Rectificado: estado del arte para la industria médica

Un tiempo corto de instalación y alta flexibilidad en el cambio de equipamiento y software son algunas de las muchas ventajas que estas máquinas nuevas ofrecen a sus usuarios. Para alcanzar este nivel de rendimiento, muchas empresas han confiado en su experiencia en la construcción de diversas máquinas herramienta, incluyendo rectificadoras y tornos con múltiples husillos.

Una caracterí­stica clave de estos nuevos centros rectificado es la tecnologí­a de accionamiento directo en los cinco ejes. Los ejes X, Y y Z son manejados por motores lineales y se eliminan los tornillos de bolas o engranajes y componentes del sistema de accionamiento. Estas máquinas tienen la capacidad de realizar movimientos muy precisos y altamente dinámicos al mismo tiempo. La tecnologí­a a bordo no solo ofrece dinámicas altas. Es un sistema de accionamiento que puede acelerar más rápido que cualquier otra máquina herramienta en el mercado y no es propenso al desgaste o a dañar a los accionamientos.

Cuenta con tecnologí­a CNC de avanzada que complementa los accionamientos y opciones de programación de una manera ideal para funcionar en un nivel más alto técnicamente hablando. Este concepto de accionamiento y control permite alcanzar una velocidad eficiente en la superficie de la pieza de más de 500 pulgadas por minuto.

Con estas nuevas tecnologí­as se obtienen beneficios claros en la fabricación de implantes ortopédicos tales como rodillas femorales, bandejas tibia y tallos de cadera; así­ como para la elaboración de instrumentos como raspadores de cadera, cortadores medicales, taladros, paso de taladro y escariadores que obtienen grandes beneficios de esta tecnologí­a.

Pero hay otro aspecto de la utilización de estos equipos en el trabajo de producción ortopédico que es sumamente importante. Es decir, ¿cómo puede programar todas estas piezas diversas o de bajo volumen en una sola plataforma mecanizada?

Cada clase de piezas de trabajo tí­picamente necesitarí­a una solución de software especial para abordar sus caracterí­sticas y empezar desde un dibujo simple apoyado por las páginas de entrada de parámetro, funcionalidad de contorno de importación DXF o modelos geométricos 3D-CAD muy complejos. Con caracterí­sticas de geometrí­a estándar combinadas con superficies de forma libre muy exigentes como implantes de rodilla femoral, el desafí­o de programación parece bastante extremo.

Los fabricantes han desarrollado paquetes de software diferentes internos combinados con la capacidad completa de programación fuera de lí­nea y capacidades de simulación de la pieza entera de trabajo desde el blanco hasta el producto terminado.

El software incorpora los ambientes de máquina y accesorios, además de las comprobaciones de colisión, simulando la producción antes de que comience el trabajo de maquinado. Esta plataforma de programación asegura una producción estable con una salida de trabajo previsible por un lado y, por otro lado, es un ahorrador absoluto de tiempo para el departamento de ingenierí­a de producción que necesita preparar el código CNC para la máquina sin perder valioso tiempo de producción.

La información del programa se almacena en un archivo que es enviado a la máquina y es llamado en el panel de control para empezar el trabajo. Solo se necesitan unos pocos clics del ratón para crear un programa de este tipo, el cual combina el manejo de la pieza, sondeo de la pieza, medición de la herramienta, el vestido de la rueda, el rectificado, el fresado, banda abrasiva y operaciones de pulido. No se necesita tener habilidades especiales para entender y programar el código. El concepto de software es diseñado como una pantalla tí­pica de una página. Todas las caracterí­sticas del software pueden ser colocadas de manera individual en la pantalla y cambiadas fácilmente a otro ajuste.

Después, cada ajuste puede ser almacenado bajo un nombre de perfil. Para cambiar de un programa a otro solo se necesita un simple clic del ratón para obtener todas las caracterí­sticas del software en la pantalla donde coinciden con las expectativas del programador. El panel de control del CNC y la interfaz del software son diseñados ergonómicamente con muchas funcionalidades intuitivas para operar las distintas caracterí­sticas de la máquina.

Todos los paquetes de software se actualizan y mejoran de manera constante para añadir más funcionalidades, para mejorar las caracterí­sticas existentes o bien, para encontrar soluciones para clientes que tienen una demanda adicional a la existente o identificada como estándar de operación en el campo de trabajo. El software ofrece, junto con otros paquetes opcionales, un amplio surtido de brocas.

Para geometrí­as de broca que son únicas para un producto determinado, el software puede importar un contorno DXF de una caracterí­stica especial e inmediatamente generar un programa CNC. Para las brocas de geometrí­as largas y delgadas o para los escariadores, como los que se usan frecuentemente en cirugí­as ortopédicas, se necesita apoyar la pieza durante el trabajo a máquina en el punto exacto del rectificado.

Para realizar este objetivo, la máquina puede ser equipada con un sistema de diapositiva doble auxiliar que lleva un contrapunto para sostener la pieza en el centro y dispositivo estable para absorber las fuerzas de rectificado y sujetar la pieza donde sea necesario. Estos dispositivos se pueden programar, colocar, activar y desactivar de manera independiente mientras que el trabajo de la máquina está en progreso.

En piezas tales como implantes de rodilla femoral es obligatorio tratar con superficies de forma libre. Alcanzar una velocidad constante pero altamente efectiva en la superficie de la pieza, sin perder la precisión rectificando cientos de lí­neas paraleles, es un desafí­o único. Este software nuevo tí­picamente ofrece una interfaz para los sistemas CAD/CAM que proporcionan la rutina después del procesamiento para datos de gran volumen y la información de la ruta de la herramienta con geometrí­a compleja. El software y la máquina por lo regular son capaces de realizar el trabajo de rectificado en un periodo de tiempo de entre 4 y 8 minutos, dependiendo del tamaño de la pieza y la calidad de la superficie deseada.

Para operaciones donde el fresado es una sustitución conveniente para el rectificado convencional, la máquina puede cambiar el parámetro de accionamiento para realizar una ruta de corte óptima para este tipo de maquinado. También, la compensación del radio se puede emplear en las aplicaciones de fresado en los cinco ejes de movimiento para controlar y compensar las dimensiones de la pieza o para compensar las dimensiones diferentes de corte.

Pero las operaciones de rectificado y fresado no son el final de la lista de opciones para la secuencia de maquinado. En algunos casos, las bandas abrasivas y el pulido pueden tener sentido. Estas operaciones adicionales son posibles ahora dentro del espacio de maquinado, ya que el almacenamiento de herramienta en estos centros nuevos de rectificado puede ser extendida desde 5 hasta 12 o 24 espacios de almacenamiento para guardar conjuntos de herramientas y piedras de pulido especialmente diseñadas. Este concepto del almacenamiento y del eje es diseñado para llevar la herramienta y su colector de refrigerante al mismo lugar, pero optimizarlos para cada aplicación.

No solo el desarrollo de la máquina, el software y los sistemas elaborados de sujeción pertenecen a este espectro nuevo de capacidades de máquina. También a este pertenecen los materiales complejos maquinados o los que son costosos como el CoCr, el titanio, el acero inoxidable e incluso la cerámica.

Estos materiales se utilizan para encontrar la solución tecnológica correcta para la aplicación ortopédica. Los implantes de rodilla femoral, por ejemplo, han mostrado en el pasado, después del proceso de rectificado, un efecto de separación de la pieza en la que el contorno interior se ha abierto. La experimentación de este efecto estimuló los esfuerzos adicionales de los ingenieros con el fin de mantener esta caracterí­stica crí­tica del perfil. La rectificadora debe ser capaz de reducir y eliminar el efecto de separación de la pieza por medio de tecnologí­a especial utilizando las herramientas adecuadas, el suministro de refrigeración y el método de programación. 

Para superficies de forma libre se debe emplear un sistema CAD/CAM para proporcionar la información compleja de la ruta de la herramienta. Para instrumentos como raspadores de hueso quirúrgico, el software debe ofrecer su propia interfaz integrada CAD/CAM. Solo un modelo simple CAD y un dibujo deberí­an ser necesarios para comenzar. Con su función de modelo de importación todas las diferentes clases de sistemas de dentado pueden ser programadas, simuladas y medidas dentro de la misma plataforma de programación, desde los estilos de dentado recto, angulado, helicoidal y de tipo ventilador, hasta los rompe viruta. Los paquetes de software que están disponibles ahora en el mercado ofrecen máscaras de parámetro de entrada predefinidos para crear programas en pocos minutos. El software también sabe las necesidades especiales de las operaciones de rectificado y fresado.

Por lo tanto, la automatización llega ser más importante para proporcionar un flujo de trabajo constante y predecible. Para lotes de pieza de bajo, mediano o alto volumen o una mayor diversidad en el espectro de la pieza, es necesario enfrentar el desafí­o con soluciones de automatización.

Dependiendo del tamaño de la pieza o los lotes, puede ser equipado sobre una máquina un cargador de cadena con 50 hasta 160 estaciones de piezas. Para necesidades extendidas, volúmenes de piezas, mezclas más diversas de diferentes piezas u otras aplicaciones como la medición de partes, opciones de acabado y almacenamiento de piezas, se puede incorporar una célula robotizada que puede ser conectada a la máquina de rectificado y programada para interactuar sin problemas con todas las capturas necesarias para “big data” a través del CNC y el canal de comunicación adecuado.

Para todas las aplicaciones del mecanizado, la sujeción de la pieza es una necesidad crí­tica final. Para la sujeción de los instrumentos redondos y cilí­ndricos, se puede disponer de cilindros de metal automatizados para sujetar la herramienta o bien, usar porta brocas hidráulicos. Para sujetar y sostener piezas de trabajo tales como rodillas femorales, piezas de tibia, tallos de cadera o raspadores de cadera, los fabricantes están ofreciendo una amplia variedad de soluciones de sujeción, ya sea completamente automatizadas o con carga manual.

Por último, la ingenierí­a de proceso y la consultorí­a desde las primeras etapas de un proyecto, hasta la instalación del equipamiento, acompañado por programas de capacitación para el operador de la máquina, el programador y el personal de mantenimiento son vitales para estructurar una propuesta de valor para los fabricantes de rectificadoras para la fabricación de componentes médicos.