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Jan 28, 2024

Cómo las herramientas de precisión pueden hacer posible la miniaturización

2 de febrero de 2023 13:15 Rob Connelly, ingeniero principal, Trelleborg Healthcare &

2 febrero 2023

13:15

Rob Connelly, ingeniero principal, Trelleborg Healthcare & Medical explica cómo las herramientas de precisión, la validación y los ingenieros calificados hacen posible la miniaturización.

La demanda de miniaturización de productos moldeados de silicona y termoplásticos para dispositivos médicos ha aumentado la importancia de la validación de procesos, el diseño de herramientas de precisión y los ingenieros y operadores de herramientas capacitados. Según Plastics News Research, los avances y la miniaturización en la industria de los dispositivos médicos han mejorado la atención médica en todo el mundo, haciendo que los tratamientos y el control de las condiciones sean más simples, menos invasivos y más portátiles.

Aproveche las herramientas y la precisión

Para miniaturizar los dispositivos, los componentes deben volverse más pequeños. Esto aumenta significativamente la complejidad del proceso de fabricación y requiere equipos, herramientas y procesos que promuevan un alto nivel de precisión. Además, los expertos deben diseñar para la fabricación (DfM) para acortar el tiempo de comercialización, mejorar el rendimiento de la producción futura y garantizar la entrega del producto en un gran volumen.

Las herramientas y los procesos de moldeo habituales no suelen ser capaces de proporcionar la calidad y la precisión necesarias para los dispositivos en miniatura. Por lo tanto, es importante asociarse con un proveedor que comprenda las complejidades del micromoldeo.

Un proceso de micromoldeo robusto comienza con herramientas de moldeo por inyección de alta calidad que determinarán la calidad del producto final. Todas las herramientas de micromoldeado, ya sea que produzcan un componente de plástico o silicona, requieren un alto grado de precisión en las tolerancias y las superficies de cierre para controlar con precisión el flujo de material hacia la cavidad del molde. Para alcanzar este nivel de calidad, se necesitan equipos de mecanizado de alta precisión para la fabricación de moldes.

En los procesos de micromoldeo, también es fundamental utilizar equipos capaces de inyectar pequeñas dosis de material en la cavidad del molde. Las dosis de material o los tamaños de inyección de menos de 1,0 gramos son típicos para estos componentes de tamaño micro. El control del tamaño de la inyección es fundamental para el caucho de silicona líquida (LSR) de baja viscosidad y, por lo tanto, es un enfoque importante con el equipo de micromoldeo.

Sin un control estricto sobre el tamaño de la inyección, entre el 5 y el 10 % del volumen de la cavidad de las micropiezas puede "filtrarse" fácilmente de la cavidad del molde. Esto produce un exceso de material alrededor del perímetro de la pieza, comúnmente denominado rebaba. En un componente moldeado de tamaño más grande y más típico, del tamaño de una mano, por ejemplo, una pequeña cantidad de rebaba es aceptable y se puede eliminar en un proceso secundario. Sin embargo, cuando una pieza es más pequeña que la cabeza de un alfiler, el flash puede ser tan grande como la pieza misma, y ​​la producción sin flash se vuelve obligatoria. Esto requiere herramientas de precisión, unidades de inyección más pequeñas, un mejor control de las zonas de calor y una mayor precisión de las unidades de inyección.

Cuando se trabaja con un fabricante altamente capacitado de componentes micromoldeados, las capacidades más avanzadas, como el moldeo por inyección de múltiples componentes, también conocido comúnmente como 2K, 2shot o 2C LSR, son ideales. Esta técnica altamente avanzada, que involucra la inyección simultánea de LSR en combinación con plásticos técnicos, permite la combinación de piezas dentro de un ensamblaje en un solo componente integrado, eliminando posibles fallas de ensamblaje y espacios muertos en los que pueden reproducirse bacterias. Sin embargo, requiere una sofisticada ingeniería de herramientas y procesos.

Poner valor en la validación

Además de los moldes y equipos de alta precisión, los métodos de medición y validación de procesos sólidos también son fundamentales para garantizar que los componentes miniaturizados se fabriquen dentro de las especificaciones. La validación de componentes micromoldeados es un desafío debido a la complejidad del control de procesos y la dificultad para medir, manipular e inspeccionar pequeñas características. Por ejemplo, las piezas micromoldeadas son tan pequeñas que la estática puede hacer que las piezas salgan volando durante su manipulación. Por lo tanto, los dispositivos especiales de manejo y mitigación de estática son necesarios durante todo el proceso de fabricación.

Las pinzas automáticas suelen ser demasiado grandes cuando se desmoldan piezas de silicona extremadamente pequeñas, mientras que los eyectores no son adecuados para piezas de silicona, independientemente del tamaño. Esto se debe a la propensión de la silicona a fluir hacia el espacio libre de un sistema eyector. Otra alternativa es usar cepillos para quitar las piezas del molde, pero las diminutas piezas micromoldeadas se adhieren al propio cepillo, en lugar de soltarse del molde y "caer" en un recipiente debajo. La solución son pinzas especializadas diseñadas específicamente para piezas de tamaño micro.

El embalaje también debe tenerse en cuenta en el proceso de producción, ya que las bolsas de polietileno estándar no son prácticas para piezas extremadamente pequeñas. Las piezas se pegarán estáticamente a la superficie de la bolsa y serán extremadamente difíciles de quitar. Por lo tanto, es posible que las piezas deban empaquetarse en pequeños recipientes de plástico duro o con cinta adhesiva de doble cara, por ejemplo.

Los estudios de repetibilidad y reproducibilidad de los calibres desempeñan un papel importante a la hora de garantizar los procesos de medición de los componentes micromoldeados. Estas pruebas miden la precisión del proceso de medición y ayudan a garantizar que las mediciones sean repetibles por un solo inspector y reproducibles por múltiples inspectores. A medida que las piezas o las características de las piezas y sus tolerancias asociadas se vuelven más pequeñas, los equipos y métodos de medición aumentan en complejidad. Los métodos y el equipo deben diseñarse para lograr un error de medición mínimo y demostrar la capacidad y el control del proceso estadístico.

Los fabricantes experimentados de micromoldeo equilibran las compensaciones entre aumentar el número de cavidades en un molde y los desafíos de validar esas cavidades adicionales. Una cavitación más alta en una herramienta permite un mayor rendimiento y costos potencialmente más bajos. Sin embargo, la cavitación adicional aumenta el desafío de las herramientas y el control de procesos, lo que aumenta la complejidad de la validación. También es importante incluir controles en el proceso que permitan analizar los componentes individualmente por cavidad.

La experiencia es fundamental para el éxito

La naturaleza precisa del micromoldeo exige consistencia y un profundo conocimiento práctico de las herramientas, los equipos, la ciencia de materiales y procesos y la ingeniería. Se necesitan expertos para comprender los desafíos y las variaciones que existen en el micromoldeo para anticipar y mitigar los desafíos antes de que ocurran. Encontrar un socio con longevidad en la industria de dispositivos médicos y una profundidad significativa de capacidades es invaluable para el micromoldeo.

Conclusión

Las piezas micromoldeadas son muy beneficiosas en la industria médica y de la salud porque facilitan el desarrollo de dispositivos médicos para mejorar la calidad de vida de los pacientes, acortar las estadías en el hospital y reducir los costos de atención médica. El requisito de métodos quirúrgicos invasivos y de calidad, y una demografía más grande de personas mayores están impulsando la demanda de miniaturización. Los fabricantes de dispositivos deben considerar los elementos críticos del micromoldeo (herramientas, equipos, controles de proceso, conocimiento de los materiales, sistemas de medición, validación de procesos y productos, y experiencia general en ingeniería) y asociarse con moldeadores experimentados para garantizar que los dispositivos brinden la calidad, la consistencia y el paciente deseados. resultados.

2 febrero 2023

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