Micro Med Machining: Precisão Além dos Padrões de Tornos Suíços

Quando Jim e Joe Davis iniciaram sua oficina de usinagem em 1987, achavam que tinham boas chances de crescer na indústria médica. Eles já estavam no meio do caminho. Em vez de começar do zero, os dois irmãos compraram o departamento de tornos suíços de precisão da empresa da indústria médica para a qual ambos trabalhavam, que estava reduzindo operações. E assim nasceu a Micro Med Machining, Inc. (Miami Lakes, Flórida).

Os jovens tinham muito a favor. Eles cresceram mais ou menos na oficina de usinagem do pai. Ambos eram engenheiros de manufatura formados e passaram pelo programa de estágio em gestão de manufatura do ex-empregador. Portanto, os dois conheciam na prática processos de usinagem em geral e torneamento suíço para a indústria médica em particular — com boa compreensão tanto dos requisitos de qualidade da indústria quanto de seu ambiente regulatório. Além disso, sabiam por experiência própria como era difícil encontrar fornecedores de peças usinadas que consistentemente atendessem aos padrões da indústria. Certamente havia um nicho a ser preenchido.

Nos primeiros cinco meses, o único trabalho da Micro Med era fabricar peças para cateteres e marcapassos implantáveis do ex-proprietário. Mas depois disso, as perspectivas da oficina se expandiram amplamente. De fato, começaram com 19 pessoas e hoje têm mais de cem, enquanto seu volume de vendas cresceu em proporção ainda maior.

Esse crescimento decorreu em grande parte de sua suposição correta sobre a necessidade da indústria médica por fornecedores confiáveis. Igualmente importante, porém, é como a oficina aplicou a tecnologia. Começaram principalmente com tornos suíços automáticos e tornos automáticos Hardinge, além de uma bateria de equipamentos secundários. Hoje, fazem a grande maioria do trabalho em centros de torneamento/fresamento CNC multi-eixos. A oficina tem 30 dessas máquinas sofisticadas em várias configurações.

Embora a tecnologia seja certamente mais cara que os automáticos antigos, ela proporciona a capacidade de usinar a maioria das peças muito complicadas da oficina completamente em uma única configuração. Essencialmente, eles estão deslocando os custos de múltiplas configurações para equipamentos mais capazes — o que é uma solução de custo menor no geral — e entregando os níveis de qualidade que seus clientes exigem, lote após lote. Mas a fórmula técnica da Micro Med exige muito mais do que colocar boas máquinas no chão de fábrica. Eles têm uma enorme quantidade de expertise de processo com essas máquinas, o que realmente separa esta oficina da concorrência comum.

Embora não possamos divulgar os elementos mais críticos do conhecimento de processo da oficina aqui, podemos dar uma espiada no que faz esta oficina notável funcionar. Aqui está como eles fazem na Micro Med.

As Peças e as Máquinas

Para entender as demandas sobre os processos, ajuda começar olhando para algumas das peças. Elas são complicadas, precisas — e pequenas. De fato, a exposição de peças de amostra da Micro Med parece mais algo de uma joalheria do que de uma oficina de usinagem. O cardápio típico inclui parafusos ósseos; minúsculos tubos, conexões e válvulas; componentes para instrumentos cirúrgicos miniatura; e pinos dentários. Parafusos de precisão, por exemplo, chegam a 1 mm de comprimento e 1 mm de diâmetro com rosca cancellous de 1 mm. A estética é crítica, e virtualmente todas as peças são acabadas e inspecionadas visualmente sob microscópio com aumento de 20x. Rebarbas de qualquer tipo são inaceitáveis.

Aumentando a dificuldade de usinar essas peças pequenas estão os materiais difíceis dos quais são feitas. Cerca de 65% das peças são cortadas de titânio, outros 30% dos aços inoxidáveis mais duros, e o restante de metais preciosos como ouro e platina. Mais de 60% das peças requerem algum tipo de operação de fresamento ou furação. Furos transversais são comuns, alguns tão pequenos quanto 0,005 polegada de diâmetro (furos menores são feitos por eletroerosão). Muitos desses furos pequenos devem ser precisos e profundos. Por exemplo, uma peça tubular requer um furo central de 0,04 polegada de diâmetro usinado a 1,5 polegadas de profundidade... com apenas 0,007 polegada de espessura de parede... em titânio. E as peças não são apenas redondas. Bastante peças essencialmente prismáticas são produzidas nos tornos suíços CNC graças às suas capacidades de fresamento e às vantagens inerentes de fixação da produção dessas peças delicadas a partir de barras.

Todas as máquinas multi-eixos são Citizens (Marubeni Citizen-Cincom, Allendale, Nova Jersey). Algumas das máquinas são projetos de três eixos comparativamente simples com o fuso deslizante característico estilo suíço e guia-bucha (Z), revólver de ferramenta de eixo único (X), e posicionamento rotativo do fuso principal (C). Ferramentas fixas e motorizadas são montadas no revólver para torneamento ou operações de furação e fresamento no centro.

As outras máquinas da Micro Med são consideravelmente mais complexas. Os modelos da Série E são projetos de seis eixos, que adicionam um segundo revólver de dois eixos e um contra-fuso para operações de retrabalho. Os revólveres gêmeos permitem torneamento por pinça — ou seja, torneamento com duas ferramentas ao mesmo tempo — o que é eficiente e, igualmente importante, contrabalanceia a tendência de peças finas de defletir de uma única ferramenta. E o segundo revólver permite uma gama mais ampla de operações a serem executadas em peças presas no fuso primário ou secundário. Além disso, operações de torneamento ou fresamento podem ser executadas em ambos os fusos simultaneamente.

Os modelos M-20 de oito eixos da oficina vão alguns passos além. Em vez de um segundo revólver, as máquinas têm uma placa de ferramentas de oito estações, capaz de segurar até cinco ferramentas fixas e três rotativas. Ferramentas de placa são extremamente eficientes em operações de torneamento porque eliminam o tempo que os revólveres requerem para indexar de ferramenta para ferramenta. Estas máquinas também têm capacidade de eixo Y para as ferramentas da placa, significando que operações de fresamento e furação fora de centro podem ser realizadas com as estações motorizadas. Um oitavo eixo basculante acomoda medição de peça ou ferramenta em processo, ou manipulação robótica da peça.

O ponto de todas essas máquinas é que elas permitem à Micro Med usinar até peças muito complicadas em uma única configuração. As vantagens desta capacidade são muitas. Talvez a mais óbvia, economiza tempo, mão de obra e custos de trabalho em processo do roteamento de trabalhos através de uma progressão de máquinas de propósito único. Também permite que a oficina seja muito mais responsiva aos requisitos de entrega cada vez mais exigentes dos clientes. Atender um pedido urgente é muito mais simples quando o trabalho só precisa ser roteado sobre uma única máquina, em vez de três ou quatro.

Tão importantes quanto são as vantagens qualitativas. Cada vez que uma peça é liberada de um fixador e então repreendida, um novo elemento de variabilidade dimensional é adicionado ao processo. Com o trabalho da Micro Med, tolerâncias de 0,001 polegada são típicas, mas frequentemente precisam manter um "décimo" — 0,0001 polegada — e fazer isso consistentemente. Considerando quão difícil pode ser fixar essas peças pequenas para operações secundárias, não é necessária uma pilha muito alta de tolerâncias de fixação para levar o processo de usinagem total fora dos limites aceitáveis. É muito melhor manter uma única fixação na peça durante todo o processo e eliminar essa questão completamente.

Manter controle físico constante da peça também traz credibilidade científica ao comando da oficina sobre seus processos, o que é uma preocupação central para os clientes conscientes da qualidade da Micro Med. Diz Joe Davis: "Hoje as pessoas olham seus valores Cpk. Elas querem saber que você tem seu processo sob controle." E para seus clientes mais sofisticados, a Micro Med está em posição de fornecer estudos de viabilidade de manufatura estatisticamente confiáveis. Isso ajuda muito a trazer novos negócios para a oficina.

Ainda assim, a competição torna o custo uma consideração primordial — e para os níveis de qualidade que a oficina está preparada para entregar, eliminar configurações tem um impacto benéfico enorme. Um bom exemplo é um conector médico que outro fornecedor produzia em seis configurações em uma sucessão de tornos automáticos de propósito único e máquinas de fresar. Em volumes de 4.500 por mês, o cliente pagava $8 por peça. A Micro Med examinou a peça, sugeriu algumas mudanças simples por usinabilidade e colocou-a em uma das máquinas de seis eixos. "Conseguimos reduzir o custo para quatro dólares e pouco", diz o Sr. Davis. O fornecedor anterior cobrava taxa excessiva? "Não realmente", diz ele, "provavelmente estava bem alinhado com seus custos. Ele apenas não tinha o melhor processo para fazer o trabalho."

Processos Melhores

Qualquer um pode sair e comprar equipamento, mas fazer o melhor uso dele é outra história, e é aqui que a Micro Med se destaca. A criatividade de processo é extremamente importante — para eficiência e qualidade — e isso só vem com pessoas que conhecem profundamente as máquinas. Também é crítico saber o que pode e não pode ser feito com ferramentas padrão, e como as ferramentas podem ser modificadas ou construídas especialmente. Esta expertise permite que a oficina faça coisas com suas máquinas que surpreendem até os desenvolvedores das máquinas. "Não usar estas máquinas em seu potencial total é como dirigir um carro de corrida a 80 km/h", diz o Sr. Davis. Na Micro Med, eles gostam de andar rápido.

Mas isso é apenas figurativamente, pois alcançar altas taxas de remoção de metal claramente não é o foco desta oficina. Uma preocupação crítica para a indústria médica é como a peça é acabada — sem rebarbas e esteticamente impecável — mas a eficiência e qualidade dessa operação final têm muito a ver com como o metal foi removido em primeiro lugar. Acabamento é uma operação manual, e como qualquer outra oficina de usinagem de precisão, algo que eles gostam de manter no mínimo. "Gladly trocaremos tempo de máquina primário por tempo de acabamento", diz o Sr. Davis, mas só podem colher o retorno dessa troca através da construção cuidadosa da rotina de usinagem.

Rebarbas são provavelmente a maior preocupação única. A melhor maneira de lidar com rebarbas é preveni-las, e se inevitáveis, gerenciar o processo de forma que sejam prontamente removíveis em um processo secundário razoavelmente eficiente. Isso significa que devem se preocupar com a direção da rebarba, seu tamanho e o que será necessário para quebrá-la. Estas considerações podem ter grande impacto nos tempos de ciclo. Neste caso, porém, velocidade não é tão importante quanto a condição da peça ao sair da máquina.

Gerenciar a deflexão da peça é outro fator que pode adicionar tempo perceptível aos ciclos de usinagem, e talvez a área dos segredos comerciais mais refinados da oficina. Considere que a Micro Med mantém integridade dimensional precisa em uma gama de peças muito esbeltas feitas de materiais extremamente difíceis de usinar, e frequentemente cortadas com ferramentas delicadas ainda mais inclinadas a defletir que a peça. Eles devem entender em grau extraordinariamente fino as velocidades, avanços e profundidades de corte apropriados para estas condições. Por exemplo, uma rosca que parece dever levar oito passadas pode na verdade levar 18. Eles também descobriram maneiras de rosquear em seções e misturá-las perfeitamente. É frequentemente um processo lento e meticuloso, mas vale a pena porque a previsibilidade do processo é a preocupação suprema da oficina.

Vida útil da ferramenta é outro fator importante, não tanto pelo custo da ferramenta em si, mas, novamente, para manter controle qualitativo do processo. Operadores devem permanecer constantemente vigilantes para remover ferramentas desgastadas de um processo antes que elas o levem para fora de controle. E devem eliminar ferramentas abaixo do padrão do processo completamente. Qualidade da ferramenta é crítica mesmo com materiais aparentemente macios como platina — de fato, especialmente com platina, que é um material altamente abrasivo, e obviamente de tal valor que sucata é uma proposição cara. Ou como o Sr. Davis coloca mais sucintamente: "Quando você está furando um furo de 0,012 polegada de diâmetro, a qualidade da ferramenta é criticamente importante, e você não pode assumir que qualquer ferramenta de prateleira fará o trabalho."

Como as produções médias são de 1.500 a 2.000 peças, e centros de torneamento/fresamento multi-eixos são ativos caros para ficarem ociosos, operadores precisam ser muito bons em colocar e tirar trabalhos das máquinas. Uma maneira que fazem isso é pré-ajustando as ferramentas. Em algumas máquinas, por exemplo, compraram revólveres extras. Assim, as ferramentas são ajustadas e qualificadas fora da máquina "dentro de alguns 'décimos'". Então, uma vez que esses revólveres são montados, leva apenas algumas peças de ajuste para colocar o processo em funcionamento. Não é dizer que estão alcançando tempos de troca de um dígito; estas máquinas são complexas demais. Mas estão colocando os trabalhos para rodar em uma hora versus as seis que levariam para carregar e ajustar individualmente todas as ferramentas na máquina.

E há muitas outras coisas para saber. Programação é importante, mas os controles das máquinas oferecem boa ajuda a este respeito. Operações individuais de torneamento ou fresamento podem ser programadas independentemente, e então o CNC as compila automaticamente em uma única rotina eficiente. Fixação também é crítica, particularmente para pegar peças usinadas no contra-fuso, e às vezes coletes especiais são feitos. É muito para saber. Mas o domínio da oficina sobre esta informação crítica de processo foi, por sua própria avaliação, a diferença crucial entre a Micro Med e sua concorrência.

Empurrando o Limite

A Micro Med colheu parte deste conhecimento fazendo as coisas esperadas diariamente e prestando muita atenção aos resultados. Eles usam CEP para qualificar cada novo processo, por exemplo, e depois acompanham o processo para controle de produção. Mas a maior medida da vantagem competitiva mais potente da oficina veio de sua inclinação persistente em empurrar o limite do processo, constantemente buscando novas eficiências que não minem seus padrões de qualidade.

Sem dúvida, os irmãos Davis têm considerável orgulho de sua "aventureirismo de processo" — sua inclinação a testar novas ideias e resolver problemas difíceis. Mas não é apenas bravata que os impulsiona; eles acreditam que a experimentação contínua com processos proporciona as experiências de aprendizado que a oficina precisa para manter sua vantagem competitiva. Essa é uma grande parte da razão pela qual esta oficina de produção está disposta a fazer prototipagem — trabalhando simultaneamente peça e processo em equipamentos de produção — pelo conhecimento que proporciona. Literalmente, buscam casar os limites mais externos de seus equipamentos de produção muito capazes com os requisitos incomuns da indústria que servem. Como as pessoas-chave da oficina são da indústria médica, eles têm vantagem significativa a este respeito. Carregam grande conhecimento de processos apropriados dentro das restrições do campo, e podem até ajudar clientes a desenvolver designs — melhorando usinabilidade sem sacrificar funcionalidade ou esbarrar em restrições regulatórias comuns. Por estas razões, os gerentes da oficina estão determinados a manter o negócio muito focado. A Micro Med é melhor em torneamento suíço multi-eixos em padrões de qualidade muito altos, e isso é o que continuarão a fazer. Curiosamente, este forte e consistente senso de foco ajuda os funcionários da oficina a ajustar seus próprios padrões de qualidade pessoal a um nível apropriado para os tipos de clientes que a Micro Med atende, o que por sua vez ajuda a oficina a alcançar o equilíbrio certo entre qualidade e eficiência. Essa é uma questão delicada na indústria médica, que está ficando cada vez mais consciente de custos, mas onde as peças ainda precisam parecer perfeitas. "Você quer incutir um desejo de perfeição", diz o Sr. Davis, "mas ao mesmo tempo, não quer que eles percam tempo alcançando um nível além dos requisitos práticos do trabalho." É um equilíbrio delicado, e ele sente que não se emprestará a trazer usinagem de commodities para a mistura. Ou a oficina teria custos excessivos para tais peças ou, pior, introduziriam uma ambiguidade destrutiva na oficina sobre o que "bom o suficiente" significa.

Então a Micro Med continuará focada em peças difíceis. O Sr. Davis acredita que há muito mais delas por aí, e ele está mais do que disposto a apostar na capacidade da oficina de continuar a competir com sucesso por esse trabalho.

Nota do editor: Duas semanas após nossa visita à Micro Med, a empresa anunciou que havia sido vendida para a Uniform Tubes, fabricante de componentes tubulares personalizados. A Uniform Tubes dará à Micro Med maior suporte de engenharia e vendas. Segundo Joe Davis, a gestão e a missão da empresa permanecerão intactas.