Gestión de tolerancias acumuladas con lubricantes de PTFE

En el sector de los dispositivos médicos, los ingenieros de manufactura suelen diseñar herramientas y dispositivos médicos pequeños y complejos con piezas móviles que se mueven, giran, pivotan o se deslizan. Las engrapadoras quirúrgicas, los fórceps, los retractores, las abrazaderas, las tijeras, los cortadores y las pinzas de Krause son ejemplos de herramientas que deben actuar con suavidad, sin pegarse y sin roces. Pero a medida que estas herramientas se vuelven más complejas, los ingenieros deben tener en cuenta el impacto de las tolerancias acumuladas en el ensamble y, en última instancia, en la operación de un dispositivo.

Por ejemplo, cuando se ensambla una engrapadora médica, las tolerancias de cada estampado de metales, muelle u otro componente móvil del dispositivo pueden empezar a combinarse de tal manera que el ensamble sea más difícil y lento. Las tolerancias acumuladas también pueden presentar un problema para el usuario final. Los componentes muy ajustados a causa de las tolerancias acumuladas pueden degradar o restringir el movimiento del dispositivo y requerir una fuerza excesiva para usarlo o manipularlo.

Algunos fabricantes de dispositivos optan por usar recubrimientos funcionales para reducir el impacto de las tolerancias acumuladas, y la fricción estática asociada, utilizando aceites o grasas de silicona durante el ensamble. Pero estos lubricantes pueden ser costosos, sucios y difíciles de aplicar, lo que vuelve complejas la validación de procesos y salas limpias. La lubricación con un recubrimiento seco, como el politetrafluoroetileno (PTFE) suspendido en un fluido portador de alta pureza y no inflamable, es una opción más sencilla, menos costosa y apta para la sala limpia. El PTFE es un lubricante antiadherente, fabricado con un polímero sintético que no migra y que está compuesto por carbono y flúor.

Además de brindar lubricidad, también ayuda a las piezas a tolerar la exposición al agua, los aceites, los productos químicos, la abrasión y las altas temperaturas. Los recubrimientos de PTFE se usan comúnmente en dispositivos médicos de un solo uso que funcionan fuera del cuerpo. El PTFE es un medio fácil de aplicar para reducir el coeficiente de fricción y minimizar la cantidad de fuerza necesaria para accionar la mayoría de los dispositivos hasta en un 30%.

Sin embargo, no todos los lubricantes secos son iguales, y un lubricante no es adecuado para todas las aplicaciones. Estos son algunos factores clave que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un recubrimiento lubricante para un dispositivo médico.

Portador de baja viscosidad

Lo ideal es que el fluido portador del PTFE disperse el recubrimiento sobre la superficie tratada y luego se evapore rápidamente, dejando una capa muy fina, seca y uniforme de lubricante seco sobre la superficie de la pieza tratada. El fluido portador debe ser de baja viscosidad para mojar todas las superficies y ajustarse a la geometría de las piezas tratadas, incluidas las internas. Esto garantiza un recubrimiento superficial altamente consistente en entornos de producción de alto volumen, incluso en geometrías o conjuntos complejos.

Hostil a la contaminación biológica

Busque un lubricante seco que cuente con la certificación ISO 10993 para garantizar que el lubricante sea adecuado para el uso en dispositivos médicos. El fluido portador debe ser de base solvente para que pueda resistir el crecimiento bacteriano y otros problemas de carga biológica asociados al agua. Un fluido portador bien elegido será pirogénicamente inerte y de secado rápido para que no permanezca en la pieza terminada, dejando sólo la película de lubricante expuesta a los procesos de esterilización con EtO (óxido de etileno), ultrasonido o radiación posteriores al ensamble.

No transferible

El recubrimiento no debe migrar o transferirse de la pieza tratada al empaque o a otras superficies no tratadas. Esta transferencia puede comprometer la posterior aplicación de tratamientos de superficies como marcas o medicamentos, o causar manchas en el empaque u otros problemas de apariencia que son inaceptables en la industria médica. Debe permanecer en el lugar en el que se aplica, reduciendo el gasto de limpieza adicional que es habitual cuando se utilizan aceites. Esta característica es un atributo esencial, especialmente cuando el recubrimiento se aplica y se valida para su uso en un ambiente de fabricación de sala limpia.

Materiales compatibles

El lubricante seco debe ser seguro de usar y eficaz sobre una variedad de materiales, incluyendo metal, vidrio, plástico y piezas de cerámica que se utilizan comúnmente en los dispositivos médicos. Debe secarse hasta obtener un acabado uniforme y duradero, sin manchas ni desagradables grumos, gotas o pasadas que podrían ocultar las marcas de identificación única del dispositivo (UDI, en inglés).

No inflamable

Elija un fluido portador de lubricante seco que no sea inflamable. Esto disminuye los costos de envío y almacenamiento, a la vez que mantiene un área de trabajo segura cuando se aplica a los dispositivos. Esto es especialmente importante para las instalaciones de producción de elevado volumen y alta velocidad. Muchas operaciones de ensamble mecánico son propensas a la descarga estática, por lo que la no inflamabilidad para la seguridad durante el uso es fundamental.

Fácil de aplicar

El lubricante seco debe ser fácil de aplicar e incorporar a los procesos de ensamble en sitio. Debe venir con una calibración precisa de fábrica por parte del proveedor y empacado listo para usar, lo que minimiza la pérdida de trabajo al mezclar y las inconsistencias de los lotes. No debería ser necesario subcontratar el proceso de recubrimiento, aumentando así su rentabilidad.

El lubricante seco suele aplicarse mediante uno de los siguientes tres métodos. Un aliado experto en recubrimientos puede recomendar el mejor proceso para su aplicación particular.

La inmersión se utiliza más comúnmente para la producción de alto volumen y es adecuada para el recubrimiento de conjuntos complejos o piezas pequeñas, estampados de metal, bobinas de alambre y formas irregulares. La inmersión proporciona un recubrimiento consistente y uniforme sobre prácticamente cualquier geometría de superficie, así como en las superficies internas. El nivel de recubrimiento viene determinado por el porcentaje de concentración de sólidos, la tasa de retiro y el número de aplicaciones. Una sola inmersión suele ser suficiente para la mayoría de los usos.

El barrido o cepillado se emplea con mayor frecuencia para series de producción moderadas o bajas. Es útil para el recubrimiento de superficies continuas, como varillas, tubos o láminas. Además, el barrido y el cepillado son apropiados para el recubrimiento de pequeñas áreas específicas de una pieza más grande. Una variante de este método es el recubrimiento con epóxico, seguido de un barrido.

La pulverización puede hacerse manualmente con una pistola o con cabezales automáticos de alta y baja presión (HVLP, en inglés). Algunos aerosoles tienen patrones de pulverización muy ajustados que permiten una lubricación milimétrica, que resulta útil para las bisagras y uniones pivotantes. Normalmente, una sucesión de capas finas, permitiendo que la superficie se seque entre aplicaciones, es mejor que la aplicación de una sola capa gruesa que puede tardar más en secarse y producir una cobertura desigual y mala adherencia.

Consideraciones después de la aplicación

El secado al aire se realiza mejor en zonas libres de polvo. Los tiempos de secado de los recubrimientos dependen del fluido portador y del espesor de la aplicación del lubricante. El aumento de la temperatura de la pieza tratada puede reducir los tiempos de secado, especialmente en las superficies internas de conjuntos complejos.

El curado por calor, o el recubrimiento por fusión, se utiliza en algunas aplicaciones cuando se necesita un recubrimiento más duradero o permanente. Un proceso breve de tratamiento térmico convierte el recubrimiento en un acabado más duro para una mayor vida útil. El calentamiento hace que muchos lubricantes secos se vuelvan completamente transparentes, por lo que parecería que no hay nada en la superficie del dispositivo. Esto es especialmente útil si el recubrimiento debe ser semipermanente o si debe ser invisible en el dispositivo.

Un beneficio adicional para la producción

En algunos casos, los recubrimientos lubricantes también se utilizan en el equipo de manufactura y en los propios accesorios de ensamble para ayudar a acelerar la producción de componentes de plástico y metal. Se utilizan en cadenas y poleas, extrusiones metálicas, guías de ventanas de máquinas y rieles de puertas, chutes y deslizadores, transportadores y en casi cualquier otra superficie o conjunto que requiera un recubrimiento limpio, duradero y deslizante para un rendimiento óptimo. Los recubrimientos lubricantes también se utilizan para liberar las piezas de plástico de las cavidades de los moldes de inyección sin dejar una película aceitosa.

Conclusión

Los lubricantes secos ofrecen una solución rentable y eficaz para hacer frente a los retos de fabricación que suponen las tolerancias acumuladas, las piezas ajustadas y la fricción en conjuntos mecánicos complejos. A la hora de especificar un recubrimiento lubricante, el fabricante de dispositivos y piezas debe buscar un proveedor que ofrezca asesoramiento experto para ayudarle a simplificar el proceso de selección. Esto incluye asesoría individual, pruebas en laboratorio y la capacidad de ofrecer formulaciones tanto estándar como personalizadas para garantizar el recubrimiento lubricante seco adecuado para su producto final.