로봇공학을 위한 의료 기기 CNC 밀링: ISO 13485에 따른 정밀 부품

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그림 2: 반사되는 은색 공작물을 가공하는 회전 금속 절삭 공구의 극단적인 클로즈업, 흐린 회색 배경에 미세한 금속 칩이 생성됨

의료기기 CNC 밀링의 열 효과는 무엇이며 이를 제어하는 방법은 무엇입니까?

절단 열은 특히 수술 도구의 정밀 마이크로 밀링이 사용될 때 의료 기기 CNC 밀링의 정확성에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 국부적인 과열은 부품 변형이나 성능 저하를 일으킬 수 있으므로 집중적인 제어가 필요합니다.

열변형의 정량적 효과

열로 인해 가공물과 기계의 크기가 변하는 것도 절단 정밀도에 영향을 미치는 요인 중 하나입니다. 100mm 알루미늄 합금 프레임은 1℃로 가열되면 약 2.3μm 팽창하며, 이는 공차 ± 5μm인 부품에 치명적인 영향을 미칩니다. 티타늄 합금은 고온에서 산화되기 쉬우며 이는 생체 적합성에 영향을 미칩니다.

다양한 재료의 열 변형 특성은 아래 표에 나와 있습니다.

프로세스 체인 온도 제어 전략

JS Precision은 전체 프로세스 체인 온도 제어 전략을 통해 절단의 열 영향을 제어합니다. 주요 사항은 다음과 같습니다.

• 작업장 환경: 주위 온도의 영향을 줄이기 위해 ±1℃ 이내 변동 범위 내에서 일정한 온도를 유지하는 작업장을 유지합니다.
• 원료 전처리: 원료는 온도 차이를 없애기 위해 가공 전에 작업장 평형 온도에 도달합니다.
• 가공 공정: 고정밀 절삭유 온도 제어 시스템을 활용하여 20±0.5℃의 일정한 온도를 유지하고 절삭 매개변수를 변경하여 발생하는 열을 줄입니다.
• 공작기계 보정: 스핀들과 테이블 변형을 실시간으로 보정하기 위한 공작기계 열 보정 기능이 탑재되어 있습니다.

마이크로 밀링 시 국지적 과열

특징이 매우 작은 절단으로 인해 절단 시 발생하는 열이 방출되기 어려워 쉽게 과열될 수 있습니다. JS Precision은 미세 액적 윤활 기능을 갖춘 80,000rpm 초고주파 스핀들을 채택하여 마찰열을 줄이고 적응형 피드를 사용하여 열 축적을 방지합니다.

의료용 Peek 가공 로봇에서 균열과 응력 집중을 방지하는 방법은 무엇입니까?

의료용 PEEK의 주요 특징 중 하나는 인성이 높고 열전도율이 낮아 가공 시 쉽게 부서지고 층이 분리된다는 점입니다. 따라서 이러한 문제를 해결하려면 특별한 프로세스 솔루션이 필요합니다.

열 관리 및 냉각 전략

PEEK의 유리전이온도는 약 143℃입니다. 절삭 영역에서 가공하는 동안 온도는 이 값 이하로 제어되어야 합니다. 그렇지 않으면 부드러워지고 녹게 됩니다. JS Precision은 고압 공기 냉각 또는 의료용 냉각수를 사용하여 온도를 안정화합니다. 내부 응력을 낮추려면 가공 후 큰 부품을 절연하고 냉각해야 합니다.

공구 형상 및 절삭 매개변수 최적화

• 공구 선택: 이 시설에서는 절삭 저항과 발열을 줄이기 위해 경사각이 큰 날카롭고 전용 PEEK 공구를 사용합니다.
• 절삭 매개변수: 공구, 공작물 접촉 시간을 단축하는 고속, 얕은 절삭 깊이, 고이송 "빠른 절삭" 전략을 사용하는 접근 방식입니다.
• 공구 마모 모니터링: 마모 상태를 실시간으로 모니터링하고 신속하게 교체하여 절삭력 증가 및 과열을 방지합니다.

스트레스 해소 및 후처리

가공된 PEEK 부품의 잔류 내부 응력은 쉽게 균열을 일으킬 가능성이 있습니다. JS Precision은 중요한 부품을 섭씨 120도에서 2시간 동안 어닐링한 후 실온까지 천천히 냉각하여 내부 응력을 성공적으로 제거할 수 있습니다.

의료용 PEEK 가공 로봇에서 균열 문제가 발생했나요? 불량률을 줄이기 위한 무료 PEEK 정밀 가공 공정 가이드를 받으려면 즉시 JS Precision에 문의하세요.

그림 3: 순백색 배경에 흩어져 있는 기어 및 연결 장치를 포함한 베이지색 또는 회백색 플라스틱 기계 부품 5개.

가벼우면서도 견고한 로봇 구조 부품을 제조하기 위해 전문 알루미늄 CNC 밀링 서비스를 선택해야 하는 이유는 무엇입니까?

의료 로봇에는 경량 구조가 절실히 필요합니다. 전문적인 알루미늄 CNC 밀링 서비스는 엄격한 공차 가공을 통해 구조 부품의 강성과 정밀도를 보장하면서 무게를 줄일 수 있습니다.

재료 선택

알루미늄 합금마다 특성이 크게 다릅니다. 부품의 하중에 따라 등급을 선택해야 합니다. 특정 매개변수는 아래 표에 나와 있습니다.

강성과 유연성의 구조설계 혼합

토폴로지 최적화 설계는 강성을 잃지 않고 알루미늄 합금으로 만든 구조 부품의 무게를 30%까지 줄일 수 있는 매우 효과적인 무게 감소 방법입니다.

JS Precision은 얇은 벽 변형을 방지하는 데 도움이 되는 저응력 클램핑 전략을 활용하고 단일 클램핑 작업으로 복잡한 부품을 가공하는 데 5축 연결을 활용합니다.

체중 감량 후 동적 성능 확인

동적 성능 검증과 공진 방지를 위해서는 경량 부품이 큰 고민거리가 될 수 있습니다. JS Precision은 FEA 유한 요소 분석과 실제 진동 테스트를 결합하여 프로세스가 의도적으로 로봇의 작동 주파수를 방해하지 않도록 하여 정확도에 부정적인 영향을 줄 수 있는 진동이 발생하지 않도록 합니다.

사례 연구: JS Precision은 미국 수술 로봇 회사가 티타늄 합금 복합 뼈 드릴의 신속한 반복 및 대량 생산을 달성하도록 지원합니다

도전

고객은 복잡한 구조와 내부 냉각 채널을 갖춘 차세대 수술 로봇 코어 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 뼈 드릴입니다. 공차 요구 사항은 ± 0.01mm이며 ISO 13485를 준수하는 CNC 밀링 서비스가 필요합니다.

원래 유럽 공급업체는 8주의 리드 타임과 단위당 $280의 비용을 제안했는데 이는 임상 반복 요구 사항을 충족하는 것이 불가능했습니다.

JS 정밀 솔루션

1.프로세스 재구성:

맞춤형 고정 장치를 갖춘 스위스 GF 5축 고속 밀링 센터는 단일 설정으로 뼈 드릴의 다면적 특징과 내부 냉각 채널을 가공하는 데 사용되므로 위치 지정 오류가 줄어들고 정밀도 집중이 향상됩니다.

깊은 공동 흐름 채널 문제를 극복하기 위해 마이크로 밀링 기술과 맞춤 도구를 사용하여 경로와 진동 제어를 최적화하여 원활한 흐름 채널을 보장합니다.

2.열 관리 및 품질 관리:

저온 MQL 기술을 사용하면 티타늄 합금 가공 시 절삭열을 최소한의 온도로 제어하여 표면 산화 및 성능 저하를 방지하고 생체 적합성을 보장할 수 있습니다.

100% 온라인 레이저 검사를 진행하여 주요 치수와 표면 거칠기를 실시간으로 확인합니다. 완전한 추적성을 위해 검사 데이터가 고객의 QMS 시스템에 병합됩니다.

3.병렬 프로세스 최적화:

아웃소싱 열처리 및 패시베이션 공정은 내부적으로 조율되고, 두 공정은 별도의 전담팀에서 동시에 개발되고 있어 전체 사이클 타임이 획기적으로 단축됩니다.

원자재 조달 채널은 최고 품질의 공급업체와 협력하여 통제 가능한 비용으로 안정적인 공급을 보장함으로써 최적화되며, 이를 통해 고객의 비용 요구 사항도 충족됩니다.

결과

단일 부품 가공 시간이 35% 단축되고, 부품당 비용이 $195로 절감되고, 리드 타임이 8주에서 3주로 단축되었으며, 500개로 이루어진 첫 번째 배치에서 반복 및 대량 생산 요구 사항을 충족하는 1.83의 CPK를 획득하여 제품이 예정보다 2개월 앞서 임상 시험에 들어갈 수 있었습니다.

티타늄 합금 의료 로봇 부품의 신속한 반복 및 대량 생산에 관심이 있으십니까? JS Precision에 문의하여 부품 요구 사항을 제출하고 무료 대량 생산 비용 최적화 솔루션을 받아보세요.

그림 4: 휴대용 드라이버, 드릴 비트, 충전기 및 액세서리가 포함된 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 뼈 드릴 시스템(흰색)

FAQ

Q1: 의료기기 제조에 CNC 기계를 사용하려는 경우 ISO 13485 인증이 필수인가요?

물론이죠. ISO 13485는 의료기기 품질 관리 시스템에 대한 세계적인 표준을 나타내며 해당 제품의 안전성, 효율성 및 규정 준수의 본질을 나타냅니다. 요구사항 수준은 일반 ISO 9001 표준보다 훨씬 높습니다.

Q2: 의료용 PEEK 가공 시 일반적으로 어떤 문제가 발생하여 실패하게 됩니까?

주인은 과열입니다. 잘못된 도구와 속도를 사용하면 재료가 부드러워지고 달라붙고 응력이 쌓여 부품이 깨지거나 치수 안정성을 잃을 수 있습니다.

Q3: CNC 밀링 알루미늄 부품을 통해 의료 로봇에 필요한 강성을 확보할 수 있나요?

물론이죠. 고강도 알루미늄 합금(예: 7075, T6)을 선택하고 토폴로지 최적화를 사용하고 강화 리브를 사용하여 설계하면 구조적 강성 요구 사항을 충족하는 동시에 부품을 더 가볍게 만들 수 있습니다.

Q4: 정밀 마이크로 밀링이란 무엇을 의미합니까? 정확도는 어느 정도인가요?

주로 가공 형상 크기가 0.1mm 미만인 밀링 작업과 관련이 있습니다. 가장 진보된 기계는 2μm 이내의 가공 정확도와 Ra 0.1μm의 표면 마감을 제공할 수 있으며, 이는 특히 뾰족한 수술 도구에 적합합니다.

Q5: CNC 가공 전략을 프로토타입에서 대량생산으로 바꿔야 하나요?

대부분 그렇습니다. Prototype is all about flexibility and mostly use general, purpose fixtures, whereas, mass production is all about process cycle time optimization, designing dedicated tooling fixtures, and establishing statistical process control, amongst other things, for consistence.

Q6: What is the level of Chinese manufacturers in CNC machining of medical devices?

Top, tier manufacturers such as JS Precision are typically equipped with world-class international machines and are ISO 13485 system deeply integrated, thus they have great benefits in the areas of cost, lead time, and speed of technical response.

Q7: How do you ensure the biocompatibility of materials is not compromised during processing?

Contamination and material degradation are prevented when only medical-grade raw materials are used, application of special cutting fluids and dedicated cleanroom for post-processing (cleaning, packaging) are practiced.

Q8: Can you provide a one, stop service from CNC machining to surface treatment and clean packaging?

물론이죠. JS Precision provides a complete ISO 13485 process, compliant service from precision machining to passivation/anodization, laser marking, cleanroom cleaning, and vacuum packaging, thus making supply chain management easier.

요약

The manufacturing of medical robot parts is a triple challenge of precision, materials, and regulations, and medical device CNC milling is the core bridge for innovative implementation.

From ISO 13485 compliance to precision breakthroughs in tight tolerance machining, from PEEK cracking to aluminum alloy lightweighting, every step is related to patient safety.

When you select JS Precision, you are choosing more than just a CNC milling manufacturer. You are selecting a partner who is familiar with medical technology, procedures, and compliance issues. We protect your projects by using state, of, the, art equipment, well, established processes, and thorough process control.

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