La automatización en la sala limpia garantiza una producción eficiente

La automatización en la sala limpia garantiza una producción eficiente

Sistema Allrounder y robots forman una unidad
• El control Selogica hace posible la programación incluso de robots de seis ejes
• Células de producción que garantizan alta producción y calidad de las piezas moldeadas

La producción en tecnología médica requiere, además de una alta precisión, un entorno de trabajo extremadamente limpio. El objetivo principal en la fabricación en condiciones de sala limpia es evitar contaminaciones de los productos de moldeo por inyección con polvo, polen, bacterias, aerosoles orgánicos y otras impurezas transportadas por el aire. Además, la tecnología médica impone requisitos máximos en cuanto a piezas de calidad impecable, que deben fabricarse en grandes cantidades y con ciclos cortos. Gracias a un concepto integral de sala limpia y a la modularidad del programa Allrounder, Arburg está perfectamente preparado para implementar con precisión todas las tareas en este ámbito.

Precisamente, los requisitos de precisión, limpieza y rapidez en los procesos a menudo exigen la utilización de células de fabricación automatizadas con tecnología robótica integrada, para minimizar al máximo las contaminaciones. Como proveedor tanto de máquinas de moldeo por inyección como de sistemas robóticos y robots de seis ejes integrables en el control Selogica, Arburg dispone del instrumental adecuado para ofrecer configuraciones apropiadas también en la producción en salas limpias.

La modularidad, alta calidad y rendimiento, así como condiciones de producción estrictamente limpias, caracterizan las células de fabricación flexibles de Arburg. Como contratista general, se captan con precisión las ideas de los clientes y se implementan de manera coherente. De este modo, la producción funciona sin interrupciones y con alta calidad incluso en serie.

Dos alternativas para la producción en sala limpia

Arburg ofrece dos caminos en la producción en sala limpia. Por un lado, máquinas Allrounder —con o sin sistema robótico— equipadas adicionalmente para acoplarse a salas limpias mediante una cinta transportadora, y por otro, máquinas especialmente equipadas que trabajan directamente en la sala limpia. En general, las máquinas hidráulicas Allrounder se acoplan con mayor frecuencia a la sala limpia, mientras que las eléctricas pueden trabajar directamente en ella.

Para mantener la contaminación por partículas en las salas limpias lo más baja posible, Arburg sitúa las máquinas, por un lado, fuera de la sala limpia y las conecta mediante transportadores sellados. Los Allrounder están equipados con un módulo de aire limpio, incluyendo ionización, sobre un marco de desplazamiento sobre la unidad de cierre, para garantizar el acceso completo. El flujo de aire constante generado provoca un alto intercambio de aire en la sala de producción. La corriente de desplazamiento resultante impide la entrada de partículas. Así, las piezas que caen pueden producirse en un entorno limpio. Una cinta transportadora extendida con cubierta en túnel transporta las piezas hacia la sala limpia, donde se procesan, por ejemplo, montando o empaquetando. Los procesos que requieren extracción y colocación se automatizan mediante sistemas robóticos integrados en las máquinas, que disponen de una carcasa de policarbonato transparente y también están cubiertos con un módulo de aire limpio. La colocación, como en el caso de las piezas que caen, se realiza en una cinta transportadora sellada que transporta los artículos a la sala limpia.

Por otro lado, si las máquinas deben usarse directamente en la sala limpia, es necesario adoptar medidas contra una posible contaminación. Entre ellas, un aumento en la resistencia de la máquina para facilitar la limpieza, pintura en polvo en gris claro, diferentes placas de soporte en acero inoxidable, placas de sujeción con rodamientos en níquel con orificios cubiertos, conexiones de medios en forma de cierre, motores de accionamiento y cuadros eléctricos enfriados por agua.

Avance en automatización: programación de robots de seis ejes mediante control Selogica

Los robots de seis ejes son especialmente adecuados para tareas de manipulación muy exigentes. Ofrecen una funcionalidad muy alta y permiten movimientos muy complejos. Además, son capaces de seguir líneas de contorno en 3D con precisión y de girar las piezas libremente en el espacio. También, el espacio necesario para un robot de seis ejes es relativamente reducido.

La implementación de la interfaz de usuario Selogica en el control del robot aporta ventajas decisivas: los operadores disponen del sistema de control que ya conocen, lo que permite programar movimientos complejos de los robots de forma autónoma y sin conocimientos especializados, de manera similar a la programación de la máquina. Esto reduce significativamente el esfuerzo de puesta en marcha y hace posible el uso eficiente de los robots en sectores de alta gama como la tecnología médica. El robot está conectado directamente con el control de la máquina. La comunicación en línea va mucho más allá de la interfaz Euromap, ofreciendo funciones como la sincronización de movimientos y el arranque simplificado de la máquina. Como resultado, se reducen los tiempos de preparación y ciclo. También, las pequeñas correcciones que suelen ser necesarias en la práctica se pueden realizar en pocos minutos.

Ejemplo práctico: célula de fabricación LSR para piezas médicas

Un ejemplo del uso de un robot de seis ejes es la fabricación de una tapa médica. La célula de producción está acoplada a una sala limpia en este caso. El concepto flexible, basado en una máquina eléctrica Allrounder 520 A con 1.500 kN de fuerza de cierre y unidad de inyección 400, equipada para sala limpia —incluyendo un recubrimiento especial del cierre en acero inoxidable con puerta de acceso al expulsor— fue específicamente diseñado para la fabricación de artículos farmacéuticos. La máquina cuenta con numerosas opciones necesarias en la producción médica, como lubricantes aprobados por la FDA/NSF, una articulación de rodilla sellada, placas de sujeción resistentes a la corrosión, cubiertas en el lado de moldeo, conexiones de manguera y acoplamientos rápidos en acero inoxidable, así como una carcasa para la batería de agua y tuberías de subida. Los módulos de sala limpia en la máquina y en el robot aseguran un ambiente de alta pureza requerido.

Las tapas blancas se producen en un molde de 32 cavidades, inyectadas sin desperdicio mediante un sistema de canales fríos y boquillas. Cuando se abre el molde, las 32 tapas permanecen en los núcleos del lado del expulsor. El robot de seis ejes, colocado en la sala limpia acoplada, se posiciona con la cabeza de manipulación y se fija mediante dispositivos de centrado en el molde. Las 32 tapas se empujan a través del expulsor del molde mediante una placa de orificios integrada en el módulo de desmoldeo.

De esta forma, todas las piezas se colocan en una carcasa especial. Luego, el robot sale del molde y las transporta a la cinta transportadora. Aquí, una compuerta en el módulo de desmoldeo permite colocar las piezas de forma precisa en la cinta de transporte también encerrada en una carcasa.

La solución, combinada con un robot Kuka, ya se acerca mucho a los requisitos de las salas limpias, ya que el propio diseño del robot y sus accionamientos eléctricos garantizan una operación muy limpia. Gracias al concepto de extracción en la parte trasera de la máquina, se pueden cumplir todos los requisitos de carcasa en combinación con módulos de aire limpio.

La máquina está diseñada para que la cinta transportadora, donde se colocan las piezas, esté directamente conectada a la sala limpia. Así, la producción puede transferirse directamente a las etapas posteriores de procesamiento, como el templado, control o embalaje.

El desmoldeo de las piezas sin aire ya es completamente apto para salas limpias. Sin embargo, también es importante que las piezas se conduzcan y transporten de forma controlada. De este modo, todos los artículos se inyectan, extraen y colocan de manera de alta calidad, cumpliendo con los requisitos de una fabricación médica de calidad.

Ejemplo práctico: implante activo de LSR

Arburg participó como contratista general en el desarrollo y la producción en serie de un anillo de LSR que las mujeres pueden usar para prevenir el VIH, asumiendo la responsabilidad de toda la célula de producción. La sustancia activa se incorpora directamente en las dos componentes de silicona líquida procesadas, para que se libere lentamente y de forma controlada desde el anillo vaginal aplicado. Toda la célula de producción fue revisada y calificada durante y después de su fabricación, en base a los requisitos del cliente. La validación controló y documentó la optimización de todos los parámetros de proceso importantes.

El anillo vaginal con la sustancia activa integrada pesa ocho gramos y contiene 25 miligramos de la sustancia efectiva. Está homogenizada y finamente disuelta en la matriz de LSR de dos componentes vulcanizadora a base de platino. El diámetro exterior del anillo es de 56 milímetros, y el diámetro del perfil, de 7,7 milímetros.

Un gran paso hacia una producción en serie sin problemas de estos anillos de LSR que liberan la sustancia activa, además de una máquina de moldeo por inyección altamente automatizada adaptada al proceso de fabricación médica con control de calidad mediante análisis espectroscópico no destructivo y medición óptica de las piezas, es un molde perfectamente trabajado con tolerancias mínimas.
Para la producción de implantes activos con fines de ensayos clínicos, se utilizó la matriz de 16 cavidades de canal frío del socio del proyecto Rico, en una máquina eléctrica Allrounder configurada por Arburg, con robot de seis ejes integrado, equipamiento especial para sala limpia y una interfaz de usuario Selogica compartida.

Tecnología de máquinas y plantas ajustada hasta el detalle

El Allrounder eléctrico 520 A, con 1.500 kN de fuerza de cierre y unidad de inyección 400, no solo está adaptado a la procesamiento de LSR, sino también a los requisitos de higiene en tecnología médica, fabricado en acero inoxidable y equipado con un módulo de cilindro de LSR, control de vacío y bomba de vacío. La presión de alimentación del sistema de dosificación puede monitorizarse gráficamente, así como el flujo y la temperatura del sistema de refrigeración de agua del proceso.

El Allrounder y toda la automatización se integraron en una célula de sala limpia con módulos de aire limpio, incluyendo ionización, cumpliendo así con la clase de sala limpia ISO 3. El robot de seis ejes también fue adaptado para su uso en sala limpia, complementado con un pinza de extracción especial y una cinta transportadora. En conjunto, la célula de producción cumple con las normativas ISO 13485, así como con los requisitos de la FDA y las buenas prácticas de fabricación (GMP).

Máquinas eléctricas destinadas a aplicaciones en salas limpias

La tendencia en la fabricación en salas limpias apunta claramente hacia el uso de máquinas eléctricas, que por su rapidez, precisión, bajas emisiones y eficiencia energética, son ideales para aplicaciones en salas limpias. En este campo, Arburg está muy bien posicionado con sus dos series eléctricas. Ambas cubren un rango de fuerza de cierre de 350 a 3.200 kN y abarcan todo el espectro de aplicaciones. Mientras que las máquinas Edrive están diseñadas para la producción de productos estándar, las máquinas Alldrive se emplean en el sector de alta gama. Sin embargo, la elección final siempre depende del producto y de qué tecnología de máquina sea más rentable.

La máquina trabaja directamente en una sala limpia, donde las piezas se extraen y colocan en una cinta transportadora para su procesamiento posterior.