Jenseits der Schweizer Präzision

Als Jim und Joe Davis 1987 mit ihrem Job Shop begannen, dachten sie, sie hätten gute Chancen, in der Medizinbranche groß rauszukommen. Sie waren schon auf halbem Weg. Anstatt bei Null anzufangen, kauften die beiden Brüder die Abteilung für Präzisionsdrehmaschinen in der Schweiz von dem schrumpfenden Unternehmen der Medizinindustrie, für das sie beide arbeiteten. Und so wurde Micro Med Machining, Inc. (Miami Lakes, Florida) geboren.

Die jungen Männer hatten viel zu bieten. Sie waren mehr oder weniger in der Maschinenwerkstatt ihres Vaters aufgewachsen. Beide waren diplomierte Fertigungsingenieure und hatten das Praktikantenprogramm für das Fertigungsmanagement ihres früheren Arbeitgebers durchlaufen. Somit waren die beiden praktisch mit Metallbearbeitungsprozessen im Allgemeinen und mit dem Schweizer Drehen für die medizinische Industrie im Besonderen vertraut – mit einem guten Verständnis sowohl der Qualitätsanforderungen der Branche als auch ihres regulatorischen Umfelds. Außerdem wussten sie aus eigener Erfahrung, wie schwierig es war, Lieferanten für bearbeitete Teile zu finden, die den Industriestandards dauerhaft gerecht werden konnten. Da war doch sicher eine Nische zu füllen.

In den ersten fünf Monaten bestand die einzige Arbeit von Micro Med darin, Teile für die Katheter und implantierbaren Herzschrittmacher ihres früheren Besitzers herzustellen. Aber danach waren die Aussichten des Ladens weit offen. Tatsächlich begannen sie mit 19 Mitarbeitern und haben heute mehr als hundert, während ihr Verkaufsvolumen um einen größeren Anteil gewachsen ist.

Dieses Wachstum ist in nicht geringem Maße auf ihre korrekte Annahme über den Bedarf der Medizinbranche an zuverlässigen Lieferanten zurückzuführen. Genauso wichtig ist jedoch, wie der Laden die Technologie eingesetzt hat. Sie begannen hauptsächlich mit automatischen Schweizer Drehmaschinen und Hardinge-Spannfuttern sowie einer Batterie von Sekundärgeräten. Heute erledigen sie den Großteil der Arbeit auf mehrachsigen CNC-Dreh-Fräszentren. Der Shop verfügt über 30 dieser ausgeklügelten Maschinen in verschiedenen Konfigurationen.

Obwohl die Technologie sicherlich teurer ist als die alten Automatiken, bietet sie die Möglichkeit, die meisten der sehr komplizierten Teile der Werkstatt vollständig in einer einzigen Aufspannung zu bearbeiten. Im Wesentlichen ersetzen sie die Kosten mehrerer Setups durch leistungsfähigere Geräte – was insgesamt eine kostengünstigere Lösung darstellt – und liefern Charge für Charge die Qualitätsniveaus, die ihre Kunden verlangen. Aber die technische Formel von Micro Med erfordert viel mehr, als nur gute Maschinen in der Werkstatt aufzustellen. Sie verfügen über ein enormes Prozess-Know-how mit diesen Maschinen, was dieses Geschäft wirklich von der gewöhnlichen Konkurrenz unterscheidet.

Obwohl wir hier nicht die wichtigsten Elemente des Prozesswissens des Shops offenlegen können, können wir einen Blick darauf werfen, was diesen bemerkenswerten Shop zum Klicken bringt. So machen sie es bei Micro Med.

Die Teile und die Maschinen

Um die Anforderungen an die Prozesse zu verstehen, hilft es, sich zunächst einige der Teile anzusehen. Sie sind kompliziert, präzise – und klein. In der Tat sieht die Ausstellung von Musterteilen von Micro Med eher wie etwas aus einem Juweliergeschäft als wie eine Maschinenwerkstatt aus. Der typische Fahrpreis schließt Knochenschrauben ein; Röhrchen, Fittings und Ventile; Bauteile für chirurgische Miniaturinstrumente; und zahnärztliche Posten. Präzisionsschrauben zum Beispiel sind nur 1 mm lang und 1 mm im Durchmesser mit 1 mm Spongiosagewinde. Kosmetika sind von entscheidender Bedeutung, und praktisch alle Teile werden fertiggestellt und unter einem Mikroskop bei 20-facher Vergrößerung visuell geprüft. Grate jeglicher Art sind absolut inakzeptabel.

Die Schwierigkeit bei der Bearbeitung dieser kleinen Teile wird durch die zähen Materialien, aus denen sie hergestellt sind, noch verstärkt. Etwa 65 Prozent der Teile sind aus Titan geschnitten, weitere 30 Prozent aus den härtesten Edelstählen und der Rest aus Edelmetallen wie Gold und Platin. Mehr als 60 Prozent der Teile müssen in irgendeiner Form gefräst oder gebohrt werden. Gebohrte Querlöcher sind üblich, einige haben einen Durchmesser von nur 0,005 Zoll (kleinere Löcher werden erodiert). Viele dieser kleinen Löcher müssen sowohl präzise als auch tief sein. Beispielsweise erfordert ein rohrförmiges Teil ein Mittelloch mit einem Durchmesser von 0,04 Zoll, das 1,5 Zoll tief gebohrt wird. . . mit nur 0,007 Zoll Wandstärke . . . aus Titan. Und die Teile sind nicht nur rund. Nicht wenige im Wesentlichen prismatische Teile werden auf den CNC-Swiss-Maschinen hergestellt, dank ihrer Fräsfähigkeiten und der inhärenten Werkstückhaltevorteile bei der Herstellung dieser empfindlichen Teile aus Stangenmaterial.

Alle mehrachsigen Maschinen sind Citizens (Marubeni Citizen-Cincom, Allendale, New Jersey). Einige der Maschinen sind vergleichsweise einfache dreiachsige Konstruktionen mit dem charakteristischen Schweizer Gleitspindelstock und Führungsbuchse (Z), dem einachsigen Werkzeugrevolver (X) und der Drehpositionierung der Hauptspindel (C). Auf dem Revolver sind sowohl stationäre als auch angetriebene Werkzeuge zum Drehen oder Bohren und Fräsen mittig montiert.

Die anderen Maschinen von Micro Med sind wesentlich komplexer. Die Modelle der E-Serie sind sechsachsige Konstruktionen, die einen zweiten zweiachsigen Revolverkopf und eine Gegenspindel für rückseitige Bearbeitungen hinzufügen. Die Zwillingsrevolver ermöglichen das Klemmdrehen, dh das Drehen mit zwei Werkzeugen gleichzeitig, was effizient ist und, was ebenso wichtig ist, der Neigung dünner Werkstücke entgegenwirkt, von einem einzigen Werkzeug abzuweichen. Und der zweite Revolver ermöglicht eine breitere Palette von Operationen, die an Teilen ausgeführt werden können, die entweder in der Primär- oder Sekundärspindel gehalten werden. Außerdem können an beiden Spindeln gleichzeitig Dreh- oder Fräsoperationen ausgeführt werden.

Die achtachsigen M-20-Modelle des Shops gehen noch ein paar Schritte weiter. Anstelle eines zweiten Revolvers verfügen die Maschinen über eine Mehrfachplatte mit acht Stationen, die bis zu fünf stationäre und drei rotierende Werkzeuge aufnehmen kann. Mehrfachwerkzeuge sind bei Drehoperationen äußerst effizient, da sie die Zeit eliminieren, die Revolverköpfe benötigen, um von Werkzeug zu Werkzeug zu wechseln. Diese Maschinen haben auch Y-Achsen-Fähigkeit für die Mehrfachplattenwerkzeuge, was bedeutet, dass außermittige Fräs- und Bohroperationen mit den angetriebenen Stationen durchgeführt werden können. Eine achte Schwenkachse ermöglicht die Werkstück- oder Werkzeugvermessung während des Prozesses oder die Roboter-Werkstückmanipulation.

Der Clou all dieser Maschinen ist, dass sie es Micro Med ermöglichen, selbst sehr komplizierte Teile in einer einzigen Aufspannung zu bearbeiten. Die Vorteile dieser Fähigkeit sind vielfältig. Am offensichtlichsten ist vielleicht, dass es Zeit, Arbeit und laufende Kosten spart, um Jobs über eine Reihe von Einzweckmaschinen zu leiten. Außerdem kann das Geschäft viel besser auf die immer anspruchsvolleren Lieferanforderungen der Kunden reagieren. Einen Eilauftrag zu erledigen ist viel einfacher, wenn der Auftrag nur über eine einzige Maschine geleitet werden muss, anstatt über drei oder vier.

Ebenso wichtig sind die qualitativen Vorteile. Jedes Mal, wenn ein Teil von einem Werkstückhalter gelöst und dann erneut gegriffen wird, wird dem Prozess ein neues Element der Dimensionsvariabilität hinzugefügt. Bei der Arbeit von Micro Med sind Toleranzen von 0,001 Zoll typisch, aber sie müssen oft ein „Zehntel“ – 0,0001 Zoll – einhalten und dies konsequent tun. Wenn man bedenkt, wie schwierig es sein kann, diese kleinen Teile für Sekundäroperationen zu fixieren, bedarf es keiner sehr hohen Spanntoleranzen, um den gesamten Bearbeitungsprozess aus den akzeptablen Grenzen zu treiben. Es ist viel besser, das Teil während des gesamten Prozesses in einer Hand zu halten und dieses Problem vollständig zu beseitigen.

Die Aufrechterhaltung einer ständigen physischen Kontrolle des Werkstücks verleiht der Werkstatt auch eine wissenschaftliche Glaubwürdigkeit bei der Beherrschung ihrer Prozesse, was für die qualitätsbewussten Kunden von Micro Med ein zentrales Anliegen ist. Joe Davis sagt:„Die Leute schauen sich heute Ihre Cpk-Werte an. Sie wollen wissen, dass Sie Ihren Prozess unter Kontrolle haben.“ Und für die anspruchsvollsten Kunden ist Micro Med in der Lage, statistisch zuverlässige Machbarkeitsstudien für die Herstellung bereitzustellen. Das trägt wesentlich dazu bei, neue Geschäfte in den Shop zu bringen.

Dennoch rückt der Wettbewerb die Kosten in den Vordergrund – und für die Qualität, auf die der Shop ausgerichtet ist, hat der Wegfall von Setups einen enormen positiven Einfluss. Ein gutes Beispiel ist ein medizinischer Steckverbinder, den ein anderer Lieferant in sechs Aufspannungen auf einer Reihe von Einzweck-Spannfuttern und Fräsmaschinen produzierte. Bei einem Volumen von 4500 pro Monat zahlte der Kunde 8 $ pro Stück. Micro Med sah sich das Teil an, schlug ein paar einfache Änderungen für die Bearbeitbarkeit vor und baute es auf eine der sechsachsigen Maschinen. „Wir haben die Kosten auf vier Dollar und Wechselgeld gesenkt“, sagt Mr. Davis. Hat der ehemalige Lieferant einen überhöhten Preis berechnet? "Eigentlich nicht", sagt er, "das entsprach wahrscheinlich ziemlich genau seinen Kosten. Er hatte einfach nicht das beste Verfahren, um die Arbeit zu erledigen."

Bessere Prozesse

Jeder kann rausgehen und Ausrüstung kaufen, aber sie optimal zu nutzen, ist eine ganz andere Sache, und hier zeichnet sich Micro Med aus. Prozesskreativität ist – im Sinne von Effizienz und Qualität – enorm wichtig und das geht nur mit Menschen, die sich mit den Maschinen bestens auskennen. Ebenso wichtig ist es zu wissen, was mit Standardwerkzeugen möglich ist und was nicht und wie Werkzeuge modifiziert oder speziell gebaut werden können. Dieses Know-how ermöglicht es der Werkstatt, mit ihren Maschinen Dinge zu tun, die selbst die Maschinenentwickler in Erstaunen versetzen. „Diese Maschinen nicht voll auszuschöpfen, ist wie das Fahren eines Rennwagens mit 80 km/h“, sagt Mr. Davis. Bei Micro Med fährt man gerne schnell.

Aber das ist nur im übertragenen Sinne zu sagen, denn das Erreichen schneller Zerspanungsraten ist eindeutig nicht das, worum es in diesem Geschäft geht. Ein kritisches Anliegen für die medizinische Industrie ist, wie das Teil fertiggestellt wird – gratfrei und kosmetisch makellos –, aber die Effizienz und Qualität dieses letzten Vorgangs hat sehr viel damit zu tun, wie das Metall überhaupt entfernt wurde. Die Endbearbeitung ist eine Handarbeit und wie jede andere Präzisionsmetallwerkstatt etwas, das sie gerne auf ein Minimum beschränken. „Wir tauschen gerne primäre Maschinenzeit gegen Endbearbeitungszeit ein“, sagt Herr Davis, aber sie können die Früchte dieses Tauschs nur durch eine sorgfältige Konstruktion der Bearbeitungsroutine ernten.

Grate sind wahrscheinlich die größte Sorge. Der beste Weg, mit Graten umzugehen, besteht darin, sie zu vermeiden und, wenn sie unvermeidlich sind, den Prozess so zu steuern, dass sie in einem einigermaßen effizienten Sekundärprozess leicht entfernt werden können. Das bedeutet, dass sie sich mit der Richtung des Grats, seiner Größe und dem, was nötig ist, um ihn abzubrechen, befassen müssen. Diese Überlegungen können einen großen Einfluss auf die Zykluszeiten haben. In diesem Fall ist die Geschwindigkeit jedoch nicht so wichtig wie der Zustand des Teils, wenn es von der Maschine kommt.

Die Bewältigung der Teiledurchbiegung ist ein weiterer Faktor, der die Bearbeitungszyklen erheblich verlängern kann, und vielleicht der Bereich der besten Geschäftsgeheimnisse der Werkstatt. Bedenken Sie, dass Micro Med bei einer Reihe von sehr schlanken Teilen aus extrem schwer zu bearbeitenden Materialien eine präzise Maßhaltigkeit beibehält und oft mit empfindlichen Werkzeugen geschnitten wird, die noch stärker zum Durchbiegen neigen als das Werkstück. Sie müssen die für diese Bedingungen geeigneten Geschwindigkeiten, Vorschübe und Schnitttiefen bis ins kleinste Detail verstehen. Zum Beispiel kann ein Faden, der so aussieht, als müsste er acht Durchgänge benötigen, tatsächlich 18 dauern. Sie haben auch Wege entdeckt, Abschnitte einzufädeln und sie alle fehlerlos miteinander zu verschmelzen. Dies ist häufig ein langsamer und mühsamer Prozess, der sich jedoch lohnt, da die Vorhersagbarkeit des Prozesses das vorrangige Anliegen des Shops ist.

Die Werkzeuglebensdauer ist ein weiterer wichtiger Faktor, nicht so sehr für die Werkzeugkosten selbst, sondern wiederum für die Aufrechterhaltung der qualitativen Kontrolle des Prozesses. Bediener müssen ständig wachsam bleiben, um verschlissene Werkzeuge aus einem Prozess zu entfernen, bevor sie ihn außer Kontrolle bringen. Und sie müssen minderwertige Tools vollständig aus dem Prozess aussortieren. Die Werkzeugqualität ist sogar bei einigen scheinbar weichen Materialien wie Platin kritisch – tatsächlich insbesondere bei Platin, das ein hochabrasives Material ist und offensichtlich einen solchen Wert hat, dass Ausschuss eine kostspielige Angelegenheit ist. Oder wie Mr. Davis es prägnanter ausdrückt:„Wenn Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 0,012 Zoll bohren, ist die Werkzeugqualität verdammt kritisch, und Sie können nicht davon ausgehen, dass ein handelsübliches Werkzeug die Arbeit erledigt.“

Da die durchschnittliche Auflage 1.500 bis 2.000 Stück beträgt und mehrachsige Dreh-/Fräszentren ziemlich teure Anlagen sind, müssen die Bediener sehr gut darin sein, Aufträge auf und von den Maschinen zu bringen. Dies geschieht unter anderem durch die Voreinstellung der Werkzeuge. Bei einigen Maschinen haben sie beispielsweise zusätzliche Türmchen gekauft. Auf diese Weise werden Werkzeuge „innerhalb von ein paar Zehnteln“ offline eingerichtet und qualifiziert. Sobald diese Revolver montiert sind, sind nur wenige Einrichtungsteile erforderlich, um den Prozess zum Laufen zu bringen. Das heißt nicht, dass sie sich einstelligen Umstellungszeiten nähern; Diese Maschinen sind zu komplex. Aber sie bringen Jobs in einer Stunde zum Laufen, im Gegensatz zu den sechs, die es dauern könnte, alle Werkzeuge auf der Maschine einzeln zu laden und einzuwählen.

Und es gibt noch viele andere Dinge zu wissen. Programmieren ist wichtig, aber die Maschinensteuerung leistet dabei gute Dienste. Einzelne Dreh- oder Fräsoperationen können unabhängig voneinander programmiert werden, und die CNC fügt sie dann automatisch zu einer einzigen, effizienten Routine zusammen. Die Werkstückspannung ist ebenfalls kritisch, insbesondere zum Aufnehmen von bearbeiteten Teilen in der Gegenspindel, und manchmal werden spezielle Spannzangen hergestellt. Es ist viel zu wissen. Aber die Beherrschung dieser kritischen Prozessinformationen durch den Shop war nach eigener Einschätzung der entscheidende Unterschied zwischen Micro Med und seinen Mitbewerbern.

An die Grenzen gehen

Micro Med hat einen Teil dieses Wissens gesammelt, indem es täglich die erwarteten Dinge getan und die Ergebnisse genau beobachtet hat. Sie verwenden beispielsweise SPC, um jeden neuen Prozess zu qualifizieren, und zeichnen den Prozess anschließend für die Produktionskontrolle auf. Aber der größere Teil des stärksten Wettbewerbsvorteils des Shops ist auf seine ständige Neigung zurückzuführen, die Prozessgrenzen zu erweitern und ständig nach neuen Effizienzen zu suchen, die seine Qualitätsstandards nicht untergraben.

Zweifellos sind die Davis-Brüder sehr stolz auf ihre „Prozess-Abenteuerlichkeit“ – ihre Neigung, neue Ideen auszuprobieren und schwierige Probleme zu lösen. Aber es ist nicht einfach Bravour, die sie antreibt; Sie glauben, dass das kontinuierliche Experimentieren mit Prozessen die Lernerfahrungen liefert, die das Geschäft benötigt, um seinen Wettbewerbsvorteil zu erhalten. Das ist ein großer Teil des Grundes, warum diese Produktionswerkstatt aufgrund des bereitgestellten Wissens bereit ist, Prototypen zu erstellen – Teile und Prozesse gleichzeitig auf Produktionsanlagen auszuarbeiten. Sie versuchen buchstäblich, die äußersten Bereiche ihrer sehr leistungsfähigen Produktionsanlagen mit den ungewöhnlichen Anforderungen der Branche, in der sie tätig sind, zu vereinen. Da die Schlüsselpersonen des Shops aus der Medizinbranche stammen, haben sie in dieser Hinsicht einen erheblichen Vorteil. Sie verfügen über umfangreiches Wissen über geeignete Prozesse innerhalb der Beschränkungen des Fachgebiets und können sogar einen großen Beitrag dazu leisten, Kunden bei der Entwicklung von Designs zu unterstützen – indem sie die Herstellbarkeit verbessern, ohne die Funktionalität zu opfern oder auf allgemeine regulatorische Beschränkungen zu stoßen. Aus diesen Gründen sind die Manager des Geschäfts entschlossen, das Geschäft sehr fokussiert zu halten. Micro Med ist am besten im mehrachsigen Langdrehen nach sehr hohen Qualitätsstandards und das wird auch weiterhin so bleiben. Interessanterweise hilft dieser starke und beständige Fokus den Mitarbeitern des Shops, ihre eigenen persönlichen Qualitätsstandards auf ein angemessenes Niveau für die Art von Kunden anzupassen, die Micro Med bedient, was wiederum dem Shop hilft, das richtige Gleichgewicht zwischen Qualität und Effizienz zu erreichen. Ein heikles Thema in der Medizinbranche, die immer kostenbewusster wird, aber dennoch perfekt aussehen muss. „Sie möchten den Wunsch nach Perfektion wecken“, sagt Mr. Davis, „aber gleichzeitig möchten Sie nicht, dass sie Zeit damit verschwenden, ein Niveau zu erreichen, das über die praktischen Anforderungen des Jobs hinausgeht.“ Es ist ein heikles Gleichgewicht, und eines, das sich seiner Meinung nach nicht dazu eignet, mehr maschinelle Bearbeitung in den Mix einzubringen. Entweder hätte die Werkstatt übermäßige Kosten für solche Teile oder, schlimmer noch, sie würden eine destruktive Mehrdeutigkeit in die Werkstatt einführen, was „gut genug“ bedeutet.

Micro Med wird sich also weiterhin auf schwierige Teile konzentrieren. Mr. Davis glaubt, dass es weit mehr von ihnen da draußen gibt, und er ist mehr als bereit, sein Risiko einzugehen, damit ihr Geschäft weiterhin erfolgreich um diese Arbeit konkurrieren kann. MMS

Anmerkung der Redaktion:Zwei Wochen nach unserem Besuch bei Micro Med gab das Unternehmen bekannt, dass es an Uniform Tubes, einen Hersteller von kundenspezifischen Rohrkomponenten, verkauft wurde. Uniform Tubes wird Micro Med verstärkte technische und Verkaufsunterstützung bieten. Laut Joe Davis bleiben das Management und die Mission des Unternehmens intakt.