Parker Hannifin herättää robottitukirangan eloon digitaalisella valmistuksella
Valmistettavuusanalyysi ja nopea ruiskuvalupalvelu auttoivat liikkeenhallinnan teknologiajohtajaa vauhdittamaan kehitystä
Kaikki alkoi seitsemän vuotta sitten, kun Parker Hannifinin toimitusjohtaja Don Washkewicz haastoi tiiminsä kysymällä ”Mikä on yrityksemme tulevaisuus?”
Tämän seurauksena alettiin kartoittaa uusia alueita ja mahdollisuuksia, jotka turvaisivat yrityksen kasvun pitkälle tulevaisuuteen. Lopulta yhtiö huomasi tutkivansa mahdollisuuksia soveltaa liikkeenhallinnan ydinosaamistaan päälle puettavien robottilaitteiden kehittämiseen proteesi- ja ortoosialalla.
Tutkittuaan mahdollisuutta paremmin Parker Hannifin otti yhteyttä Vanderbiltin yliopiston tutkijoihin, joiden tavoitteena on auttaa alaraajahalvauksesta kärsiviä potilaita lisäämään liikkuvuuttaan ja palauttamaan kävelykykynsä robottitekniikan avulla. Tämä johti päälle puettavan ulkoisen tukirangan kehittämiseen. Ulkoinen tukiranka koostuu lantion ja jalkojen alueella käytettävästä tuesta ja käyttää toimintaansa moottoreita, akkuja ja muuta elektroniikkaa.
Vuonna 2012 Parker Hannifin ja Vanderbilt pääsivät sopimukseen tekniikan lisensoimisesta, ja pian tämän jälkeen yhtiö aloitti Indego-nimisen robottitukirangan kaupallistamisen. Ryan Farris toimi yhtenä keksijöistä tekniikan kehittämisessä osana väitöskirjatutkimustaan Vanderbiltin yliopistossa, ja Parker Hannifin halusi hänet tekniseksi johtajaksi liiketoimintayksikköön, jonka tehtävänä oli Indegon tuominen markkinoille.
Joustavan materiaalin ja valmistusratkaisun etsintä
Jo projektin varhaisessa vaiheessa Farris ja hänen tiiminsä Parker Hannifinillä huomasivat, että tuotantotarjousten ja lopullisten osien valmistumisen odotteluun kuluva aika yhtiön olemassa olevien valmistajien kautta oli liian pitkä määrätietoisissa kehitysaikatauluissa pysymisen kannalta.
Farris tiesi ajan olevan tärkeässä roolissa erittäin kilpailuhenkisillä markkinoilla, joissa jokainen tuotekehitykseen kuluva päivä saattaa olla tuotteen menestyksen kannalta kriittinen. Tavoite suunnitteluvaiheiden lyhentämisestä ja osien nopeammasta valmistuksesta sai Farrisin kääntymään Protolabsin puoleen prototyyppien ja loppukäyttöosien valmistusta varten.
”Käytämme Protolabsin palveluja pääasiassa uusien ideoiden testaamiseen”, Farris kertoo. ”Jos harkitsemme esimerkiksi suunnitteluparannusta, haluamme mahdollisimman nopeasti luoda osat ja nähdä, miten ne toimivat.”
| LYHYESTI |
|---|
|
Haaste Parker Hannifinin robottitukirankaa kehittävät insinöörit tarvitsivat nopean tuotantoratkaisun vauhdittamaan kehittämistä ja vähentämään suunnitteluriskejä.
Ratkaisu Protolabsin tarjoamat digitaaliset valmistustekniikat ja automaattinen tarjousjärjestelmä mahdollistavat erittäin iteratiivisen suunnitteluprosessin pidentämättä markkinoilletuontiaikaa.
Lopputulos Nopeita läpimenoaikoja tarjoavat valu-, koneistus- ja 3D-tulostuspalvelut sekä interaktiiviset tarjoukset nopeuttivat tutkimus- ja kehitystiimin kehitysaikaa kuukausilla. |
Yksi suunnittelun haasteista liittyi laitteen valonjohtimena toimivaan osaan, sillä sen valmistuksessa vaadittiin nopeita läpimenoaikoja. Tämä pieni osa lähettää valon laitteen ulkopuolelle sisäisen piirilevyn pienestä LED-valosta, joka osoittaa käyttäjälle laitteen tilan.
”Tämä pieni ilmaisin on erityisen tärkeä, sillä sen avulla laitteen käyttäjä, kuten alaraaja- tai aivohalvausoireista kärsivä potilas, saa tietoa laitteen tilasta ja toiminnasta”, sanoo Farris.
Alun perin valonjohdin valmistettiin valetusta, läpinäkyvästä kestomuovista. Useiden testijaksojen jälkeen huomattiin, että materiaali oli liian haurasta kestämään päivittäistä käyttöä, sillä järjestelmä oli suunniteltu joustamaan mukautuen käyttäjän liikkeisiin. Lisäksi Farris kertoo valonjohtimen olevan osa suurempaa kokoonpanoa, jonka suhteellinen liike ei toiminut hyvin yhdessä jäykän muoviosan kanssa.
Nopea silikonikumityöstö kaventaa tuotantokuilua
Farris ja hänen tiiminsä arvioivat valonjohtimen valmistuksessa käytettävän materiaalin uudelleen ja päättivät käyttää osan valmistuksessa nestesilikonivalua (LSR). Valettu LSR-osa joustaisi luontevasti mukautuen käyttäjän liikkeisiin ja kestäisi loputtomiin. Haasteena oli kuitenkin muutakin kuin sopivan materiaalin löytäminen. Tarvittiin lisäksi kustannustehokas valuvaihtoehto, jota voitaisiin käyttää tuotekehityksen tässä vaiheessa mallin ollessa vielä keskeneräinen.
Robottitukiranka oli yhä prototypointivaiheessa ja FDA-hyväksyntöjä odotettiin, joten ei haluttu investoida kalliiseen perinteiseen työstöön. Farris kääntyi Protolabsin nestesilikonivaluprosessin puoleen. Sillä voitiin nopeasti valmistaa useita valonjohtimia, jolloin pystyttiin testaamaan uutta mallia ja tarvittaessa suorittaa iterointia.
Hän huomauttaa, että Protolabsin automaattinen interaktiivinen tarjousjärjestelmä oli nopean valuprosessin kannalta avainasemassa. Usein Farris ja hänen tiiminsä lataavat osia tarjousjärjestelmään, josta he saavat tarjouksen muutamassa tunnissa, ja käyvät sitten läpi useita iterointeja, kunnes tarjous on tavoitekustannusten sisällä. Tämä mahdollisti erittäin iteratiivisen suunnitteluprosessin ja alhaiset kehityskustannukset, sillä kaikki voitiin tehdä digitaalisesti ohjelmiston kautta ilman lopullisten osien valmistamista.
Automaattinen tarjousjärjestelmä nopeuttaa kehitysaikaa viikoilla
Valettujen LSR-osien vastaanottamisen jälkeen uutta mallia testattiin ja sen todettiin joustavuutensa ja kestävyytensä ansiosta soveltuvan Indego-järjestelmän päivittäiseen käyttöön. ”Olemme olleet erittäin tyytyväisiä vaihdettuamme nestesilikonivaluun”, Farris sanoo. ”Valonläpäisy on erinomainen, käyttäjän on helppoa nähdä ilmaisin eikä meillä ole ollut mitään ongelmia kestävyyden kanssa muutoksen jälkeen.”
Farrisin arvion mukaan tiimi säästi ajallisesti jopa yhdestä kahteen kuukautta käyttämällä Protolabsin nestesilikonivalupalvelua, jolla osat voitiin valmistaa muutamassa päivässä. Pienten tuotantomäärien valmistukseen optimoidun työstön avulla voitiin kaventaa varhaisten prototyyppien ja lopullisen tuotannon välistä kuilua.
”Jos olisimme yrittäneet valmistaa nämä osat itse, se olisi luultavasti vienyt kuukausia kaistanleveyteen liittyvien rajoitusten takia”, sanoo Farris.
Tässä uudelleensuunnittelussa oli kuitenkin kyse paljon enemmästä kuin tutkimus- ja kehityslaboratoriossa kehitetystä tuoteparannuksesta. Farris kertoo, että tämä on yksi esimerkki yrityksen laajemmasta strategisesta tavoitteesta keskittyä asiakaspalveluun kuuntelemalla käyttäjien antamaa palautetta ja toteuttamalla tuoteparannuksia nopeammin.
”Tavoitteemme on olla mahdollisimman nopeita. Kun meillä on uusia kehitysideoita, osa kilpailuetuamme on nopeus. Jos asiakkailla on ongelmia tuotteemme kanssa, uskomme vastausnopeutemme osoittavan parhaiten, että huolehdimme asiakkaistamme”, hän mainitsee.
Valetun LSR-osan lisäksi Indego-tukirankaa kehittäneet insinöörit ja suunnittelijat luottivat Protolabsin CNC-koneistukseen ja 3D-tulostukseen koko robottitukirangan kehitystyön ajan. Farris kertoo, että hän esimerkiksi koneisti kiinnikkeitä osien kiinnittämiseen paikoilleen ultraäänihitsausta varten. Lisäksi hän käytti 3D-tulostusta nailonprototyyppien valmistukseen selektiivisellä lasersintrauksella ennen siirtymistä ruiskuvaluun.
Tilauksiin perustuvan tuotannon ansiosta Parker Hannifin on pystynyt lyhentämään kehitysaikaa, tuomaan innovatiivisia tuotteita markkinoille nopeammin ja vastaamaan asiakaspalautteeseen tehokkaammin. Kaiken kaikkiaan, valetut tuotanto-osat mukaan lukien, Farris arvioi, että Parker Hannifinin liikkeenhallinnan liiketoimintayksikkö on käyttänyt Protolabsia tuhansien osien valmistukseen ja aikoo jatkaa sen digitaalisten valmistuspalvelujen hyödyntämistä Indego-tukirangan tulevissakin versioissa.