Cómo el mecanizado de precisión está afectando el futuro de la fabricación de dispositivos médicos

por Ralph Zoontjens

15 junio 2022

10:36

A diferencia de la fabricación convencional, el mecanizado de precisión produce piezas con precisión submicrónica. Para aplicaciones médicas, esto brinda los beneficios cruciales de la miniaturización, el ajuste personalizado y el alto rendimiento. Ralph Zoontjens, diseñador de productos que se especializa en impresión 3D, comparte su visión sobre cómo el mecanizado de precisión está afectando la fabricación de dispositivos médicos.

Foto de Daniel Smyth en Unsplash

La Industria 4.0 está en plena marcha y cada vez más empresas dan el paso hacia la fabricación digital. Las máquinas CNC eliminan material a velocidades vertiginosas con inteligencia artificial y precisión mejoradas, lo que garantiza que el producto cumpla con la intención del ingeniero de diseño.

Con el mecanizado de precisión, la lucha por el dimensionamiento geométrico y las tolerancias ha terminado, ya que las piezas serán consistentes con el modelo 3D al micrómetro.

Este es un logro considerable, ya que las desviaciones a menudo son visibles en partes del mismo lote, lo que provoca altas tasas de desperdicio y fallas en el cumplimiento de los requisitos de rendimiento.

El control numérico por computadora (CNC) no se aferra a las zonas afectadas por el calor u otros defectos mecánicos de la impresión 3D, que es más adecuada para prototipos y modelos de planificación preoperatoria. Al moler el material tal como está, conserva sus propiedades mecánicas homogéneas para cumplir con los estándares de calidad más altos.

La tecnología de precisión no es solo una mejora incremental. Tiene un impacto radical en las aplicaciones médicas.

Es capaz de fabricar piezas duraderas que se pueden llevar encima o dentro del cuerpo durante una buena parte de la vida. Las soluciones que hasta ahora eran imposibles ahora pueden permitir nuevas formas de microcirugía, como en bebés embrionarios, vasos sanguíneos o el cerebro.

Una colección de dispositivos se basan en el mecanizado de precisión:

bombas de insulina

desfibriladores

Implantes de monitores cardíacos

marcapasos

Sistemas de administración de medicamentos

Máquinas de diálisis renal

Rastreadores biométricos

Máquinas de rayos X portátiles

escáneres de resonancia magnética

Con tecnología de precisión, se optimizan la carcasa del producto, la arquitectura interna, la integración electrónica y las soluciones de cableado para su rastreador biométrico o radiografía digital. Para dispositivos portátiles como implantes de monitores cardíacos o marcapasos, su factor de forma mínimamente invasivo con una carcasa micromoldeada de paredes ultrafinas cambia las reglas del juego tanto en términos de comodidad como de sensibilidad estética.

Los instrumentos que fabrica también permiten la cirugía asistida por robot, como las cirugías de válvulas cardíacas. Y somos testigos de un gran crecimiento de piezas diminutas como tabiques, sensores, microelectrónica, microagujas, stents y tornillos micromecanizados. Huelga decir que esto requiere una gran especialización por parte del proveedor.

El mecanizado de precisión crea el ajuste perfecto para aplicaciones críticas como prótesis y órtesis. Gracias a estas tecnologías, las personas no solo se sienten apoyadas, sino más capacitadas.

Los siguientes reemplazos generalmente se fresan con máquinas CNC de varios ejes en titanio o cromo-cobalto con algunos componentes de plástico de polietileno, acrílico, tereftalato de polietileno o poliéter éter cetona:

Implantes de articulaciones principales para el hombro, la cadera o la rodilla

Implantes para la mano, el tobillo o el codo

Implantes de craneoplastia

Implantes de columna

Sistemas de derivación de líquido cefalorraquídeo

lentes fáquicos

Puertos de catéter implantables

Implantes cocleares

Basándose en escaneos corporales, estas soluciones complejas pueden mecanizarse para adaptarse exactamente a la biomecánica del paciente. Esto contrasta fuertemente con los componentes tradicionalmente hechos a mano. Con un producto mecanizado con precisión, no hay más errores humanos, ni insatisfacción del paciente, ni una segunda operación.

Profesionales como cirujanos y dentistas se benefician al tener acceso a la fabricación de precisión. Según sus preferencias, ahora pueden desarrollar herramientas personalizadas, como cortadores, agujas de biopsia, portaimplantes, fórceps, nebulizadores y mangos de hojas, o equipar al asistente robótico con pinzas personalizadas.

En el futuro, los profesionales médicos utilizarán aplicaciones de personalización digital para crear componentes personalizados según las especificaciones, localmente y bajo demanda.

Además de los beneficios funcionales, también hay factores de aceptabilidad social: traer audífonos a la cadera, bastones y muletas, anillos biométricos mecanizados de pared delgada y otros dispositivos médicos portátiles para los amantes de la moda.

Pasar de la fabricación tradicional a la de precisión es como convertir una carretilla en un coche de carreras. El equipo de accionamiento eléctrico y libre de aceite evita los contaminantes, así como las uniones sin partículas ni sujetadores con soldadura láser y sobremoldeo.

El software de control mejorado con inteligencia artificial impulsado digitalmente proporciona una precisión dimensional óptima para permitir características de diseño complejas.

Un beneficio sobre otros procesos es la gran cantidad de materiales biocompatibles que permite. Debido a las altas velocidades del husillo, esto requiere parámetros de control muy específicos para cada material. Por ejemplo, el polipropileno, el polietileno y el polioximetileno son mejores para las secciones de paredes delgadas.

También se puede usar nailon, pero tiene una pequeña ventana de procesamiento, mientras que el policarbonato y el PET requieren un control de temperatura delicado. Para aplicaciones de alta resistencia, considere un ABS relleno de fibra de vidrio.

Los componentes metálicos de grado médico, como guías, tornillos, implantes y brackets, están hechos de titanio, acero inoxidable, aluminio, cobre y aleaciones de Kovar, Invar e Inconel. El nitinol, un material inteligente con comportamiento de memoria de forma, es una próxima opción por su resistencia a la torsión y la fatiga.

Por razones de eficiencia o geometrías complejas, a veces se implementa un enfoque híbrido. La impresión 3D de metal se puede utilizar para desarrollar estructuras reticulares internas orgánicas para que los componentes ligeros se postacaben en tolerancia mediante CNC.

Dispositivos como el Apple Watch agradecen su acabado supremo a la combinación de extrusión de aluminio con fresado de precisión y equipos láser en un proceso que no deja rebabas en los bordes ni en la superficie, incluso dentro del dispositivo.

Para piezas de silicona como membranas, válvulas y sellos, el micromoldeado permite piezas de unos pocos milímetros de tamaño y conserva todos los detalles necesarios para zonas estructurales específicas. Y con el caucho de silicona líquida óptica (LSR), se puede lograr una transparencia similar al vidrio.

Los dispositivos médicos deben cumplir estrictos estándares de durabilidad, seguridad, biocompatibilidad y esterilización, y requisitos mecánicos clave de flexibilidad, lubricidad, resistencia al pandeo y transferencia de torsión.

El mecanizado de precisión de vanguardia es el camino a seguir en casi todos los casos, lo que permite un control total y una amplia gama de materiales, con la ventaja de permitir productos ultra personalizados.

por Ralph Zoontjens

15 junio 2022

10:36