O problema está na quantidade de argumento enviado na cláusula `when()`, que atualmente aceita somente um. 

Uma sugestão seria quebrar em duas, conforme segue:

    $exames = Employee_Exam::join('employees', 'employees.id', '=', 'employee_exams.employee_id')
                        ->join('exams', 'exams.id', '=', 'employee_exams.exam_id')
                        ->when($data_inicio, function ($query) use ($data_inicio) {
                            return $query->where('next_exam', '>=', $data_inicio);
                        })
                        ->when($data_final, function ($query) use ($data_final) {
                            return $query->where('next_exam', '<=', $data_final);
                        })  
                        ->orderBy('employee_exams.next_exam', 'asc')
                        ->get(['employee_exams.*','employees.id', 'employees.identidade', 'exams.exame']);


Sucesso!