La silicona y los TPE encuentran su camino en la industria del micromoldeo médico

Nueva York — En cierto modo, el proceso de micromoldeo es una contradicción.

A medida que los mercados médicos y de atención sanitaria exigen componentes más pequeños y diseñados con mayor precisión, la industria del micromoldeo crece en importancia.

Cuando las piezas diminutas se retiran de la cavidad de una prensa, pueden desafiar la física: saltar en el aire debido a la electricidad estática o volverse inestables si las piezas no se fijan en su lugar correctamente.

También existen simetrías críticas en este minúsculo proceso de fabricación.

A medida que los tamaños de las piezas caen a niveles de micras, el riesgo para el paciente disminuye. Y a medida que continúan las innovaciones en la industria, los procedimientos para salvar vidas que antes se consideraban imposibles se convierten en la norma.

"Creemos que desde el punto de vista de las aplicaciones para el mercado objetivo, esperamos y apostamos a que esas operaciones seguirán creciendo", dijo Jeff Kyle, director ejecutivo de Plastic Design Co., a Rubber News, una publicación hermana de Plastics News. "Por las razones que hemos hablado, hay un impulso continuo hacia la miniaturización y lo que se puede utilizar en cirugía avanzada.

"Creemos que el mercado general seguirá creciendo aquí", afirmó.

Los pesos de los disparos en micromoldeo suelen estar entre 0,1 y 1 microgramos, con tolerancias de 10 a 100 micrones.

"Y puedes recorrer el cuerpo con las aplicaciones", dijo Kyle.

La cirugía de válvula cardíaca ahora se realiza alimentando componentes micromoldeados a través de la arteria femoral. La oftalmología y la cirugía ocular han mejorado con componentes médicos en miniatura. Y las piezas cardiovasculares, los implantes ortopédicos y los audífonos cuentan con piezas micromoldeadas.

"La demanda definitivamente está aquí", afirmó Philipp Begert, director global de desarrollo de nuevos productos de Trelleborg Healthcare and Medical, parte de Trelleborg AB y su negocio Trelleborg Sealing Solutions.

"Especialmente si vamos a utilizar dispositivos implantables cada vez más pequeños", dijo Begert a Rubber News. "Y hay otros dispositivos (relojes inteligentes, dispositivos de diagnóstico) que impulsan la necesidad de tecnología de piezas micromoldeadas más pequeñas y precisas".

Aunque en el micromolde se utilizan muchos más plásticos que cauchos de dureza blanda, el caucho de silicona líquida todavía encuentra un lugar en esta gran industria llena de componentes muy pequeños.

Accumold fue una de las primeras empresas en presentar el proceso al mundo en 1985, según Paul Runyan, vicepresidente de ventas de la empresa con sede en Ankeny, Iowa.

Según cuenta la historia, Accumold fue fundada por dos fabricantes de herramientas que desarrollaron lo que Runyan llamó "la primera prensa de micromoldeo" en su garaje.

Accumold continúa aprovechando su amplia experiencia para convertirse en el exitoso proveedor de componentes médicos que es hoy.

"Entramos en el negocio de la silicona hace unos seis años", dijo Runyan. "Algunos de nuestros clientes muy importantes nos pidieron que hiciéramos sobremoldeado de microsilicona como una forma de ayudarlos a resolver un problema mayor.

"Descubrimos que había un buen nicho en el sobremoldeado y piezas de silicona. Ahora la división de silicona está funcionando bien y creciendo rápidamente".

Los micromoldes Accumold con elastómeros termoplásticos y silicona, ya que los TPE se han vuelto cada vez más populares como alternativa.

"Sea lo que sea, nuestros clientes impulsan nuestra investigación y desarrollo", afirmó Runyan.

Trelleborg Healthcare and Medical también trabaja en el ámbito de la silicona micromoldeada. El desafío aquí, dijo Begert, es combinar dos materiales diferentes, como un plástico y una silicona.

"La capacidad de combinar un LSR con plástico (la capacidad de integrar materiales, tomando dos partes y convirtiéndolas en una) es el siguiente paso", dijo Begert.

Fundada en 1991 en la cúspide de la revolución del micromoldeo, Kyle's PDC es una empresa de fabricación especializada centrada en el moldeo por inyección de precisión para respaldar a los clientes de dispositivos médicos y ciencias biológicas.

La empresa tiene una instalación de producción y herramientas de 20,000 pies cuadrados en Scottsdale, Arizona, y normalmente trabaja en PEEK, PEBA y PEI con un sistema de calidad ISO 13485:2016.

En el entorno actual de fabricación de componentes médicos, no sólo el micromoldeo requiere competencia. Se requiere una comprensión de las tendencias del moldeo por microinyección, los microfluidos y las microplacas.

"El diseño de piezas es responsabilidad de nuestros clientes y trabajamos con muchos fabricantes de equipos originales de ciencias biológicas", afirmó Kyle. "Ellos traen el diseño de la pieza y nosotros lo tomamos desde allí, diseñamos las herramientas con nuestro propio taller de herramientas y lo llevamos hasta el final y hasta la inyección".

Las piezas micromoldeadas también se pueden encontrar en sensores electrónicos y dispositivos portátiles de consumo.

Los componentes pueden variar en volumen desde miles hasta millones de piezas por año, dijo Runyan de Accumold. "Realmente lo que buscamos son relaciones estratégicas con nuestros clientes", afirmó. "Nuestros grandes clientes nos convierten en una mejor empresa porque superan los límites. La clave es: ¿se pueden mantener tolerancias altas durante tiradas de gran volumen?"

Runyan dijo que la fabricación está regresando a América del Norte, por lo que las cadenas de suministro se están deslocalizando en consecuencia.

"Estamos viendo que la fabricación está regresando, por lo que la gente está trasladando las cadenas de suministro a NA", dijo. "Las piezas se están reduciendo de tamaño a medida que la gente quiere tolerancias más estrictas.

"Estamos viendo que nuestro pequeño estanque del pasado... comienza a inundarse [con la demanda]".

Accumold concentra alrededor del 60 por ciento de su negocio en ciencias médicas y biológicas, y la microelectrónica también forma parte de las cuotas de mercado de la empresa.

"La microelectrónica fluctúa año tras año", afirmó. "Los grandes proyectos pueden hacer que la cifra vuelva a favorecer a la microelectrónica [en lugar de la medicina]".

La automatización y la inteligencia artificial pueden desempeñar un papel importante en el micromoldeo, ya que proporcionan un rico conjunto de datos, afirmó Kyle de PDC.

"Cuando hablamos de ser más precisos, creemos que existe la oportunidad de hacer mucho más de lo que ya hacemos", dijo Kyle. "Predictivo es una buena palabra. Los milisegundos y milipascales de fuerza importan. La magnitud de la diferencia que importa en muchos casos es proporcional a la pieza que producimos".

Según Kyle, el proceso de micromoldeo depende de muchas métricas, incluido el corto tiempo de permanencia, la baja tensión de corte en el polímero fundido, la preparación homogénea del material antes del moldeo y la inyección y expulsión de precisión.

Y puede ser este último paso, el desacoplamiento de la pieza, el que puede resultar problemático.

"Todo eso es válido en cuanto a detalles, pero yo diría que cualquier operación secundaria, como una operación de ensamblaje o desconexión, es más compleja debido a la incapacidad de un operador para manejar una pieza que es casi subvisible", dijo Kyle. "Esto requiere un nivel de sofisticación que otras operaciones más upstream no necesitan tener en cuenta".

Kyle contó una anécdota de un ingeniero de materiales que una vez le dijo que cuando una pieza está orientada, "no la sueltes".

"Manténgalo bien sujeto hasta que esté listo para soltarse", dijo Kyle.

La compresibilidad del material (ya sea TPE o resina) en relación con el tamaño de la inyección es uno de los mayores desafíos, dijo Begert de Trelleborg desde su oficina en Minneapolis.

"Éste es un gran obstáculo que superar", afirmó. "Aquí es donde entra en juego el conocimiento del proceso. La validación e inspección de microcomponentes es un desafío y la medición puede resultar complicada.

"Para algo que apenas es visible con una pinza, ¿cómo se inspecciona? Podría volar con estática, especialmente con LSR. Intentas quitar la pieza y la electricidad estática puede hacer que parezca que estás engañando a la física. La pieza en realidad flota en el aire."

Una clave para avanzar para los moldeadores de microinyección y de inserción será traer a la mesa un "conjunto complementario de competencias verticales", dijeron los expertos.

"De tal manera que para la base de clientes, se convierte en una cadena de suministro simplificada", dijo Kyle.

Accumold opera más de 175 prensas de inyección de micromoldeo, el 50 por ciento de ellas construidas por la propia empresa.

Y la experiencia en la industria tiende a ser la tarjeta de presentación de la mayoría de los micromoldeadores competentes.

"Hay muchas personas que compran una prensa de micromoldes y afirman ser micromoldeadores", afirmó Runyan. "Pero es necesario tener experiencia y disponer de un taller de herramientas propio.

"Tenemos alrededor de 60 fabricantes de herramientas y ellos son el corazón de la empresa. Se necesita experiencia para fabricar herramientas de alta tolerancia".

La prensa de inyección es importante, al igual que el equipo auxiliar de calidad, afirmó.

"Hemos tenido más de 8.000 proyectos en producción", dijo Runyan. "Tener confianza y experiencia es muy importante para mostrarle al cliente que: 'Oye, ya hemos hecho esto antes y sí, podemos manejar una aplicación específica'.

"Todo es importante en el micromoldeo: las microcaracterísticas, las microtolerancias, el microtamaño, el microtodo".

Begert coincidió en que la calidad de la maquinaria es vital en el micromoldeo.

"Se necesita un alto grado de precisión en tiros pequeños", dijo Begert. "Los plásticos en micromoldeado tienen velocidades de corte bastante altas.

"Todo se reduce al tamaño del tornillo o del émbolo de inyección. Con tamaños pequeños, sólo un puñado de máquinas pueden hacer eso", afirmó.

Los fabricantes deben tener cuidado al cambiar entre LSR y TPE, ya que el TPE está relativamente caliente cuando ingresa a un molde más frío. La silicona es todo lo contrario, ya que es un termoestable que se enfría relativamente cuando entra en un molde caliente.

"En un aspecto diferente del moldeo, existen desafíos al pasar del plástico a la silicona, ya que existe una diferencia térmica entre el material y el molde", dijo Begert.

Añadió que trabajar con una empresa más grande como Trelleborg puede aportar soluciones de red críticas para los clientes.

"Queremos trabajar con nuestros clientes lo antes posible en el proceso. Los clientes pueden ser muy innovadores", afirmó Begert. "Y si descubrimos que no podemos fabricarlo, necesitamos involucrar a los proveedores. Somos especialistas en materiales y procesos. Y podemos llevar estas relaciones con los proveedores al cliente".

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