Estampado o mecanizado: ¿Qué elige para sus dispositivos metálicos?

dafne allen | 30 de marzo de 2018

Está desarrollando un dispositivo médico de metal y equilibrando un presupuesto, plazos, consideraciones de diseño y más. ¿Qué proceso elige, estampado o mecanizado?DM+DI pidió al veterano de la fabricación de metales Steve Santoro, vicepresidente ejecutivo de MICRO, que comparara los dos procesos y mirara hacia el futuro en la fabricación de metales. Santoro ha estado en MICRO desde 2002 y ha estado en la industria de fabricación por contrato durante toda su carrera.

MD+DI: ¿Cuáles son las diferencias básicas entre el estampado y el mecanizado cuando se trata de dispositivos médicos?

Santoró: El determinante principal cuando se considera el estampado frente al mecanizado tiene que ver con el ajuste, la forma y la función de un componente junto con la geometría de la pieza y el material utilizado. Si un dispositivo médico está diseñado para un número indefinido de usos, entonces el mecanizado funciona mejor, ya que produce piezas complejas que soportan la durabilidad. Para los productos que están destinados a usarse una sola vez, el estampado es un mejor enfoque, ya que puede producir piezas de precisión que tienden a ser menos duraderas.

El volumen también puede ser un factor importante en el proceso de toma de decisiones. Cuando se necesitan varios millones de componentes a la semana, como clips de ligadura, esto se puede lograr fácilmente con el estampado. Mecanizar tales cantidades podría requerir 100 centros de mecanizado. Por lo tanto, escalar hasta este grado con el mecanizado puede no ser práctico en términos de desembolso de capital.

Los costos de herramientas son otra consideración. Por ejemplo, si un dispositivo requiere tolerancias estrechas de +/-0,0005 pulgadas y tiene volúmenes de 3000-5000 piezas por semana, el mecanizado suele ser la tecnología de elección, ya que es más versátil y preciso. Suponiendo que el centro de mecanizado correcto esté disponible, simplemente necesita programarse para adaptarse a la geometría de la pieza. Esto contrasta marcadamente con un troquel de estampado progresivo, que llevará más tiempo diseñar y construir, además de ser más costoso.

La geometría de la pieza también es una consideración importante. Hay algunos componentes que simplemente no se pueden estampar. Por ejemplo, no se puede estampar una pieza hecha de acero inoxidable 304 totalmente duro, de 1/8 de pulgada de espesor con un orificio de 0,040 de diámetro. No hay material de perforación que pueda soportar la carga requerida para perforar ese material en ese diámetro. El mecanizado funciona mejor en este caso junto con la tecnología láser.

DM+DI:¿Existen necesidades/solicitudes del mercado que podrían resolverse mejor con cualquiera de las dos tecnologías?

Santoró: Con el amplio espectro de clientes que admite MICRO, existen ciertas tecnologías que se adaptan más a sus necesidades y objetivos finales. Por ejemplo, el estampado es valioso para los clientes que están diseñando dispositivos de un solo uso, ya que tienden a ser menos robustos e implican costos de construcción significativamente más bajos que los dispositivos reutilizables. El mecanizado, por otro lado, se presta al desarrollo de dispositivos reutilizables, ya que deben resistir el uso repetido, aunque esta durabilidad tiende a tener un costo más alto. El moldeo por inyección de metal (MIM) o MIM más mecanizado ofrece un término medio convincente en términos de precio y durabilidad.

MD+DI: ¿Existen diferencias en la selección de materiales?

Santoró: Con respecto a si el estampado o el mecanizado es el mejor enfoque para el desarrollo de un dispositivo médico, se debe considerar el grosor y la dureza del material para obtener los resultados más efectivos y eficientes. En lo que se refiere al grosor del material, por ejemplo, el estampado puede ser una limitación porque el grosor debe ser uniforme en toda la pieza. Con respecto a la dureza del material, se puede mecanizar prácticamente cualquier dureza. En el estampado, la dureza del material se debe considerar con más cuidado dado el potencial de agrietamiento durante la formación. Además, en muchos casos, el titanio es el material de elección para los implantes y es el mejor para la tomografía computarizada. El titanio está disponible en forma de alambre, varilla y hoja; sin embargo, no suele estar disponible en tiras continuas, que son necesarias para la mayoría de las operaciones de estampado.

[Imagen a la derecha: una pieza estampada]

La selección de materiales tiene sus limitaciones. En general, se pueden estampar la mayoría de los metales rojos, aceros inoxidables, titanio (alambre) y acero laminado en frío. La consideración general a tener en cuenta es que cuanto más pesado es el calibre y mayor la dureza, más difícil es estampar.

La mayoría de los estampados médicos son de acero inoxidable 302, 304, 17-4 o 17-7. En MICRO, estampamos la gama completa de templados disponibles comercialmente hasta e incluyendo espesores de hasta 0,060 pulgadas. El mecanizado puede funcionar en todos los mismos materiales hasta e incluyendo templado total. También ofrece muchas más capacidades cuando se trata de crear formas complejas a partir de espacios en blanco muy gruesos con tolerancias extremadamente precisas de cualquiera de esos materiales que se pueden estampar. Sin embargo, existe una consideración de costo con el mecanizado, ya que generalmente es más caro por unidad.

En MICRO, tenemos más de 50 prensas de estampado de metal, de hasta 220 toneladas, incluidas más de 30 prensas de alta velocidad Bruderer de 30 a 60 toneladas que funcionan a velocidades de hasta 1200 golpes por minuto. La mayoría están equipados con la última tecnología de sensores. Las piezas generalmente se suministran sueltas o en configuraciones de carrete a carrete.

MD+DI: ¿Alguna diferencia en el diseño de precisión o la fuerza del dispositivo?

Santoró: Cuando el diseñador de productos elige el estampado, hay poco margen de error dado el costo potencial de un troquel progresivo complejo. Por lo tanto, es importante que los diseños sean revisados ​​y aprobados por el fabricante al principio del proceso de diseño.

También se debe tener en cuenta que una vez que el producto se diseña utilizando componentes mecanizados, puede ser extremadamente difícil rediseñar la pieza como un estampado para reducir costos sin cambios fundamentales en el diseño.

El mecanizado MIM o MIM plus puede proporcionar un término medio en términos de costo frente a una pieza totalmente mecanizada.

Arriba: pieza MIM con ranura mecanizada

MD+DI: ¿Cómo se ha modernizado cada tecnología a lo largo de los años?

Santoró: Citizen ha combinado recientemente el torneado suizo y el corte por láser en una máquina avanzada. Particularmente adecuado para la producción de tubos fabricados, el centro de mecanizado CNC Citizen L200 combina un torno CNC de 7 ejes de estilo suizo y un cortador láser integrado de 400 W. Corta con láser ranuras y orificios y, simultáneamente, mecaniza diferentes diámetros exteriores, lo que reduce el tiempo de configuración, el procesamiento secundario y los costos de manejo.

La robótica se ha incorporado en los centros de estampado y mecanizado para disminuir el tiempo que lleva y disminuir los errores humanos en tareas repetitivas.

MD+DI: ¿Alguno de ellos es más adecuado para ciertos procesos secundarios o pasos de acabado?

Santoró: Los procesos secundarios deben abordarse caso por caso. Esto puede no ser un problema de mecanizado versus estampado a menos que sea dictado y diseñado por necesidad debido al volumen y costo inicial en la fase de diseño del producto.

La geometría de la pieza puede dictar los pasos del proceso secundario. Por ejemplo, la geometría de la pieza puede permitir la pasivación a granel cuando sea necesario, o puede dictar que las piezas se coloquen en estanterías para la pasivación. Se trata de procesos muy diferentes con costes muy diferentes (siendo los graneles casi siempre menores), independientemente de que sean estampados o mecanizados.

No obstante, el estampado puede ser más adecuado para operaciones secundarias y automatización porque, en muchos casos, la pieza se puede dejar en una tira transportadora para facilitar los procesos secundarios automatizados, como el desengrasado o el recubrimiento selectivo. Esto también se presta para realizar una operación secundaria que no se puede realizar en el estampado, como soldar una tuerca roscada, agregar un contacto de plata, marcar con láser, afilar, etc.

MD+DI: ¿Existen desafíos de los usuarios que puedan resolverse con cualquiera de las dos tecnologías?

Santoró: La velocidad de desarrollo se mejora utilizando componentes mecanizados. Por lo general, es más rápido realizar un cambio de diseño y obtener muestras de desarrollo en una pieza mecanizada en lugar de una pieza estampada debido a la falta de herramientas dedicadas.

Arriba: pieza mecanizada PEM

MD+DI: ¿Cómo cambiará cada tecnología en los próximos 5 años? ¿20 años?

El mecanizado electroquímico preciso (PEM) es una técnica nueva y revolucionaria que ofrece algunas ventajas sobre cualquiera de las anteriores en términos de selección de materiales, acabado superficial, etc. unidad de procesamiento de electrolitos, generador de energía y estación de control del operador. Usando corriente eléctrica y una herramienta oscilante bañada en un electrolito conductor (agua salada), PEM disuelve el metal por licuefacción. Una pieza de trabajo cargada positivamente (el ánodo) toma la forma de una herramienta cargada negativamente (el cátodo) a medida que se disuelve el metal. El resultado es una pieza de alta calidad sin rebabas. Y como el electrodo o "herramienta" nunca toca el ánodo o la "pieza de trabajo", no hay desgaste en la pieza final. (Consulte a la derecha para una pieza PEM y la ilustración a continuación para el proceso).

Beneficios y capacidades de PEM:

Arriba: una ilustración del mecanizado electroquímico preciso (PEM)

MD+DI: ¿La impresión 3D reemplazará a alguna de las dos tecnologías?

Santoró: A medida que la fabricación aditiva mejora en calidad, se espera cierta erosión del mecanizado de bajo volumen. El estampado, por otro lado, es un proceso de alto volumen y bajo costo que es menos probable que se vea afectado en un futuro previsible.

Para obtener más detalles, visite MICRO en BIOMEDevice Boston Stand n.º 317 del 18 al 19 de abril.

[Todas las imágenes cortesía de MICRO]

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