Cómo el mecanizado CNC está cambiando la industria médica

Jun 24, 2023

Estilos Gordon | 11 de agosto de 2022

Los productos, dispositivos y accesorios utilizados en medicina se vuelven cada vez más sofisticados a medida que surgen nuevas tecnologías para mejorar la salud humana y los resultados de los pacientes. Estos productos se encuentran en todas partes, desde salas de cirugía hasta centros de rehabilitación, desde clínicas de pueblos pequeños hasta el botiquín familiar.

Independientemente del tipo de producto, todos comparten algunas características comunes.

El mecanizado CNC es una solución de fabricación ideal para cumplir con todos estos criterios y más.

Los avances en la tecnología de máquinas herramienta CNC están siendo impulsados ​​por las demandas del mercado. Los diseños sofisticados para aplicaciones de próxima generación requieren mayores niveles de precisión y repetibilidad. Eso, a su vez, está ampliando el alcance de lo que es físicamente posible en el diseño de herramientas.

Los fabricantes de máquinas siempre buscan formas de optimizar el rendimiento mediante el control de la vibración, el aumento de la velocidad de la máquina, la reducción de los costos de mantenimiento y el suministro de plataformas de mecanizado flexibles que pueden realizar múltiples tareas complejas en una configuración de máquina.

Hay tres soluciones técnicas avanzadas que pueden ayudar en todas estas áreas.

Las máquinas CNC multieje se desplazan sobre varios ejes independientes. Para hacer esto, la mayoría de las máquinas utilizan una guía de piñón y cremallera o un tornillo lineal y un sistema de transmisión de bolas recíprocas. Ambos tipos están sujetos a fricción y desgaste y tienen limitaciones tanto en precisión como en velocidad.

Pero los sistemas de transmisión lineal funcionan de manera muy similar a un tren Maglev. La corriente eléctrica, interactuando con potentes imanes, hace levitar el carro fuera del riel guía mientras también conduce su viaje. Esto significa que no hay fricción, ni desgaste, ni mantenimiento. Y los sistemas de transmisión lineal se mueven mucho más rápido, con grados mucho más altos de exactitud y precisión.

Otra solución de accionamiento innovadora, también calibrada para reducir la fricción, es la guía hidrostática. Estos utilizan guías rectificadas con precisión que están amortiguadas con una fina película de aceite. El aceite se bombea continuamente hacia adentro y hacia afuera de un carro, y este carro sostiene la pieza de trabajo. La flotación de aceite sofoca la vibración y elimina la fricción, lo que genera excelentes acabados superficiales en la pieza.

La acumulación de calor siempre es un problema cuando se mecaniza al límite del rendimiento. Esto se debe a que la expansión natural de todos los materiales cuando se calientan definitivamente hará que las tolerancias se salgan de control, a menos que este calor se controle con un enfriamiento central muy serio. Además, los fabricantes inteligentes han descubierto cómo calcular la tasa de expansión de todos los componentes críticos en su sistema y luego contrarrestar esos movimientos en consecuencia.

Las máquinas herramienta más avanzadas permiten la fabricación de productos más avanzados, y eso ciertamente no es una excepción cuando se trata de dispositivos médicos.

No existe otro proceso de producción en masa que sea tan confiable, preciso, escalable, rentable y fácil de personalizar. Echemos un vistazo más de cerca a cómo se puede utilizar el mecanizado CNC para mejorar el desarrollo de dispositivos médicos en ciertas áreas clave.

Cada nuevo producto comienza con un prototipo. Esto es tan cierto para la tecnología médica como para cualquier otra industria. Hay varias ventajas en el uso del mecanizado CNC para prototipos médicos.

Primero, es rápido. Una vez que se aprueba un diseño, se puede programar y mecanizar una pieza terminada en tan solo un día. Esto permite que los ingenieros de productos se pongan manos a la obra con las pruebas de ajuste y función, pasos críticos en el proceso de creación de prototipos.

Los prototipos físicos ayudan a identificar posibles fallas de diseño o áreas que se pueden mejorar, y si es necesario realizar cambios menores, es un pequeño esfuerzo modificar el programa de la máquina en consecuencia.

Una vez que se ha marcado un diseño, cualquier fresadora o torno CNC que funcione correctamente puede hacer piezas duplicadas, en cualquier volumen, con solo la mínima variación en la tolerancia de pieza a pieza, típicamente 5 micrones o menos. En una era anterior, lograr este grado de precisión con una máquina herramienta operada manualmente habría requerido las habilidades de un maestro maquinista en condiciones controladas, y habría sido mucho más lento y costoso.

Ahora, los motores digitales, el software sofisticado y las herramientas de corte especializadas hacen que este grado de perfección sea fácilmente alcanzable y completamente confiable. Por lo tanto, los diseñadores de productos médicos ya no necesitan preguntarse: ¿se puede hacer? Sí puede.

Algunos procesos de producción en masa primero dependen de la fabricación de moldes o matrices de fundición dedicados, como el moldeo por inyección de plástico o la fundición de inversión. Estos troqueles tardan mucho más en fabricarse y requieren una gran inversión financiera inicial. La única forma de recuperar el costo de esta inversión, desde el punto de vista del desarrollador, es comprometerse a hacer una gran cantidad de productos terminados a lo largo del tiempo.

Pero muchos diseños médicos están altamente personalizados y no se fabricarán en grandes volúmenes, por lo que invertir en herramientas no es una opción viable.

El mecanizado CNC no requiere herramientas duras, por lo que se puede producir una sola pieza de manera rentable y los volúmenes aumentan lentamente a medida que aumenta la demanda.

El mecanizado CNC también es indiferente a la materia prima en la que se trabaja, siempre que sea lo suficientemente rígida para soportar la fuerza de las herramientas de corte. Puede haber algunos ajustes menores en la máquina para tener en cuenta los diferentes tipos de metal o plástico (velocidades y avances), pero esta versatilidad significa esencialmente que los diseñadores, así como los técnicos médicos, tienen un amplio margen para elegir el material que mejor se adapte a la aplicación prevista.

Hay muchas certificaciones independientes que pueden aplicarse a varios dispositivos médicos, la más importante de las cuales es la ISO 13485. Esto estipula que un fabricante ha demostrado los protocolos de cadena de custodia necesarios para salvaguardar todas las materias primas que pasan por sus instalaciones, así como cualquier producto terminado o semiterminado. Deben mantenerse limpios y sin contaminar, así como separados de otros productos no conformes, y se debe demostrar que las materias primas no contienen productos químicos nocivos.

Cabe señalar que cuando se trata de solicitar la aprobación o autorización de la FDA en los Estados Unidos para un dispositivo médico, o la marca CE equivalente en Europa, es el propietario o licenciatario del diseño el responsable de realizar la solicitud necesaria: no el fabricante. El diseñador del producto debe demostrar que el artículo en cuestión ha cumplido con todos los requisitos reglamentarios en cada etapa de su producción, por lo que trabajar con una empresa registrada en ISO es una forma de hacerlo.

Debido a su versatilidad, el mecanizado CNC se presta a todo tipo de fabricación personalizada para productos médicos.

Los ejemplos pueden incluir herramientas, fórceps y abrazaderas de acero inoxidable; implantes quirúrgicos para la reparación de huesos; componentes ortopédicos y protésicos; accesorios de alta temperatura para cámaras de esterilización; partes y componentes para equipos de prueba; y muchos más. La lista es verdaderamente interminable. Sin embargo, el mecanizado CNC no es el más adecuado para grandes volúmenes de piezas de plástico, que deberían moldearse por inyección.

Más de 160 hospitales en los Estados Unidos ya cuentan con instalaciones de impresión 3D permanentes en el sitio, para ayudar a hacer formas complejas y altamente personalizadas cerca del punto de atención. Esto demuestra que existe una necesidad establecida y reconocida de fabricar objetos físicos en el lugar para cumplir con los requisitos especiales que pueden surgir en cualquier momento y sin el lujo de la previsión.

Por esta misma razón, puede haber un lugar para el mecanizado CNC en hospitales, clínicas y centros de investigación médica. Para muchas aplicaciones, el mecanizado CNC es más rápido que la impresión 3D y las piezas que puede producir son mucho más resistentes y precisas.

Los centros de mecanizado multieje pequeños, portátiles y en gran medida autónomos podrían colocarse fácilmente incluso en áreas remotas para proporcionar soluciones de fabricación rápidas, precisas y económicas donde otras oportunidades son limitadas.

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