Mecanizado de precisión para la industria médica

Cumplir con los estrictos requisitos de acabado de calidad de las piezas médicas puede presentar desafíos que no todas las máquinas están a la altura.

A medida que la demanda de avances en medicina continúa acelerándose, impulsada en gran medida por el aumento de la edad promedio de la población, los fabricantes en el espacio médico enfrentan el desafío de mantener el ritmo. Si bien es posible que estos fabricantes se sientan naturalmente atraídos por las máquinas recientemente desarrolladas para abordar las necesidades de los clientes de una producción más eficiente de piezas complejas, no deberían sorprenderse por los resultados que pueden obtener de una máquina que ha demostrado su eficacia a lo largo del tiempo.

Fabricación de máquinas para piezas médicas

Bumotec es fabricante de centros de mecanizado, fresadoras-torneadoras y máquinas transfer. Pertenece al Grupo Starrag, una empresa pública de 1.800 empleados con sede en Suiza pero con instalaciones de fabricación allí, así como en Francia, Alemania y el Reino Unido. La oficina de ventas de EE. UU., con unos 35 empleados, ha estado ubicada en Hebron, Kentucky, desde 2001.

Bumotec es una de las ocho empresas principales del grupo, con un fuerte enfoque en piezas médicas y micromecánicas. Inicialmente se desarrolló para servir a la industria relojera y finalmente amplió su alcance para piezas similares en otras industrias. Ya sea que se trate de una mezcla alta/bajo volumen o de producción en serie, las piezas suelen ser de alto valor e involucran formas pequeñas y complejas.

La fresadora-torneadora de alta precisión FTLs191-RP de Bumotec (s191, para abreviar), la máquina insignia de larga data de la compañía, está diseñada para entregar piezas terminadas a partir de barras y ha demostrado su éxito en piezas médicas y micromecánicas, así como en semiconductores, municiones y otros complejos. microcomponentes como los de la industria relojera. Este es un vistazo a cómo la máquina ha ganado popularidad en la producción de piezas de cabeza femoral para varios fabricantes médicos.

Producción de piezas "De la barra a la caja"

La fresadora-torneadora FTLs191-RP entrega piezas médicas y micromecánicas de alta precisión desde la barra hasta la caja en un solo manejo.

El s191 se desarrolló hace 15 años para manejar formas complejas que incluyen un acabado rectificado o una tolerancia dimensional con cuatro decimales:piezas de alto valor. Se usa comúnmente con materiales difíciles como titanio, Waspaloy, cerámica, vidrio, cuarzo, Inconel e inoxidable. La máquina viene estándar con un empujador de barras, pero, en los EE. UU., se configura más comúnmente con un alimentador de barras y un transportador de virutas. También se puede utilizar un cargador de palés.

Uno de los beneficios de la máquina que tiende a destacarse es la unidad de recuperación, un subhusillo completo que funciona como una estación de giro, lo que permite el mecanizado en posición horizontal o vertical.

Si bien es una máquina de siete ejes (con mecanizado simultáneo de cinco ejes), está disponible exclusivamente con el control Fanuc 31i-B5 como solución para simplificar su operación. La empresa considera que la máquina es global, por lo que ha convertido el control de FANUC en estándar en esta máquina debido a su familiaridad internacional, así como a su capacidad para manejar cada eje de movimiento en la producción de piezas de precisión.

La máquina de torque de accionamiento directo con motor lineal cuenta con 25 hp en el eje C principal, 15 hp en el eje B y 12 hp en la recuperación (utiliza husillos de bolas en dos lugares para la seguridad de OSHA, pero solo para posicionamiento y no en los ejes de mecanizado). El eje de recuperación está alineado con el eje C y presenta casi la misma fuerza. Pero una vez que recibe la pieza de trabajo del C, se puede reorientar para trabajar la pieza verticalmente.

La máquina cuenta con una unidad de recuperación:un subhusillo completo que funciona como una estación de volteo, lo que permite el mecanizado en posición horizontal o vertical.

Otra opción es un tornillo de banco de dos mordazas que se monta al lado del husillo opuesto que también se puede usar para agarrar trabajo. Si no se necesita el husillo opuesto para tornear, el tornillo de banco puede tomar la pieza del corte, reorientarla y sostenerla para el trabajo de fresado.

La mayoría de las máquinas, que se basan en pinzas, se venden como soluciones de fresado con alimentación de barras, pero también se pueden configurar para piezas brutas en bruto. Pueden trabajar con diámetros de barra desde 32 mm hasta 65 mm. Bumotec trabaja en estrecha colaboración con Hainbuch y otros proveedores para soluciones de cambio rápido que eliminan la necesidad de accesorios de fabricación y carga. La configuración y el cambio rápidos permiten que la máquina encaje bien en un entorno de prototipos de bajo volumen y alta combinación.

La flexibilidad proporcionada por el sistema basado en pinzas y la capacidad de producir piezas "desde la barra hasta la caja", como promueve la empresa, se ajustan a las necesidades de los clientes, muchos de los cuales cuentan con acreditación médica ISO y/o acreditación FDA. Requieren la capacidad de mostrar un proceso establecido que sea transferible y repetible en varias máquinas, que se obtiene con una precisión constante, desde la configuración hasta el cambio, en una sola plataforma.

La máquina también cuenta con capacidades de medición en el cambiador de herramientas.

El cambiador de herramientas puede acomodar hasta tres niveles, con 30 herramientas por nivel.

La sonda óptica OMP400, que incorpora la tecnología de Renishaw, mide la pieza y la sonda de reglaje de herramientas por contacto TS27R comprueba si hay roturas de herramientas en longitud y diámetro. Es una máquina compacta, pero proporciona una buena rigidez con 10,000 libras. La velocidad estándar del husillo es de 30 000 rpm, con una opción de 40 000 rpm, y los accionamientos lineales ofrecen una aceleración de 1,2 G. Utilizando un carrusel de 3 niveles estilo pastel de bodas, el cambiador de herramientas puede acomodar 90 herramientas (30 por plato).

Cómo mecanizar una cabeza femoral

Si bien el s191 se usa para una gama de piezas complejas para varias industrias, una aplicación funciona bien para demostrar todas sus capacidades. Durante la cirugía de reemplazo de cadera (realizada para aliviar el dolor artrítico o, a veces, como tratamiento para fracturas de cadera), la cabeza femoral, la bola en el extremo superior del fémur (hueso del muslo), se reemplaza con una prótesis. Bumotec se especializa en adaptaciones de máquinas para procesos como la producción de la cabeza femoral y ha encontrado un buen nicho de mercado para los proveedores médicos que requieren estas piezas.

Según la empresa, el proceso llave en mano que ha desarrollado para estas piezas es diferente a cómo se producían en el pasado. Aprovecha la unidad de retomado para manipular la pieza en la zona de trabajo, llevándola desde la barra hasta el producto terminado, incluyendo torneado, fresado, rectificado y superacabado. La familia de piezas de la cabeza femoral incluye tres tamaños diferentes, producidos a partir de una barra de cromo cobalto. Se utilizan diferentes diámetros de barra y boquillas para adaptarse a los diferentes tamaños de piezas, pero el programa y las herramientas siguen siendo los mismos. Las muelas abrasivas también se pueden ajustar, de 28 mm a 35 mm.

La cabeza femoral, hecha de barra de cromo cobalto, requiere torneado, fresado, rectificado y superacabado.

Durante la producción de la pieza, la estación uno, el husillo principal, maneja el DI, la cara y las etapas iniciales del OD. Luego, el subhusillo recibe la pieza con una pinza Ottet, una marca de pinza diseñada principalmente para piezas de trabajo de paredes delgadas que permite sujetar el DI o el OD. Para la operación de corte de la cabeza femoral, sujeta expandiendo el DI. En esta etapa, se corta la esfera de la pieza, comenzando en la posición horizontal (para una mejor evacuación de viruta), luego se gira a la vertical. Se aplican tres granos de muela abrasiva diferentes, y luego el trabajo de pulido y súper acabado completa la pieza en la máquina.

El acabado de la pieza es de 4 micras y tarda unos 12 minutos en completarse. El valor real de la máquina radica en su naturaleza autónoma en la producción de piezas como la cabeza femoral. El programa ya está escrito. Una vez que se cargan las barras, la máquina requiere muy poca supervisión. Siempre que haya material disponible y se mantengan herramientas nuevas en el cambiador de herramientas, la máquina puede continuar produciendo indefinidamente. El cambiador de herramientas está ubicado fuera de la zona de trabajo, por lo que las herramientas se pueden cambiar en cualquier etapa del proceso.

Con la máquina trabajando sin supervisión, el operador puede reutilizarse para hacer otra cosa durante el día. Él o ella puede estar ejecutando tres o cuatro de las máquinas al mismo tiempo o puede estar involucrado en otros proyectos. La máquina llave en mano puede ofrecer un proceso robusto y repetible que necesita poca supervisión. Cuando llega al piso, está fabricando partes de inmediato y el proceso bien definido se puede transferir fácilmente a otras ubicaciones para la repetibilidad del proceso.

Carga paletizada

En la sala de exposición de Bumotec, el s191 se configura con un paletizador en lugar de un alimentador de barras para la producción de la cabeza femoral. Se cargan diez paletas a la vez, cada una con 20 a 30 piezas de trabajo (dependiendo del tamaño de las piezas). El eje B se utiliza tanto para el mecanizado como para la manipulación de piezas. Utilizando un portaherramientas HSK 40, el eje B realiza operaciones de torneado y fresado durante el proceso de mecanizado. Pero una vez que la pieza está completa, cambia la herramienta actual por una pinza de dos mordazas de Schunk. El palé vuelve a la zona de trabajo y el eje B agarra la bola y la vuelve a cargar en el palé. El objetivo es sacar a las personas de la máquina y permitir que el proceso se ocupe de sí mismo.