的风险较低，外科医生对手术结果的感觉更好。
- 控制:与编织钢丝相比，单钢琴丝(细规格不锈钢)材料可以增强触觉反应，为医生提供更好的手术体验。
- 尺寸:单驱动电线设备的尺寸是编织电线版本的一半。
医疗斯台普斯
钛骨主食。图片来源:Sussex Wire
这些看似普通和相当简单的用于连接组织的订书钉实际上制造到非常紧的公差。它们非常适合冷成形工艺，因为这是实现零件要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：冷成型采用组合制造操作进行切割，在端部形成40度点（+15度/-5度），并根据尺寸控制标准（最小+/-0.002”）将导线形成最终U形。
皮下针头
皮下注射针铝轮毂和插入物。图片来源：Sussex Wire
这部分是注射器和套管之间的机械接口。轮毂提供机械粘合，以确保套管和注射器不会在介质较硬的地方破裂，例如兽医和牙科遇到坚硬或有抵抗力的基质（如兽皮、牙龈等）时。
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。
- 精加工:在此应用程序中，冷镦和相关精加工操作可以制造出更光滑、无毛刺的产品。
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?冷成形这是一项自20世纪中期以来一直被采用的成熟技术th但在一般的产品设计社区中，它并没有被广泛了解或欣赏。
在机械设计与制造工程专业中，加工设计是一门必修的本科专业课程。相比之下，关于冷锻的课程很少，所以它已经成为一种不熟悉的实践。
全球只有少数几所大学提供广泛的冷成型技术课程。其中之一是芬兰的阿尔托大学。由于产品设计/开发人员对冷成型的优势缺乏机构或学术教育，他们使用熟悉的方法进行设计，如螺杆加工、冲压、MIM等。
同样，在商业领域，获得冷成形/锻造设计和制造方法方面的培训也是有限的。大多数商业培训是由机器制造商自己提供的，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。2020欧洲杯下注官网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2020欧洲杯下注官网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，新产品设计人员依靠与垂直整合的冷成型/锻造工程和制造公司的合作来帮助他们实现目标。
这些公司在非重复性工程（NRE）协议的构建中提供协作开发和原型制作。这些协议的成果经常体现在冷成型零件的供应商合同中。
欧洲杯足球竞彩像Carpenter Technologies这样的材料公司可以提供一些知识，但主要是冷锻公司自己，而不是他们的客户。潜在客户只有与位于宾夕法尼亚州伊斯顿的Sussex Wire，Inc.等冷锻公司合作，才能获得真正的概念验证。
结论
医疗器械和外科器械制造商可以从更广泛的角度受益，包括冷成型/锻造设计和制造，以降低成本，增加上市时间和NPD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。欧洲杯足球竞彩
有关此来源的更多信息，请访问苏塞克斯电线有限公司