Soluciones Avanzadas de 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 parte por el aumento de la edad promedio de la población, los fabricantes en el espacio médico se enfrentan al desafío de mantener el ritmo. Mientras que estos fabricantes pueden sentirse naturalmente atraídos por máquinas recién desarrolladas para abordar las necesidades de los clientes para una producción más eficiente de piezas complejas, no deberían sorprenderse por los resultados que pueden obtener de una máquina que ha demostrado su valía con el tiempo.

Fabricando Máquinas para Piezas Médicas

Bumotec es un fabricante de centros de mecanizado, tornos-fresadoras y máquinas de transferencia. 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 en EE. UU., con unos 35 empleados, ha estado ubicada en Hebron, Kentucky, desde 2001.

Bumotec es una de las ocho empresas principales dentro del grupo, con un fuerte enfoque en piezas médicas y micromecánicas. Se desarrolló inicialmente para servir a la industria relojera y eventualmente amplió su alcance para piezas similares en otras industrias. Ya sea producción de alta mezcla/bajo volumen o en serie, las piezas son típicamente de alto valor e involucran formas pequeñas y complejas.

El torno-fresadora 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 desde barra y ha demostrado ser exitosa en piezas médicas y micromecánicas, así como en semiconductores, municiones y otros componentes micro complejos como los de la industria relojera. Esta es una mirada a cómo la máquina ha ganado popularidad en la producción de piezas de cabeza femoral para varios fabricantes médicos.

Produciendo Piezas "De Barra a Caja"

El torno-fresadora s191 entrega piezas médicas y micromecánicas de alta precisión de barra a caja en una sola manipulación.

El s191 fue desarrollado hace 15 años para manejar formas complejas que incluyen ya sea un acabado rectificado o una tolerancia dimensional a cuatro decimales — piezas de alto valor. Se usa comúnmente con materiales difíciles como titanio, Waspaloy, cerámica, vidrio, cuarzo, Inconel y acero inoxidable. La máquina viene estándar con un empujador de barra, pero, en EE. UU., se configura más comúnmente con un alimentador de barra y transportador de virutas. También se puede usar un cargador de pallets.

Uno de los beneficios de la máquina que tiende a destacar es la unidad de reprise, un sub-husillo completo que opera como una estación de vuelco, permitiendo mecanizado en posición horizontal o vertical.

Aunque 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 compañía ve la máquina como global, así que ha hecho el control FANUC estándar en esta máquina debido a su familiaridad internacional así como su capacidad para manejar cada eje de movimiento en producción de piezas de precisión.

El motor lineal, máquina de par de accionamiento directo cuenta con 25 hp en el eje C principal, 15 hp en el eje B, y 12 hp en el reprise (usa husillos de bolas en dos lugares por seguridad OSHA, pero solo para posicionamiento y no en los ejes de mecanizado). El husillo de reprise está en línea con el eje C y presenta casi la misma fuerza. Pero una vez que recibe la pieza de trabajo del C, puede reorientarse para trabajar la pieza verticalmente.

La máquina cuenta con una unidad de reprise — un sub-husillo completo que opera como una estación de vuelco, permitiendo mecanizado en posición horizontal o vertical.

Otra opción es una mordaza de dos garras montada junto al husillo opuesto que también puede usarse para agarrar la pieza. Si el husillo opuesto no es necesario para torneado, la mordaza puede tomar la pieza del corte, reorientarla y sostenerla para trabajo de fresado.

La mayoría de las máquinas, al ser basadas en pinzas, se venden como soluciones de fresado alimentadas por barra, pero pueden configurarse para brutos también. Pueden trabajar con diámetros de barra de 32 mm a 65 mm. Bumotec trabaja estrechamente con Hainbuch y otros proveedores para soluciones de cambio rápido que eliminan la necesidad de fabricar y cargar fijaciones. La configuración y cambio rápido permiten que la máquina se ajuste bien en un entorno de prototipo de alta mezcla, bajo volumen.

La flexibilidad proporcionada por el sistema basado en pinzas, y la capacidad de producir piezas "de barra a caja", como la compañía promueve, satisfacen las necesidades de los clientes, muchos de los cuales tienen acreditación médica ISO y/o FDA. Requieren la capacidad de mostrar un proceso establecido que sea transferible y repetible a través de múltiples máquinas, lo que se obtiene con precisión consistente, desde configuración hasta 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.

Incorporando tecnología Renishaw, la sonda óptica OMP400 mide la pieza, y la sonda de contacto TS27R para ajuste de herramientas verifica rotura de herramientas en longitud y diámetro. Es una máquina compacta, yet proporciona buena rigidez a 10,000 libras. Velocidad de husillo estándar es 30,000 rpm, con opción de 40,000 rpm, y los accionamientos lineales ofrecen aceleración de 1.2 G. Usando un estilo de pastel de bodas, carrusel de 3 niveles, el cambiador de herramientas puede acomodar 90 herramientas (30 por bandeja).

Cómo Mecanizar una Cabeza Femoral

Mientras el s191 se usa para una gama de piezas complejas para varias industrias, una aplicación demuestra bien sus capacidades completas. Durante la cirugía de reemplazo de cadera (realizada para aliviar 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 proveedores médicos que requieren estas piezas.

Según la compañía, el proceso llave en mano que ha desarrollado para estas piezas es diferente a cómo se había producido en el pasado. Aprovecha la unidad de reprise para manipular la pieza en la zona de trabajo, llevándola de barra a producto terminado, incluyendo torneado, fresado, rectificado y superacabado. La familia de piezas de cabeza femoral incluye tres tamaños diferentes, producidos a partir de barra de cobalto-cromo. Diferentes diámetros de barra y pinzas se usan para acomodar los tamaños de pieza variables, pero el programa y las herramientas permanecen iguales. Las muelas de rectificar también pueden ajustarse, de 28 mm a 35 mm.

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

Durante la producción de la pieza, la estación uno, el husillo principal, maneja el ID, la cara y las etapas iniciales del OD. El sub-husillo luego recibe la pieza con una pinza Ottet, una marca de pinza diseñada principalmente para piezas de pared delgada que permite sujeción tanto en el ID como en el OD. Para la operación de corte de la cabeza femoral, sujeta expandiéndose en el ID. En esta etapa, la esfera de la pieza se corta, comenzando en posición horizontal (para mejor evacuación de virutas), luego rotada a vertical. Tres diferentes granulometrías de muelas de rectificar se aplican, y luego pulido y trabajo de superacabado completan la pieza en la máquina.

El acabado en la pieza es de 4 micras, y toma aproximadamente 12 minutos completarla. El verdadero valor de la máquina viene en su naturaleza autónoma en la producción de piezas como la cabeza femoral. El programa ya está escrito. Una vez que las barras se cargan, la máquina requiere muy poca supervisión. Mientras el material esté disponible y se mantengan herramientas frescas en el cambiador de herramientas, la máquina puede continuar produciendo indefinidamente. El cambiador de herramientas está ubicado fuera de la zona de trabajo, así que las herramientas pueden cambiarse en cualquier etapa del proceso.

Con la máquina trabajando sin supervisión, el operador puede ser reasignado para hacer otra cosa durante el día. Él o ella puede estar operando tres o cuatro de las máquinas al mismo tiempo o puede estar involucrado en otros proyectos. La máquina llave en mano puede entregar un proceso robusto y repetible que necesita poca monitorización. Cuando llega al piso, está haciendo piezas de inmediato, y el proceso bien definido puede transferirse fácilmente a otras ubicaciones para repetibilidad del proceso.

Carga Paletizada

En la sala de exposición de Bumotec, el s191 está configurado con un paletizador en lugar de un alimentador de barra para la producción de la cabeza femoral. Diez pallets se cargan a la vez, cada uno con 20 a 30 piezas de trabajo (dependiendo de los tamaños de pieza). El eje B se usa tanto para mecanizado como para manipulación de piezas. Usando 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 garras Schunk. El pallet vuelve a la zona de trabajo, y el eje B agarra la bola y la carga de vuelta al pallet. El enfoque es sacar a la gente de la máquina y permitir que el proceso se cuide solo.