Mecanizado médico: Guía experta sobre herramientas de corte para precisión y éxito

La fabricación de implantes médicos está preparada para un crecimiento significativo a medida que las técnicas y materiales mejoran continuamente. Aquí, expertos ofrecen valiosas ideas sobre los materiales, métodos y máquinas herramienta usados en el mecanizado médico.

Cada sector industrial enfrenta desafíos únicos, pero el mecanizado médico presenta algunos de los mayores. Tolerancias cerradas, geometrías complejas y trazabilidad meticulosa —estos son solo algunos de los obstáculos que los talleres médicos deben superar si quieren competir en este campo exigente.

Afortunadamente, hay muchas personas con conocimiento dispuestas a compartir consejos de aplicación, comenzando con los expertos citados aquí.

Considere los materiales. Junto a la aeroespacial con sus superaleaciones de alta temperatura, los metales usados para hacer componentes médicos vienen en un cercano segundo lugar en términos de mala mecanizabilidad. Dan Doiron, gerente de producto de fresado en Emuge Corp., explica que las barras y fundiciones de cobalto-cromo, por ejemplo, se usan comúnmente para hacer el componente femoral (superior) de un implante de rodilla, con titanio sirviendo como bandeja tibial abajo. Los aceros inoxidables como 17-4 PH también son bastante comunes en aplicaciones médicas, como las herramientas de alineación y sujeción quirúrgicas usadas durante la instalación de implantes.

Todos son duros de mecanizar, y todos requieren herramientas de corte específicas para el material para la mayor productividad.

Sea cual sea la aleación, siempre recomiendo que los clientes consulten nuestro sitio web o catálogo al seleccionar herramientas de corte, dice. Tenemos una amplia gama de geometrías destinadas a varios materiales médicos, así como recubrimientos que ayudan a mantener la longevidad y proporcionan vida útil óptima de la herramienta.

Derek Nading, ingeniero de aplicaciones para M.A. Ford Mfg. Co. Inc., está de acuerdo, señalando que las herramientas de corte personalizadas también son bastante comunes en el sector médico.

Hacemos muchos escariadores y taladros escalonados especiales para uso médico, donde un taller podría querer completar dos o más características de la pieza en una operación, dice. Y las fresas barril, también conocidas como herramientas de segmento circular, están volviéndose más populares también, usadas principalmente para acabado acelerado de reemplazos de cadera y otros implantes complejos.

El ingeniero de investigación y desarrollo de KYOCERA SGS, Jake Rutherford, advierte que los recubrimientos de herramientas de corte podrían estar prohibidos en aplicaciones médicas particulares.

Por eso ofrecemos nuestras herramientas recubiertas o sin recubrir, dice. He estado en talleres donde era difícil o incluso imposible validar un proceso debido a preocupaciones de que quedarían elementos microscópicos del recubrimiento en el componente, que a su vez podrían filtrarse al cuerpo humano.

Un enfoque metódico

Observe ese último término: validación de proceso. Al igual que los que fabrican componentes aeroespaciales críticos, los talleres médicos a menudo deben someter sus procesos de mecanizado a la aprobación del cliente, y una vez validados, quedan congelados. Cualquier desviación de estos procesos después de hecho requiere aprobaciones adicionales, haciendo la mejora continua engorrosa en el mejor de los casos.

Una moraleja de esta historia es que los talleres médicos deberían traer expertos en herramientas de corte temprano durante el ciclo de desarrollo del proceso. Esto ayuda a asegurar que seleccionen las mejores herramientas, determinen las trayectorias de herramienta más eficientes posibles, y eviten volver al cliente para cambios post-validación. En otros casos, sin embargo, hacerlo vale bien el esfuerzo, especialmente en trabajos que llevan años corriendo, o donde el taller está por detrás de los tiempos en términos de tecnología de herramientas de corte.

Un caso en punto viene de OSG USA Inc., donde el gerente de distrito Dustin Loschiavo trabaja estrechamente con un taller médico en Michigan.

Nosotros y algunos de nuestros ingenieros visitamos su instalación el pasado octubre después de que aceptaron asociarse con nosotros, dice Loschiavo. Evaluamos sus procesos, miramos sus máquinas herramienta y fijadores, y entregamos soluciones que les ahorrarían más de $300 000 anuales en solo cuatro componentes.

El gerente regional de OSG, Chris Dravis, no se sorprende. En este caso particular, estaban usando tecnología de herramientas de corte de hace 10 años, dice. Al moverlos a herramientas diseñadas para trayectorias de herramienta modernas, pudieron aumentar enormemente el acoplamiento del cortador, mejorando significativamente tanto la vida útil de la herramienta como las tasas de remoción de metal. Concedido, hay costos internos asociados con ellos volviendo al cliente y tomando el tiempo para re-validar los procesos, pero en este y muchos otros casos, vale la pena.

El gerente de distrito de OSG, Aaron Kwapniewski, está de acuerdo, señalando que actualmente hay más de 6500 fabricantes nacionales de dispositivos médicos, y continúa habiendo una gran demanda en todos ellos para reducir plazos de entrega y recortar precios. Si no están aprovechando la herramienta más nueva y mejor, están dejando dinero en la mesa y poniéndose en riesgo, quizás, de perder negocio frente a otros competidores, anota.

Dan Doiron de Emuge ha tenido experiencias similares. Dice que existen protocolos estrictos para asegurar la consistencia de la fabricación de implantes. La trazabilidad es crítica, requiriendo que las empresas documenten qué lote de material, qué máquina herramienta e incluso el tipo de fluido de corte usan para una pieza específica. Cambiar a una marca diferente de herramienta de corte generalmente no está permitido sin una revisión de por qué ese cambio es necesario, dice. A pesar de esto, a menudo es un dolor necesario si los talleres quieren mantenerse competitivos.

Muchas de estas piezas son pequeñas, cayendo fácilmente en territorio de micromecanizado. El ingeniero de aplicaciones de KYOCERA SGS, Jacob Rak, enumeró una serie de componentes médicos más pequeños, desde stents y tornillos óseos hasta piezas para bombas cardíacas y sensores de monitoreo de respiración. Los tornos CNC estilo suizo se han usado largo tiempo para mecanizar muchos de estos, con centros de mecanizado de 5 ejes más comunes para la fabricación de implantes.

Las piezas médicas a menudo tienen geometrías únicas y están hechas de materiales difíciles, así que es trabajo exigente, dice. Independientemente de lo que esté haciendo, necesita el mejor equipo que pueda pagar si quiere ser competitivo.

Eleve la barra del portaherramientas

Sea cual sea la máquina herramienta, sea cual sea la pieza, tolerancias cerradas y acabados superficiales extremadamente finos significan que los fabricantes también deben elevar la barra en su portaherramientas. La necesidad de runout mínimo y rigidez máxima exige uso de portaherramientas de contracción o hidráulicos donde sea posible. Los cortadores diminutos pueden requerir inversión en cabezales multiplicadores de velocidad para lograr la velocidad operativa correcta, y refrigerante filtrado a alta presión es imprescindible. Y siempre siga las recomendaciones del fabricante de herramientas de corte —la mayoría está de acuerdo en que los maquinistas a menudo tienen miedo de empujar las herramientas tan duro como deberían, lo que usualmente lleva a desgaste prematuro de la herramienta.

Algunos también tienen miedo de invertir en herramientas de alta calidad o pedir ayuda para seleccionarlas. Eso es según Doiron, quien señaló que Emuge —como la mayoría de fabricantes de herramientas de corte— realiza pruebas científicas de grados de carburo, recubrimientos, ángulos de ataque y hélice, ranurado frontal y más. Sí, todas estas empresas quieren vender herramientas, pero la mejor forma de hacerlo es proporcionar a sus clientes resultados exitosos.

La inversión en la herramienta óptima para una aplicación puede significar la diferencia entre correr sin supervisión, o incluso entre ganancia y pérdida, anota. Esa ha sido mi experiencia, tanto como usuario final como aquí trabajando en Emuge.

¿Qué consejos o técnicas puede compartir sobre mecanizado médico? Háganoslo saber en los comentarios a continuación.