Usinagem de precisão para a indústria médica

Atender aos rigorosos requisitos de acabamento de qualidade de peças médicas pode apresentar desafios que nem todas as máquinas estão à altura.

À medida que a demanda por avanços na medicina continua a acelerar, impulsionada em grande parte pelo aumento da idade média da população, os fabricantes no espaço médico são desafiados a acompanhar o ritmo. Embora esses fabricantes possam ser naturalmente atraídos por máquinas recém-desenvolvidas para atender às necessidades dos clientes de uma produção mais eficiente de peças complexas, eles não devem se surpreender com os resultados que podem obter de uma máquina comprovada ao longo do tempo.

Fabricando Máquinas para Peças Médicas

A Bumotec é fabricante de centros de usinagem, fresadoras e máquinas de transferência. Ela pertence ao Starrag Group – uma empresa pública de 1.800 funcionários com sede na Suíça, mas com instalações de fabricação lá, bem como na França, Alemanha e Reino Unido. 2001.

A Bumotec é uma das oito principais empresas do grupo, com forte foco em peças médicas e micromecânicas. Ele foi inicialmente desenvolvido para atender a indústria de relógios e, eventualmente, ampliou seu escopo para peças semelhantes em outras indústrias. Quer sejam de alta mistura/baixo volume ou produção em série, as peças são tipicamente de alto valor e envolvem formas pequenas e complexas.

A fresadora de alta precisão FTLs191-RP da Bumotec (s191, para abreviar), a máquina principal de longa data da empresa, foi projetada para fornecer peças acabadas de barras e provou ser bem-sucedida em peças médicas e micromecânicas, bem como semicondutores, munições e outros complexos microcomponentes como os da indústria relojoeira. Esta é uma visão de como a máquina ganhou popularidade na produção de peças de cabeça femoral para vários fabricantes médicos.

Produzindo Peças “Da Barra à Caixa”

A fresadora FTLs191-RP fornece peças médicas e micromecânicas de alta precisão da barra à caixa em um único manuseio.

O s191 foi desenvolvido há 15 anos para lidar com formas complexas que incluem um acabamento retificado ou uma tolerância dimensional de quatro casas decimais – peças de alto valor. É comumente usado com materiais difíceis como titânio, Waspaloy, cerâmica, vidro, quartzo, Inconel e aço inoxidável. A máquina vem de fábrica com um empurrador de barras, mas, nos EUA, é mais comumente configurada com um alimentador de barras e transportador de cavacos. Um carregador de paletes também pode ser usado.

Um dos benefícios da máquina que tende a se destacar é a unidade de recapagem, um subfuso completo que funciona como uma estação de rollover, permitindo a usinagem na posição horizontal ou vertical.

Embora seja uma máquina de sete eixos (com usinagem simultânea de cinco eixos), está disponível exclusivamente com o controle Fanuc 31i-B5 como solução para simplificar sua operação. A empresa vê a máquina como global, por isso tornou o controle FANUC padrão nesta máquina devido à sua familiaridade internacional, bem como à sua capacidade de lidar com cada eixo de movimento na produção de peças de precisão.

O motor linear, máquina de torque de acionamento direto possui 25 hp no eixo principal C, 15 hp no eixo B e 12 hp no retake (usa fusos de esferas em dois lugares para segurança OSHA, mas apenas para posicionamento e não os eixos de usinagem). O fuso de retomada está alinhado com o eixo C e apresenta quase a mesma força. Mas uma vez que recebe a peça de trabalho do C, pode ser reorientada para trabalhar a peça na vertical.

A máquina possui uma unidade de recapagem – um subfuso completo que funciona como uma estação de rollover, permitindo a usinagem na posição horizontal ou vertical.

Outra opção é uma morsa de duas garras montada ao lado do fuso oposto que também pode ser usada para agarrar o trabalho. Se o fuso oposto não for necessário para o torneamento, a morsa pode retirar a peça do corte, reorientá-la e segurá-la para o trabalho de fresagem.

A maioria das máquinas, sendo baseadas em pinças, são vendidas como soluções de fresagem alimentadas por barra, mas também podem ser configuradas para blanks brutos. Podem trabalhar com diâmetros de barra de 32 mm a 65 mm. A Bumotec trabalha em estreita colaboração com a Hainbuch e outros fornecedores para soluções de troca rápida que eliminam a necessidade de fabricação e carregamento de acessórios. A configuração rápida e a troca permitem que a máquina se encaixe bem em um ambiente de protótipo de alta mistura e baixo volume.

A flexibilidade proporcionada pelo sistema baseado em pinças e a capacidade de produzir peças “da barra à caixa”, conforme a empresa promove, atendem às necessidades dos clientes, muitos dos quais possuem acreditação médica ISO e/ou acreditação FDA. Eles exigem a capacidade de mostrar um processo estabelecido que seja transferível e repetível em várias máquinas, obtido com precisão consistente, desde a configuração até a troca, em uma única plataforma.

A máquina também possui recursos de medição no trocador de ferramentas.

O trocador de ferramentas pode acomodar até três camadas, com 30 ferramentas por camada.

Incorporando a tecnologia Renishaw, o apalpador óptico OMP400 mede a peça e o apalpador de ajuste de ferramenta de contato TS27R verifica a quebra da ferramenta em comprimento e diâmetro. É uma máquina compacta, mas oferece boa rigidez a 10.000 libras. A velocidade padrão do fuso é de 30.000 rpm, com opção de 40.000 rpm, e os acionamentos lineares oferecem aceleração de 1,2 G. Usando um estilo de bolo de casamento, carrossel de 3 camadas, o trocador de ferramentas pode acomodar 90 ferramentas (30 por placa).

Como usinar uma cabeça femoral

Enquanto o s191 é usado para uma variedade de peças complexas para vários setores, uma aplicação faz bem para demonstrar todas as suas capacidades. Durante a cirurgia de substituição do quadril (realizada para aliviar a dor artrítica ou às vezes como tratamento para fraturas do quadril), a cabeça do fêmur – a bola na extremidade superior do fêmur (osso da coxa) – é substituída por uma prótese. A Bumotec é especializada em adaptações de máquinas para processos como a produção da cabeça femoral e encontrou um bom nicho de mercado para fornecedores médicos que exigem essas peças.

Segundo a empresa, o processo chave na mão que desenvolveu para essas peças é diferente de como era produzido no passado. Aproveita a unidade de retomada para manipular a peça na zona de trabalho, levando-a da barra ao produto acabado, incluindo torneamento, fresamento, retificação e superacabamento. A família de peças da cabeça femoral inclui três tamanhos diferentes, produzidos a partir de barra de cromo-cobalto. Diâmetros e pinças de barstock diferentes são usados ​​para acomodar os tamanhos variados de peças, mas o programa e as ferramentas permanecem os mesmos. Os rebolos também podem ser ajustados, de 28 mm a 35 mm.

A cabeça femoral, feita de barra de cromo-cobalto, requer torneamento, fresagem, retificação e superacabamento.

Durante a produção da peça, a estação um, o fuso principal, lida com o ID, a face e os estágios iniciais do OD. O subspindle então recebe a peça com uma pinça Ottet, uma marca de pinça projetada principalmente para peças de parede fina que permite a fixação no DI ou no OD. Para a operação de corte da cabeça femoral, ela é fixada expandindo-se no DI. Nesta etapa, a esfera da peça é cortada, começando na posição horizontal (para melhor folga dos cavacos), depois girada para a vertical. Três grãos de rebolo diferentes são aplicados e, em seguida, o trabalho de polimento e superacabamento completa a peça na máquina.

O acabamento da peça é de 4 mícrons e leva cerca de 12 minutos para ser concluído. O valor real da máquina vem de sua natureza autônoma na produção de peças como a cabeça femoral. O programa já está escrito. Uma vez que as barras são carregadas, a máquina tem muito pouca supervisão. Enquanto houver material disponível e ferramentas novas forem mantidas no trocador de ferramentas, a máquina pode continuar a produzir indefinidamente. O trocador de ferramentas está localizado fora da zona de trabalho, de modo que as ferramentas podem ser trocadas em qualquer estágio do processo.

Com a máquina trabalhando sem supervisão, o operador pode ser reaproveitado para fazer outra coisa durante o dia. Ele ou ela pode estar executando três ou quatro das máquinas ao mesmo tempo ou pode estar envolvido em outros projetos. A máquina pronta para uso pode fornecer um processo robusto e repetível que precisa de pouco monitoramento. Quando atinge o chão, está fazendo as peças imediatamente, e o processo bem definido pode ser facilmente transferido para outros locais para repetibilidade do processo.

Carregamento Paletizado

No showroom da Bumotec, o s191 é montado com um paletizador em vez de um alimentador de barras para a produção da cabeça femoral. Dez paletes são carregadas por vez, cada uma com 20 a 30 peças de trabalho (dependendo dos tamanhos das peças). O eixo B é usado tanto para usinagem quanto para manipulação de peças. Utilizando um porta-ferramentas HSK 40, o eixo B realiza operações de torneamento e fresamento durante o processo de usinagem. Mas uma vez que a peça está completa, ela troca a ferramenta atual por uma pinça Schunk de duas garras. A palete volta para a zona de trabalho e o eixo B agarra a bola e a carrega de volta na palete. O foco é tirar as pessoas da máquina e permitir que o processo cuide de si mesmo.