医疗保健的高科技未来也意味着更多的机器人诊断和程序，因此需要更多专用于这些系统的医疗工具和零件数字化和自动化制造正在医疗制造领域取得长足进步，最近在 COVID-19 大流行期间投入生产线的系统证明了这一点。
鉴于规范医疗设备制造的严格标准，以数据为中心的工业 4.0 环境是为合同制造商量身定制的，他们试图在遵守规范的同时还应对熟练操作员的严重缺乏。
与以往一样，材料变得越来越复杂，零件越来越小，几何形状越来越复杂，公差要求越来越严格。
在广泛的感，医疗保健趋势——人口老龄化化、在昂贵的医院环境之外进行更多远程诊断和治疗的动力、更个性化的治疗——正在推动医疗设备的发展。随着大流行的持续不确定性和由此导致的供应链受损，第一要务是提高供应商运作的可见性。
随着医疗保健的数字化，需要保护所有数据的安全集。为此，明尼苏达大学于 9 月 9 日宣布成立新的医疗设备网络安全中心等举措。健康行业的五家重量级人物已在新中心联手合作：波士顿科学、史密斯医疗、Optum、美敦力和雅培实验室。他们的目标是消除医疗设备中可能被用来伤害患者或破坏医疗设施的软件漏洞。
医疗保健的高科技未来也意味着更多的机器人诊断和程序，因此需要更多专用于这些系统的医疗工具和零件。例如，位于马萨诸塞州欣厄姆的 XACT Robotics 是 XACT ACE 机器人系统的开发商，该公司于 8 月 30 日宣布，它成功完成了美国第一项评估 XACT ACE 用于经皮肺部手术的研究的患者招募。这包括活检以确认癌症的存在。免提机器人系统可以更早、更小地检测癌症。
与此同时，iData Research 预计到 2025 年每年将执行 300 万次机器人手术。像达芬奇手术系统这样的设备上的机械臂将需要医生控制许多微型仪器来执行这些微创手术。机器人手术使用更小的切口，从而减少失血和疤痕，缩短住院时间并加快康复速度。
以数据为动力的 AI 也将在改善患者预后方面脱颖而出。明确的 t 指标hat path 是 Stryker 对加利福尼亚州门洛帕克的 Gauss Surgical 的收购。Gauss 开发了 Triton，这是一个人工智能平台，用于监测手术期间的失血量。
增材制造也将继续扩大其在生产中的关键作用患者特定的植入物、工具和手术培训模型。例如，意大利的 Tsunami Medical 使用 GE Additive 激光和电子束 3D 打印系统生产一系列高度复杂的脊柱植入物，令业界惊叹不已。
小零件、分选挑战
随着医疗设备材料的发展和零件变得越来越小，位于新泽西州艾伦代尔的 Marubeni Citizen-Cincom (MCC) 的 L 系列瑞士式机器正在接听电话。
“Medical 有您以前从未听说过的材料，”总裁兼首席运营官 Brian Such 开玩笑说。坚韧的材料可用于简单的零件或更复杂的组件，需要使用许多工具来创建不同的特性
Marubeni Citizen-Cincom L32 上的工具。该公司用于医疗生产的 L 系列机器的优势在于它们是模块化的，随时可以使用多种工具。例如，一个工具可以滑出并替换为三个。 （由 Marubeni Citizen-Cincom 提供）
“我们的 L 系列机器是带副主轴的组合机器”，它们在医疗生产中的显着优势在于它们是模块化的，Such 解释说。 “随时可以使用多种工具，我们只需滑出一个，然后将三个放在同一个地方。”
为了处理当前医用钻头和铣刀的典型直径较小的刀具，MCC 提供了加速器到 4 倍加速度。 “根据型号的不同，我们的带电工具速度可达 6,000 或 9,000 rpm，但我们可以以不同的方式滑动ent 刀柄，现在我们的转速为 36,000 rpm。当这还不够时，我们可以改装我们的电主轴，它可以达到 80,000 rpm。”
例如，Such 指出，客户可能正在钻一个千分之八的孔，“所以你为此需要一些速度——或者使用千分之六或什至千分之八的立铣刀在某处倾斜一个角。借助我们的 80,000 rpm 电主轴，我们可以滑入这些口袋。这个工具可以用作面工具、十字工具或后向工具，因此它非常模块化。” MCC 与高速主轴销售商 NSK 合作开发了这些专有主轴。
大约两年前，MCC 通过引入 ATC（自动换刀器）版本扩展了其机器 B 轴的功能它的L20机器。 “现在我们可以在 B 轴上使用 13 个工具，”Such 说，而通常 B 轴只有四个工具——而且“我考虑到当今零件的小角度，这对医疗市场来说是非常热门的东西”。
MCC 于 2016 年左右推出的另一项创新是低频振动 (LFV) 切割。在此过程中，机床“摆动 Z 轴或 X 轴的切削路径，以非常高的速度进出以进行少量空切并在加工时打碎切屑，”Such 说。 “医疗领域喜欢 LFV 技术，大多数第一次使用它的客户都说，‘没有它我再也不会买机器了。’”使用 LFV“你会 100% 地破坏芯片；没有中间。一旦你让这个过程运行起来，它就会得到保证。您仍然需要了解您的切削刀具，切削刀具仍然会失效，但切屑缠绕的问题不复存在。”
MCC 的客户范围从拥有 300 或 400 台机器的原始设备制造商到拥有 10 台机器的小型制造商。而那些客户“正在l 不同的部件”，从常见的接骨螺钉和脊柱手术笼到各种手术工具，如髋关节和膝关节手术所需的骨铰刀。有直径约 4 毫米的微型接骨螺钉，带有用于缝合的孔。 “九种不同的工具进来切割不同的形状，”Such 说。 “这个小骨螺钉有很多特点——它不仅仅是一个有头的螺钉。”
在这些微小的零件制成后，分类成为主要问题，Such 继续说道。 MCC 制造适合该任务的自动化设备。
“这些零件非常小，当它们放入桶中时，可能有 300 个。如果您要尝试选择最后一个来测量它，那是哪一个？我们可以有一个设备，它有不同的托盘用于计数，”Such 说。
客户可以将 100 个零件放在一个托盘中，然后当托盘移动时，将一个放在下一个托盘中，100 个放在下一个托盘中托盘，下一个托盘中的一个，依此类推。如果有10个托盘，它可以在无人值守的情况下运行八小时或过夜。通过定期测量零件，客户可以通过收集托盘区分以前的零件是好是坏。
六轴优势
Rollomatic 的快速换轮器有六个工位，允许六个轮组以增加灵活性——非常适合较短的批次。 （由 Rollomatic 提供）Eric Schwarzenbach 总裁 Eric Schwarzenbach 断言，对位于伊利诺伊州蒙德莱因的 Rollomatic USA Inc. 的切削工具磨床的稳定需求是医疗设备制造弹性的明确指标。
在原始设备制造商和合同制造商要求 Rollomatic 机器制造的众多仪器中，有各种骨科切割工具，如锉刀、骨钻、颅骨穿孔器s 和关节镜毛刺。在整个大流行期间，“我们的客户像以前一样投资——不多也不少”，尽管骨科或择期手术被推迟了。 “周围有足够的业务来维持这些公司的运转，并满足他们对再投资的需求。”
他指出，在过去几年中，对机器人手术的各种仪器的需求不断增长。但这些设备提出了一个特殊的挑战。
“外科医生使用手持件钻入骨骼的钻头与机器人发出的钻头不同，”他解释道。 “机器人使用的钻头比外科医生长。制作长钻头的本质比制作短钻头更难。首先，手术工具毛坯在瑞士型车床上以软状态进行加工，随后进行硬化处理。这些过程固有地导致这些坯料翘曲，并且它们越长，它们弯曲得越多。当它们弯曲时，我们很难可靠地加载，研磨和卸载。当我们向客户传授我们的机器和设置时，我们必须非常小心地向他们传授一定的深度，并确保他们了解这些功能以避开弯曲的毛坯。弯曲的毛坯通常由制造商拉直，但即便如此，它们也不是完美的——尽管它们不一定是完美的。该机器能够处理小的变形。”
行业变得越机器人化，“就越需要关注钻点。虽然外科医生总是可以钻进骨头，因为他可以看、看、调整他的手和压力，所以点不会走开，但机器人不会。因此，这些点必须设计得更加以自我为中心。我们帮助医疗设备制造商教会他们自定心点是什么样子的。”
Schwarzenbach 还注意到用于骨科刀具的 17-4 不锈钢有更多变体。 “材料变得更软，硬度更低，这对你来说是一个挑战就找到合适的砂轮来磨削它们而言。如您所知，材料越软，越难研磨。”为了满足这一需求，Rollomatic 已与瑞士和美国的车轮制造商合作，采购适用于较软材料的车轮。
“材料越软，产生的毛刺就越多，”Schwarzenbach 解释说，“所以去除毛刺是一个问题。我们的客户一般在打磨后使用尼龙刷去除毛刺，尤其是较软的材料。但是没有轮子或过程是完美的；总会有一些松动的毛刺需要通过某种方法去除。我们使用尼龙或有时浸渍陶瓷或磨料的刷子来去除这些毛刺。”
医疗工具的快速断开手柄是另一个增长领域，他继续说道。这些工具可以由外科医生卡入手机或固定在机械臂上。这种抓地力“已经变得比我们复杂得多’曾经见过。我们对它们中的大多数都使用果皮研磨机。”
对于需要更灵活的编程和更简单的砂轮设置的医疗制造商来说，Rollomatic 的六轴功能是游戏规则的改变者，Schwarzenbach 说。
“你不需要使用复杂的轮子；您可以使用更直截了当的轮子，尤其是在钻孔点上，”他说。 “与在五轴机床上相比，您可以更轻松地生产钻头。并且不要忘记：钻点现在变得低至 50 到 60 度（含）。它们非常陡峭，与以 120 或 130 度进入金属的硬质合金钻头相反。我们的六轴机床确实有助于磨削这些钻尖，这比费力地设置五轴机床要容易得多。”而且，Rollomatic 的快速换轮装置提供了更多优势，他补充道。 “我们一直在销售更多的车轮更换机。基本的换轮机有六个站，所以你可以把六个el 打包以增加灵活性，适用于较短的批次。较短的批次需要更多的灵活性和频繁的转换。换轮机对此非常有用。”虽然 Rollomatic 销售到医疗行业的机器中约有 80% 保留了前后装有一对轮子的标准主轴，但一些制造商“开始接受我们的新技术”。
力测试的作用
Starrett 提供范围广泛的测力设备，例如图中显示的对注射器进行测力的设备。据该公司称，该设备易于安装、操作和维护。 Starrett 的力和材料测试产品包括手持式测力计、机械支架、电动支架以及一系列软件、夹具和附件选项。 （由The提供L.S. Starrett Co.)从制造准备到零件制造之后，力测试设备及其集成软件对医疗产品发挥着重要作用——通常以提高患者舒适度为目标。
例如、针的轮廓和涂层可以测试它们进入皮肤的难易程度，而粘合剂可以评估它们与皮肤的粘附程度或去除的难易程度。
在制造之前，“您可以进行测试以确保您的设备在用于制造之前能够正常运行，”L.S. 的技术支持工程师 Jacob Morales 解释道。 Starrett Co., Athol, Mass。对于绷带，“您可以在将粘合剂用于生产线之前对其进行测试”，例如，样品的批次范围从 100 分之一到 10,000 分之一。 “后处理，您可以再次运行这些测试以确保一致性。”
这样的测试是标准的Starrett 力和材料测试技术经理 Eric Perkins 补充说，在按照 ASTM 和 ISO 标准进行制造以及生成对可追溯性至关重要的文件时，这一点尤为重要。 Starrett 软件支持力和材料特性测试，只需单击正确的图标，软件即可进行适当的测试。力测量涵盖通过/不通过场景，包括峰值负载测试、平均负载测试、压缩测试等。注射器是一个需要单轴力应用的主要示例，可以用样品物质进行测试以确定受控注射速率的注射力。
虽然这些测试提供了样本信息，但它们并不总是返回特定于组成样品的材料的数据。材料测试更进一步，例如使用材料特性来测试伸长率和应力应变。
Starrett 软件可以集成到制造过程中，莫拉莱斯解释道。
“如果你有一个测试样本的力系统，你可以用输入输出系统对其进行编程，这样测试就可以持续运行。制造设备将样品移至机器并发送信号；机器通过运行测试做出响应，并根据测试结果提供信号输出。您的其余制造设备可以做出适当的响应。如果您得到的结果超出公差范围，该信号会提醒操作员。”
这种灵活性意味着“您可以将力系统连接到 PLC 并将其放入-与生产环境保持一致，因此您已经排除了潜在的人为数据输入错误，”Perkins 说。 “每次排队时，用户都可以自动测试产品。”
从 Starrett 的基本 L1 force 软件到更高级的 L2、L2Plus 和 L3 选项，“我们让客户能够特st 完全符合任何制造标准规定，”Perkins 说。由于 Starrett 软件跨平台兼容，添加光学和视觉系统可创建极其广泛的计量解决方案。
但是，这种级别的定制并不仅限于软件。 Starrett 一直在与制造商合作创建完全自动化的系统。
“我们正在使用机器人将零件插入我们的力测试系统，”Perkins 说。 “我们正在使用气动夹具来抓取零件。”有了一个与这种自动化水平相结合的持续运行的测试平台，“我们的系统会判断你的零件是好是坏，然后机器人会执行所需的任何程序，并将这些零件放入指定的容器中。”
GE 大图
GE Healthcare 的 Jimmie Beacham 在公司位于威斯康星州麦迪逊的工厂检查 CARESCAPE R860 呼吸机。R860 的中心工作区视图突出显示当前患者状态；护理人员向左滑动以查看掌握历史趋势和临床决策支持工具的权利。（由 GE Healthcare 提供）在大流行期间，改进医院工作流程和保持供应链弹性一直是 GE Healthcare 的首要任务。
“我们看到对更多自动化的需求越来越多——不仅从典型的生产力角度来看，而且在利用自动化方面，我们可以在不同地点维持生产，”GE Healthcare 高级制造执行总工程师 Jimmie Beacham 说在密尔沃基。“这比必须培训新的或循环的劳动力更容易。这不一定是关于劳动力，而是它的供应链安全自动化是有道理的。如果我必须将生产从一个地区转移到另一个地区，如果流程已经自动化，事情就会容易得多。”
他补充说，这种理念的一个主要部分是防错。 “我们会培训操作员并制定书面程序，”Beacham 解释道。 “现在我们正在考虑采用其他技术，将操作员需要做的事情数字化并与他们互动。假设您有一个扭矩站，在这里您要拧紧螺栓，然后是一个复杂的装配体，然后是一个协作机器人。我们正在研究以数字方式连接所有这些的技术——与操作员同步工作，因此它与那个人互动，而不需要操作员记住这一切。当我们在全球三个地区生产相同的产品时，这给了我们很大的灵活性。我们现在有一个控制过程。我们不依赖操作员在必须执行操作时记住纸质程序循环执行操作的几个复杂部分。”
这对于生产一系列智能诊断设备的 GE Healthcare 至关重要。增材制造是其中的重要组成部分，GE Healthcare 也在这方面改进了其流程。
“当我们刚开始时，我们可能将 80% 到 90% 的时间投入研发，试图弄清楚添加剂是如何工作的，如何开发材料和参数来满足我们的工程要求，”他说。 “现在我们的执行率大约为 80%，我们正在将事情投入生产，另外 20% 的时间用于为即将到来的新漏斗开发新材料。我们在蒙特雷有一个生产设施，墨西哥，我们有一个非常活跃的渠道去那里。然后，我们在使用点运行了一些其他添加剂应用程序。”
最终，尽管事实证明大流行具有挑战性，但 GE Healthcare 经受住了风暴。
“我们面临的最大挑战是供应，让人们安全地进入工厂，”Beacham 说。 “在某些情况下，比如呼吸机，我们非常依赖自动化来满足前所未有的需求。我们请了很多人来做这项工作，但我们仍然必须找到创造性的方法来制造客户迫切需要的产品。我们了解到我们可以制造不同的东西；这激发了更多的想法。”
