Un panorama del micromecanizado

Matrix Tooling fabrica moldes de inyección para componentes con características que no se alcanzan a ver. Las características están ahí. Usted puede encontrarlas con un microscopio o en un modelo CAD del molde. Solo que cuando usted tiene la parte moldeada en sus manos y la mira, todo lo que verá será una forma específica, como una flauta o coma, sin detalles particulares definidos. Es una sorpresa observar que la parte realmente tiene detalles con tolerancias de diez milésimas de pulgada.  Matrix nunca se posicionó como un especialista en fabricación de moldes miniatura. Este proveedor de moldes de Wood Dale, Illinois, fabrica herramental para partes plásticas de varios tamaños. Sin embargo, la búsqueda de negocios en el campo médico por parte de este taller (certificado con ISO 13485, el estándar para dispositivos médicos) ha llevado a trabajos cada vez más pequeños. De hecho, el propio éxito del taller impulsa este ritmo. Un dispositivo que les permite a los cirujanos aplicar fijaciones en implantes de arterias da fe de esta situación. El taller fabrica moldes para los componentes mecánicos de una versión de este dispositivo, en el cual las fijaciones miden 0.010 pulgadas de diámetro. Cuando el taller demostró que podía hacer el herramental requerido para este dispositivo sin restringir los límites de precisión, el cliente se dio cuenta de que podría rehacer el dispositivo para entregar una fijación aún menos intrusiva. Ahora, Matrix hace moldes para una versión más nueva del dispositivo que entrega fijaciones de 0.004 pulgadas de diámetro.  Matrix fabrica herramental de moldes para partes u... Vale la pena examinar la forma en que Matrix produce moldes para esos componentes tan pequeños, porque el taller no usa ningún equipo creado específicamente para el mecanizado de microtamaños. Las mismas máquinas-herramienta que mecanizan características de moldes microscópicos también producen características de tamaños estándar. En su lugar, la clave para el micromecanizado en Matrix Tooling es la sistematización —la atención a cada detalle del gran panorama—. Paso a paso, Matrix ha controlado y estrechado las fuentes de variación dimensional en su proceso de mecanizado. Cuando el margen de error puede reducirse en cada paso, la precisión del proceso completo es más estrecha. Hacer que todos los márgenes de error sean lo suficientemente estrechos lleva a un proceso confiable para producir características miniatura de manera consistente.  Irónicamente, la única capacidad que ha probado ser relevante para el mecanizado de microtamaños, no involucra directamente el mecanizado en sí. Invertir en la capacidad de moldeo plástico propia extiende el rango de servicios del taller, mientras que le permite validar también el desempeño del herramental de moldes en finos detalles en la parte más importante, es decir, asegurando que la parte moldeada final logre las tolerancias requeridas.  Efectividad del electroerosionado Dada la determinación del taller para controlar las fuentes de error, sorprende saber que Matrix confía ampliamente en el electroerosionado con electrodo de forma. Este proceso involucra múltiples pasos de mecanizado: fresar un electrodo y luego hacer la electroerosión. Por eso, también implica múltiples alistamientos y oportunidades de variación. Fresar directamente la parte parecería ser más simple y más preciso. ¿Por qué no realizan fresado en duro en sus moldes de microtamaños?  La validación de moldes para partes con micro.... El vicepresidente de manufactura de Matrix, James Ziegenhorn, dice que el fresado en duro no necesariamente es apto para el micromecanizado. Por lo menos, el fresado en duro no está adaptado a los tipos de moldes pequeños que Matrix produce. La razón apunta a la deflexión de la herramienta, dice. Los moldes apropiados para el fresado en duro a menudo tienen formas estéticas, de contornos, curvas para las cuales un ligero movimiento en el posicionamiento dimensional es insignificante. En contraste, un molde para un componente que busca pequeñas fijaciones en los vasos sanguíneos puede necesitar una rectitud de pared con precisión de 200 millonésimas de pulgada para lograr que el dispositivo funcione de manera confiable.  “En nuestros pequeños moldes, un ángulo de desviación de medio grado es mucho”, dice Ziegenhorn. Una herramienta de corte con una relación grande de longitud a diámetro tiende a deflectarse mucho para lograr esta clase de rectitud. Una relación tan alta L : D puede resultar por la longitud de la herramienta o (más probable para Matrix) del pequeño diámetro de la herramienta. El electroerosionado, que reemplaza una herramienta esbelta con un electrodo preciso y rígido, evita este problema. Para superar cualquier error que resulte de la necesidad de erosionar y fresar, Ziegenhorn dice que la clave es usar un sistema de sujeción preciso para el electrodo en ambos tipos de máquinas.  Control del proceso    Las celdas automatizadas realizan el fresado .... En Matrix, el fresado del electrodo y el electroerosionado con electrodo de forma se desarrollan ambos en celdas automatizadas. Una celda tiene un cargador Erowa que alimenta los centros de mecanizado con electrodo Makino SNC 64, mientras, en otra celda, el mismo tipo de automatización carga electrodos en una electroerosionadora con electrodo de forma Makino EDNC 43. Matrix instaló originalmente esta automatización como para mejorar la productividad y permitir que estas máquinas operaran incluso en las noches y los fines de semana. Sin embargo, el mismo sistema mejoró también la repetibilidad del alistamiento, porque los electrodos ahora permanecen fijos de la máquina fresadora a la máquina electroerosionadora. Las unidades de sujeción repetibles en cada máquina garantizan que los electrodos se muevan del fresado al electroerosionado con un error tan pequeño como si las dos operaciones ocurrieran en un solo paso.  Esta precisión es únicamente un vínculo en una larga cadena, dice Ziegenhorn, ya que el proceso es solo tan preciso como su elemento menos preciso; lograr un micromecanizado confiable ha sido el resultado de examinar cada elemento del proceso para reducir su variabilidad. Otros aspectos tan importantes como la sujeción del electrodo, incluyen: Precisión de la máquina-herramienta. El taller escogió las máquinas con base en la precisión. Confiabilidad del patrón de herramienta. El taller usa NX CAM, de Siemens PLM Software. Ziegenhorn dice que el valor del software para el taller se encuentra en lo que no hace. Los errores del patrón de herramientas, que pueden ser pequeños en tamaños de parte más grandes, serían perjudiciales para los moldes pequeños. El software evita pequeñas desviaciones del patrón deseado. Grafito de grano fino. El grafito EDM-3, de Poco Graphite, es lo suficientemente fuerte para mecanizar formas pequeñas y esbeltas, según ellos. Para el micromecanizado, el taller prefiere el grafito al cobre, no a pesar de la fragilidad del grafito, sino gracias a esta. Cuando se trata mal, un pequeño electrodo de grafito se romperá en lugar de doblarse. Esto es bueno, porque un electrodo de cobre doblado todavía puede servir para mecanizar, produciendo un molde que seguro habrá que desechar. Cambios frecuentes de la herramienta de fresado. El grafito es fácil de mecanizar, pero abrasivo. Mucho antes de que la herramienta de fresado alcance el fin de su vida advertida en grafito, el filo de corte se vuelve lo suficientemente romo como para producir inconsistencias en electrodos que deberían ser idénticos, dice Ziegenhorn. Matrix reemplaza las herramientas de fresado mucho más seguido de que lo que cualquier catálogo de herramientas recomendaría. Cambios frecuentes de electrodo. Algo similar ocurre con los electrodos. Los pequeños electrodos requieren que el taller use alistamientos de baja potencia, y esto lleva a un desgaste más rápido del electrodo. Así, el taller tiene que mecanizar más electrodos para un pequeño molde que los que haría para un molde de tamaño estándar. Una cavidad para micromecanizado puede requerir de seis a ocho electrodos iguales antes de que el componente esté hecho. Moldear a medida Cuando el molde está completo, el proceso aún no termina. El molde va al área de moldeado por inyección de Matrix, adyacente al área de mecanizado. La ventaja del moldeo en casa es que ahorra cualquier reproche entre el moldeador y el taller de moldes. Matrix prefiere cargar con la culpa de cualquier posible error.    El taller usa los mismos equipos y procesos p.... Para moldes de microtamaños, este moldeado en casa también garantiza la calidad. Medir un molde terminado es útil, pero la medición resulta inconclusa en escalas tan pequeñas, tanto así que la peculiaridad del comportamiento de la resina puede causar que la parte moldeada rompa las especificaciones. De esta manera, en el paso de micromoldeado Matrix puede aprender que un molde dado requiere otra milésima o pulir una superficie en particular, o (en casos raros) que el molde necesita ser rediseñado en su conjunto. El reto de ingeniería para hacer un molde crítico no es menor en una escala de proyecto pequeña, y en muchos casos el reto es mayor.  Quizá la actividad más inusual en el taller se relaciona con la medición de estas pequeñas partes plásticas. Medir características internas de partes micromoldeadas es difícil, porque cortar la parte probablemente la distorsionará más allá de cualquier capacidad para medir. Por eso, el taller corta las pequeñas partes de una forma muy controlada. El personal de QA de Matrix suspende las partes moldeadas en epóxico y permite que este epóxico se endurezca. Luego, corta con fresadora el epóxico y la parte en capas que son quizás de 0.001 o 0.002 pulgadas.  Para este propósito se desarrolló una máquina escáner de sección transversal de CGI (Capture Geometry Internally). Al tomar una imagen de la parte en cada capa que se mecaniza, el escáner obtiene los datos para un modelo 3D que permite una inspección detallada. Estos conjuntos de datos dimensionales para partes miniatura moldeadas han sido tan valiosos para los clientes de Matrix que el taller considera desarrollar aún más sus capacidades de inspección. Para continuar sirviendo a la industria médica, Matrix evalúa agregar el escaneado CT para la inspección de partes —es decir, medir partes médicas con la misma tecnología que usan los físicos para sus propias mediciones internas