Mit dem rasanten Fortschritt der Medizintechnik sind Operationsroboter zu einem wichtigen Hilfsmittel zur Verbesserung der Diagnose- und Behandlungsgenauigkeit geworden. Von der präzisen Implantation von künstlichen Gelenken in der orthopädischen Chirurgie bis hin zur Durchführung von Millimeter-genauen Probenanalysen im Labor sind hochpräzise Komponenten unerlässlich. Kernkomponenten wie der Roboterarm und das Getriebesystem von Operationsrobotern erfordern oft extrem kleine Abmessungen und eine strenge Toleranzkontrolle (oft bis zu 0,01 mm), was extrem hohe Anforderungen an die Bearbeitungsprozesse stellt.
Als Dienstleister, der sich auf CNC-Rapid-Prototyping und Präzisionsanpassung spezialisiert hat, hat Elite Mold Tech kürzlich ein Bearbeitungsprojekt für einen Kunden abgeschlossen, das sich auf Kernkomponenten von Operationsrobotern konzentriert. Von mikroskopisch kleinen Edelstahlteilen bis hin zu wichtigen Getriebesystemkomponenten haben wir während des gesamten Prozesses strenge Präzisionsstandards eingehalten und die Kernherausforderungen des Kunden, nämlich hohe Ausschussraten und Schwierigkeiten bei der Einhaltung von Toleranzen, bewältigt. Im Folgenden werden wir unseren Ansatz zur kundenspezifischen Bearbeitung von Operationsroboterkomponenten anhand einer konkreten Fallstudie vorstellen.
I. Hintergrund des Projekts: Der strenge Bedarf an Präzision bei Operationsroboterkomponenten
Die Leistung eines Operationsroboters hängt direkt von der Bearbeitungsgenauigkeit seiner Komponenten ab – selbst eine Abweichung von 0,05 mm kann dazu führen, dass sich der Roboterarm falsch ausrichtet, was die Sicherheit des Eingriffs gefährdet. Der Kunde (ein Entwickler von Medizinprodukten) benötigte zwei Kernkomponenten für seinen Operationsassistenzroboter:
1.1 Miniatur-Strukturbauteile aus Edelstahl
- Anwendung: Wird am Ende des Roboterarms verwendet
- Abmessungen: Nur 7 × 7 × 22 mm, mit einem extrem dünnen Schnitt von 0,1 mm am Rand
- Bisherige Probleme: Aufgrund von Verformungen und unzureichender Oberflächenrauheit verformten sich die Schnitte leicht, was zu einer Ausschussrate von bis zu 30 % führte
1.2 Wellenkomponenten des Getriebesystems
- Anwendung: Wird in den Drehgelenken des Roboterarms verwendet
- Präzisionsanforderung: Kontrollierter Radial- und Axialschlag; Gesamtschlag für ein Loch mit 2,5 mm Durchmesser ≤ 0,02 mm
- Bisherige Probleme: Der Kunde konnte die Schlagstandardabweichung bei früheren Bearbeitungsversuchen nicht einhalten
1.3 Kernanforderungen des Kunden
- Erhöhung der Qualifizierungsrate der Komponenten auf über 99 % bei gleichzeitiger Kostenkontrolle
- Lieferung der ersten Muster innerhalb von 15 Tagen zur Unterstützung nachfolgender Vollmaschinentests
Elite Mold Tech entwickelte eine gezielte Lösung, die CNC-Präzisionsbearbeitung und Drahtschneideverfahren kombiniert, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.
II. Umsetzung der Lösung: Genauigkeitsverbesserung für zwei Kernkomponenten
Für die beiden Komponententypen des Kunden haben wir die Bearbeitungsherausforderungen durch drei wichtige Maßnahmen gelöst: Prozessoptimierung, Vorrichtungsdesign und Qualitätskontrollverbesserungen.
2.1 Mikroteile aus Edelstahl: Präzisionsbearbeitung von 0,1 mm dünnen Schnitten
Die größte Herausforderung für dieses 7 × 7 × 22 mm große Edelstahlteil liegt in den 0,1 mm dünnen Schnitten an den Kanten:
- Edelstahl hat eine hohe Härte (HRC 30-35), daher verursacht ungleichmäßige Beanspruchung während der Dünnschnittbearbeitung leicht Verformungen.
- Anforderung an die Oberflächenrauheit: Ra 0,8 µm (entspricht Spiegelglätte).
- Bisheriges Problem: Das einzelne CNC-Fräsverfahren des Kunden führte zu hohen Ausschussraten.
Wir haben diese Probleme durch eine dreistufige Lösung angegangen:
Schritt 1: Prozesskombination – CNC-Fräsen + Drahterodieren
- Verwenden Sie zunächst das CNC-Fräsen, um die Hauptstruktur des Teils zu bearbeiten, und lassen Sie einen Bearbeitungsaufmaß von 0,1 mm stehen.
- Verwenden Sie dann das Langsamdraht-EDM, um die dünnen Schnitte zu bearbeiten:
- Verwenden Sie eine Drahtelektrode mit einem Durchmesser von nur 0,12 mm, um die 0,1 mm dünne Kante präzise zu schneiden.
- Die berührungslose Bearbeitung vermeidet spannungsinduzierte Verformungen und erreicht eine Oberflächenrauheit von Ra 0,8 µm ohne anschließendes Polieren.
Schritt 2: Parameteroptimierung – Reduzierung der Bearbeitungsbeanspruchung
- CNC-Fräsen: Stellen Sie die Spindeldrehzahl von 8.000 U/min auf 6.000 U/min ein; verwenden Sie Kühlölnebel anstelle von herkömmlichem Kühlschmierstoff, um thermische Verformungen zu minimieren.
- Drahtschneiden: Steuern Sie die Drahtgeschwindigkeit auf 8 m/s; Pausieren Sie alle 5 mm für 2 Sekunden, um die Spannung abzubauen und das Verformungsrisiko weiter zu reduzieren.
Schritt 3: Kundenspezifische Vorrichtungen – Mikrovorrichtung und Anti-Drift
Herkömmliche Vorrichtungen können die winzigen Teile nicht genau sichern, daher haben wir eine Vakuumklemme + elastische Druckblock-Kombinationsvorrichtung entwickelt:
- Vakuumsaugen sichert die Unterseite des Teils.
- Elastische Druckblöcke drücken sanft auf die Kanten und halten den Druck unter 5 N (verhindert das Verschieben des Teils und Verformungen durch übermäßigen Druck).
Ergebnis: Die erste Charge von 30 Mikroteilen aus Edelstahl bestand alle Tests (Ausschussrate 0 %), und der Bearbeitungszyklus wurde von den erwarteten 7 Tagen des Kunden auf 5 Tage verkürzt.
2.2 Wellenkomponenten des Getriebesystems: 0,02 mm Gesamtschlagtoleranzkontrollmethode
Wellenkomponenten des Getriebesystems sind entscheidend für die „Rotationsflexibilität“ des Operationsroboters. Der Gesamtschlag wirkt sich direkt auf die Leistung aus – wenn die Abweichungen zu groß sind, kann der Roboterarm klemmen oder abweichen. Die Anforderung (Gesamtschlag ≤ 0,02 mm für ein Loch mit φ2,5 mm) entspricht 40 % des Durchmessers eines menschlichen Haares (≈ 0,05 mm).
Wir haben in drei Bereichen Durchbrüche erzielt:
Schritt 1: Bearbeitungsweg – Bezug zuerst, einstufiges Formen
Der Kern der Gesamtschlagkontrolle ist die Genauigkeit der Bezugsfläche. Wir haben die Bezugsfläche A des Teils als Bearbeitungsstartpunkt genommen:
- Bearbeiten Sie die Bezugsfläche A auf einer hochpräzisen Drehmaschine und stellen Sie sicher, dass die Ebenheit ≤ 0,005 mm ist (mit einer Messuhr geprüft, Fehler innerhalb von 0,003 mm).
- Bearbeiten Sie das φ2 mm große Ortungsloch auf derselben Drehmaschine, ohne das Teil zu demontieren (vermeidet Abweichungen durch sekundäres Spannen).
- Verwenden Sie kontinuierliches Drehen für das φ2,5 mm große Loch (keine Zwischenstopps), um Zylindrizitätsabweichungen zu vermeiden; erreichte finale Zylindrizität: 0,008 mm.
Schritt 2: Ausrüstung und Vorrichtungen – Präzisionskontrolle auf 0,01 mm-Niveau
- Auswahl der Ausrüstung: Verwenden Sie eine Präzisionsdrehmaschine mit einem Spindelschlag ≤ 0,003 mm (weit über dem Standard von 0,01 mm herkömmlicher Drehmaschinen).
- Kundenspezifische Vorrichtung: Entwickeln Sie eine Exzentrizitätskompensationsvorrichtung – verwendet einen Mikron-Einstellknopf, um die Verschiebetoleranz innerhalb von 0,01 mm zu steuern und die Koaxialität zwischen der Bezugsfläche und den nachfolgenden Bearbeitungsflächen sicherzustellen.
Schritt 3: Qualitätskontrollverbesserung – Spezielle Sonden lösen Inspektionsherausforderungen
Herkömmliche Koordinatenmessgeräte (KMG) haben Sonden mit Durchmessern ≥ 0,5 mm, die nicht in 2,5 mm φ-Löcher eindringen können, um den Schlag zu messen. Wir haben die RENISHAW „STAR Micro Probe“ (Spitzendurchmesser 0,1 mm) gekauft, um sie direkt in kleine Löcher einzuführen und den Radial-/Axialschlag genau zu messen.
Ergebnis: Der Gesamtschlag aller φ2,5 mm großen Löcher an allen Teilen betrug ≤ 0,018 mm (weit über der Anforderung des Kunden von 0,02 mm).
III. Projekterfolge: Erreichen von Doppelstandards in Präzision und Effizienz
Nach 12 Tagen Bearbeitung und Qualitätskontrolle haben wir alle zwei Kernkomponenten geliefert und dabei drei wichtige Ziele erreicht:
3.1 Genauigkeitsziele erreicht
- Mikroteile aus Edelstahl: 100 % Erfolgsquote
- Wellenkomponenten (Gesamtschlag): 99,5 % Erfolgsquote (nur eine Komponente erforderte Nacharbeit aufgrund einer geringfügigen Sondenkollision während der Inspektion und erfüllte nach der Nachbearbeitung die Standards)
3.2 Effizienzverbesserung
Die Lieferung erfolgte 3 Tage vor der 15-tägigen Lieferzeit des Kunden, wodurch wertvolle Zeit für die anschließende Vollmaschinenmontage und -prüfung gespart wurde.
3.3 Kostenoptimierung
- Die Bearbeitungskosten pro Einheit für beide Komponenten wurden im Vergleich zum vorherigen Lieferanten des Kunden um 18 % gesenkt.
- Die Ausschussrate sank von 30 % auf 0 %, wodurch Materialverschwendung minimiert wurde.
Feedback nach der Lieferung: Der Kunde schloss die Vollmaschinentests des Operationsroboters ab – die Positioniergenauigkeit am Armende erreichte 0,1 mm, und die Drehgelenke arbeiteten 1.000 Zyklen lang ohne Verzögerung, was die Anforderungen der medizinischen Chirurgie vollständig erfüllte.
IV. Warum Elite Mold Tech für die Bearbeitung medizinischer Komponenten wählen?
Präzision und Zuverlässigkeit sind für Komponenten von Medizinprodukten (z. B. Operationsroboter) entscheidend, und dies sind die Kernstärken von Elite Mold Tech:
4.1 Starke Prozessfähigkeiten
Beherrschen Sie Kernprozesse wie CNC-Präzisionsbearbeitung, Drahterodieren und Schweizer Bearbeitung; verarbeiten Sie eine Vielzahl von Materialien in medizinischer Qualität (Edelstahl, Titanlegierung, medizinische Kunststoffe) mit Toleranzen von bis zu ± 0,005 mm.
4.2 Reichhaltige Branchenerfahrung
Mit über 5 Jahren Erfahrung in der Betreuung von medizinischen Kunden sind wir mit Folgendem vertraut:
- GD&T-Toleranzstandards für Komponenten von Medizinprodukten
- Oberflächenbehandlungsanforderungen (z. B. Passivierung, sterile Beschichtungen)
- Proaktive Minderung von Design- und Fertigungsrisiken
4.3 Strenge Qualitätssicherung
Ausgestattet mit hochpräzisen Inspektionsgeräten (RENISHAW-Sonden-KMGs, Laserdurchmesser-Messgeräte); führen Sie in jeder Phase eine 100 %-Inspektion durch, um sicherzustellen, dass die gelieferten Teile keine Abweichungen aufweisen.
Wenn Sie Medizinprodukte (z. B. Operationsroboter, Diagnosegeräte) entwickeln und eine kundenspezifische Bearbeitung von hochpräzisen Komponenten benötigen, kontaktieren Sie uns bitte. Elite Mold Tech bietet End-to-End-Lösungen – von der Designprüfung bis zur Serienproduktion – um die Umsetzung Ihrer medizinischen Innovationen zu beschleunigen.
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