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El movimiento lineal, un salvavidas en medicina

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Desafíos específicos de diseño y funcionamiento en aplicaciones médicas y salas limpias.

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Etapa XYZ de movimiento lineal para posicionamiento de muestras

Los fabricantes de equipos de ciencias de la vida, médicos y biomédicos deben perseguir constantemente mejoras en tecnología avanzada, flujos de trabajo y procesos para perseguir las presiones competitivas y el crecimiento del mercado. Pero el progreso no puede centrarse únicamente en ampliar el éxito; también debe garantizar la precisión, la fiabilidad y la funcionalidad durante el funcionamiento, es decir, la prevención de fallos durante el uso.

Descuidar las mejoras y salvaguardas en un componente aparentemente menor de los sistemas de movimiento lineal en proceso puede generar consecuencias que van desde inconvenientes hasta catastróficas. Tanto los fabricantes como los usuarios deben mantenerse alerta.

Con el enfoque adecuado, los sistemas de movimiento lineal de nueva generación pueden especificarse, diseñarse, instalarse y mantenerse para avanzar y garantizar los beneficios de los equipos de ciencias de la vida, médicos y biomédicos en aplicaciones vitales e incluso salvadoras.

Consecuencias

Dado que un movimiento lineal fiable es una necesidad operativa, los fabricantes y usuarios de equipos deben controlar incluso los riesgos de fallo relativamente poco frecuentes en los componentes o sistemas de movimiento lineal durante todo el proceso. Este problema afecta a equipos que van desde la secuenciación del ADN hasta la bioimpresión, pasando por los microscopios de fuerza atómica (AFM).

Lo que está en juego es enorme.

El fallo de una sola pieza o sistema puede costar a los usuarios de los equipos cientos de miles de dólares, incluso por un periodo de inactividad relativamente corto. Dependiendo de la ubicación, la gravedad y el tiempo de respuesta para la reparación o sustitución, los costes pueden ascender a mucho más.

El riesgo para la seguridad del personal es otra preocupación primordial. Aunque son poco frecuentes, los fallos de diseño o la inobservancia de las salvaguardias operativas pueden provocar desde puntos de pinzamiento hasta etapas de fuga y causar daños que van desde lesiones por aplastamiento hasta descargas eléctricas.

Especificación y diseño

Las instalaciones de fabricación de movimiento lineal cuentan con la certificación ISO para garantizar la coherencia de todos sus procesos clave. Además, la construcción meticulosa de prototipos ayuda a descubrir pasos que son clave para mantener el rendimiento y la fiabilidad del componente o sistema de movimiento acabado. La omisión o la realización incorrecta de cualquiera de los muchos pequeños pasos cruciales en el montaje o las pruebas puede provocar, en última instancia, un fallo del sistema sobre el terreno.

Muchos fabricantes también establecen objetivos que se traducen en muchos años de servicio fiable antes de una actualización del equipo. Por lo tanto, es importante calcular correctamente la vida útil de los componentes. Dado que los ciclos de trabajo pueden variar de una aplicación a otra, la vida útil de muchos componentes de movimiento lineal se indica en kilómetros recorridos. A continuación, el fabricante de componentes de movimiento lineal debe traducir ese cálculo en diversas decisiones sobre el producto.

Por ejemplo, un cable muy utilizado especifica más de 10 millones de ciclos de flexión si se mantiene un radio de curvatura de 50 mm o superior. Pero, si el radio de curvatura no está correctamente dimensionado, las partículas que caen del cable o la tensión en las cadenas portacables o los conectores podrían causar un fallo prematuro en el proceso (especialmente cuando no se respetan estrictamente los programas de mantenimiento).

Considerar la personalización

Las piezas estándar desempeñan un papel fundamental en muchos conjuntos de equipos. Una preocupación, por ejemplo, es que un elemento de una etapa de movimiento lineal en stock no haya sido diseñado y construido para funcionar con la combinación precisa de otros componentes y estructuras que el proveedor está ensamblando. Pueden surgir incompatibilidades inesperadas.

La pregunta es: ¿Detectará el fabricante los problemas durante sus protocolos rutinarios de diseño, control de calidad e inspección? Probablemente. Pero no con seguridad.

A menudo, sólo las ofertas personalizadas pueden cumplir los objetivos de rendimiento y requisitos de diseño específicos. Permiten al fabricante centrarse en los aspectos de diseño de la plataforma que requiere la aplicación, adaptando específicamente factores que van desde la velocidad a la aceleración, pasando por la estabilidad. Incluso pueden reducir costes al eliminar funciones innecesarias que vienen de serie con una plataforma estándar. Y garantizan una solución integrada sin incompatibilidades ocultas.

Los proveedores deben buscar un verdadero control de su pedido por parte del fabricante de movimiento lineal, desde la hoja de especificaciones hasta la construcción del prototipo. Esta personalización inteligente es vital para anticipar y eliminar las deficiencias del producto, evitar bloqueos en la integración y prevenir fallos en todo el proceso.

Especifique productos con el tamaño, la forma, el revestimiento o el material precisos que exige el trabajo. E insista en soluciones que cumplan los objetivos exclusivos de precisión, velocidad, planitud, precarga (para aumentar la rigidez eliminando holguras internas), vida útil, niveles de mantenimiento y precio.

A veces, los materiales más innovadores también pueden ayudar a reducir riesgos en diseños personalizados específicos. Por ejemplo, la construcción en fibra de carbono puede optimizar la resistencia estructural, la rigidez y la estabilidad (a pesar de su reducido peso y grosor). Al mismo tiempo, los rodamientos cerámicos pueden ser una solución viable para problemas específicos de lubricación.

Manejar con cuidado

Una vez que un componente de movimiento lineal destinado a una aplicación específica llega a la planta del fabricante de equipos, pueden surgir otros riesgos.

Los fabricantes de sistemas de movimiento lineal pueden tener que resolver una serie de problemas que surgen en esta fase intermedia. Por ejemplo, un motor lineal puede sufrir un problema de atascamiento, en el que la bobina que se desplaza por el interior de la pista del motor roza con la pista en su recorrido. Esto puede deberse a un problema de manipulación debido a una sacudida que desplaza ligeramente la bobina o la pista fuera de la alineación. Es posible que el sillín -el segmento móvil de la etapa- se golpee y sufra deformaciones. Al construir la herramienta más grande, es posible que se añadan tornillos demasiado largos que empujen una placa de movimiento lineal dentro de otra, causando arañazos y el riesgo de fuerzas impredecibles durante el funcionamiento. También es posible que una bobina se desatornille de su soporte para permitir el acceso a un cable adicional, y luego se vuelva a atornillar incorrectamente.

Estos contratiempos entrañan riesgos que van desde una ligera degradación del rendimiento en el proceso hasta motores quemados y paradas importantes. La preparación de la superficie también merece especial atención. Las tolerancias deben coincidir en todos los detalles.

En algunos casos, un fabricante de herramientas para estos procesos puede adquirir un componente de movimiento lineal fabricado con una planitud de recorrido de, por ejemplo, 0,0005 pulg. Pero el fabricante de herramientas atornilla ese componente a un conjunto mayor con una planitud de sólo 0,005 pulgadas. La consiguiente torsión de la plataforma puede ser casi imperceptible. Esto puede provocar, por ejemplo, el agarrotamiento de los rodamientos, con el consiguiente desgaste prematuro de los mismos, fuerzas adicionales sobre el husillo de bolas o mayores requisitos de potencia de los motores lineales, con el consiguiente sobrecalentamiento y posible avería.

Toma de tierra

Asegurarse de que todos los componentes del sistema de movimiento lineal tienen una conexión eléctrica a tierra adecuada es otra precaución que los fabricantes pueden tomar para evitar un problema futuro. Un descuido de este tipo puede suponer un riesgo de descarga eléctrica para los operarios. Pero también puede afectar al rendimiento del sistema.

Un bucle de tierra en el sistema que se retroalimente a través de la trayectoria de tierra podría inducir lecturas falsas en el codificador, de modo que un componente sólo se desplace 1 mm, pero el controlador registre un desplazamiento de 100 mm. Si se pasa por alto el descuido, por ejemplo, la precisión de la posición puede dar lugar a errores en las lecturas de los instrumentos que conduzcan a análisis inexactos.

Transporte e instalación

La resistencia relativamente baja de los sistemas de movimiento lineal a las cargas de impacto ya se ha comentado anteriormente. Los puntos de mayor riesgo se producen naturalmente en tres periodos:

1. Durante el transporte desde el proveedor del sistema de movimiento lineal hasta el fabricante de las herramientas del equipo;

2. Durante la llegada y la incorporación del sistema en la herramienta del equipo;

3. Durante el transporte del conjunto de equipos acabado a la planta de proceso y la instalación.

Un proveedor de movimiento lineal fiable y con experiencia puede reducir significativamente la posibilidad de que se produzcan daños por impacto durante la primera fase. Los expertos de los proveedores pueden determinar con antelación las limitaciones de espacio de fabricación, de modo que no diseñen una etapa demasiado grande o pesada para montarla fácilmente en una sala blanca o planta de fabricación. También pueden planificar el uso de equipos de transporte (grúas, plataformas rodantes, etc.) para que la plataforma pueda transportarse con seguridad de la caja a la herramienta, minimizando el riesgo de lesiones al personal de la planta, así como la posibilidad de que se produzcan impactos dañinos.

Por último, durante la instalación, el sistema de movimiento lineal o la parte correspondiente de la herramienta pueden equiparse con las medidas de aislamiento pasivo necesarias (como pies o almohadillas de elastómero) o amortiguadores de aislamiento activo (sistemas de airbag ajustados mediante sensores) para reducir la posibilidad de que se produzcan choques o vibraciones excesivos durante las operaciones posteriores.

En la sala blanca

Tanto en la primera como en la segunda fase, el proveedor de movimiento lineal debe seguir las mejores prácticas en la construcción de cajas de transporte y sistemas de embolsado. Por ejemplo, un proveedor líder envuelve el sistema en dos bolsas, una aplicada dentro de la atmósfera de nitrógeno y la segunda en una sala limpia, para su transporte. A continuación, proporcionan aparejos y carros especiales para traslados de transporte delicados.

En la tercera fase, si el sistema se va a colocar en el conjunto de herramientas desde arriba, puede bastar con la grúa del fabricante de herramientas. Sin embargo, si es necesario realizar una maniobra de carga lateral más complicada, el proveedor proporciona una caja de cámara especializada, que puede atornillarse al lateral de la herramienta hasta que se realice el montaje.

Lubricación

Aunque los sistemas de movimiento lineal suelen funcionar ciclo tras ciclo sin problemas ni atención adicional, siempre es fundamental realizar una pequeña cantidad de mantenimiento regular. Aquí hay tres claves para un mantenimiento eficaz: lubricación, lubricación y lubricación.

Todos los proveedores de sistemas de movimiento lineal entregan sus productos con un ciclo de servicio de reengrase especificado. Sin embargo, dada la naturaleza humana, muchos problemas pueden deberse al simple incumplimiento del ciclo recomendado. Sin la lubricación necesaria, las tensiones de fricción aumentan y acaban provocando situaciones muy indeseables, como paradas o quemaduras del motor.

Otros problemas de lubricación incluyen el fallo prematuro de los cojinetes, lo que provoca reducciones en el rendimiento, como la rectitud, la planitud, el cabeceo, el balanceo y la guiñada.

Es importante utilizar sólo la grasa correcta en cada máquina. Tenga mucho cuidado de no mezclar nunca aceites o grasas incompatibles. Esto incluye el uso de grasas diferentes al realizar el mantenimiento de una máquina de un ciclo a otro. Esto cambiará la viscosidad requerida, lo que a menudo resulta en la acumulación de un material gomoso, parecido al cemento, que es lo último que se desea en equipos delicados. Si además el material incluye partículas procedentes de un cable excesivamente flexionado, un portacables o incluso de cualquier otro lugar, lo normal es que pronto se produzca un fallo en el raíl.

Hoja de ruta del rendimiento

En respuesta a las demandas de los fabricantes de equipos, los fabricantes de equipos de movimiento lineal trabajan continuamente para mejorar el rendimiento. Pero primero, deben asegurarse de que las mejoras no aumenten inadvertidamente el riesgo de fallos en el movimiento lineal.

Un buen proveedor de movimiento lineal proporcionará una "hoja de ruta de rendimiento" en la que se destaquen los elementos del sistema que pueden diseñarse no sólo para los requisitos actuales, sino con la capacidad de rendimiento para su uso en la próxima generación. Este compromiso es especialmente crítico en la fabricación de tecnología avanzada de ciencias de la vida, médica y biomédica.

Puede que los sistemas de proceso de movimiento lineal no sean los elementos más destacados en la mayoría de los equipos de tecnología avanzada, y tampoco suelen ser una preocupación prioritaria para la mayoría de los usuarios. Pero su fallo puede tener graves consecuencias para todos los implicados. Afortunadamente, una atención adecuada al diseño, la instalación, el funcionamiento y el mantenimiento puede garantizar que los sistemas de movimiento lineal desempeñen un papel vital en el funcionamiento continuado y crítico -y quizás incluso vital- de los equipos de ciencias de la vida, médicos y biomédicos más avanzados.