面向制造的設計（DfM）是當今醫(yī)療器械領域的巨大焦點，當生產(chǎn)從陳舊的傳統(tǒng)制造工藝轉(zhuǎn)向微增材制造（AM）和微注塑成型（這兩種工藝都處于精密塑料零部件制造的前沿）等更先進的制造工藝時，DfM會成為更重要的考慮因素。
微注塑成型光學器件處于精密塑料零部件制造的前沿（來源：Accumold）
在最普遍的意義上，醫(yī)療器械的DfM意味著零件的設計與所使用的生產(chǎn)工藝相適應，以便及時、經(jīng)濟地實現(xiàn)最佳結果。目標是100%的成品率和零故障率，同時還要充分利用正在使用的工藝，以促進使用替代技術可能無法實現(xiàn)的設計機會。
因此，真正了解DfM不僅可以節(jié)省成本和時間，還可以促進醫(yī)療器械創(chuàng)新，實現(xiàn)雙贏。
然而，當應用于微注塑成型時，該工藝正進入一個塑料制造規(guī)律在許多情況下被顛覆的世界。因此，DfM不僅可以將生產(chǎn)效率和產(chǎn)量提高幾個百分比，而且可能是一個零件能成功制造與根本無法制造的關鍵差別。
一、微觀世界中的DFM
為醫(yī)療器械的應用制造越來越小且往往越來越復雜的零部件并不僅僅意味著簡單地比例縮小宏觀工藝。此外，還需要對產(chǎn)品開發(fā)過程的方式進行根本性審查，因為不成比例需要關注與生產(chǎn)合作伙伴的真正協(xié)作以及對DfM的高度關注。
當醫(yī)療器械制造商開始構思微注塑成型項目時，從一開始就必須牢記一些關鍵問題。每個項目開始時都應該目標明確。設計師需要了解基本的設計方法，并真正清楚他們能做什么和不能做什么，因為對于微注塑成型，即使是最小的設計變更也會在時間和成本或產(chǎn)品開發(fā)方面產(chǎn)生重大影響。
DfM是微注塑成型時的一個基本考慮因素。每個微注塑成型項目在幾何復雜性和形狀方面都是獨一無二的，并且每個項目都可以用多種材料制作，而所有這些最終都會影響制造能力。
在考慮DfM時，關注的重點領域是審查注塑成型的特性，包括澆注、注射和分型線，并了解零件是否專為成型簡單而設計。根據(jù)經(jīng)驗，避免模具內(nèi)的復雜動作最終會導致更堅固、低維護的設計，從而提高正常運行時間和按時交貨的機會。年產(chǎn)量要求也是需要考慮的，因為這會影響空化要求，并直接影響復雜性。
關鍵質(zhì)量（CTQ）特征和公差對于項目的成功與堅固的模具設計同樣重要，因為它們代表了客戶（內(nèi)部或外部）所定義的產(chǎn)品特性。CTQ通過影響制造方法和最能實現(xiàn)這些關鍵要求的工具布局來推動模具設計決策。
二、設計和協(xié)作
微注塑成型光學器件示例（來源：Accumold）
DfM至關重要，因為它在產(chǎn)品開發(fā)過程中真正建立了醫(yī)療器械制造商和供應商之間的合作伙伴關系。在制造精密塑料零部件時，微注塑成型本身只是產(chǎn)品開發(fā)的一部分，盡管是非常重要的一部分。重要的是醫(yī)療器械OEM必須要認識到，參與微成型制造項目的各個部門需要從產(chǎn)品設計開始就參與進來。
成功的絕對關鍵是重新評估在微注塑成型情況下，醫(yī)療器械OEM和注塑模具商之間關系的性質(zhì)。在宏觀層面上與合同制造商進行合作時，這種關系可以完全理解為一個加工車間。提交設計、確定報價、交付零件，工作完成。
在進行微注塑成型項目時，這種做法不能也不會成功，這就要求醫(yī)療器械OEM和所選擇的微注塑成型公司建立完全協(xié)作的合作伙伴關系。造成這種情況的原因很多，但首先是微注塑成型和宏注塑成型是完全不同的工藝，DfM規(guī)則也完全不同。
微注塑成型的DfM是非常重要的，提供建議和咨詢的專家是微注塑模具專家。很多時候，當微注塑模具制造商參與進來時，想法越不成熟越好，因為越早影響和調(diào)整微型產(chǎn)品的設計以優(yōu)化制造結果，生產(chǎn)的成本和及時性就越好。
本質(zhì)上，DfM不僅確保最終產(chǎn)品符合設計用途，而且還對其生產(chǎn)工藝進行了優(yōu)化，在本示例中為微注塑成型和自動裝配。微注塑成型團隊應該能夠就材料選擇、拔模角度和咬邊、分型線、頂針位置、澆口位置、模具中可能的材料流、壁厚等問題提供建議。談到微注塑成型時，也許最關鍵的支持技術就是微成型模具。在任何制造場景中，模具始終是產(chǎn)品開發(fā)過程中最昂貴、最耗時的部分，但涉及到微注塑成型時，微成型模具通常要求的公差復雜性使其尤為重要。
各種微注塑成型零件示例，包括微型齒輪，模壓開關部件，外殼和連接器零件。材料包括LCP、尼龍、PEI和PEEK。（來源：Accumold）
微成型模具本身就是一門藝術，對于醫(yī)療器械OEM來說，與能夠在內(nèi)部設計、制造和維護模具，并擁有優(yōu)化模具制造的專業(yè)知識和經(jīng)驗的微成型模具制造商合作是至關重要的。
在開發(fā)微成型模具時，一種規(guī)格無法適用于所有情況，重要的是醫(yī)療器械OEM要與能夠深入研究特定應用細節(jié)，在開工之前了解具體材料影響、周期時間預期、零件標準和預期產(chǎn)量的微成型模具制造商合作。
內(nèi)部模具制造（事實上，垂直整合通常可以確保設計、注塑成型、計量和驗證、自動化微組裝在同一設施中進行，各部門系統(tǒng)工作）在公差非常嚴格的微制造場景中至關重要。當項目和生產(chǎn)的責任、時間表和執(zhí)行由同個實體控制時，成功的概率會呈指數(shù)增加。
對于成型工藝本身，宏觀成型和微觀成型之間的差異非常明顯。微制造場景中，產(chǎn)品開發(fā)過程的每個階段都受到實現(xiàn)微米和亞微米級公差要求的驅(qū)動。
最后，在生產(chǎn)微型塑料零部件時，產(chǎn)品開發(fā)過程的組裝部分必須在設計周期的早期進行討論和考慮。當處理微型零部件時，手工組裝的高成本是令人望而卻步的，而且往往無法達到加工亞微米公差時要求的精度水平。因此，自動化裝配在大多數(shù)微成型場景中是必須的。
三、關于增材制造的說明
微增材制造（Micro AM）技術為醫(yī)療器械客戶增加了一系列新的選擇。增材制造（AM）是一種靈活的生產(chǎn)技術，無需任何模具，可推動大規(guī)模定制，并允許制造具有復雜幾何形狀的零件，而這種復雜形狀使用傳統(tǒng)生產(chǎn)技術是無法實現(xiàn)的。在微型塑料零件產(chǎn)品開發(fā)過程中，它還能在原型設計階段發(fā)揮巨大作用，因為它提高了試驗多種設計的能力，而無需生產(chǎn)原型模具所需的成本和時間。
面向增材制造的設計（DfAM）本身就是一門學科，實際上它需要對零件的設計方式進行徹底的全面改革。增材制造（AM）可促進設計自由，推動創(chuàng)新，提高藝術整合。然而，要實現(xiàn)這一目標，必須熟悉拓撲優(yōu)化、多尺度結構設計、多材料設計、晶格結構、以及設計中的熱問題。
與微注塑成型的設計一樣，考慮使用微增材制造時，幾乎所有情況下的關鍵都是與擁有內(nèi)部專業(yè)知識的產(chǎn)品開發(fā)合作伙伴合作，以確保最好地利用技術和設計優(yōu)化來促進創(chuàng)新。
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