在医疗器械设备开发设计阶段,考虑易于加工和组装是提高生产效率、降低成本的关键。以下是一些可以采用的设计策略:

一、简化设计结构
减少零件数量
尽可能将多个功能集成到一个部件中。例如,在设计一个小型便携式心电图机时,如果能把信号采集模块和初步的信号处理模块集成在一块电路板上,而不是使用多个分离的电路板,就可以减少零件数量。这样不仅减少了加工工序,而且在组装过程中也减少了连接和调试的步骤,降低出错的概率。
采用标准化的组件和模块,避免设计过于独特的零件。以医用注射泵为例,其外壳可以采用通用的塑料外壳模具生产的部件,内部的电机和传动装置也尽量选用市场上标准规格的产品。这样,在加工时可以利用现有的生产设备和工艺,在组装时工人也更容易熟悉操作流程。
避免复杂的几何形状
在设计设备外壳和内部结构时,应尽量采用简单的几何形状,如平面、圆柱等。例如,医疗设备的外壳如果设计成复杂的曲面形状,可能需要使用特殊的模具来加工,增加了成本和加工难度。而采用简单的长方体或圆柱体外壳,不仅加工容易,而且在组装过程中,各个部件之间的配合也更容易实现,例如,内部电路板可以很方便地安装在平面的支架上。
二、考虑加工工艺兼容性
材料选择与加工方法匹配
根据设计的零部件功能和预期的加工方式来选择合适的材料。如果一个零部件需要通过注塑成型来加工,那么就应该选择适合注塑的塑料材料,如ABS(丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物)塑料。这种材料具有良好的流动性和成型性,在注塑加工医用塑料外壳时,可以很容易地填充模具型腔,生产出形状精确的外壳。
对于金属零件,如果需要高精度的加工,可以选择易于切削加工的金属材料,如铝合金。铝合金的硬度适中,在数控加工中心进行铣削、钻孔等加工操作时,刀具磨损相对较小,能够高效地生产出符合精度要求的零件。
设计便于加工的特征
在零件设计中,应避免过小的孔、过深的槽或过于尖锐的内角等不利于加工的特征。例如,在设计一个医疗器械的金属支架时,如果有一些小孔的直径设计得过小,在钻孔加工时就容易出现钻头折断的情况。合理的设计应该是保证孔的直径大于最小加工孔径限制,并且孔的深度与直径之比在合理范围内,这样可以提高加工效率和质量。
对于需要进行表面处理的零件,设计时应考虑表面处理工艺的要求。例如,如果一个零件需要进行电镀处理,其表面应该尽量光滑,避免有过多的凹坑或凸起,这样可以保证电镀层的均匀性。
三、便于组装的设计要点
采用易于操作的连接方式
尽量使用简单的机械连接方式,如卡扣、插槽和螺柱 - 螺母连接等。以医疗设备的外壳组装为例,使用卡扣连接可以快速地将外壳的不同部分拼接在一起,不需要额外的工具。而对于需要较高连接强度的内部结构部件,如电路板与金属支架的连接,可以采用螺柱 - 螺母连接,这种连接方式便于拆卸和维修。
减少焊接等复杂连接工艺的使用。焊接需要专门的设备和技术人员,而且焊接后的部件在维修或更换时比较困难。如果在医疗器械设备设计中必须使用焊接,应该尽量选择易于操作的焊接方式,如点焊,并且在设计时考虑焊接位置的可接近性,方便工人操作。
提供清晰的组装指引和公差配合
在设计图纸和产品说明书中,应该包含详细的组装步骤和要求。例如,对于一些复杂的医疗设备,如大型的医用影像设备,可以制作专门的组装手册,配有清晰的图片和文字说明,指导工人按照正确的顺序和方法进行组装。
设计合理的公差配合,确保各个零部件能够顺利地装配在一起。例如,在设计一个医用离心机的转子和电机轴的连接时,要规定合适的轴孔公差,使得转子能够轻松地安装在电机轴上,同时又能保证足够的连接精度,避免在运行过程中出现松动或振动过大的情况。

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