Cómo el mecanizado CNC está cambiando la industria médica

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Los productos, dispositivos y accesorios utilizados en medicina son 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 las salas de cirugía hasta los centros de rehabilitación, desde las clínicas de las ciudades pequeñas hasta el botiquín familiar.

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

Los fabricantes de máquinas siempre están buscando formas de optimizar el rendimiento mediante el control de las vibraciones, el aumento de la velocidad de la máquina, la reducción de los costes de mantenimiento y el suministro de plataformas de mecanizado flexibles que puedan realizar múltiples tareas complejas en una sola configuración de la máquina.

Las máquinas CNC multieje se desplazan por varios ejes independientes. Para ello, la mayoría de las máquinas utilizan una guía de cremallera y piñón o un sistema de accionamiento lineal de tornillo y bola alternativo. Ambos tipos están sujetos a la fricción y el desgaste y tienen limitaciones tanto en la precisión como en la velocidad.

Pero los sistemas de accionamiento lineal funcionan de forma muy parecida a un tren Maglev. La corriente eléctrica, al interactuar con potentes imanes, hace levitar el carro sobre el carril guía, al tiempo que impulsa su desplazamiento. Esto significa que no hay fricción, ni desgaste, ni mantenimiento. Y los sistemas de accionamiento lineal se mueven mucho más rápido, con un grado de exactitud y precisión mucho mayor.

Otra solución de accionamiento innovadora, también calibrada para reducir la fricción, es la guía hidrostática. Éstas utilizan guías rectificadas con precisión que se amortiguan con una fina película de aceite. El aceite se bombea continuamente dentro y fuera de un carro, y este carro sostiene la pieza. La flotación de aceite amortigua las vibraciones y elimina la fricción, con lo que se consigue un excelente acabado superficial de la pieza.

La acumulación de calor es siempre 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 queden fuera de control, a menos que este calor se controle con una refrigeración central muy seria. Además, los fabricantes inteligentes han averiguado cómo calcular la tasa de expansión de todos los componentes críticos de su sistema y luego contrarrestar esos movimientos en consecuencia.

En primer lugar, es rápido. Una vez aprobado el diseño, se puede programar y mecanizar una pieza acabada en tan sólo un día. Esto permite a los ingenieros de producto ponerse a trabajar directamente en las pruebas de ajuste y funcionamiento, pasos críticos en el proceso de creación de prototipos.

Una vez que se ha ajustado un diseño, cualquier fresadora o torno CNC que funcione correctamente puede fabricar piezas duplicadas, en cualquier volumen, con la mínima variación de tolerancia de pieza a pieza, normalmente 5 micras o menos. En una época anterior, conseguir este grado de precisión con una máquina herramienta manual habría requerido las habilidades de un maestro maquinista en condiciones controladas, y habría sido mucho más lento y caro.

Ahora, los motores digitales, el software sofisticado y las herramientas de corte especializadas hacen que este grado de perfección sea fácilmente alcanzable y completamente fiable. Por tanto, los diseñadores de productos médicos ya no tienen que preguntarse si es posible hacerlo Sí, se puede.

Algunos procesos de producción en masa dependen en primer lugar de la fabricación de matrices de moldeo o fundición específicas, como en el caso del moldeo por inyección de plástico o la fundición a la cera perdida. Estas matrices tardan mucho más en fabricarse y requieren una gran inversión financiera inicial. La única forma de recuperar el coste de esta inversión, desde el punto de vista del desarrollador, es comprometerse a fabricar un gran número de productos acabados a lo largo del tiempo.

El mecanizado CNC también es indiferente a la materia prima con la que se trabaja, siempre que sea lo suficientemente rígida como 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 de maniobra para elegir el material que es mejor para la aplicación prevista.

Hay muchas certificaciones independientes que pueden aplicarse a diversos dispositivos médicos, la más importante de las cuales es la ISO 13485. Ésta estipula que un fabricante ha demostrado tener los protocolos de cadena de custodia necesarios para salvaguardar todas las materias primas que pasan por sus instalaciones, así como los productos acabados o semiacabados. Deben mantenerse limpios y no contaminados, así como secuestrados de otros productos no conformes, y debe demostrarse que las materias primas no contienen sustancias químicas nocivas.

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

Algunos ejemplos son las herramientas, pinzas y abrazaderas de acero inoxidable; los implantes quirúrgicos para la reparación de huesos; los componentes ortopédicos y protésicos; los accesorios de alta temperatura para las cámaras de esterilización; las piezas y componentes para los equipos de prueba; y muchos más. La lista es realmente interminable. Sin embargo, el mecanizado CNC no es el más adecuado para grandes volúmenes de piezas de plástico, que deberían ser moldeadas por inyección.

Ya hay más de 160 hospitales en Estados Unidos que cuentan con instalaciones permanentes de impresión 3D en sus instalaciones, para ayudar a hacer formas altamente personalizadas y complejas cerca del punto de atención. Esto demuestra que existe una necesidad establecida y reconocida de fabricar objetos físicos in situ para satisfacer requisitos especiales que pueden surgir en cualquier momento y sin el lujo de la previsión.