วิธีการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ทั่วไป ได้แก่ การใช้เครื่อง CNC, การฉีดขึ้นรูป, การพิมพ์ 3 มิติ และการขึ้นรูปโลหะแผ่น วิธีเหล่านี้ขึ้นรูปวัสดุต่างๆ เช่น สแตนเลส ไทเทเนียม PEEK และซิลิโคน ให้เป็นชิ้นส่วนที่แม่นยำ การผสมผสานแต่ละวิธีตอบสนองความต้องการที่แตกต่างกัน ชิ้นส่วนบางชิ้นต้องการความแม่นยำสูง ชิ้นส่วนอื่นๆ ต้องปลอดภัยต่อร่างกาย จำนวนที่ผลิต ต้นทุน และกฎระเบียบก็มีความสำคัญเช่นกัน คู่มือนี้จะให้แผนการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์แก่ วิศวกร ผู้จัดการผลิตภัณฑ์ และผู้ที่สนใจทั่วไป คุณจะได้เรียนรู้วิธีเลือกกระบวนการและวัสดุที่เหมาะสม เป้าหมายนั้นง่ายมาก: จับคู่หน้าที่ของชิ้นส่วนกับวิธีการผลิตที่ดีที่สุด ไม่ว่าคุณจะสร้างหุ่นยนต์ผ่าตัดหรือชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR แนวคิดเหล่านี้ก็ยังคงใช้ได้ มาเริ่มกันเลย
ข้อกำหนดสำคัญสำหรับการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์
ช่วงค่าความคลาดเคลื่อนสำหรับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้
ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ในหุ่นยนต์ทางการแพทย์ต้องการค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบมาก ความหลวมใดๆ ในข้อต่อหรือตัวขับเคลื่อนอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งระหว่างการผ่าตัด สำหรับส่วนต่อประสานที่สำคัญและคุณลักษณะการจัดแนว ค่าความคลาดเคลื่อนเป้าหมายทั่วไปจะอยู่ระหว่าง ±0.02–0.05 มม. ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ หุ่นยนต์ผ่าตัดมักต้องการค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบกว่านั้นมาก—แคบถึง ±0.002 มม. ถึง ±0.005 มม. (0.00008″ – 0.0002″) ตัวเลขเหล่านี้ช่วยป้องกันการเล่นตัวทางกลและรับประกันการกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำระหว่างขั้นตอนการผ่าตัดแบบแผลเล็ก
ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์ผ่าตัดต้องอาศัยชิ้นส่วนที่ผ่านการกลึงด้วยความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำถึง ±0.0005 นิ้ว
การควบคุมค่าความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ต้องอาศัยการเลือกกระบวนการอย่างระมัดระวัง การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC หลายแกนและการเจียรละเอียดเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้สำหรับชิ้นส่วนขับเคลื่อน ข้อต่อ และแขนหุ่นยนต์ ในทางปฏิบัติ คุณควรระบุโซนความคลาดเคลื่อนตามหน้าที่ของชิ้นส่วนนั้นๆ เพลาของเกียร์ต้องการค่าความคลาดเคลื่อนที่แตกต่างจากฝาครอบตกแต่ง
วัสดุที่สัมผัสกับเนื้อเยื่อของมนุษย์
วัสดุใดๆ ที่สัมผัสกับเนื้อเยื่อของมนุษย์จะต้องเข้ากันได้ทางชีวภาพ โพลิเมอร์เกรดทางการแพทย์ต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 10993-1 ซึ่งเป็นกรอบการประเมินความปลอดภัยทางชีวภาพโดยพิจารณาจากระยะเวลาการสัมผัสและประเภทของอุปกรณ์ มาตรฐานนี้ได้เข้ามาแทนที่ข้อกำหนด USP Class VI เดิม และนำเสนอระบบการประเมินที่เข้มงวดมากขึ้น ซึ่งระบุและวัดปริมาณส่วนประกอบทางเคมีในวัสดุ
โพลิเมอร์เกรดทางการแพทย์ต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 10993-1 ซึ่งเป็นกรอบการประเมินความปลอดภัยทางชีวภาพโดยพิจารณาจากระยะเวลาการสัมผัสและประเภทของอุปกรณ์ มาตรฐานนี้ได้เข้ามาแทนที่ข้อกำหนด USP Class VI เดิม และนำเสนอระบบการประเมินที่เข้มงวดมากขึ้น ซึ่งระบุและวัดปริมาณส่วนประกอบทางเคมีในวัสดุ
สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ เช่น ปลายแขนหุ่นยนต์หรือฐานยึดเซ็นเซอร์ คุณต้องตรวจสอบวัสดุที่เลือกใช้ตามมาตรฐาน ISO 10993 ไทเทเนียมและ PEEK เป็นวัสดุที่นิยมใช้กันทั่วไปเนื่องจากผ่านการทดสอบเหล่านี้ ซิลิโคนก็ใช้ได้ดีสำหรับชิ้นส่วนจับยึดและซีลเช่นกัน
วิธีการออโตเคลฟ, เอทิลออกซี และแกมมา
หุ่นยนต์ทางการแพทย์ต้องทนต่อการฆ่าเชื้อซ้ำๆ การนึ่งฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำแรงดันสูงและความร้อน การใช้เอทิลีนออกไซด์ (EtO) ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า แต่ต้องใช้เวลาในการระบายอากาศ รังสีแกมมาสามารถทะลุผ่านบรรจุภัณฑ์ได้ แต่สามารถทำให้พลาสติกบางชนิดเสื่อมสภาพได้ แต่ละวิธีส่งผลต่อวัสดุแตกต่างกัน คุณควรทดสอบชิ้นส่วนของคุณภายใต้รอบการฆ่าเชื้อจริงที่จะต้องเผชิญ
ข้อกำหนดด้านการผลิตห้องคลีนรูม
ชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์จำนวนมากผลิตในห้องปลอดเชื้อ สภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้เหล่านี้ช่วยจำกัดอนุภาคและจุลินทรีย์ การผลิตในห้องปลอดเชื้อต้องมีการสวมชุดป้องกันอย่างเข้มงวด การกรองอากาศ และการตรวจสอบพื้นผิว สำหรับการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ที่สัมผัสกับผู้ป่วย การประกอบในห้องปลอดเชื้อจึงมักเป็นสิ่งจำเป็น การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคและการปิดผนึกด้วยสุญญากาศช่วยป้องกันการปนเปื้อนของพื้นผิวก่อนการประกอบ
เอกสารรับรองจาก FDA และ ISO 13485
การผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบที่เข้มงวด การรับรองมาตรฐาน ISO 13485 เป็นการกำหนดระบบการจัดการคุณภาพที่ครอบคลุม ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ มาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากลนี้ กำหนดให้ต้องมีเอกสารรายละเอียดของกระบวนการผลิตทั้งหมด ตั้งแต่การตรวจสอบวัตถุดิบไปจนถึงการทดสอบผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
การรับรองมาตรฐาน ISO 13485 กำหนดระบบการจัดการคุณภาพที่ครอบคลุม ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ มาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากลนี้ กำหนดให้ต้องมีเอกสารรายละเอียดของกระบวนการผลิตทั้งหมด ตั้งแต่การตรวจสอบวัตถุดิบไปจนถึงการทดสอบผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
ภายใต้ QMSR ของ FDA (มีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2026) 21 CFR Part 820 ได้รวมเอามาตรฐาน ISO 13485 ไว้โดยการอ้างอิง ไฟล์ประวัติการออกแบบ (Design History File) ปัจจุบันคือไฟล์การออกแบบและการพัฒนา (Design and Development File) (ISO 13485 ข้อ 7.3.10) ส่วนบันทึกข้อมูลหลักของอุปกรณ์ (Device Master Record) และบันทึกประวัติอุปกรณ์ (Device History Record) ปัจจุบันรวมอยู่ในไฟล์อุปกรณ์ทางการแพทย์ (Medical Device File) (ISO 13485 ข้อ 4.2.3)
บันทึกการตรวจสอบย้อนกลับต้องเชื่อมโยงหมายเลขประจำตัวอุปกรณ์กับชุดการผลิต ล็อตชิ้นส่วน และบันทึกการจัดจำหน่าย ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างประวัติผลิตภัณฑ์ได้อย่างสมบูรณ์ตั้งแต่ต้นทางจนถึงการจัดจำหน่าย รายการตรวจสอบย้อนกลับที่สำคัญ ได้แก่:
- มีใบรับรองวัตถุดิบครบถ้วน (ใบรับรองการทดสอบจากโรงงาน) และระบบติดตามล็อตสินค้า
- ตรวจสอบความถูกต้องของขนาด 100% โดยใช้เครื่องวัดพิกัด (CMM) และเครื่องมือวัดทางแสง
- บรรจุภัณฑ์ในห้องปลอดเชื้อ: การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคและการปิดผนึกด้วยระบบสุญญากาศในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมเพื่อป้องกันการปนเปื้อนของพื้นผิวก่อนการประกอบ
ข้อกำหนดเหล่านี้ใช้ได้ไม่ว่าคุณจะผลิตหุ่นยนต์ผ่าตัดหรือชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ก็ตาม ความเข้มงวดเดียวกันนี้ช่วยปกป้องผู้ป่วยและทำให้ผลิตภัณฑ์ของคุณเป็นไปตามข้อกำหนด
กระบวนการผลิตทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์
การเลือกกระบวนการผลิตเริ่มต้นจากหน้าที่ของชิ้นส่วนนั้น มันเคลื่อนที่ รับน้ำหนัก หรือแค่ปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์? คำตอบจะช่วยจำกัดตัวเลือกของคุณได้อย่างรวดเร็ว ต่อไปนี้คือวิธีการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่ใช้กันทั่วไป โดยจัดกลุ่มตามวิธีการขึ้นรูปวัสดุ
วิธีการตัดเฉือน: การตัดด้วยเครื่อง CNC และการตัดด้วยเลเซอร์
การกัดและการกลึง CNC หลายแกน
การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC สำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงยังคงเป็นเครื่องมือหลัก เครื่องกัด 5 แกนสามารถตัดมุมที่ซับซ้อนได้ในการตั้งค่าครั้งเดียว ซึ่งช่วยรักษาค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดสำหรับตัวเรือนข้อต่อและตัวขับเคลื่อน การกลึงใช้ในการผลิตเพลา หมุด และเม็ดมีดเกลียว สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่ต้องไม่โยกเยก การกลึงมักเป็นวิธีเดียวที่ทำได้ การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ที่มีความแม่นยำสูงยังช่วยให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียนตามที่ต้องการสำหรับพื้นผิวการปิดผนึกอีกด้วย
การตัดและเชื่อมด้วยเลเซอร์ระดับไมโครสเกล
การตัดด้วยเลเซอร์จะตัดแผ่นโลหะและท่อบางๆ ด้วยบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนแคบๆ การเชื่อมด้วยเลเซอร์จะเชื่อมชิ้นส่วนยึดเซ็นเซอร์ขนาดเล็กและโครงสแตนเลสเข้าด้วยกันโดยไม่ต้องใช้โลหะเติม ทั้งสองวิธีนี้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่การตัดด้วยเครื่องตัดอาจทำให้ชิ้นงานบิดเบี้ยว ลำแสงที่โฟกัสช่วยลดการบิดเบี้ยว ทำให้ผนังบางๆ คงรูปทรงแบนราบ
วิธีการเพิ่มเนื้อวัสดุ: เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ
เทคโนโลยี SLA, SLS และ Material Jetting สำหรับการสร้างต้นแบบ
การสร้างต้นแบบได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีหลายประเภท ซึ่งแต่ละประเภทก็มีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันไป:
- เทคโนโลยี SLA ใช้เลเซอร์ UV ในการอบชั้นโฟโตโพลิเมอร์ ข้อดีคือความแม่นยำและรายละเอียดสูง แต่ชิ้นงานขนาดใหญ่อาจบิดเบี้ยวได้ และกำลังแสงไม่แรงมากนัก
- เทคโนโลยี SLS (Single Left Synthesis Technology) ทำการเผาผนึกผงละเอียดให้เป็นวัตถุแข็ง ทำให้ได้ชิ้นงานที่มีความแม่นยำและแข็งแรงในทุกทิศทาง อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายด้านเครื่องจักร การบำรุงรักษา และผู้ปฏิบัติงานค่อนข้างสูง
- การพิมพ์แบบ Material jetting สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนที่มีหลายวัสดุและหลายสี ซึ่งทำหน้าที่เหมือนผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป คุณสามารถสร้างเคสแข็งที่มีปุ่มยืดหยุ่นเพื่อการตอบสนองแบบสัมผัส หรือผสมเรซินเป็น "วัสดุดิจิทัล" ที่ปรับแต่งความแข็งได้ ทีมแพทย์มักใช้การพิมพ์สีเต็มรูปแบบสำหรับแบบจำลองเพื่อการศึกษา
การเผาผนึกโลหะด้วยเลเซอร์โดยตรงสำหรับการผลิต
เทคโนโลยี DMLS นำการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุมาใช้ในการผลิตจริง มันสร้างช่องระบายความร้อนภายใน แกนโครงสร้างแบบตาข่าย และรูปทรงที่ปรับแต่งได้ทางโทโพโลยี ซึ่งการกลึงไม่สามารถทำได้ โลหะผสมไทเทเนียมและนิกเกิลที่ขึ้นรูปด้วยเลเซอร์มีความแข็งแรงเทียบเท่าหรือสูงกว่าการหล่อและการขึ้นรูปด้วยความร้อน ผงที่ไม่หลอมรวมจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งช่วยลดของเสีย ในแง่ของการใช้งานจริง ข้อจำกัดก็มีความสำคัญเช่นกัน ส่วนที่ยื่นออกมาจำเป็นต้องมีโครงสร้างรองรับซึ่งต้องตัดออกด้วยลวด ความแข็งแรงในแกน Z อาจด้อยกว่าความแข็งแรงในแกน XY หากไม่มี HIP หรือการอบชุบด้วยความร้อน ปริมาตรการสร้างสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 400 x 400 x 400 มม. ดังนั้นชิ้นส่วนขนาดใหญ่จึงต้องแบ่งและเชื่อมต่อกัน ความหยาบของพื้นผิว Ra 8–15 µm มักต้องใช้การพ่นทรายหรือการกลึงบนพื้นผิวที่ปิดผนึก ต้นทุนต่อชิ้นยังคงสูงเมื่อผลิตในปริมาณมาก การหล่อหรือการกลึงแบบดั้งเดิมจึงได้เปรียบเมื่อผลิตเกินหลายพันชิ้น
กระบวนการขึ้นรูปและหล่อขึ้นรูป
การฉีดขึ้นรูปและการขึ้นรูปยางซิลิโคนเหลว
การฉีดขึ้นรูปทำให้สามารถผลิตตัวเรือน ตัวยึด และฝาครอบได้ในปริมาณมากด้วยต้นทุนต่อหน่วยต่ำ การผลิตแม่พิมพ์ต้องใช้เวลาและเงินจำนวนมากในตอนเริ่มต้น ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับงานออกแบบที่มีความคงที่ การขึ้นรูปด้วยยางซิลิโคนเหลวเหมาะสำหรับทำฝาครอบด้ามจับ ซีล และพื้นผิวสัมผัสที่นุ่มนวล ยางซิลิโคนเหลวสามารถยึดเกาะกับ PEEK และวัสดุอื่นๆ ได้ดี ทำให้การขึ้นรูปหุ้มเป็นทางเลือกที่สะอาดสำหรับด้ามจับอุปกรณ์ผ่าตัด
การแปรรูปโลหะแผ่นสำหรับโครงสร้างเฟรม
แผ่นโลหะเป็นโครงสร้างหลักที่ยึดทุกอย่างไว้ด้วยกัน การเลือกวัสดุเป็นตัวกำหนดการออกแบบ เหล็กกล้าไร้สนิม 316 มีความทนทานต่อการกัดกร่อนและอายุการใช้งานยาวนาน แต่ต้องใช้เครื่องมือและวิธีการเชื่อมที่เหมาะสม เหล็กกล้าไร้สนิม 304 เป็นทางเลือกที่พบได้ทั่วไปและหาได้ง่าย อะลูมิเนียม 5052 มีน้ำหนักเบา ทนทานต่อการกัดกร่อน และขึ้นรูปได้ง่าย ซึ่งเหมาะสำหรับทำกล่องหุ้ม อะลูมิเนียม 6061 แข็งแรงกว่า แต่ขึ้นรูปได้ยากกว่า และอาจต้องใช้รัศมีโค้งที่ใหญ่กว่า รักษาโครงสร้างให้สามารถผลิตได้ โดยใช้รัศมีโค้งมาตรฐานและรอยเชื่อมที่เข้าถึงได้ง่าย วางแผนการติดตั้งฮาร์ดแวร์แบบยึดตัวเองและรูยึดตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากมีผลต่อการขึ้นรูปและการตกแต่ง ใช้ค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดเฉพาะในส่วนที่จำเป็นต่อความพอดีและการทำงานเท่านั้น แนวทางการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) เหล่านี้ช่วยลดต้นทุนและป้องกันปัญหาในการประกอบชิ้นส่วนหุ่นยนต์
ชิ้นส่วนสำเร็จรูปก็สมควรได้รับการกล่าวถึงเช่นกัน การซื้อเกียร์บ็อกซ์ ตลับลูกปืน และตัวยึดมาตรฐาน ช่วยลดงานสั่งทำพิเศษ คุณประหยัดค่าใช้จ่ายในการกลึงและขึ้นรูปสำหรับชิ้นส่วนที่จำเป็นจริงๆ การผสมผสานเช่นนี้ทำให้การผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์มีความคล่องตัว ไม่ว่าคุณจะผลิตระบบผ่าตัดหรือชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ก็ตาม
วัสดุทั่วไปที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์
การเลือกวัสดุเป็นตัวกำหนดว่าชิ้นส่วนนั้นจะทำงานอย่างไร มีอายุการใช้งานนานเท่าใด และผ่านมาตรฐานหรือไม่ ชิ้นส่วนบางชิ้นงอได้ บางชิ้นรับน้ำหนักมาก และบางชิ้นทำหน้าที่นำทางเครื่องมือภายในตัวเครื่อง ส่วนนี้จะกล่าวถึงวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR และหุ่นยนต์ผ่าตัด เราแบ่งวัสดุออกเป็นพลาสติก โลหะ และวัสดุผสมใหม่ แต่ละกลุ่มแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน
โพลิเมอร์และอีลาสโตเมอร์ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ
พลาสติกพบได้ในฝาครอบ ซีล และข้อต่อที่เคลื่อนไหวได้ การเลือกใช้พลาสติกที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทำความสะอาด แรงเสียดทาน และภาระที่กระทำ ตารางด้านล่างเปรียบเทียบตัวเลือกหกชนิดที่มักใช้สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์
| พอลิเมอ | คุณสมบัติหลักและความเสี่ยง | การประยุกต์ใช้ในชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ |
| PEEK | แข็งแรง ทนทานต่อการทำความสะอาด คงรูปทรงได้ดี แต่ราคาสูงและใช้งานยาก | ตัวเครื่องมือผ่าตัด; ชิ้นส่วนที่ใช้ซ้ำได้ซึ่งต้องการความแข็งแรงระดับปลอดเชื้อ |
| PPSU | สามารถทนต่อการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนสูงได้หลายรอบ ทนต่อสารเคมีได้น้อยกว่า PEEK และอาจเปลี่ยนสีได้ | เครื่องมือผ่าตัดที่ใช้ซ้ำได้; ฝาครอบที่ทำความสะอาดได้หลายครั้ง |
| ไฟเบอร์ (เทฟลอน) | แรงเสียดทานต่ำมาก เกิดการเสียรูปเมื่อได้รับแรงกดคงที่ ติดกาวได้ยาก | ตลับลูกปืนแรงเสียดทานต่ำ ซีล ปลอกท่อ ฝาครอบสายไฟ |
| ยางซิลิโคน | ยืดหยุ่น ปลอดภัยต่อร่างกาย อาจบวมเมื่อสัมผัสกับน้ำยาทำความสะอาด ไม่คงตัวเมื่อโดนความร้อนสูง | ชิ้นส่วนหุ่นยนต์อ่อนนุ่ม ซีล พื้นผิวเทียม ข้อต่อยืดหยุ่น |
| PU (ยูรีเทน) | ยืดหยุ่นได้ดี แต่สามารถเสื่อมสภาพได้เมื่อโดนความชื้น เปราะแตกง่ายเมื่อทำความสะอาด และเสียหายได้จากสารเคมี | ซีลแบบยืดหยุ่น ท่อ และสารเคลือบที่ต้องการความยืดหยุ่นสูงแต่มีข้อจำกัดด้านการทำความสะอาด |
| พีซี (โพลีคาร์บอเนต) | แข็งแรง ใส แตกง่ายเมื่อโดนสารทำความสะอาด และเปราะง่ายเมื่อทำความสะอาดซ้ำๆ | ฝาครอบใส, เปลือกป้องกัน, ชิ้นส่วนที่มีรอบการทำความสะอาดน้อย |
เมื่อเลือกใช้พลาสติกเหล่านี้ ให้ตรวจสอบสี่สิ่งต่อไปนี้ ประการแรก ความปลอดภัยต่อร่างกาย — ทดสอบว่าวัสดุนั้นเป็นอันตรายต่อเซลล์ ก่อให้เกิดอาการแพ้ หรือระคายเคืองผิวหนังหรือไม่ ประการที่สอง การทำความสะอาดและการฆ่าเชื้อ — ดูว่าไอน้ำ ก๊าซ รังสี หรือวิธีการเย็น เปลี่ยนแปลงความแข็งแรงและสีอย่างไรเมื่อผ่านกระบวนการหลายรอบ ประการที่สาม การสึกหรอ — วัดปริมาณวัสดุที่สึกหรอในข้อต่อและรอยต่อ ประการที่สี่ ต้นทุนเทียบกับประสิทธิภาพ พลาสติกประสิทธิภาพสูง เช่น PEEK และ PPSU เหมาะที่สุดสำหรับเครื่องมือที่ใช้ซ้ำได้ เพราะทนทานต่อการทำความสะอาดซ้ำๆ พลาสติกราคาถูกกว่า เช่น PC และ PU เหมาะสำหรับฝาครอบและชิ้นส่วนที่ใช้ครั้งเดียว ซึ่งมีความต้องการต่ำกว่า การฉีดขึ้นรูปเป็นวิธีปกติในการผลิตชิ้นส่วนพลาสติกจำนวนมาก
PEEK, PPSU และ PTFE สำหรับชิ้นส่วนประสิทธิภาพสูง
PEEK โดดเด่นในเรื่องความแข็งแรงและความทนทานต่อการทำความสะอาด มันคงรูปทรงได้แม้ผ่านการทำความสะอาดด้วยไอน้ำหลายร้อยครั้ง PPSU ก็ทำได้ดีเกือบเท่ากันและมีราคาถูกกว่า แม้ว่าสีอาจจะเข้มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป PTFE มีแรงเสียดทานต่ำที่สุดในบรรดาพลาสติกแข็งทั้งหมด ทำให้เหมาะสำหรับพื้นผิวแบริ่งและซีลเลื่อน ปัญหาของ PTFE คือการเสียรูปอย่างช้าๆ ภายใต้แรงกดคงที่
ซิลิโคน, โพลียูรีเทน และพีซี เพื่อความยืดหยุ่นและทนทานต่อแรงกระแทก
ซิลิโคนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการการโค้งงอและการปิดผนึก ชิ้นส่วนหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่มใช้ซิลิโคนเพื่อความปลอดภัยในการสัมผัสกับผู้ป่วย โพลียูรีเทน (PU) อยู่ระหว่างยางและพลาสติก ให้ความยืดหยุ่นสำหรับท่อและสารเคลือบ โพลียูรีเทน (PC) ให้ความแข็งแรงต่อแรงกระแทกและความโปร่งใส เหมาะสำหรับฝาครอบโปร่งใสที่คุณต้องการสังเกตชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว วัสดุเหล่านี้ไม่สามารถเทียบได้กับ PEEK ในเรื่องความทนทานต่อการทำความสะอาด แต่มีราคาถูกกว่าและแปรรูปได้เร็วกว่า
โลหะและโลหะผสมเกรดทางการแพทย์
โลหะเป็นวัสดุที่รับน้ำหนักได้มากและให้พื้นผิวการติดตั้งที่แม่นยำ โลหะสองประเภทที่นิยมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ ได้แก่ เหล็กกล้าไร้สนิม 316 และ 316L และไทเทเนียมเกรด 5
เหล็กกล้าไร้สนิม 316L เพื่อความทนทานต่อการกัดกร่อน
เหล็กกล้าไร้สนิม 316L ทนทานต่อการเกิดสนิมจากของเหลวในร่างกายและสารเคมีทำความสะอาด ปริมาณคาร์บอนต่ำช่วยป้องกันการก่อตัวของอนุภาคแข็งในระหว่างการเชื่อม ทำให้รอยเชื่อมแข็งแรง คุณจะพบเหล็กกล้าไร้สนิม 316L ในชิ้นส่วนโครงสร้าง ตัวยึดเครื่องมือ และชิ้นส่วนที่ต้องทำความสะอาดซ้ำๆ ความแข็งของเหล็กกล้าชนิดนี้เหมาะสำหรับพื้นผิวรับแรงและเม็ดมีดเกลียว
ไทเทเนียมเกรด 5 เพื่อความแข็งแรงและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ
ไทเทเนียมเกรด 5 มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีที่สุดในบรรดาโลหะทางการแพทย์ ผ่านการทดสอบ ISO 10993 สำหรับการสัมผัสกับร่างกายในระยะยาว แขนและข้อต่อของหุ่นยนต์ที่ทำจากไทเทเนียมมีน้ำหนักเบากว่า ทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้เร็วขึ้นด้วยกำลังมอเตอร์ที่ต่ำกว่า ไทเทเนียมยังยึดติดกับกระดูกได้ดี จึงถูกนำมาใช้ในโครงนำทางสำหรับการผ่าตัดที่สัมผัสกับผู้ป่วยโดยตรง ตัวเลือกโลหะและพลาสติกเหล่านี้ครอบคลุมความต้องการส่วนใหญ่ แต่การผสมผสานขั้นสูงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นไปอีก
วัสดุคอมโพสิตและเซรามิกขั้นสูง
เมื่อน้ำหนักหรือการสึกหรอเป็นข้อจำกัดหลัก วัสดุผสมและเซรามิกจึงเข้ามามีบทบาท
โพลิเมอร์เสริมใยคาร์บอนสำหรับเฟรมน้ำหนักเบา
พอลิเมอร์เสริมใยคาร์บอน (CFRP) มีความแข็งแรงดัดงอสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงทำให้ CFRP เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแขนหุ่นยนต์และส่วนปลายของหุ่นยนต์ที่ต้องเคลื่อนที่เร็วโดยไม่เพิ่มน้ำหนัก การผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์จาก CFRP ต้องใช้การวางชั้นและการอบอย่างระมัดระวัง แต่การประหยัดน้ำหนักนั้นคุ้มค่ากับขั้นตอนเพิ่มเติมสำหรับระบบความเร็วสูง
อลูมินาและเซอร์โคเนียสำหรับพื้นผิวที่ทนต่อการสึกหรอ
อะลูมินาและเซอร์โคเนียเป็นเซรามิกชีวภาพที่มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการสึกหรอสูง แรงเสียดทานต่ำ และปลอดภัยต่อร่างกาย มีการนำไปใช้ในข้อต่อเทียมและวัสดุปลูกถ่ายทางทันตกรรมแล้ว สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ เซรามิกเหล่านี้ทำงานได้ดีในข้อต่อหุ่นยนต์และชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องรับแรงซ้ำๆ แรงเสียดทานต่ำยังช่วยลดการสะสมความร้อนในแบริ่งความเร็วสูง ข้อเสียหลักคือความเปราะบาง ชิ้นส่วนเซรามิกจึงต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวังในระหว่างการประกอบและการใช้งาน
การทำความเข้าใจกลุ่มวัสดุเหล่านี้จะช่วยให้คุณเลือกวัสดุที่เหมาะสมกับความต้องการที่แท้จริงของชิ้นส่วนได้ วิธีการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์โดยทั่วไปนั้นขึ้นอยู่กับการเลือกใช้วัสดุเป็นอย่างมาก ต่อไปเราจะมาดูวิธีการทำงานของแต่ละกระบวนการกับวัสดุเหล่านี้กัน
กระบวนการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์
แอคชูเอเตอร์และองค์ประกอบการส่งกำลัง
เฟือง, กล่องเกียร์ และเพลา
แอคทูเอเตอร์ทำหน้าที่ขับเคลื่อนข้อต่อทุกส่วนในหุ่นยนต์ผ่าตัดหรือหุ่นยนต์ AMR เฟือง กล่องเกียร์ และเพลาของแอคทูเอเตอร์เหล่านี้ต้องการรูปทรงฟันที่แม่นยำและพื้นผิวเรียบ การกัดเฟืองด้วยเครื่องกัดเฟือง (Gear hobbing) จะตัดโปรไฟล์ฟันขนาดเล็ก เช่น เฟืองดาวเคราะห์ภายในแอคทูเอเตอร์ของหุ่นยนต์มนุษย์ จากนั้นการเจียรโปรไฟล์จะทำให้เฟืองดาวเคราะห์ เฟืองดวงอาทิตย์ และโปรไฟล์ฟันภายในเรียบเนียน เครื่องจักรหนึ่งเครื่องสามารถเจียรชิ้นส่วนเฟืองทั้งหมดของกล่องเกียร์ดาวเคราะห์ขนาดเล็กได้ การเจียรสร้างรูปทรงด้านข้างของฟันบนเพลาและเฟือง การกลึงแข็งและการเจียรมักจะทำงานร่วมกันบนเครื่องจักรเดียวเพื่อประหยัดเวลา การกลึงแนวตั้งก็มีบทบาทในกระบวนการนี้เช่นกัน
การเลือกใช้วัสดุมีความสำคัญไม่แพ้กัน เหล็กกล้าชุบแข็งเหมาะสำหรับฟันเฟืองที่ต้องรับแรงกระทำอย่างต่อเนื่องและแรงบิดสูง ทนทานต่อการสึกหรอและรับน้ำหนักได้มาก โลหะผสมอะลูมิเนียมช่วยลดน้ำหนัก ซึ่งช่วยให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ประหยัดพลังงาน โลหะผสมไทเทเนียมเพิ่มความแข็งแรงและทนทานต่อสนิมสำหรับหุ่นยนต์ทางการแพทย์ชนิดพิเศษ
การกลึงชิ้นส่วนเคลื่อนที่ขนาดเล็กด้วยความแม่นยำสูง
ชิ้นส่วนเคลื่อนที่ขนาดเล็กนั้นไม่มีที่ว่างให้เกิดความผิดพลาด การผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่มีความแม่นยำสูงนั้นต้องรักษาค่าความคลาดเคลื่อนที่ป้องกันการคลายตัวทางกล การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ที่แม่นยำช่วยให้ได้ความสม่ำเสมอที่ชิ้นส่วนขนาดเล็กเหล่านี้ต้องการ สำหรับการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ในระดับนี้ การตั้งค่ามักมีความสำคัญมากกว่าการตัดเฉือนเองเสียอีก
โครงสร้างและที่อยู่อาศัย
การผลิตและการเชื่อมโลหะแผ่น
ชิ้นส่วนโครงสร้าง เช่น วงเล็บ ฝาครอบ และโครงรองรับ ผลิตจากการตัดด้วยเลเซอร์และการขึ้นรูปโลหะแผ่น วิธีนี้ทำให้การสร้างง่ายขึ้นและลดน้ำหนักโดยรวม การเชื่อมจะเชื่อมโครงเข้าด้วยกันให้เป็นชิ้นเดียวที่แข็งแรง สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ การจัดแนวระหว่างส่วนที่เชื่อมนั้นส่งผลต่อทุกขั้นตอนการประกอบในภายหลัง
การกลึงหลายแกนสำหรับตัวเรือนที่ซับซ้อน
ชิ้นส่วนข้อต่อที่ซับซ้อน กลไกเชื่อมต่อ และชิ้นส่วนเชื่อมต่อต่างๆ ใช้เครื่องจักร CNC 5 แกน ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าการประกอบมีความแม่นยำและการเคลื่อนไหวราบรื่น ความท้าทายที่สำคัญคือการประกอบชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเครื่องจักร CNC 5 แกนเข้ากับชิ้นส่วนโลหะแผ่น โดยต้องรักษาการจัดแนวให้คงที่ตลอดทั้งสองชิ้นส่วน ในทางปฏิบัติแล้ว เครื่องจักร CNC สามารถจัดการกับอะลูมิเนียม สแตนเลส ไทเทเนียม และพลาสติกวิศวกรรมได้อย่างง่ายดาย ซึ่งครอบคลุมทั้งชิ้นงานต้นแบบและการผลิตจำนวนมาก
ปลายแขนกลและฐานยึดเซ็นเซอร์
การพิมพ์ 3 มิติระดับไมโครและการเชื่อมด้วยเลเซอร์
ส่วนปลายแขนกลและฐานยึดเซ็นเซอร์ถูกออกแบบมาให้มีคุณสมบัติที่ซับซ้อนในพื้นที่จำกัด การพิมพ์ 3 มิติขนาดเล็กสร้างรูปทรงเหล่านี้ทีละชั้น จากนั้นจึงเชื่อมด้วยเลเซอร์โดยไม่ต้องใช้โลหะเติม ลำแสงที่โฟกัสช่วยลดการบิดเบี้ยว ทำให้ผนังบางๆ คงรูปทรงเรียบ
สารเคลือบและวัสดุตกแต่งพื้นผิวที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ
ชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ใดๆ ที่สัมผัสกับเนื้อเยื่อจำเป็นต้องเคลือบด้วยสารที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ พื้นผิวของชิ้นส่วนยังมีผลต่อแรงเสียดทาน การสึกหรอ และความง่ายในการทำความสะอาด ขั้นตอนเหล่านี้ช่วยปกป้องผู้ป่วยและทำให้ชิ้นส่วนมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
สำหรับทีมงานที่ต้องการความช่วยเหลือ NOBLE คือบริษัทผู้ผลิตชั้นนำในประเทศจีน ความสามารถในการให้บริการที่โดดเด่นและความเชี่ยวชาญด้านการผลิตชิ้นส่วนด้วยเครื่องจักรระดับมืออาชีพ ช่วยให้ลูกค้าสามารถดำเนินการสร้างต้นแบบและการผลิตจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่ว่าโครงการของคุณจะเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่มีความแม่นยำสูงหรือการประกอบชิ้นส่วนทั้งหมด ทีมงานของพวกเขาสามารถแนะนำกระบวนการและวัสดุที่เหมาะสมสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ได้ การฉีดขึ้นรูปและการผลิตด้วยเครื่องจักร CNC ล้วนอยู่ในขอบเขตการทำงานของพวกเขา รวมถึงวิธีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) ความครอบคลุมนี้ทำให้การผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์อยู่ภายใต้หลังคาเดียวกัน
การเลือกกระบวนการผลิตชิ้นส่วนสำหรับหุ่นยนต์ทางการแพทย์
ต้นแบบ: การผลิตด้วยเครื่อง CNC หรือการพิมพ์ 3 มิติ
สำหรับงานผลิตจำนวนน้อย การใช้เครื่อง CNC และการพิมพ์ 3 มิติ เหมาะสมอย่างยิ่ง เพราะไม่มีค่าใช้จ่ายด้านแม่พิมพ์ ชิ้นส่วนจะมาถึงภายในไม่กี่วัน ทำให้การเปลี่ยนแปลงการออกแบบทำได้ง่ายและรวดเร็ว เครื่อง CNC สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะยึดและฐานมอเตอร์ที่มีความแม่นยำสูง ในขณะที่การพิมพ์ 3 มิติ สามารถสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้การตั้งค่าหลายขั้นตอนบนเครื่องกัด ทั้งสองวิธีช่วยให้คุณทดสอบการประกอบและการทำงานก่อนที่จะจ่ายเงินสำหรับแม่พิมพ์ราคาแพง
กระบวนการผลิต: การฉีดขึ้นรูป หรือ การหล่อขึ้นรูป
เมื่อปริมาณการผลิตเพิ่มขึ้น การฉีดขึ้นรูปจะกลายเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด แม่พิมพ์มีราคาตั้งแต่ 1,000 ดอลลาร์สำหรับแม่พิมพ์แบบง่าย ไปจนถึงมากกว่า 100,000 ดอลลาร์สำหรับแม่พิมพ์ที่ซับซ้อน ดูเหมือนจะสูง แต่ต้นทุนต่อชิ้นจะลดลงอย่างมากเมื่อผลิตในปริมาณมาก จุดคุ้มทุนอยู่ระหว่าง 100 ถึง 500 ชิ้นเมื่อเทียบกับการใช้เครื่อง CNC และระหว่าง 500 ถึง 1,000 ชิ้นเมื่อเทียบกับการพิมพ์ 3 มิติ หากผลิตน้อยกว่าจำนวนดังกล่าว ต้นทุนแม่พิมพ์จะทำให้ไม่คุ้มค่า แต่หากผลิตมากกว่าจำนวนดังกล่าว การฉีดขึ้นรูปจะชนะในเรื่องต้นทุนต่อชิ้นและเวลาการผลิตที่คงที่ ระยะเวลานำส่งก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย ต้นแบบใช้เวลาเพียงไม่กี่วัน แต่การขึ้นรูปต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการเตรียมแม่พิมพ์
ระยะเวลานำส่งและต้นทุนต่างมีผลต่อการตัดสินใจในการผลิต แต่ความสำคัญของปัจจัยเหล่านี้จะแตกต่างกันไปตามอุตสาหกรรมและโครงการ ในด้านอุปกรณ์ทางการแพทย์ ความปลอดภัยของผู้ป่วยขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตที่เชื่อถือได้และทำซ้ำได้
ชิ้นส่วนธรรมดาเทียบกับช่องภายในที่ซับซ้อน
ชิ้นส่วนยึดและแผ่นโลหะแบบเรียง่ายใช้งานได้ดีกับแผ่นโลหะหรือเครื่อง CNC พื้นฐาน แต่ช่องภายในที่ซับซ้อน เช่น ช่องระบายความร้อน จำเป็นต้องใช้วิธีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ เช่น DMLS ช่องเหล่านี้ไม่สามารถตัดด้วยเครื่องมือได้ ควรเลือกกระบวนการผลิตให้เหมาะสมกับรูปทรงของชิ้นส่วนเสมอ
การรวมเอาเกลียว ตัวยึด และข้อต่อแบบสแนปฟิตเข้าไว้ด้วยกัน
เกลียว ปุ่ม และข้อต่อแบบสแนปฟิต มีผลต่อการเลือกใช้กระบวนการผลิต การตัดเกลียวด้วยเครื่อง CNC ทำได้ดีในโลหะ การฉีดขึ้นรูปทำให้ได้ปุ่มและข้อต่อแบบสแนปฟิตในขั้นตอนเดียว ช่วยประหยัดเวลาในการประกอบ วิธีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) ก็สามารถสร้างคุณสมบัติเหล่านี้ได้เช่นกัน แต่การกลึงหลังการผลิตมักทำให้พื้นผิวที่สำคัญเรียบ การออกแบบเพื่อการผลิตช่วยลดต้นทุนและระยะเวลานำ ดังนั้นการตัดสินใจตั้งแต่เนิ่นๆ จึงมีความสำคัญ
ลดต้นทุนการผลิตตามสั่ง
ชิ้นส่วนมาตรฐาน เช่น มอเตอร์ ล้อ และตัวควบคุม ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ชิ้นส่วนสั่งทำพิเศษ ชิ้นส่วนเหล่านี้หาซื้อได้ง่ายและช่วยให้การประกอบเร็วขึ้น ควรใช้ชิ้นส่วนมาตรฐานก่อน จากนั้นจึงใช้ชิ้นส่วนสั่งทำพิเศษเฉพาะในส่วนที่จำเป็น การผสมผสานเช่นนี้จะช่วยให้กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพและคล่องตัว
การผสานรวมกับชิ้นส่วนที่กำหนดเอง
ชิ้นส่วนมาตรฐานต้องเข้ากันได้กับตัวเรือนและฐานยึดแบบกำหนดเอง วางแผนการเชื่อมต่อล่วงหน้าเพื่อให้ค่าความคลาดเคลื่อนเรียงตัวได้อย่างถูกต้อง เกียร์มาตรฐานต้องมีหน้าแปลนที่ผ่านการกลึงเพื่อให้เข้ากับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ของคุณ ความสมดุลนี้ช่วยลดต้นทุนในขณะที่ยังคงรักษาความแม่นยำไว้ได้
การออกแบบชิ้นส่วนสำหรับหุ่นยนต์ทางการแพทย์
การออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต (DFM)
มุมร่างและความหนาของผนัง
การออกแบบที่ดีเริ่มต้นก่อนที่จะเริ่มการตัดหรือขึ้นรูปใดๆ DFM (Design for Manufacturing) ช่วยค้นหาปัญหาในขณะที่ต้นทุนการแก้ไขยังไม่สูง สำหรับการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ คุณภาพการขึ้นรูปชิ้นส่วนพลาสติกมีความสำคัญมาก รูปทรงที่ซับซ้อนอาจทำให้เกิดรอยยุบ การบิดเบี้ยว รอยเชื่อมที่ไม่แข็งแรง หรือชิ้นส่วนติดอยู่ในแม่พิมพ์ การเปลี่ยนความหนาของผนังและการเพิ่มมุมเอียงที่เหมาะสมจะช่วยให้ชิ้นส่วนขึ้นรูปได้อย่างสม่ำเสมอทุกครั้ง
ความหนาของผนังควรคงที่ตลอดทั้งชิ้น ต่อไปนี้คือช่วงความหนาปกติสำหรับพลาสติกทั่วไปที่ใช้ในการฉีดขึ้นรูป:
| วัสดุ | ความหนาของผนังที่แนะนำ |
| เอบีเอส | 1.5 - 3.0 มม |
| โพลีคาร์บอเนต | 1.0 - 3.0 มม |
| โพรพิลีน | 1.0 - 4.0 มม |
| ไนลอน | 1.0 - 3.0 มม |
การเสริมซี่โครงช่วยเพิ่มความแข็งแรงโดยไม่ต้องทำให้ผนังหนาขึ้น ควรทำซี่โครงให้มีความหนาประมาณ 40%–60% ของความหนาของผนังหลักเพื่อป้องกันรอยยุบ มุมเอียงช่วยให้ชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ได้ง่าย พื้นผิวเรียบต้องการมุมเอียงประมาณ 1° ในขณะที่พื้นผิวที่มีลวดลายต้องการ 2° หรือมากกว่านั้น ส่วนประกอบที่มีความลึกมากต้องการมุมเอียงมากขึ้น ส่วนประกอบที่มีความลึก 0.5 นิ้วอาจต้องการมุมเอียง 1° แต่ส่วนประกอบที่มีความลึก 2 นิ้วต้องการมุมเอียงมากกว่า 2° หากไม่มีมุมเอียง ชิ้นงานจะเสียดสีกับแม่พิมพ์และเกิดรอยขีดข่วน
หลีกเลี่ยงสภาวะความเครียดสูง
มุมแหลมคมจะสร้างจุดอ่อนที่อาจแตกหักได้ภายใต้แรงกด ควรทำให้มุมด้านในโค้งมนด้วยส่วนโค้งที่เหมาะสม วิธีนี้จะช่วยกระจายแรงกดไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้น สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ที่เคลื่อนที่ตลอดเวลา ขั้นตอนนี้จะช่วยป้องกันการแตกหักก่อนกำหนด การเปลี่ยนระหว่างส่วนที่หนาและบางควรเป็นไปอย่างช้าๆ และราบเรียบ การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันจะทำให้เกิดจุดอ่อนและการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ การทำงานร่วมกับผู้ผลิตตั้งแต่เนิ่นๆ จะช่วยให้วิศวกรตรวจสอบความลาดเอียง จุดทางเข้า และโครงสร้างก่อนที่จะสร้างแม่พิมพ์
ความคลาดเคลื่อนและพื้นผิวสำเร็จ
ความต้องการด้านการใช้งานเทียบกับความต้องการด้านสุนทรียภาพ
ไม่ใช่ทุกพื้นผิวที่ต้องการความแม่นยำในระดับเดียวกัน พื้นผิวใช้งานต้องการค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบมากเพื่อการปิดผนึก การสึกหรอ หรือความแข็งแรงในระยะยาว ส่วนพื้นผิวที่เน้นความสวยงามนั้น เพียงแค่ต้องดูดีและทนทานต่อความเสียหาย การผสมผสานพื้นผิวเหล่านี้เข้าด้วยกันจะทำให้สิ้นเปลืองเงิน การกำหนดค่าความหยาบที่เข้มงวดเกินไปจะเพิ่มต้นทุนโดยไม่เกิดประโยชน์ ในขณะที่การกำหนดค่าที่หลวมเกินไปจะเสี่ยงต่อความเสียหายของชิ้นส่วน กำหนดลักษณะงานก่อน จากนั้นจึงกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนให้เหมาะสม
ข้อกำหนดเกี่ยวกับความหยาบผิว (ค่า Ra)
ความหยาบของพื้นผิวเป็นสิ่งที่จำเป็นในการใช้งาน ไม่ใช่แค่เรื่องความสวยงามเท่านั้น ความสามารถในการปิดผนึก แรงเสียดทาน และการสึกหรอ ล้วนขึ้นอยู่กับค่า Ra วิธีการขึ้นรูปที่แตกต่างกันจะให้ผิวสำเร็จที่แตกต่างกัน การเจียรจะได้ค่า Ra อยู่ที่ 0.2–0.8 µm ในขณะที่การกัดจะได้ค่า Ra อยู่ระหว่าง 1.6–6.3 µm การตกแต่งพื้นผิวสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ต้องสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ กำหนดค่า Ra เฉพาะในส่วนที่สำคัญเท่านั้น ฝาครอบที่ดูดีไม่จำเป็นต้องมีผิวสำเร็จแบบเดียวกับพื้นผิวรับน้ำหนัก วิธีนี้ช่วยให้การผลิตมีประสิทธิภาพและมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่ชิ้นส่วนนั้นทำได้จริง
กรณีศึกษาในการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์
ตัวเรือนข้อต่อแขนหุ่นยนต์
โลหะผสมไทเทเนียม, การกัดขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC 5 แกน
แขนหุ่นยนต์ผ่าตัดต้องการข้อต่อที่แข็งแรงและมั่นคงเมื่อรับน้ำหนัก ไทเทเนียมเกรด 5 เหมาะสำหรับงานนี้ มีความแข็งแรงสูงและผ่านการทดสอบ ISO 10993 สำหรับการสัมผัสกับร่างกาย ตัวเรือนมีรูเจาะทำมุมและพื้นผิวยึดโค้ง เครื่องกัด CNC 5 แกนตัดชิ้นส่วนทั้งหมดเหล่านี้ในขั้นตอนเดียว ทำให้ทุกพื้นผิวอยู่ในแนวเดียวกันกับจุดอ้างอิง การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ที่มีความแม่นยำสูงเช่นนี้ ช่วยลดข้อผิดพลาดที่สะสมจากการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนระหว่างเครื่องจักร
ความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำเพื่อการเคลื่อนไหวที่ราบรื่น
ข้อต่อที่หลวมจะทำลายความแม่นยำในการผ่าตัด รูสำหรับเพลาของตัวขับเคลื่อนต้องมีค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบมากถึง ±0.002 มม. ถึง ±0.005 มม. การผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่มีค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบในระดับนี้ ไม่ได้อาศัยเพียงแค่เครื่องจักรที่ดีเท่านั้น แต่ยังต้องอาศัยการควบคุมอุณหภูมิในโรงงาน เครื่องมือที่คม และการวัดขณะที่ชิ้นส่วนยังอยู่บนเครื่องจักร ผลลัพธ์ที่ได้คือการเคลื่อนไหวที่แม่นยำ แขนของหุ่นยนต์จะเคลื่อนที่โดยไม่มีการสั่นคลอน และศัลยแพทย์จะได้ตำแหน่งที่แม่นยำตามที่การผ่าตัดแบบแผลเล็กต้องการ
ที่จับเครื่องมือผ่าตัด
PEEK เคลือบซิลิโคน
ด้ามจับเครื่องมือทันตกรรมต้องทนทานต่อการฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำแรงดันสูงหลายร้อยรอบ วัสดุ PEEK สามารถทนความร้อนและไอน้ำได้โดยไม่เสียรูปทรง ตัวด้ามจับหลักผลิตจาก PEEK โดยวิธีการกลึงหรือขึ้นรูป จากนั้นจึงหุ้มด้วยยางซิลิโคนเหลวในบริเวณที่สัมผัสกับนิ้ว ยางซิลิโคนเหลวยึดติดกับ PEEK ได้ดี ทำให้ชั้นยางนุ่มคงรูปอยู่ได้ การผสมผสานนี้ทำให้ได้โครงสร้างที่แข็งแรงแต่มีพื้นผิวที่นุ่มและกันลื่น
การออกแบบตามหลักสรีรศาสตร์และความเข้ากันได้กับการฆ่าเชื้อ
รูปทรงของด้ามจับออกแบบมาให้เข้ากับรูปมือ ขอบโค้งมนและแผ่นซิลิโคนที่มีพื้นผิวช่วยลดความเมื่อยล้าในระหว่างการใช้งานเป็นเวลานาน ซิลิโคนอาจบวมได้เมื่อสัมผัสกับสารเคมีทำความสะอาดบางชนิด ดังนั้นทีมงานจึงทดสอบวงจรการฆ่าเชื้ออย่างเต็มรูปแบบก่อนวางจำหน่าย นี่เป็นตัวอย่างที่ดีของการผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ที่คำนึงถึงความสมดุลระหว่างความรู้สึกในการใช้งาน ฟังก์ชันการทำงาน และการทำความสะอาดซ้ำๆ
ฐานยึดเซ็นเซอร์ปลายแขนกล
เหล็กกล้าไร้สนิม 316L, การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ + การขึ้นรูปหลังการผลิต
ฐานยึดเซ็นเซอร์ปลายแขนหุ่นยนต์ได้รับการออกแบบให้มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในพื้นที่ขนาดเล็ก เหล็กกล้าไร้สนิม 316L ทนทานต่อการกัดกร่อนจากของเหลวในร่างกายและสารทำความสะอาด การขึ้นรูปด้วยเลเซอร์โลหะโดยตรง (Direct Metal Laser Sintering) ช่วยสร้างรูปทรงใกล้เคียงกับรูปทรงสุดท้าย จากนั้นจึงทำการตกแต่งพื้นผิวที่สำคัญด้วยกระบวนการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร (Post-machining) วิธีการแบบผสมผสานนี้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่ผลิตด้วยเครื่อง CNC ซึ่งมีรูปทรงที่เครื่องตัดทั่วไปไม่สามารถเข้าถึงได้
ช่องระบายความร้อนภายในและรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน
ตัวยึดมีช่องระบายความร้อนภายในที่โค้งงอตามรูปทรง การเจาะด้วยสว่านไม่สามารถทำได้ เทคโนโลยี DMLS สร้างช่องเหล่านี้ทีละชั้น พื้นผิวที่ได้จะมีค่าความเรียบผิวประมาณ Ra 8–15 µm ดังนั้นพื้นผิวที่จะทำการซีลจึงต้องทำการพ่นทรายหรือตัดแต่งผิวให้เรียบเนียน วิธีการเดียวกันนี้ยังใช้กับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ที่ต้องการตัวยึดที่เบาและแข็งแรงพร้อมช่องซ่อนอยู่ การฉีดขึ้นรูปไม่สามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิตแบบนี้ได้ และการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC เพียงอย่างเดียวก็ไม่สามารถตัดได้เช่นกัน
ร่วมเป็นพันธมิตรกับ NOBLE สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ของคุณ
การขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง CNC ที่มีความแม่นยำสูง สำหรับสแตนเลส ไทเทเนียม และอลูมิเนียม
บริษัท NOBLE มีทักษะด้านงานโลหะที่แข็งแกร่งสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ การผลิตชิ้นส่วนด้วยเครื่อง CNC ที่มีความแม่นยำสูงนั้นใช้ในการผลิตเฟือง เพลา และตัวเรือนแอคชูเอเตอร์ ชิ้นส่วนเหล่านี้ต้องการค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบมาก เหล็กกล้าไร้สนิม ไทเทเนียม และอลูมิเนียม ล้วนผ่านกระบวนการผลิตในโรงงานของพวกเขา วัสดุแต่ละชนิดจะได้รับการวางแผนการตัดที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ความแข็งแรงและทนทานต่อการเกิดสนิม
การฉีดขึ้นรูปพลาสติกเกรดทางการแพทย์และ LSR
ชิ้นส่วนพลาสติกก็ต้องการการดูแลเช่นเดียวกัน NOBLE ใช้การฉีดขึ้นรูปสำหรับตัวเรือนและฝาครอบที่ซับซ้อน การขึ้นรูปด้วยยางซิลิโคนเหลวยังครอบคลุมถึงด้ามจับและซีลต่างๆ พลาสติกวิศวกรรมและเรซินเกรดทางการแพทย์ผ่านกระบวนการอัดขึ้นรูปที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว ซึ่งทำให้ชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ของคุณมีคุณภาพสม่ำเสมอตั้งแต่ชิ้นแรกจนถึงชิ้นสุดท้าย
การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุสำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว
บางครั้งคุณอาจต้องการชิ้นส่วนอย่างรวดเร็ว เทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) สร้างต้นแบบได้ภายในไม่กี่วัน ไม่ใช่หลายสัปดาห์ NOBLE ใช้เทคโนโลยีนี้สำหรับการตรวจสอบความพอดีและการตรวจสอบการออกแบบในระยะเริ่มต้น คุณสามารถทดสอบรูปทรงและฟังก์ชันการทำงานก่อนที่จะจ่ายเงินสำหรับการผลิตแม่พิมพ์ ซึ่งจะช่วยประหยัดเงินและลดระยะเวลาในการผลิต
ระบบคุณภาพที่ผ่านการรับรอง
ISO 9001:2015 และ ISO 13485:2016
ระบบคุณภาพคือสิ่งที่แยกผู้ผลิตที่จริงจังออกจากผู้ผลิตรายอื่น NOBLE ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001:2015 และ ISO 13485:2016 สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ มาตรฐานเหล่านี้เป็นแนวทางในการผลิตหุ่นยนต์ทางการแพทย์ของพวกเขา กรอบการประกันคุณภาพระดับทางการแพทย์ ISO 13485 หมายความว่าทุกกระบวนการจะถูกบันทึกและติดตามอย่างเป็นระบบ
บริษัท NOBLE ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001:2015 และ ISO 13485:2016 สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ มาตรฐานเหล่านี้ควบคุมกระบวนการผลิตหุ่นยนต์ทางการแพทย์ของเรา
ความมุ่งมั่นของพวกเขาฝังลึก บริษัท Norman Noble ได้ต่ออายุใบรับรองระบบการจัดการคุณภาพตามมาตรฐาน ISO 13485:2016 หลังจากได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดจากสถาบันมาตรฐานแห่งอังกฤษ (British Standards Institute) ซึ่งเป็นหน่วยงานที่ได้รับการรับรองจากสหภาพยุโรป พวกเขาได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 13485 มาตั้งแต่ปี 2004 พร้อมทั้งปฏิบัติตามข้อกำหนดของ FDA, European MDR และ Brazil ANVISA ด้วย
สภาพแวดล้อมการผลิตที่ควบคุมได้
ห้องปลอดเชื้อและสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ช่วยป้องกันการปนเปื้อน NOBLE ติดตามอนุภาค อุณหภูมิ และความชื้น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อคุณผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ที่สัมผัสกับผู้ป่วย สภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ช่วยปกป้องทั้งคุณภาพของชิ้นส่วนและความปลอดภัยของผู้ป่วย
บริการแบบครบวงจร
การสนับสนุนการออกแบบเพื่อการผลิต
การผลิตที่ดีเริ่มต้นด้วยการออกแบบที่ดี NOBLE ให้การสนับสนุนด้านการออกแบบเพื่อการผลิต (Design for Manufacturing) เพื่อปรับปรุงการออกแบบของคุณให้ได้ผลผลิตและต้นทุนที่สูงขึ้น พวกเขาจะตรวจสอบมุมร่าง ความหนาของผนัง และการสะสมความคลาดเคลื่อนตั้งแต่เนิ่นๆ ซึ่งจะช่วยตรวจพบปัญหาได้ก่อนที่จะบานปลายและมีค่าใช้จ่ายสูง
การสร้างต้นแบบ การผลิต การประกอบ การบรรจุภัณฑ์
NOBLE ครอบคลุมทุกขั้นตอนของกระบวนการ ตั้งแต่การสร้างต้นแบบในศูนย์พัฒนาผลิตภัณฑ์เฉพาะทาง การผลิตใช้เครื่องจักรใหม่และกระบวนการที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว การประกอบและการบรรจุภัณฑ์เป็นการบริการที่ครบวงจร คุณจะได้รับการผลิต การตกแต่ง การทดสอบ การประกอบ และการบรรจุภัณฑ์ภายใต้หลังคาเดียวกัน วิศวกรรมแบบบูรณาการช่วยพัฒนาผลิตภัณฑ์และกระบวนการไปพร้อมกัน ความร่วมมือนี้ครอบคลุมตั้งแต่แนวคิดเริ่มต้นไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก โดยเน้นคุณภาพและความรวดเร็วในการนำออกสู่ตลาด
การเลือกกระบวนการและวัสดุที่เหมาะสมสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักหลายประการ การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC การฉีดขึ้นรูป การพิมพ์ 3 มิติ และการขึ้นรูปโลหะแผ่น ล้วนแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน สแตนเลส ไทเทเนียม PEEK และซิลิโคน ต่างก็มีจุดแข็งของตัวเอง ความแม่นยำ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ปริมาณ ต้นทุน ระยะเวลานำส่ง และข้อกำหนดต่างๆ ล้วนมีผลต่อการเลือกขั้นสุดท้าย ไม่มีคำตอบเดียวที่ใช้ได้กับทุกชิ้นส่วน
ใช้กรอบการคัดเลือกจากคู่มือนี้เมื่อคุณออกแบบชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ชิ้นต่อไป คิดถึงสิ่งที่หุ่นยนต์ต้องทำก่อน จากนั้นค่อยพิจารณาข้อดีข้อเสีย สำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR หรือระบบผ่าตัด ก็ใช้หลักการเดียวกัน หากต้องการความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญ โปรดติดต่อ NOBLE ทีมงานของพวกเขามีการวิเคราะห์และให้คำปรึกษาอย่างละเอียดสำหรับความต้องการด้านการผลิตเฉพาะของคุณ
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์
ชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่ผลิตด้วยเครื่อง CNC สามารถรักษาค่าความคลาดเคลื่อนได้มากน้อยเพียงใด?
การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC สามารถรักษาความคลาดเคลื่อนได้แม่นยำถึง ±0.002 มม. สำหรับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่สำคัญ เช่น เพลาของตัวกระตุ้น ความแม่นยำระดับนี้ช่วยป้องกันการเคลื่อนไหวที่หลวมและทำให้การเคลื่อนไหวในการผ่าตัดมีความแม่นยำ
ฉันควรเลือกใช้การฉีดขึ้นรูปสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์เมื่อใด?
การฉีดขึ้นรูปเหมาะสำหรับชิ้นส่วนพลาสติกจำนวนมาก เช่น ตัวเรือนและฝาครอบ ต้นทุนการผลิตแม่พิมพ์อยู่ที่ 1,000 ถึง 100,000 ดอลลาร์ ดังนั้นจึงคุ้มค่าเมื่อผลิตมากกว่า 500 ชิ้น ต้นทุนต่อชิ้นจะลดลงอย่างมากเมื่อผลิตในปริมาณมาก
วัสดุใดบ้างที่ผ่านมาตรฐาน ISO 10993 สำหรับการสัมผัสกับผู้ป่วย?
ไทเทเนียมเกรด 5, PEEK และซิลิโคน ผ่านการทดสอบความปลอดภัยต่อร่างกาย วัสดุเหล่านี้ต้านทานสนิมและทนต่อการฆ่าเชื้อซ้ำๆ ผู้ผลิตชิ้นส่วนหุ่นยนต์ทางการแพทย์จำนวนมากจึงไว้วางใจในความปลอดภัยของวัสดุเหล่านี้
ฉันสามารถใช้ชิ้นส่วนสำเร็จรูปสำหรับชิ้นส่วนหุ่นยนต์ AMR ได้หรือไม่?
ใช่แล้ว การใช้เกียร์บ็อกซ์ ตลับลูกปืน และตัวยึดมาตรฐาน ช่วยลดงานสั่งทำพิเศษลงได้ คุณจึงสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายในการผลิตชิ้นส่วนที่จำเป็นจริงๆ ได้ การผสมผสานแบบนี้ช่วยลดต้นทุนและเพิ่มความเร็วในการส่งมอบสินค้า
การพิมพ์ 3 มิติจะเข้ามาแทนที่การผลิตด้วยเครื่อง CNC ได้หรือไม่?
ไม่ทั้งหมด เทคโนโลยี DMLS สร้างช่องภายในที่เครื่องตัดเข้าไม่ถึง แต่การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ให้พื้นผิวที่เรียบเนียนกว่าและต้นทุนต่อหน่วยต่ำกว่าในปริมาณการผลิตที่สูงขึ้น เลือกใช้ตามรูปทรงที่ต้องการ
ผู้ผลิตชิ้นส่วนทางการแพทย์ควรมีใบรับรองอะไรบ้าง?
ISO 13485:2016 เป็นมาตรฐานหลักสำหรับการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ กฎของ FDA ภายใต้ 21 CFR Part 820 ก็มีผลบังคับใช้เช่นกัน ทั้งสองมาตรฐานนี้ต้องการการตรวจสอบย้อนกลับและบันทึกกระบวนการอย่างครบถ้วน
การฆ่าเชื้อมีผลต่อการเลือกวัสดุอย่างไร?
ความร้อนจากเครื่องออโตเคลฟทำลายพลาสติกบางชนิด ก๊าซ EtO ต้องใช้เวลาในการระบายอากาศ รังสีแกมมาสามารถทำลายโพลิเมอร์ได้ ทดสอบวัสดุของคุณภายใต้สภาวะการใช้งานจริงที่จะต้องเผชิญ
