Evite las malas prácticas de mecanizado

Cortar componentes para la industria médica es muy parecido a la cirugía: el éxito es gratificante, pero la operación puede ser difícil. Las complicaciones se derivan de diseños y especificaciones de piezas desafiantes, así como de requisitos estrictos de los organismos reguladores, como la Administración de Alimentos y Medicamentos. Entonces, al igual que los cirujanos, los talleres necesitan conocimientos, herramientas, técnicas y prácticas especiales para llevar las operaciones médicas a una conclusión satisfactoria.

Uno de los principales desafíos que enfrentan los talleres que mecanizan piezas médicas es cómo tratar con diferentes materiales. Por ejemplo, los implantes espinales solían estar hechos de materiales comunes como el titanio y el acero inoxidable, dijo Mike MacArthur, vicepresidente de ingeniería de RobbJack Corp., un fabricante de herramientas de corte de carburo sólido en Lincoln, California. Ahora, sin embargo, los materiales para estos implantes incluyen polímeros como poliéter éter cetona y opciones transparentes que permiten a los médicos ver a través de ellos para comprobar el progreso de la cicatrización del tejido.

"Así que desarrollamos geometrías especializadas para cortar estos materiales únicos", dijo.

RobbJack también fabrica herramientas para mecanizar lentes intraoculares implantadas en los ojos. Estos lentes solían estar hechos de plásticos duros y rígidos. Pero hoy, MacArthur dijo que los materiales de elección son polímeros blandos y flexibles que permiten plegar los lentes, lo que los hace más fáciles de colocar en los ojos de los pacientes.

Las brocas helicoidales y escalonadas de carburo sólido, de pequeño diámetro y hechas a medida de Star Cutter se utilizan para mecanizar componentes médicos. Imagen cortesía de Star Cutter

"Eso es beneficioso para el paciente", dijo. "Pero es muy difícil cortar este tipo de material suave y gomoso".

Para cumplir con los requisitos de esta aplicación, RobbJack fabrica herramientas en el rango de 0,254 mm (0,01") de diámetro "con acabados ultrapulidos y bordes de corte ultraafilados", dijo MacArthur.

En cuanto a los metales, los que han ganado popularidad en la industria médica en los últimos años incluyen nitinol flexible y BioDur resistente a la corrosión. Si bien las propiedades de estos materiales son útiles en instrumentos médicos e implantes, también son más abrasivos que las alternativas convencionales, dijo Steve Easterday, gerente de aplicaciones suizas de NTK Cutting Tools USA en Wixom, Michigan.

Consideraciones de recubrimiento

NTK Cutting Tools se enfoca en recubrimientos de herramientas de deposición física de vapor multicapa para materiales difíciles de cortar. Aunque un recubrimiento grueso de nitruro de titanio podría hacer el trabajo para el torneado de roscas de titanio, Easterday dijo que no sería suficiente para cortar nitinol o BioDur abrasivo.

Para las herramientas que se utilizarán para mecanizar estos materiales, "podríamos hacer un recubrimiento de TiN y luego recubrirlo con un recubrimiento de nitruro de titanio y aluminio para darle más resistencia al desgaste", dijo.

Los recubrimientos de PVD pueden ser relativamente gruesos, pero Easterday señaló que el proceso de PVD aún produce capas más delgadas que el recubrimiento por deposición de vapor químico. Esto hace que los recubrimientos de PVD sean más adecuados para las inserciones de bordes afilados necesarias para cortar piezas médicas pequeñas.

Al tornear piezas pequeñas, inserte "la nitidez lo es todo porque quiere menos presión de la herramienta y un corte más libre", dijo.

Además de los recubrimientos, Easterday aconseja a los talleres dedicados al mecanizado médico que presten mucha atención a los avances y las velocidades. Al pasar de cortar tornillos óseos de titanio a piezas médicas hechas de materiales más duros como nitinol y BioDur, por ejemplo, dijo que los pies de superficie por minuto y la velocidad de alimentación deben cambiar para obtener la cantidad correcta de calor en los chips. Al tornear nitinol, recomienda comenzar con un sfm y una velocidad de avance significativamente más baja que las utilizadas para el titanio. Y en algunos casos, según la longitud y el diámetro del material, así como la profundidad de corte, es posible que sea necesario ajustar los parámetros iniciales a medida que avanza el proceso.

"Nada está realmente escrito en piedra con avances y velocidades en estos materiales exóticos", dijo. "Tienes que entrar allí y ajustarlo para hacerlo bien".

A medida que avanza el proceso de mecanizado, la mayoría de los materiales utilizados para piezas médicas tienden a endurecerse, dijo Gary McCarel, ingeniero de aplicaciones de Star Cutter Co., un fabricante de herramientas en Farmington Hills, Michigan. Por lo tanto, dijo que es importante tener un proceso estable, es decir, uno en el que haya una tasa de alimentación constante. Por ejemplo, no debe haber pausas en el corte.

Mantener la calma

McCarel también recomienda "un flujo de refrigerante constantemente limpio" para cortar piezas médicas.

Además, dijo que los talleres deberían investigar para asegurarse de que están usando refrigerantes de primera y desarrollados específicamente para mecanizar componentes médicos.

En algunos casos, señaló MacArthur, es posible que se deban descartar los refrigerantes convencionales para el mecanizado médico debido a los estrictos estándares de pureza. Es posible que no se permita que los implantes, por ejemplo, entren en contacto con posibles contaminantes. En estas situaciones, dijo que una opción es asegurarse de que la técnica de corte programada no genere cantidades excesivas de calor. Por ejemplo, sugirió que los talleres podrían hacer cortes más ligeros en lugar de pesados ​​pero con velocidades de alimentación más rápidas.

En aplicaciones médicas y de otro tipo, el refrigerante de alta presión dirigido al filo de corte ayuda a evacuar las virutas y aumenta la vida útil de la herramienta. Imagen cortesía de herramientas de corte NTK

Otra posibilidad es utilizar dióxido de carbono supercrítico para refrigeración y lubricación. Un estado fluido de CO2 mantenido por encima de su temperatura y presión críticas, el CO2 supercrítico parece un gas pero es tan denso como un líquido. Cuando se usa como refrigerante, el CO2 supercrítico no deja contaminación residual en las piezas médicas, dijo MacArthur, cuya empresa se ha asociado con empresas que usan CO2 supercrítico para mecanizar piezas médicas.

El CO2 supercrítico "no es la tecnología más nueva", dijo, "pero se está probando e implementando más para la industria médica".

Opciones de proveedor

Uno de los mayores desafíos de fabricación que plantea la industria médica y otras es la reducción del tamaño de las piezas. En respuesta, RobbJack decidió almacenar sus herramientas miniatura de precisión utilizadas en el mecanizado médico en incrementos de 0,0254 mm (0,001"), desde 0,127 mm (0,005") hasta 1,5748 mm (0,062") de diámetro de corte.

En lugar de tener que conformarse con un diámetro de herramienta común, "damos a los clientes la posibilidad de elegir un diámetro de corte exacto en milésimas de pulgada", dijo MacArthur. "Esto les permite optimizar mucho mejor sus procesos".

También permite a los usuarios obtener herramientas precisas muy rápidamente. Entonces, un dentista, por ejemplo, no tendría que esperar a que se fabrique una herramienta personalizada para producir una corona para un paciente en espera.

"Estamos facilitando la entrega rápida de herramientas al tenerlas todas en stock", dijo MacArthur.

Aunque las herramientas estandarizadas se emplean comúnmente en el mecanizado médico, Star Cutter cree que existen importantes ventajas al usar herramientas personalizadas como las que fabrica para aplicaciones médicas.

"Nuestras herramientas están diseñadas específicamente para la aplicación", dijo Jamie Dunneback, gerente de ventas de herramientas redondas. "Así que obtendrá mejores resultados y rendimiento cuando venga a una empresa como la nuestra".

Dijo que los componentes médicos pequeños a menudo se mecanizan con varias herramientas estandarizadas diferentes. Sin embargo, cuando Star Cutter evalúa piezas como estas, la empresa frecuentemente encuentra que una sola herramienta combinada puede hacer el trabajo.

"Cuando observa las líneas estándar de artículos estándar, especialmente en microherramientas, (las empresas) no tienen estas herramientas combinadas", dijo Dunneback. "Todas son herramientas de un solo diámetro".

Entonces, por ejemplo, un taller necesitaría comprar tres herramientas estandarizadas para cortar dos diámetros de orificio diferentes, además de un chaflán.

NTK Cutting Tools aplica recubrimientos de TiN a los sistemas de cortadores giratorios de roscas. imagen cortesía de herramientas de corte NTK

Sin embargo, Star Cutter puede crear una broca de diámetro pequeño capaz de cortar ambos diámetros de agujeros, así como el chaflán. Además de ayudar a un taller a reducir su tiempo de ciclo, Dunneback dijo que esto mejorará la calidad de la pieza desde el punto de vista de la concentricidad porque una sola herramienta corta ambos diámetros en lugar de dos herramientas separadas.

En situaciones en las que se fabrican varias piezas con la misma máquina, otra ventaja de combinar diferentes herramientas en una sola es que abre espacios en la torreta para herramientas que pueden usarse para otros trabajos.

"Si los talleres pueden cargar herramientas adicionales allí", dijo Dunneback, "eso les da la opción de tener una máquina preparada para múltiples piezas lista para funcionar en lugar de tener que reemplazar las herramientas (para cada trabajo) porque no cabía todo en la torreta originalmente".

Mejores prácticas

Los talleres que cortan piezas médicas también pueden beneficiarse de las prácticas básicas recomendadas por McCarel. Estos incluyen asegurarse de que la pieza de trabajo y los accesorios del husillo sean rígidos y que los husillos estén alineados correctamente.

"Cuando se trata de brocas de metal duro integral, la mayor parte de su relación profundidad-diámetro es extremadamente alta, por lo que son frágiles", dijo. "Entonces, si tiene algún tipo de problema de alineación o cualquier tipo de movimiento en el buje, romperá estas herramientas y no obtendrá la calidad de orificio que necesita el usuario final de la pieza".

Otra práctica importante es asegurarse de que el mantenimiento preventivo siempre se realice en las máquinas en los horarios programados.

"Como ingenieros de servicio de campo", dijo McCarel, "muchas veces hemos visto que una parte y un proceso funcionan muy bien, pero de repente se van al sur porque la máquina no ha recibido mantenimiento".

En casos como este, una serie de sucesos pueden afectar negativamente el proceso de mecanizado. Con el tiempo, por ejemplo, dijo que los bujes redondos pueden volverse ovalados y que el refrigerante limpio puede ensuciarse con partículas suspendidas.

Pero "estas son cosas que se pueden prevenir si se cuenta con el proceso adecuado (de mantenimiento preventivo)", dijo McCarel.

Sustancia utilizada para esmerilar, bruñir, lapear, superterminar y pulir. Los ejemplos incluyen granate, esmeril, corindón, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico y diamante en varios tamaños de grano.

Manguito cilíndrico, generalmente hecho de acero para herramientas de alto grado, insertado en un accesorio de plantilla para guiar las herramientas de corte. Existen tres tipos principales: renovables, utilizadas en liners que a su vez se instalan en el jig; de ajuste a presión, instalado directamente en la plantilla para tiradas de producción cortas; y revestimiento (o maestro), instalado permanentemente en una plantilla para recibir bujes renovables.

Proceso de alta temperatura (1000 °C o más) controlado por atmósfera en el que se induce una reacción química con el fin de depositar un recubrimiento de 2 µm a 12 µm de espesor en la superficie de una herramienta. Ver herramientas recubiertas; PVD, deposición física de vapor.

Fluido que reduce la acumulación de temperatura en la interfaz herramienta/pieza de trabajo durante el mecanizado. Normalmente toma la forma de un líquido como mezclas químicas o solubles (semisintéticas, sintéticas) pero puede ser aire comprimido u otro gas. Debido a la capacidad del agua para absorber grandes cantidades de calor, se usa ampliamente como refrigerante y vehículo para varios compuestos de corte, y la relación agua-compuesto varía según la tarea de mecanizado. Véase fluido de corte; fluido de corte semisintético; fluido de corte de aceite soluble; Fluido de corte sintético.

Distancia entre la parte inferior del corte y la superficie sin cortar de la pieza de trabajo, medida en dirección perpendicular a la superficie maquinada de la pieza de trabajo.

Relación de la profundidad de un agujero en comparación con el diámetro de la herramienta utilizada para hacer el agujero.

Tasa de cambio de posición de la herramienta como un todo, en relación con la pieza de trabajo durante el corte.

Proceso de recubrimiento de herramientas realizado a baja temperatura (500 °C), en comparación con la deposición química de vapor (1.000 °C). Emplea un campo eléctrico para generar el calor necesario para depositar el revestimiento en la superficie de una herramienta. Ver CVD, deposición química de vapor.

Proceso de recubrimiento de herramientas realizado a baja temperatura (500 °C), en comparación con la deposición química de vapor (1.000 °C). Emplea un campo eléctrico para generar el calor necesario para depositar el revestimiento en la superficie de una herramienta. Ver CVD, deposición química de vapor.

A menudo se utiliza como revestimiento de herramientas. AlTiN indica que el contenido de aluminio es mayor que el de titanio. Ver herramientas recubiertas.

Agregado a las herramientas de carburo de titanio para permitir el mecanizado de metales duros a altas velocidades. También se utiliza como recubrimiento de herramientas. Ver herramientas recubiertas.

Agregado a las herramientas de carburo de titanio para permitir el mecanizado de metales duros a altas velocidades. También se utiliza como recubrimiento de herramientas. Ver herramientas recubiertas.

La pieza de trabajo se sujeta en un mandril, se monta en una placa frontal o se asegura entre centros y se gira mientras se alimenta una herramienta de corte, normalmente una herramienta de un solo punto, a lo largo de su periferia o a través de su extremo o cara. Toma la forma de torneado recto (corte a lo largo de la periferia de la pieza de trabajo); torneado cónico (creando un cono); torneado escalonado (torneado de diámetros de diferentes tamaños en el mismo trabajo); biselado (biselado de un borde o hombro); revestimiento (corte en un extremo); roscas de torneado (generalmente externas pero pueden ser internas); desbaste (eliminación de alto volumen de metal); y acabados (cortes de luz finales). Realizado en tornos, centros de torneado, mandriles, atornilladoras automáticas y máquinas similares.

Capacidad de la herramienta para resistir las tensiones que provocan su desgaste durante el corte; atributo ligado a la composición de la aleación, material base, condiciones térmicas, tipo de utillaje y operación y otras variables.

William Leventon es editor colaborador de la revista Cutting Tool Engineering. Comuníquese con él por teléfono al 609-920-3335 o por correo electrónico a [email protected].

Herramientas de corte NTK EE. UU.248-668-0100www.ntkcuttingtools.com/us

Robb Jack Corp.844-342-0222www.robbjack.com

Compañía cortadora de estrellas.248-474-8200www.starcutter.com