의료 장비 애플리케이션에 적합한 맞춤형 리니어 모션 솔루션

Schneeberger

의료 및 생명과학 장비를 설계하고 제조하는 것은 매우 까다롭다. 첨단 의료장비에서 적합한 기능을 갖춘 리니어 모션 구성요소는 중요한 부분이다. 대부분의 이러한 구성요소는 표준제품으로 구현한다. 그러나 표준 리니어 모션제품이 작동하지 않거나 잘 맞지 않아서 적절한 성능을 제공하지 못한다면 어떻게 될까?

의료 생명 과학 장비 제조업체는 반드시 옵션을 가져가야 하며, 요구사항에 맞는 솔루션을 제공할 수 있는 리니어 모션 공급업체를 찾아야 한다.
본문은 맞춤형 리니어 모션 시스템을 공급하려는 업체와 협력하는 방법과 맞춤형 시스템의 이점을 소개한다. 리니어 모션 구성요소와 시스템을 맞춤화 하면 생명과학 장비의 설계 프로세스, 성능, 총 소유 비용을 개선할 수 있다.

맞춤화를 두렵게 하는 요인

의료장비 및 생명과학 기술분야의 많은 장비 제조업체는(OEM), 리니어 모션 설계구현을 위해 검증된 접근 방식을 취한다. 그들은 제품의 새로운 디자인이나 업그레이드 부분에 대한 사양을 개발하고, 시스템에 가장 가까운 사양에 맞게 리니어 모션 담당자와 상의를 통해 구매하여 목적에 맞도록 최선을 다한다.

그러나 그들은 주문을 할 때 맞춤화 하는 것을 거의 고려하지 않는다. 비용이 많이 들거나 리드 타임에 많은 비용이 추가되는 것을 두려워하기 때문이다. 맞춤화는 관리가 필요하다고 OEM들은 걱정한다. 특히 설계 품질 수준에 대한 관리가 자신의 손에서 벗어나는 것을 걱정하기 마련이다.

또 다른 설계자들은 보다 정교한 리니어 모션 시스템에 대해 맞춤화를 고려하지만 구성요소에 대해서는 절대 고려하지 않는다. 또는 맞춤형 스테이지나 가이드웨이가 단일 소스로써 제한되는 것을 두려워하기도 한다.

많은 의료분야의 OEM이 리니어 모션에 대한 맞춤화를 시도하지 않은 근본적인 이유가 있다. 상대적으로 소수의 공급업체만이 이를 제공할 수 있기 때문이다. 리니어 모션 제품 제조업체의 25%만이 프로토타입 제작 기능을 제공한다. 소규모 공급업체는 필요한 자원이 부족할 수 있다. 대규모 공급업체는 대량 상품 생산 모델을 선호한다. 그들은 맞춤형 프로젝트가 요구하는 시간과 자원의 투자 위험을 감수하고 싶어 하지 않는다.

그러나 적합한 공급업체가 적격한 맞춤화 요구를 충족할 수 있는 경우, 위의 우려는 사라진다. 일부 공급업체는 추가 시간이나 노력을 기피하지만 또 다른 일부 공급업체는 맞춤화에 대한 도전과 보상을 환영한다.

맞춤화가 가능한 이유

의료 장비는 엄격한 특성이 있다. 리니어 모션 구성요소를 의료 생명 과학 장비에 통합하려고 할 때 일반적인 요구사항에는 높은 강성, 최대 정밀도, 위치 정확도, 부드러운 움직임, 매우 낮은 변형 및 부식 저항 등의 요소가 포함된다.

목적에 맞게 구현

디자인하거나 업데이트하는 특수한 장비에는 다른 크기, 새로운 모양, 특수 코팅 또는 비표준 재료가 필요할 수 있다. 맞춤화를 원하는 OEM은 정확도, 속도, 평탄도, 예압, 서비스 수명, 유지 관리 수준 또는 가격에 맞는 제품 또는 시스템을 요구한다.

기성품의 리니어 모션 구성요소를 사용하는 경우, 해당 구성요소를 중심으로 설계해야 한다. 이는 선택을 과도하게 제한할 수 있다. 예를 들어, 어떤 표준 레일이나 캐리지에 사용하면 정해진 유형의 모터나 컨트롤러 또는 특정 인코더 피드백만을 사용해야 할 수 있다.

결국 최적화되지 않은 리니어 모션 솔루션이 되고 만다. 이는 결과적으로 실제 필요하지 않은 제품의 기능들에 대해 추가 비용을 지불해야 한다는 의미이다. 또는 새 제품의 구성요소나 시스템으로는 모든 성능 지표를 충족할 수 없음으로 인한 결과를 희생해야 할 수도 있다.

대조적으로 맞춤형은 사용자가 선호하는 프로세스 및 툴 아키텍처를 수용하도록 설계하는 것을 의미한다. 품질, 성능, 수익 달성에 대한 결과 차이를 만들 수 있다.

전문가 디자인

맞춤화를 해야 하는 또 다른 이유는 직접 수행이 항상 최상의 결과를 산출하지 않기 때문이다. 설계자는 리니어 모션 기술이 아니라 의료 장비의 전문가이다. 때로는 자체 설계가 허용될 수 없는 결과로 되돌아온다. 예를 들어 과도한 진동, 불충분한 직진도, 과도한 소음, 부적절한 베어링 크기, 부적절한 위치의 윤활 포트, 캐리지 와이퍼 또는 스크레이퍼 부족 등으로부터 생성된 먼지에 인한 고장 등이다.

대조적으로, 전문 공급업체는 전문적인 리니어 모션 기술 노하우와 함께 까다로운 의료 장비 애플리케이션에 적합한 맞춤화 솔루션을 제공할 수 있다.

합리적인 리드 타임

맞춤형 작업이 과도한 지연을 의미하는 것은 결코 아니다. 표준 구성요소에 대한 조정은 놀라울 정도로 짧은 시간이 소요될 수 있다. 물론 복잡성이 증가함에 따라 리드 타임이 길어질 수 있다. 복잡한 맞춤형 프로젝트는 시작부터 프로토타입까지 12~16주가 소요될 수 있다. 그러나, 맞춤화가 실제로는 전체 프로젝트 일정을 단축할 수 있다.

첫째, 설계 프로세스 중에 가능한 한 빨리 리니어 모션 공급업체를 참여시키는 것이 중요하다. 사양을 완전히 알게 되면 공급업체는 지연을 피하기 위해 노력할 수 있다. 예를 들어 특정 사양에 적합한 구성요소 목록을 검토하고 설계, 재료, 제조, 배송에 가장 많은 시간이 걸리는 것을 선택할 수 있다.

회사는 프로토타입을 신속하게 완료하고 납품 기한을 준수하도록 노력할 수 있다.
또한, 디자인에 약간의 시간을 투자하면 나중에 지연되는 시간을 방지할 수 있다. 지능적인 맞춤화는 제품의 단점을 예측 및 제거하고 잠재적인 장애물을 방지한다. 이는 장비가 지역의 시장 상황이나 미국 식품의약국(FDA) 승인을 요구하는 것과 같은 규제 제약으로 인해 발생하는 엄격한 요구사항을 충족하는 데 큰 도움이 될 수 있다.

낮은 총 소유비용

맞춤화는 생각보다 비용이 많이 들지 않을 수 있다. 많은 경우에 추가 비용이 대부분 또는 전혀 추가되지 않기 때문이다. 표준품에서 좋은 구성요소를 구입하는 것과 비교할 때 완벽한 맞춤형 리니어 모션 솔루션을 구입하려면 평균 15%의 프리미엄이 필요할 수 있다.

그러나 이를 전체적으로 고려해야한다. 올바른 공급업체와 함께 해당 맞춤형 시스템은 비용 및 성능 목표에 맞게 설계된다. 많은 경우, 설계 단계에서 값비싼 대가를 피할 수 있으며 적은 실패와 문제없는 서비스 수명 등 우수한 성능을 제공받을 수 있다. 결과적으로는, 실제로 더 낮은 총 소유비용과 경쟁력 있는 우수한 의료 장비를 고객에게 제공할 수 있다.

확실한 품질 관리

표준 구성요소를 사용하여 스스로 리니어 모션 솔루션을 설계할 때 원하는 품질 수준을 보장하기 위해 자체 검사를 수행한다.
반대로, 맞춤화 프로젝트에서는 리니어 모션 공급업체가 확실한 품질을 구축하고 품질 및 성능 검증을 위해 신뢰할 수 있는 테스트를 수행한다. 상품 또는 저비용 모델을 공급하는 업체가 최선의 선택이 아닐 수 있다. 진정한 고객 파트너십과 품질을 중점을 둔 경험이 풍부한 맞춤화 전문가를 찾아야한다.

가치가 있는 파트너십

맞춤형 솔루션에 관심이 있는 의료 장비 OEM은 연구 및 개발, 설계 및 엔지니어링에 쏟았던 리소스를 자체 핵심 역량에 전념할 수 있다. 우수한 리니어 모션 공급업체와 진정한 파트너십을 통해 상호 이익을 위한 장기적인 비즈니스 및 기술 로드맵을 위해 협력하여 제조 및 성능 개선 및 비용 절감 조치를 실현할 수 있다.
앞서 언급한 이유로 인해, 많은 의료장비 제조업체가 이러한 기능을 공유하고 있다. 리니어 모션 및 이와 유사한 기술의 설계를 아웃소싱 하는 비율이 이제 50% 이상을 차지한다.

맞춤화의 성공 사례

스위스에 본사를 둔 오랜 글로벌 공급업체인 SCHNEEBERGER는 맞춤형 디자인을 전문으로 수행해 왔다.
스테이지와 시스템은 항상 맞춤화로 수행된다. 또한 다양한 표준 제품에서 가져온 구성요소와 부품도 검증된 OEM 제품의 프로토타입 및 생산 모델에 사용하기 위해 맞춤화했다. 이 회사는 여러 의료 장비 제조업체의 다양한 문제를 해결하기 위해 맞춤형을 적용했다.

예 1: DNA 시퀀싱

DNA sequencer 제조업체는 프로파일 가이드웨이를 선택할 때 기획 단계에서 사용자와 상의했다. 초기 논의에서 OEM의 엔지니어는 장비 내부의 높은 습도가 생길 가능성과 솔벤트가 엎질러질 가능성이 있다고 언급했다.

SCHNEEBERGER 리니어 모션 전문가들은, 표준부품의 적용시부식으로 이어질 수도 있으므로 표준 품목이 부적절하다는 것을 깨달았다. 맞춤형 부식 방지 코팅이 된 모노 레일 가이드웨이를 제공함으로써 인클로저의 까다로운 환경에서도 이러한 위험이 제거되었다.

예 2: 미세절제술 (Microtomy)

마이크로톰(microtome)의 선두 제조업체는 최신 설계를 위한 정밀한 움직임을 제공하기 위해 리니어 베어링이 필요했다. 그러나 리니어 모션 공급업체의 표준 제품은 강성 변형과 지정된 가속도를 달성하지 못했다. SCHNEEBERGER는 특수 케이지 크리프 솔루션을 특징으로 하는 롤러 베어링을 맞춤화할 수 있었다. 그 결과 어셈블리는 요구되는 강성 대변형 및 사양 가속을 제공했다.

 

예 3: 자동 진단

탁상형 자동 혈액 진단 시스템의 제조업체는 장치의 이젝터 장치가 계획한 대로 작동하도록 하는 데 문제가 있었다. 여러 공급업체의 다양한 프로파일 가이드웨이를 사용하여 테스트한 결과 절반은 원하는 대로 움직였고 다른 절반은 그렇지 못했다.

  아마도 이젝터의 독특한 디자인으로 인해 표준 가이드웨이가 비정상적으로 작동하였다. SCHNEEBERGER는 수직으로 잡았을 때 이젝터 캐리지가 레일 위로 자유롭게 떨어질 수 있도록 하기 위해 미는 힘이 증가된 맞춤형 레일을 공급해 문제를 해결했다.

리니어 모션 맞춤화를 위해 공급업체와 협력하는 방법

많은 의료 장비 OEM은 리소스가 제한되어 있다. 경험 많은 리니어 모션 공급업체와 협력하면 엔지니어링 팀을 확장할 수 있다. 성공적인 맞춤화 프로젝트를 위해 공급업체와 협력하여 최상의 기반을 구축해야 한다.

1. 시작은 빠르게

리니어 모션 구성요소 또는 시스템은 장비의 설계 및 성능에서 기초적인 역할을 한다. 조기에 공급업체에 연락하고 NDA(비공개 계약)를 준비하고 리니어 모션 요구사항을 최대한 빨리 수량화 해야 한다. 이를 통해 공급업체는 초기 계획에서 최종 설계에 이르기까지 올바른 맞춤형 솔루션을 제시할 수 있는 최대 시간과 범위를 확보할 수 있다.

2. 성능에 대한 디자인

공급업체는 주어진 의료 장비 설계에서 발생할 수 있는 동작 문제를 신속하게 찾아내기 위해 노력한다. 절충점을 식별하고 대안을 제안하면서 나중에 수정하기 어려운 성능 단점을 방지하기 위해 현재의 함정을 피할 수 있도록 도와준다.

3. 비용을 고려한 디자인

항상 주요 관심사는 비용이다. 공급업체에서 의도한 시장가격에 맞게 그들은 품질과 수명을 충족시키기 위해 노력할 것이다. 장비의 가동 수면을 총 소유 비용을 최소화하면서 성능을 최적화하는 것을 목표로 삼는다.

의료 장비를 위한 리니어 모션 맞춤화의 미래

의료 기술이 발전함에 따라 모션의 고정밀 제어는 매우 중요해졌다. 소형화에 대한 요구도 높아지고 있다. 그리고 예산 압박은 어디에나 존재한다. 주요 의료 장비 제조업체는 전문 설계, 최적화된 소유 비용, 주요 리니어 모션 구성요소에 대한 높은 성능을 갖춘 맞춤형 솔루션으로 점점 눈을 돌리고 있다.

미래의 의료 장비 프로토타입에 적용될 수 있는 성공적인 맞춤화 프로젝트에는 독창적인 스테이지 베이스 모양, 서로 다른 축에 대한 드라이브의 조합(ex.: 한 축의 볼 나사, 다른 축의 리니어 모터), 맞춤형 플렉스 케이블링 및 화강암 또는 금속 주물 베이스 위에 통합 스테이지 조립 등이 포함된다.
최첨단 의료 장비 애플리케이션에는 형태, 적합성, 기능의 정확한 일치가 필요한 로봇 수술 장비, CRISPR 유전자 편집 기술, 보철 기구용 3D 프린터, 가상 현실 제어 장비 등이 해당된다.

결론

많은 의료 및 생명 과학 OEM이 독창적 제품을 위해 맞춤형 리니어 모션 솔루션의 이점을 모색하고 있다. 이를 위해 공급업체는 목표 성능, 전문적인 설계, 수용 가능한 리드 타임, 소유 비용 절감, 안정적인 품질, 가치 있는 파트너십 등을 제공한다.

자료 제공: Schneeberger(www.schneeberger.com)