Micro Med Machining: Precisie Boven Zwitserse Draaibankstandaarden

toen Jim en Joe Davis in 1987 hun contractbedrijf startten, dachten ze een goede kans te hebben om het groot te maken in de medische industrie. Ze waren al halverwege. In plaats van vanaf nul te beginnen, overnamen de twee broers de precieze Zwitserse draaibankafdeling van het medische bedrijf waar ze allebei werkten en dat aan het inkrimpen was. Zo ontstond Micro Med Machining, Inc. (Miami Lakes, Florida).

De jonge mannen hadden veel voordelen. Ze waren min of meer opgegroeid in de machineshop van hun vader. Beide waren gegraadigde productieingenieurs, en ze hadden de manufactuurmanagement-stage van hun voormalige werkgever doorlopen. Dus ze waren praktisch vertrouwd met metalbewerkingsprocessen in het algemeen en met Zwitsers draaien voor de medische industrie in het bijzonder – met een goed begrip van zowel de kwaliteitseisen van de industrie als haar regelgevende omgeving. Bovendien wisten ze uit eigen ervaring hoe moeilijk het was om leveranciers van bewerkte onderdelen te vinden die consequent aan de industriestandaarden konden voldoen. Zeker was er een niche te vullen.

De eerste vijf maanden was het enige werk van Micro Med het maken van onderdelen voor de katheters en implanteerbare pacemakers van hun voormalige eigenaar. Maar daarna gingen de vooruitzichten van de winkel vol open. Inderdaad, ze begonnen met 19 mensen en hebben vandaag de dag meer dan honderd, terwijl hun omzet nog sneller is gegroeid.

Die groei is voortgekomen uit hun correcte aanname over de behoefte van de medische industrie aan betrouwbare leveranciers. Even belangrijk is echter hoe de winkel technologie heeft toegepast. Ze begonnen voornamelijk met automatische Zwitserse draaibanken en Hardinge chuckers, evenals een batterij aan secundaire apparatuur. Vandaag de dag doen ze het overgrote deel van het werk op multias CNC draai/freescentra. De winkel heeft 30 van deze geavanceerde machines in diverse configuraties.

Hoewel de technologie zeker duurder is dan de oude automaten, biedt het de mogelijkheid om de meeste van de zeer ingewikkelde onderdelen van de winkel volledig in één opspanning te bewerken. Essentieel vervangt ze de kosten van meerdere opspanningen door meer capabele apparatuur – wat overall een lagere kostenoplossing is – en leveren ze de kwaliteitsniveaus die hun klanten vragen, serie na serie. Maar de technische formule van Micro Med vereist veel meer dan het neerzetten van goede machines op de vloer. Ze hebben een enorme hoeveelheid proceskennis met deze machines, wat deze winkel werkelijk scheidt van de gemiddelde concurrentie.

Hoewel we de meest cruciale elementen van de proceskennis van de winkel hier niet kunnen onthullen, kunnen we een kijkje geven wat deze opmerkelijke winkel doet tikken. Zo doen ze het bij Micro Med.

De Onderdelen en de Machines

Om de eisen aan de processen te begrijpen, helpt het om te beginnen met een kijkje naar enkele van de onderdelen. Ze zijn ingewikkeld, precies – en klein. Inderdaad, Micro Med's uitstalling van voorbeeldonderdelen lijkt meer op iets uit een juwelierwinkel dan op een machineshop. Het typische assortiment omvat botschroefjes; minuscule buizen, koppelingen en kleppen; componenten voor miniatuurchirurgische instrumenten; en tandheelkundige pennen. Precieschroefjes gaan bijvoorbeeld zo klein als 1 mm lang, en 1 mm in diameter met 1-mm cancelleus draad. Cosmetiek is cruciaal, en praktisch alle onderdelen worden afgewerkt en visueel geïnspecteerd onder een microscoop bij 20x vergroting. Graten van welke aard dan ook zijn kategorisch onacceptabel.

Verergerend is de moeilijkheid van het bewerken van deze kleine onderdelen door de zware materialen waaruit ze gemaakt zijn. Ongeveer 65 procent van de onderdelen wordt gesneden uit titanium, nog 30 procent uit de zwaarst bewerkbare roestvrije stalen, en de rest uit edele metalen zoals goud en platina. Meer dan 60 procent van de stukken vereist een of andere vorm van frees- of booroperatie. Gedreven dwarsgaten zijn gemeen, sommige zo klein als 0,005 inch in diameter (kleinere gaten worden EDMed). Veel van deze kleine gaten moeten zowel precies als diep zijn. Bijvoorbeeld, een buisvormig onderdeel vereist een gat van 0,04-inch diameter dat 1,5 inch diep geboord wordt... met slechts een wanddikte van 0,007 inch... in titanium. En de onderdelen zijn niet alleen rond. Er worden vrijwel prismatische onderdelen geproduceerd op de CNC Zwitserse machines dankzij hun freesmogelijkheden en de inherente werkstukspanningsvoordelen van het produceren van deze gevoelige onderdelen uit staafmateriaal.

Alle multias machines zijn Citizens (Marubeni Citizen-Cincom, Allendale, New Jersey). Sommige van de machines zijn relatief eenvoudige drie-as ontwerpen met de kenmerkende Zwitserse glijkop en leidingsbus (Z), enkel-as gereedschapsdraaier (X), en rotatiepositionering van de hoofddspindel (C). Zowel stationaire als gedreven gereedschappen zijn op de draaier gemonteerd voor draai- of op-centrum boor- en freesoperaties.

Micro Med's andere machines zijn aanzienlijk complexer. De E-serie modellen zijn zes-as ontwerpen, die een tweede twee-as draaier en een sub-spindel voor achterwerkoperaties toevoegen. De tweeling draaiers maken pinch draaien mogelijk – dat wil zeggen, draaien met twee gereedschappen tegelijk – wat efficiënt is en, even belangrijk, de neiging van dunne werkstukken om af te wijken van een enkel gereedschap tegengaat. En de tweede draaier stelt een breder bereik aan operaties toe om uit te voeren op onderdelen die in de primaire of secundaire spindel gespannen zitten. Bovendien kunnen draai- of freesoperaties op beide spindels simultaan worden uitgevoerd.

De winkel's acht-as M-20 modellen gaan nog een paar stappen verder. In plaats van een tweede draaier, hebben de machines een acht-stations gangplaat, in staat om tot vijf stationaire en drie draaiende gereedschappen te houden. Gang-tooling is extreem efficiënt in draaioperaties omdat het de tijd elimineert die draaiers nodig hebben om van gereedschap naar gereedschap te indexeren. Deze machines hebben ook Y-asmogelijkheid voor de gangplaat-tooling, wat betekent dat excentrische frees- en booroperaties kunnen worden uitgevoerd met de aangedreven stations. Een achtste zwenkas accommodeert in-process werkstuk- of gereedschapsmeting, of robotische werkstukmanipulatie.

Het punt van al deze machines is dat ze Micro Med in staat stellen zelfs zeer ingewikkelde onderdelen in één opspanning te bewerken. De voordelen van deze capaciteit zijn talrijk. Misschien het meest voor de hand liggend, het bespaart de tijd, arbeid en de werk-in-uitvoering kosten van het routeren van taken over een reeks van enkeldoel machines. Het stelt de winkel ook in staat om veel meer responsief te zijn op de steeds eisenderwordende levertijdeisen van klanten. Een rush-order uitvoeren is veel eenvoudiger wanneer de klus alleen over één machine hoeft te lopen, in plaats van drie of vier.

Net zo belangrijk zijn de kwalitatieve voordelen. Elke keer dat een onderdeel vrijgegeven wordt van een werkhouder en vervolgens opnieuw gegrepen wordt, wordt een nieuw element van dimensionale variabiliteit aan het proces toegevoegd. Bij Micro Med's werk zijn 0,001-inch toleranties typisch, maar ze moeten vaak op een "tiende" – 0,0001 inch – houden en dat consequent doen. Overweeg hoe moeilijk het kan zijn om deze kleine onderdelen te fixeren voor secundaire operaties, het duurt niet een hele hoge stapel van werkhouderstoleranties om het totale bewerkingsproces uit acceptabele grenzen te drijven. Het is veel beter om een enkele greep op het onderdeel te houden voor het hele proces en dat probleem helemaal te elimineren.

Het behouden van constante fysieke controle over het werkstuk brengt ook een wetenschappelijke geloofwaardigheid aan de beheersing van de processen van de winkel, wat een centrale zorg is voor de kwaliteitsbewuste klanten van Micro Med. Zegt Joe Davis: "Mensen kijken vandaag naar je Cpk-waarden. Ze willen weten dat je je proces onder controle hebt." En voor hun meest gesofistikeerde klanten, is Micro Med in staat om statistisch betrouwbare productiefeasibiliteitsstudies te leveren. Dat gaat een lange weg om nieuwe orders binnen te krijgen.

Toch blijft concurrentie kosten een primaire overweging – en voor de kwaliteitsniveaus waar de winkel op ingesteld is om te leveren, heeft het elimineren van opspanningen een enorme positieve impact. Een goed voorbeeld is een medische connector die een andere leverancier produceerde in zes opspanningen op een reeks enkeldoel chuckers en freesmachines. Bij volumes van 4500 per maand, betaalde de klant $8 per stuk. Micro Med keek naar het onderdeel, stelde een paar eenvoudige wijzigingen voor ten bate van de bewerkbaarheid en zette het op een van de zes-as machines. "We hebben de kosten naar vier dollar en wat gekregen," zegt mnr. Davis. Was de voormalige leverancier een excessieve tarief aan het rekenen? "Eigenlijk niet," zegt hij, "dat was waarschijnlijk best wel in lijn met zijn kosten. Hij had gewoon niet het beste proces om de klus te doen."

Betere Processen

Iedereen kan apparatuur kopen, maar het er optimaal gebruik van maken is een heel ander verhaal, en dit is waar Micro Med uitblinkt. Procescreativiteit is extreem belangrijk – voor de efficiëntie en kwaliteit – en die kan alleen komen met mensen die de machines grondig kennen. Ook cruciaal is weten wat wel en niet kan met standaardgereedschap, en hoe gereedschap aangepast of speciaal gebouwd kan worden. Deze expertise stelt de winkel in staat om dingen met hun machines te doen die zelfs de machineontwikkelaars verbazen. "Niet deze machines tot hun volle potentieel gebruiken is als een raceauto 50 mijl per uur rijden," zegt mnr. Davis. Bij Micro Med rijden ze graag snel.

Maar dat is alleen figuurlijk gesproken, want het behalen van hoge materiaalafvoersnelheden is duidelijk niet waar deze winkel om draait. Een cruciale zorg voor de medische industrie is hoe het onderdeel wordt afgewerkt – gratfrei en cosmetisch vlekkeloos – maar de efficiëntie en kwaliteit van die finale operatie heeft heel veel te maken met hoe het metaal in de eerste plaats werd verwijderd. Afwerken is een handoperatie, en zoals elke andere precisiemetalbewerkingswinkel, is het iets wat ze graag tot een minimum beperken. "We ruilen graag primaire machinetijd in voor afwerktijd," zegt mnr. Davis, maar ze kunnen de opbrengst van die ruil alleen oogsten door zorgvuldige constructie van de bewerkingsroutine.

Grates zijn waarschijnlijk de grootste enkele zorg. De beste manier om met graten om te gaan is ze te voorkomen, en als ze onvermijdelijk zijn, het proces zo te managen dat ze op een redelijk efficiënte manier verwijderd kunnen worden. Dat betekent dat ze zich moeten buigen over de richting van de graat, zijn grootte en wat het kost om hem af te breken. Deze overwegingen kunnen een grote impact hebben op cyclus tijden. In dit geval is snelheid echter niet zo belangrijk als de staat van het onderdeel zoals het van de machine komt.

Het managen van werkstukdoorbuiging is een andere factor die een heel merkbare tijd aan bewerkingscycli kan toevoegen, en misschien wel het gebied van de fijnste handelsgeheimen van de winkel. Overweeg dat Micro Med nauwkeurige dimensionele integriteit handhaaft op een reeks zeer slanke onderdelen gemaakt van extreem moeilijk te bewerken materialen, en vaak gesneden met gevoelige gereedschappen die nog meer geneigd zijn om af te wijken dan het werkstuk. Ze moeten op een buitengewoon fijne graad de snelheden, voedingen en snijdieptes begrijpen die geschikt zijn voor deze omstandigheden. Bijvoorbeeld, een draad die eruitziet alsof het acht passen zou moeten nemen, kan in feite 18 nemen. Ze hebben ook manieren ontdekt om in secties te draaien en ze allemaal naadloos in elkaar over te laten lopen. Het is vaak een langzaam en pijnstakend proces, maar de moeite waard omdat procesvoorspelbaarheid de overkoepelende zorg van de winkel is.

Gereedschapslevensduur is een ander belangrijk factor, niet zoveel voor de kosten van het gereedschap zelf als voor, weer, het handhaven van kwalitatieve controle van het proces. Operators moeten constant waakzaam blijven om versleten gereedschappen uit een proces te halen voordat ze het uit controle brengen. En ze moeten minderwaardige gereedschappen helemaal uit het proces filteren. Gereedschaps kwaliteit is cruciaal zelfs met sommige schijnbaar zachte materialen zoals platina – inderdaad juist met platina, wat een hoog abrasief materiaal is, en duidelijk van zo'n waarde dat schroot een kostbaar voorstel is. Of zoals mnr. Davis het knapper formuleert: "Als je een gat van 0,012-inch diameter boort, is gereedschaps kwaliteit best wel godverdomme kritiek, en je kunt niet aannemen dat elk standaard gereedschap de klus zal doen."

Omdat gemiddelde series 1500 tot 2000 stukken zijn, en multias draai/freescentra vrij dure activa zijn om stil te laten staan, moeten operators heel goed zijn in het krijgen van taken op en van de machines. Een manier waarop ze dit doen is door gereedschappen voor in te stellen. Op sommige machines hebben ze bijvoorbeeld extra draaiers gekocht. Op die manier worden gereedschappen off-line opgezet en gekwalificeerd "binnen een paar 'tientjes'." Dan zodra die draaiers gemonteerd zijn, duurt het maar een paar opspanningsstukken om het proces draaiende te krijgen. Dat wil niet zeggen dat ze eenmalige wisseltijden benaderen; deze machines zijn te complex. Maar ze krijgen taken draaiende in een uur versus de zes die het zou kosten om alle gereedschappen individueel op de machine te laden en in te stellen.

En er zijn nog veel meer dingen te weten. Programmeren is belangrijk, maar de machinebesturingen bieden hier een goed deel hulp. Individuele draai- of freesoperaties kunnen onafhankelijk worden geprogrammeerd, en dan compileert de CNC ze automatisch tot een enkele, efficiënte routine. Werkhouden is ook cruciaal, met name voor het oppakken van bewerkte onderdelen in de sub-spindel, en soms worden speciale spelden gemaakt. Het is veel om te weten. Maar de meesterlijkheid van de winkel over deze cruciale procesinformatie is, naar hun eigen berekening, het cruciale verschil geweest tussen Micro Med en de concurrentie.

De Envelop Opduwen

Micro Med heeft een deel van deze kennis verworven door de verwachte dingen dagelijks te doen en nauwkeurig letten op de resultaten. Ze gebruiken SPC om elk nieuw proces te kwalificeren, en daarna het proces te grafisch vastleggen voor productiecontrole. Maar de grotere maat van de meest krachtige concurrentievoordeel van de winkel is gekomen van hun persistente neiging om de procesenvelop op te duwen, constant op zoek naar nieuwe efficiënties die hun kwaliteitsstandaarden niet ondermijnen.

Geen twijfel, de broers Davis zijn behoorlijk trots op hun "procesavontuurlijkheid" – hun neiging om nieuwe ideeën te proberen en de moeilijke problemen op te lossen. Maar het is niet puur bravoure wat hen drijft; ze geloven dat voortdurend experimenteren met processen de leervaringen oplevert die de winkel nodig heeft om haar concurrentievoordeel te behouden. Dat is een groot deel van de reden waarom deze productiewinkel bereid is om te prototypen – tegelijkertijd onderdeel en proces uitwerken op productieapparatuur – voor de kennis die het oplevert. Letterlijk zoeken ze de uiterste uiteinden van hun zeer capabele productieapparatuur te huwen met de ongewone eisen van de industrie die ze bedienen. Omdat de sleutelmannen van de winkel uit de medische industrie komen, hebben ze een significant voordeel in dit opzicht. Ze dragen een grote hoeveelheid kennis van geschikte processen binnen de beperkingen van het vakgebied, en ze kunnen zelfs een heel eind helpen bij het ontwikkelen van ontwerpen – verbeteren van de fabricagebaarheid zonder functionaliteit op te offeren of in veelvoorkomende regelgevende beperkingen te lopen. Om die redenen zijn de managers van de winkel vastbesloten om het bedrijf zeer gefocust te houden. Micro Med is het beste in multias Zwitsers-type draaien tot zeer hoge kwaliteitsstandaarden, en dat is wat ze zullen blijven doen. Interessant genoeg helpt deze sterke en consistente focus de werknemers van de winkel hun persoonlijke kwaliteitsstandaarden aan te passen aan een geschikt niveau voor het type klanten dat Micro Med bedient, wat op zijn beurt de winkel helpt het juiste evenwicht tussen kwaliteit en efficiëntie te bereiken. Dat is een gevoelige kwestie in de medische industrie, die steeds kostenbewuster wordt, maar waar onderdelen nog steeds perfect moeten eruitzien. "Je wilt een verlangen naar perfectheid aanwakkeren," zegt mnr. Davis, "maar tegelijkertijd wil je niet dat ze tijd verspillen aan het bereiken van een niveau dat buiten de praktische eisen van de klus valt." Het is een delicaat evenwicht, en een waar hij vindt dat het zich niet leent om meer commodity-type bewerking in de mix te brengen. Of de winkel zou excessive kosten hebben voor dergelijke onderdelen of, erger, ze zouden een destructieve ambiguïteit in de winkel introduceren over wat "goed genoeg" betekent.

Dus Micro Med zal zich blijven richten op moeilijke onderdelen. Meneer Davis gelooft dat er er nog veel meer zijn, en hij is meer dan bereid om zijn kans te nemen op de capaciteit van hun winkel om met succes door te gaan met concurreren voor dat werk. MMS

Redacteur's notitie: Twee weken na ons bezoek aan Micro Med, kondigde het bedrijf aan dat het was verkocht aan Uniform Tubes, een fabrikant van maatwerk buisvormige componenten. Uniform Tubes zal Micro Med verhoogde engineering- en verkoopondersteuning geven. Volgens Joe Davis, zullen bedrijfsmanagement en missie intact blijven.