Invio Automation entwickelt, implementiert und betreibt Automatisierung für die größten Betriebe der Welt. Das Unternehmen ist stolz darauf, mit seinen Kunden zusammenzuarbeiten, um große Herausforderungen zu meistern, indem es die neueste Fertigungstechnologie erforscht, testet und anpasst.
- Hochskalieren der Produktion von Injektionsnadeln
- Biegen der Nadeln in die gewünschte Form mit Genauigkeit
- Überwinden von Materialhärteschwankungen ohne zeitaufwändige Maschineneinstellungen
- Erhöhung der täglichen Produktionsmenge
- Verbesserte Qualität
- Nahtlose Loswechsel
- Kleine Stellfläche
Die komplexen Fertigungsanforderungen von Wearable-Arzneimittelabgabegeräten
Wearable-Arzneimittelabgabegeräte haben das Leben unzähliger Patienten auf der ganzen Welt verändert, da sie sie von der Last täglicher Injektionen befreien und ihnen helfen, strenge Dosierungspläne einzuhalten. Diese kleinen, am Körper zu tragenden Plattformen verfügen über intelligente Funktionen wie geschlossene Regelkreissysteme und Sensoren zur kontinuierlichen Überwachung und Rückmeldung. Es ist nicht verwunderlich, dass die Fertigungsgenauigkeit von entscheidender Bedeutung ist, insbesondere wenn es um die Herstellung von Injektionsnadeln geht.
"Die meisten Kanülen sind relativ einfach herzustellen – es handelt sich um gerade Nadeln, die in Kunststoffteile eingeklebt werden. Aber Wearable-Arzneimittelgeräte erfordern oft gebogene Nadeln, und jedes Gerät benötigt eine Nadel mit einer anderen Form", erklärt Eric Peterson, Executive VP of Concepts & Solutions bei Invio Automation, einem Hersteller umfassender Automatisierungslösungen und Gold-Level-Mitglied des Rockwell Automation® PartnerNetwork™ Programms.
Außerdem muss der Winkel der Biegung bei jeder Nadel genau stimmen. Geringfügige Abweichungen bei einfachen Spritzennadeln beeinträchtigen die Leistung in der Regel nicht. Das ist bei Wearable-Arzneimittelgeräten jedoch nicht der Fall. Ihre Nadeln, die sich einen winzigen Raum mit Objekten wie drehbaren Hebeln, Zahnrädern und Flüssigkeitsbehältern teilen, müssen in der richtigen Tiefe unter die Haut eingeführt werden, um die richtige Durchflussrate zu erzielen und eine Verstopfung zu vermeiden. Das ist eine zusätzliche Komplexität, mit der sich die Hersteller von Medizinprodukten auseinandersetzen müssen.
Als ein langjähriger Kunde Peterson nach seiner Meinung zu einer Ausrüstung fragte, die er für die Massenproduktion von gebogenen Injektionsnadeln kaufen wollte, äußerte er Bedenken. "Die Ausrüstung war groß und teuer und erforderte eine separate Station für jede Biegung. Sie würden erst wissen, ob sie ein gutes Produkt hatten, wenn sie die letzte Biegung erreicht hatten."
Diese fehlende Möglichkeit, die Qualität in jeder Phase der Produktion zu überwachen, stellte ein erhebliches Risiko für den Produktionsprozess dar. Peterson beschloss, dem Kunden dabei zu helfen, eine praktikablere Lösung zu finden, um seine Ziele zu erreichen: die Senkung der Produktionskosten pro Einheit und die Bereitstellung einer konsistenten Qualität und Leistung. Er fand die Inspiration an einem ungewöhnlichen Ort.
Herausforderung
Skalierung der Biegung und Montage von Injektionsnadeln
Der Kunde, der sich an Invio wandte, ist ein preisgekröntes Unternehmen für medizinische Geräte, das Wearables zur Insulinverwaltung für Menschen mit Diabetes entwickelt und herstellt. Sein Flaggschiffprodukt wird am Körper getragen und liefert kontinuierlich Insulin basierend auf den persönlichen Einstellungen des Trägers.
Die Nadel im Inneren des Wearables hat eine komplizierte Form mit mindestens 14 Biegungen. Außerdem erfordert sie eine Genauigkeit von 0.005″ an der ersten und letzten Biegung, während die Gesamttoleranz des Nadelrohmaterials 0.015″ beträgt. Die Herstellung dieser Nadeln ist äußerst anspruchsvoll.
"Die Techniker nahmen all diese Anpassungen an den Biegungen an den harten Werkzeugen vor", so Peterson. "Sie wechselten zwischen verschiedenen Geräten und verbrachten viel Zeit damit, das Biegemodul bei jeder Änderung der Nadellose zu optimieren. Schon eine Abweichung von einem Grad im Materialrückprall erforderte die Neukalibrierung aller Biegestationen."
Der Druck stieg, als der Hersteller beschloss, die Produktion zu skalieren. Jonathan Poole, VP of Automation Technology and Standards bei Invio Automation, erklärte: "Manuelle und halbautomatisierte Nadelbiegetechniken können nicht auf Massenproduktionsebene skaliert werden, weil sie nicht in der Lage sind, eine oder mehrere Biegungen wiederholt oder effizient zu formen."
Um seine strategischen Ziele zu erreichen, benötigte der Kunde eine flexible Biege- und Montageanlage, die Injektionsnadeln automatisch in verschiedene Formen bringen konnte, unabhängig von der Materialhärte. Eine brandneue Lösung war erforderlich.
Lösung
Eine flexible, programmierbare Maschine, die mehrere Biegungen formt
Die Idee, den Biegeprozess mithilfe eines programmierbaren Systems zu automatisieren, kam Peterson aus einer unerwarteten Quelle. "Ich war zu Hause und sah mir die Sendung 'How It's Made' an", sagte er. "Ich sah, wie ein Unternehmen eine Biegemaschine einsetzte, um Körbe aus Industriedraht herzustellen. Das war ein Aha-Moment. Lange Rede, kurzer Sinn: Wir präsentierten die Idee und einen Prototyp dem Kunden, der war begeistert und gab sofort eine Bestellung auf."
Dieser Prototyp wurde schließlich zur patentierten Nadelbiege- und Montageanlage von Invio, einer einzigartigen Lösung auf dem Markt. Das Gerät ist programmierbar und ermöglicht es, eine oder mehrere Biegungen in einer Hypodermnadel in verschiedene Richtungen und mit mehreren Winkeln zu formen. Diese Flexibilität ist ein entscheidender Vorteil, da sie es den Bedienern ermöglicht, verschiedene, vom Benutzer auswählbare Biegungen über eine Diagnoseschnittstelle und mit wenigen oder keinen Werkzeugwechseln zu formen. Die Flexibilität steigert die Effizienz und Anpassungsfähigkeit des Produktionsprozesses erheblich.
"Unser Kunde war begeistert von der Flexibilität und Programmierbarkeit dieser Maschine", sagte Peterson. "Verschiedene Nadellose haben unterschiedliche Härteeigenschaften, daher misst unsere Maschine die kritischen Abmessungen mit einer Inspektionskamera. Anschließend werden die Biegeparameter in den Biegemodulen mithilfe von Bildverarbeitungs-Feedback automatisch angepasst. So bleibt die Nadelform auf die Abmessungsziele zentriert. Außerdem nimmt sie nicht viel Platz ein. Die Zelle ist nur 3 × 6′ groß." Wie jeder Kunde, der einen Reinraum nutzt, bestätigen kann, bietet Ausrüstung mit kleinerem Platzbedarf einen enormen Kostenvorteil.
Automatische Kalibrierung, die eine gleichbleibende Nadelqualität erreicht
Der visuell geführte Prozess und die präzise Teilehandhabung dieser Maschine sind innovativ, da die Biegungen an beiden Enden der Nadel äußerst genau sein müssen, damit das Wearable funktioniert. Eine im Biegemodul montierte Kamera findet die Enden jeder Nadel, und eine servoangetriebene Schiene positioniert die Nadeln exakt dort, wo die Biegungen erforderlich sind.
Während die erforderliche Toleranz 0.005″ beträgt, kann die Maschine Biegungen mit einer Toleranz von 0.002″ formen und so die große Toleranz des Nadelmaterials bei jeder Nadel vollständig ausgleichen. Dieses Maß an Präzision sorgt für gleichbleibende Qualität und Leistung, spart Zeit und Aufwand für die Bediener und gibt der Qualitätskontrolle Sicherheit.
"Die Bediener merken nicht einmal, dass die Maschine sich bei jeder neuen Materialcharge selbst kalibriert", fuhr Peterson fort. "Der Prozess ist unsichtbar. Jetzt können sie alle neun Sekunden eine Nadel produzieren. Sie rattern da durch. Und wenn das Unternehmen die Produktion hochfahren will, muss es nur mehr Module hinzufügen."
Die Steuerung der Maschine basiert auf Rockwell AutomationCompactLogix®-Speicherprogrammierbare Steuerungen. Die Maschine wird von Kinetix®-Servoantrieben und -Motoren sowie PowerFlex® 525-AC-Antrieben betrieben.
Schaltnetzteile, Sicherungshalter, Trennschalter und Schütze sowie Stratix®-Switches sorgen für einen gleichmäßigen Leistungsfluss, und Fotoelektrische Sensoren werden verwendet, um die Bewegung des Produkts zu erkennen, während es durch die Maschine läuft. Bediener interagieren mit der Maschine über PanelView™-Grafikterminals und Allen-Bradley® Drucktasten und Signalisierungsgeräte.
"Wir wussten von Anfang an, dass wir dank der Investition, die wir bereits in die PartnerNetwork™-Partnerschaft getätigt hatten, von Rockwell Automation alles bekommen würden, was wir brauchten", sagte Poole.
Ergebnis
Verbesserte Produktionseffizienz und Reinraumflächennutzung
Nachdem Invio die Biege- und zugehörige Montageanlage im Reinraum des Kunden installiert hatte, erhielten die Bediener ein Handbuch und praktische Schulungen. Innerhalb weniger Stunden konnten sie die Maschine eigenständig bedienen. "Das ist ein echter Vorteil für Hersteller", sagte Poole. "Sie benötigen keine qualifizierten Techniker, um Anpassungen vorzunehmen, da die Maschine alle Anpassungen selbst vornimmt. Sie benötigen nur Bediener."
Seit der installation hat das Medizingeräte-Unternehmen beeindruckende Ergebnisse erzielt. Es musste keine übermäßig teure Maschine mit einer Menge unterstützender Ausrüstung wie Kisten, Bänder, Matrizen, Schmierung und Schalen kaufen. Stattdessen verfügt es über ein kompaktes, modular aufgebautes Förderanlage, das etwa drei Mal weniger Reinraumfläche beansprucht und weit weniger Wartung erfordert.
Es bietet auch die Flexibilität, die erforderlich ist, um mit der (0.005)″ Genauigkeit, die seine Wearable erfordern, mit der Losgrößenvariation umzugehen und die Produktion zu skalieren. Das Produktionsteam kann nun mit den ständig steigenden Verkaufszielen und den sich ändernden Geschäftszielen Schritt halten.
Unterstützung für Medizingerätehersteller bei guten Entscheidungen
Das Know-how von Invio in den Bereichen visiongeführte Verarbeitung, präzise Teilehandhabung und Steuerungstechnik sowie die Partnerschaft mit Rockwell Automation ermöglichten die Entwicklung einer einzigartigen Maschine, die perfekt für Hersteller von Arzneimittelfördersystemen geeignet ist, die die Produktion skalieren, die Betriebskosten senken und die Unternehmensresilienz erhöhen wollen.
"Wir helfen unseren Kunden gerne, ihre Herausforderungen besser zu verstehen und gute Entscheidungen zu treffen", sagte Peterson. "Dank unserer umfangreichen Erfahrung in der Automatisierung scheuen wir uns nicht, alternative Lösungen anzubieten, wenn wir denken, dass es einen besseren Weg gibt, etwas zu tun."
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Veröffentlicht 12. September 2024