Micro Med Machining: Precisión más allá de los estándares de tornos suizos

Cuando Jim y Joe Davis iniciaron su taller en 1987, pensaron que tenían una buena oportunidad de triunfar en la industria médica. Ya estaban a medio camino. En lugar de empezar desde cero, los dos hermanos compraron el departamento de tornos suizos de precisión de la empresa de la industria médica para la que ambos trabajaban, que estaba reduciendo plantilla. Así nació Micro Med Machining, Inc. (Miami Lakes, Florida).

Los jóvenes tenían mucho a su favor. Habían crecido más o menos en el taller de su padre. Ambos eran ingenieros de fabricación titulados y habían pasado por el programa de prácticas de gestión de fabricación de su antiguo empleador. Así que los dos estaban familiarizados de primera mano con los procesos de trabajo del metal en general y con el torneado suizo para la industria médica en particular —con una buena comprensión tanto de los requisitos de calidad de la industria como de su entorno regulatorio. Además, sabían por experiencia propia lo difícil que era encontrar proveedores de piezas mecanizadas que pudieran cumplir consistentemente con los estándares de la industria. Seguramente había un nicho por llenar.

Durante los primeros cinco meses, el único trabajo de Micro Med fue fabricar piezas para los catéteres y marcapasos implantables de su antiguo propietario. Pero después, las perspectivas del taller se abrieron de par en par. De hecho, empezaron con 19 personas y hoy tienen más de cien, mientras que su volumen de ventas ha crecido en una proporción aún mayor.

Ese crecimiento se debe en no pequeña medida a su correcta suposición sobre la necesidad de la industria médica de proveedores fiables. Igualmente importante es cómo el taller ha aplicado la tecnología. Empezaron principalmente con tornos suizos automáticos y tornos de plato Hardinge, así como una batería de equipos secundarios. Hoy realizan la gran mayoría del trabajo en centros de torneado/fresado CNC multieje. El taller tiene 30 de estas sofisticadas máquinas en diversas configuraciones.

Si bien la tecnología es ciertamente más cara que los automáticos antiguos, proporciona la capacidad de mecanizar la mayoría de las piezas muy complicadas del taller completamente en una sola sujeción. Esencialmente, están desplazando los costes de múltiples sujeciones con equipos más capaces —lo que es una solución de menor coste global— y entregando los niveles de calidad que sus clientes exigen, lote tras lote. Pero la fórmula técnica de Micro Med requiere mucho más que poner buenas máquinas en la planta. Tienen una enorme cantidad de experiencia en procesos con estas máquinas, lo que realmente separa a este taller de la competencia corriente.

Aunque no podemos revelar los elementos más críticos del conocimiento de procesos del taller aquí, podemos echar un vistazo a lo que hace funcionar a esta notable tienda. Así es como lo hacen en Micro Med.

Las piezas y las máquinas

Para entender las demandas sobre los procesos, ayuda comenzar mirando algunas de las piezas. Son complicadas, precisas y pequeñas. De hecho, la exhibición de piezas de muestra de Micro Med parece más una joyería que un taller de mecanizado. La producción típica incluye tornillos para huesos; diminutos tubos, racores y válvulas; componentes para instrumentos quirúrgicos en miniatura; y postes dentales. Los tornillos de precisión, por ejemplo, llegan a medir 1 mm de largo y 1 mm de diámetro con rosca cancellous de 1 mm. La estética es crítica, y prácticamente todas las piezas se acaban e inspeccionan visualmente bajo microscopio a 20x. Las rebabas de cualquier tipo son inaceptables.

Aumentando la dificultad de mecanizar estas piezas pequeñas están los materiales duros de los que están hechas. Alrededor del 65 % de las piezas se cortan de titanio, otro 30 % de los aceros inoxidables más duros, y el resto de metales preciosos como oro y platino. Más del 60 % de las piezas requieren algún tipo de operación de fresado o taladrado. Los taladros transversales son comunes, algunos de tan solo 0,005 pulgadas de diámetro (los agujeros más pequeños se hacen por electroerosión). Muchos de estos pequeños agujeros deben ser precisos y profundos. Por ejemplo, una pieza tubular requiere un agujero central de 0,04 pulgadas de diámetro taladrado a 1,5 pulgadas de profundidad... con solo 0,007 pulgadas de espesor de pared... en titanio. Y las piezas no son solo redondas. Bastantes piezas esencialmente prismáticas se producen en los tornos suizos CNC gracias a sus capacidades de fresado y las ventajas inherentes de sujeción de producir estas piezas delicadas a partir de barra.

Todas las máquinas multieje son Citizens (Marubeni Citizen-Cincom, Allendale, Nueva Jersey). Algunas son diseños de tres ejes comparativamente simples con el característico cabezal móvil de estilo suizo y buje guía (Z), torreta de herramientas de un eje (X) y posicionamiento rotativo del husillo principal (C). Tanto herramientas fijas como motorizadas se montan en la torreta para torneado o taladrado y fresado en centro.

Las otras máquinas de Micro Med son considerablemente más complejas. Los modelos de la serie E son diseños de seis ejes, que añaden una segunda torreta de dos ejes y un subhusillo para operaciones de retrabajo. Las torretas gemelas permiten el torneado por pinza —es decir, torneado con dos herramientas a la vez— lo cual es eficiente y, igualmente importante, contrarresta la inclinación de las piezas delgadas a deflexionar por una sola herramienta. Y la segunda torreta permite ejecutar una gama más amplia de operaciones en piezas sujetas tanto en el husillo principal como en el secundario. Además, las operaciones de torneado o fresado pueden ejecutarse en ambos husillos simultáneamente.

Los modelos M-20 de ocho ejes del taller van un paso más allá. En lugar de una segunda torreta, las máquinas tienen una placa de ganga de ocho estaciones, capaz de sostener hasta cinco herramientas fijas y tres rotativas. El herramientado de ganga es extremadamente eficiente en operaciones de torneado porque elimina el tiempo que las torretas requieren para indexar de herramienta a herramienta. Estas máquinas también tienen capacidad de eje Y para el herramientado de ganga, lo que significa que se pueden realizar operaciones de fresado y taladrado descentradas con las estaciones motorizadas. Un octavo eje basculante permite la medición en proceso de la pieza o la herramienta, o la manipulación robótica de la pieza.

El punto de todas estas máquinas es que permiten a Micro Med mecanizar incluso piezas muy complicadas en una sola sujeción. Las ventajas de esta capacidad son muchas. Quizás la más obvia, ahorra el tiempo, la mano de obra y los costes de trabajo en proceso de enrutar trabajos a través de una progresión de máquinas de propósito único. También permite al taller ser mucho más receptivo a los requisitos de entrega cada vez más exigentes de los clientes. Sacar un pedido urgente es mucho más simple cuando el trabajo solo necesita ser enrutado sobre una sola máquina, en lugar de tres o cuatro.

Tan importantes son las ventajas cualitativas. Cada vez que una pieza se suelta de un dispositivo de sujeción y se vuelve a agarrar, se añade un nuevo elemento de variabilidad dimensional al proceso. En el trabajo de Micro Med, las tolerancias de 0,001 pulgadas son típicas, pero a menudo tienen que mantener una "décima" —0,0001 pulgadas— y hacerlo consistentemente. Considerando lo difícil que puede ser fijar estas piezas pequeñas para operaciones secundarias, no se necesita una pila muy alta de tolerancias de sujeción para sacar el proceso de mecanizado total de los límites aceptables. Es mucho mejor mantener un solo agarre en la pieza para todo el proceso y eliminar ese problema por completo.

Mantener el control físico constante de la pieza también aporta una credibilidad científica al mando del taller sobre sus procesos, que es una preocupación central para los clientes conscientes de la calidad de Micro Med. Dice Joe Davis: "Hoy la gente mira tus valores Cpk. Quieren saber que tienes tu proceso bajo control". Y para sus clientes más sofisticados, Micro Med está en posición de proporcionar estudios de factibilidad de fabricación estadísticamente fiables. Eso ayuda mucho a conseguir nuevo negocio para el taller.

Aun así, la competencia devuelve el coste a una consideración principal —y para los niveles de calidad a los que el taller está orientado, eliminar sujeciones tiene un enorme impacto beneficioso. Un buen ejemplo es un conector médico que otro proveedor producía en seis sujeciones en una sucesión de tornos de plato de propósito único y máquinas de fresado. A volúmenes de 4500 al mes, el cliente pagaba 8 dólares por pieza. Micro Med examinó la pieza, sugirió algunos cambios simples por mecanibilidad y la puso en una de las máquinas de seis ejes. "Bajamos el coste a cuatro dólares y cambio", dice el Sr. Davis. ¿Cobraba el proveedor anterior una tarifa excesiva? "En realidad no", dice, "probablemente estaba bastante en línea con sus costes. Simplemente no tenía el mejor proceso para hacer el trabajo".

Mejores procesos

Cualquiera puede salir y comprar equipos, pero hacer el mejor uso de ellos es otro asunto, y aquí es donde Micro Med destaca. La creatividad en procesos es extremadamente importante —por eficiencia y calidad— y solo puede venir con personas que conozcan a fondo las máquinas. También es crítico saber qué se puede y no se puede hacer con herramientas estándar, y cómo se pueden modificar o construir especialmente. Esta experiencia permite al taller hacer cosas con sus máquinas que asombran incluso a los desarrolladores de las máquinas. "No usar estas máquinas a su máximo potencial es como conducir un coche de carreras a 50 millas por hora", dice el Sr. Davis. En Micro Med, les gusta ir rápido.

Pero eso es hablar figuradamente, ya que lograr altas tasas de arranque de material claramente no es de lo que trata este taller. Una preocupación crítica para la industria médica es cómo se acaba la pieza —sin rebabas y cosméticamente perfecta— pero la eficiencia y calidad de esa operación final tiene mucho que ver con cómo se arrancó el metal en primer lugar. El acabado es una operación manual, y como cualquier otro taller de mecanizado de precisión, algo que les gusta mantener al mínimo. "Gladly intercambiaremos tiempo de máquina principal por tiempo de acabado", dice el Sr. Davis, pero solo pueden cosechar el beneficio de ese intercambio mediante una cuidadosa construcción de la rutina de mecanizado.

Las rebabas son probablemente la mayor preocupación individual. La mejor forma de lidiar con las rebabas es prevenirlas, y si son inevitables, gestionar el proceso de manera que sean fácilmente removibles en un proceso secundario razonablemente eficiente. Eso significa que deben preocuparse por la dirección de la rebaba, su tamaño y lo que se necesitará para romperla. Estas consideraciones pueden tener un gran impacto en los tiempos de ciclo. En este caso, sin embargo, la velocidad no es tan importante como la condición de la pieza al salir de la máquina.

Gestionar la deflexión de la pieza es otro factor que puede añadir tiempo notable a los ciclos de mecanizado, y quizás el área de los secretos comerciales más finos del taller. Considere que Micro Med mantiene una integridad dimensional precisa en una gama de piezas muy esbeltas hechas de materiales extremadamente difíciles de mecanizar, y a menudo cortadas con herramientas delicadas que son aún más propensas a deflexionar que la pieza. Deben entender en un grado extraordinariamente fino las velocidades, avances y profundidades de corte apropiadas para estas condiciones. Por ejemplo, una rosca que parece que debería tomar ocho pasadas puede en realidad tomar 18. También han descubierto formas de roscar en secciones y fusionarlas todas impecablemente. Es frecuentemente un proceso lento y minucioso, pero vale la pena porque la predictibilidad del proceso es la preocupación principal del taller.

La vida de la herramienta es otro factor importante, no tanto por el coste del herramientado en sí, sino, de nuevo, para mantener el control cualitativo del proceso. Los operadores deben permanecer constantemente vigilantes para retirar herramientas desgastadas de un proceso antes de que lo saquen de control. Y deben eliminar herramientas de calidad inferior del proceso por completo. La calidad de la herramienta es crítica incluso con materiales aparentemente blandos como el platino —de hecho, especialmente con el platino, que es un material altamente abrasivo, y obviamente de tal valor que el desperdicio es una propuesta costosa. O como el Sr. Davis lo resume sucintamente: "Cuando estás taladrando un agujero de 0,012 pulgadas de diámetro, la calidad de la herramienta es jodidamente crítica, y no puedes asumir que cualquier herramienta de estantería hará el trabajo".

Como las series promedio son de 1500 a 2000 piezas, y los centros de torneado/fresado multieje son activos bastante caros para estar inactivos, los operadores tienen que ser muy buenos subiendo y bajando trabajos de las máquinas. Una forma en que lo hacen es preajustando las herramientas. En algunas máquinas, por ejemplo, han comprado torretas adicionales. Así, las herramientas se ajustan y califican fuera de línea "dentro de un par de 'décimas'". Luego, una vez montadas esas torretas, solo se necesitan unas pocas piezas de preparación para poner el proceso en marcha. No es que se acerquen a tiempos de cambio de un dígito; estas máquinas son demasiado complejas. Pero están poniendo los trabajos en marcha en una hora frente a las seis que podría tomar cargar e individualizar todas las herramientas en la máquina.

Y hay muchas otras cosas que saber. La programación es importante, pero los controles de las máquinas ofrecen una buena ayuda al respecto. Las operaciones individuales de torneado o fresado pueden programarse independientemente, y luego el CNC las compila automáticamente en una única rutina eficiente. La sujeción de la pieza también es crítica, particularmente para recoger piezas mecanizadas en el subhusillo, y a veces se fabrican pinzas especiales. Es mucho que saber. Pero el dominio del taller de esta información crítica de procesos ha sido, según su propia estimación, la diferencia crucial entre Micro Med y su competencia.

Rompiendo el sobre

Micro Med ha cosechado parte de este conocimiento haciendo las cosas esperadas a diario y prestando mucha atención a los resultados. Usan CEP para calificar cada nuevo proceso, por ejemplo, y luego grafican el proceso para control de producción. Pero la mayor medida de la ventaja competitiva más potente del taller ha venido de su persistente inclinación a empujar el sobre del proceso, buscando constantemente nuevas eficiencias que no socaven sus estándares de calidad.

Sin duda, los hermanos Davis sienten un orgullo considerable por su "aventura en procesos" —su inclinación a probar nuevas ideas y resolver los problemas difíciles. Pero no es solo bravura lo que les impulsa; creen que la experimentación continua con procesos proporciona las experiencias de aprendizaje que el taller necesita para mantener su ventaja competitiva. Esa es una gran parte de la razón por la que este taller de producción está dispuesto a hacer prototipos —trabajando simultáneamente la pieza y el proceso en equipos de producción— por el conocimiento que proporciona. Literalmente, buscan casar los límites más externos de sus equipos de producción muy capaces con los requisitos inusuales de la industria a la que sirven. Como la gente clave del taller es de la industria médica, tienen una ventaja significativa en este sentido. Llevan una gran cantidad de conocimiento de procesos apropiados dentro de los límites del campo, e incluso pueden ayudar mucho a los clientes a desarrollar diseños —mejorando la fabricabilidad sin sacrificar funcionalidad ni toparse con restricciones regulatorias comunes. Por estas razones, los gerentes del taller están decididos a mantener el negocio muy enfocado. Micro Med es mejor en torneado suizo multieje a estándares de calidad muy altos, y eso es lo que seguirán haciendo. Curiosamente, este fuerte y consistente sentido del enfoque ayuda a los empleados del taller a ajustar sus propios estándares personales de calidad a un nivel apropiado para el tipo de clientes que Micro Med sirve, lo que a su vez ayuda al taller a lograr el equilibrio correcto entre calidad y eficiencia. Ese es un tema delicado en la industria médica, que se vuelve cada vez más consciente de costes, pero donde las piezas aún tienen que verse perfectas. "Quieres inculcar un deseo de perfección", dice el Sr. Davis, "pero al mismo tiempo, no quieres que pierdan tiempo logrando un nivel que está más allá de los requisitos prácticos del trabajo". Es un equilibrio delicado, y uno que siente que no se prestará a traer más mecanizado de commodities a la mezcla. O el taller tendría costes excesivos para tales piezas o, peor, introducirían una ambigüedad destructiva en el taller sobre lo que "lo suficientemente bueno" significa.

Así que Micro Med continuará enfocándose en piezas difíciles. El Sr. Davis cree que hay muchas más por ahí, y está más que dispuesto a apostar por la capacidad de su taller para seguir compitiendo exitosamente por ese trabajo. MMS

Nota del editor: Dos semanas después de nuestra visita a Micro Med, la empresa anunció que había sido vendida a Uniform Tubes, un fabricante de componentes tubulares personalizados. Uniform Tubes dará a Micro Med mayor apoyo de ingeniería y ventas. Según Joe Davis, la gestión y la misión de la empresa permanecerán intactas.