Tecnología médica: listo para producción en serie con plástico

(Foto: ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

La transparencia es uno de los criterios más importantes al seleccionar plásticos para componentes médicos. Las tapas transparentes – como las apiladas en la imagen – permiten procesos de análisis mediante microscopía, tecnología de cámaras o mediciones de fluorescencia. (Imagen: ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

Pequeñas cavidades de una cartucho Lab-on-a-Chip (a la derecha en la imagen): geometrías complejas y delicadas como esta pueden fabricarse de manera eficiente gracias a la tecnología de herramientas de alta precisión y ciertos plásticos mediante el proceso de inyección. (Imagen: ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

El plástico es un material muy solicitado en la tecnología médica. Esto comienza con productos de embalaje, por ejemplo, las partes externas de un bolígrafo de insulina, pasa por componentes de diagnóstico que entran en contacto con sustancias que luego se desechan, hasta productos que entran en contacto con sustancias que posteriormente se vuelven a introducir en el cuerpo. Dependiendo del campo de aplicación, existen diferentes regulaciones y aprobaciones para los plásticos, que se denominan bajo los llamados grados médicos. Los requisitos básicos para los plásticos de grado médico son la trazabilidad completa de los productos y materias primas utilizados, biocompatibilidad, resistencia química, esterilización y también seguridad en el suministro.

Incluso si los plásticos dominarán posteriormente en la producción en serie, en la fase de desarrollo en laboratorio, a menudo se prueban productos con materiales alternativos como vidrio, metal o silicona. Inicialmente, se recurre, no solo por razones económicas y de disponibilidad, a artículos estándar que se encuentran en el mercado. Esto incluye, por ejemplo, placas de Petri, placas de cultivo, cubetas o placas de vidrio. Dado que en el laboratorio se analizan procesos, ya sea mediante microscopía, tecnología de cámaras o mediciones de fluorescencia, la transparencia es uno de los principales requisitos para los utensilios utilizados, que principalmente se cumplen con el vidrio. También existen plásticos en variantes transparentes. Sin embargo, el vidrio presenta una transparencia ligeramente superior.

Plástico para estructuras complejas

En muchos casos de aplicación, como por ejemplo en chips de laboratorio complejos, los utensilios estándar solo son adecuados para pruebas básicas. Cuando se trata de desarrollar procesos detallados para la producción en serie, geometrías complejas y canales microfluídicos requieren otros materiales, como ciertos plásticos. Con estos, se pueden fabricar estructuras tan delicadas con poco consumo de energía.

Los primeros prototipos se pueden realizar mediante procesos de termoformado o con moldes de silicona o resina sintética. Aquí, los costos únicos de las herramientas de moldeado son manejables. En cambio, la fabricación de piezas de plástico en el laboratorio es relativamente laboriosa y conlleva compromisos en calidad. Cuando finalmente comienza la producción en serie mediante moldeo por inyección, la relación de costos es exactamente la opuesta: la inversión en una herramienta es alta, pero las piezas de plástico se pueden producir en grandes cantidades de manera rentable.

Compromisos en estética y libertad de diseño

El uso de plásticos en la fabricación en serie de productos médicos y de diagnóstico puede implicar ciertas limitaciones. Especialmente en el campo de la óptica, deben hacerse compromisos. Aunque existen plásticos muy transparentes, no alcanzan completamente las propiedades ópticas del vidrio. También hay restricciones en la libertad de diseño. En el moldeo por inyección, las piezas deben diseñarse siempre de manera que puedan ser desmoldeadas. Además, en el moldeo por inyección, se necesitan ángulos de desmoldeo que afectan la libertad de diseño. Las paredes de la pieza deben diseñarse siempre con una ligera inclinación para facilitar el desmoldeo, generalmente entre 0,5 y 3 grados, en casos raros hasta 10 grados. "Esto apenas se nota visualmente, pero es imprescindible para el moldeado", explica Harald Höcherl, jefe de ingeniería de procesos en Rodinger Kunststoff-Technik GmbH (RKT). "En general, estas condiciones no nos causan problemas en la fabricación".

Procesamiento de plásticos compatibles con medicina

Qué plástico es adecuado para qué aplicación médica o técnico-médica es un campo muy amplio. Los plásticos COC se utilizan con frecuencia en tecnología médica, especialmente en diagnóstico, ya que son altamente transparentes, presentan muy poca anisotropía óptica y también son biocompatibles. Cuando se trata de productos de masa como artículos desechables, se emplean principalmente plásticos de bajo costo como PP, PE o PS, siempre que las propiedades mecánicas lo permitan. Las piezas que requieren altas exigencias mecánicas (por ejemplo, en el interior de bolígrafos de insulina) se fabrican con termoplásticos técnicos, como POM, PA o PPA. Para sustituir piezas metálicas, a menudo se emplean plásticos técnicos con altos contenidos de fibras (fibra de vidrio o fibra de carbono). Las partes de la carcasa se fabrican principalmente con plásticos resistentes a golpes, como ABS, PC/ABS, poliamidas o PBT.

"Al procesar diferentes plásticos, se requiere cierta destreza técnica y trucos específicos para obtener los mejores resultados con cada material", explica Harald Höcherl. Un desafío puede ser, por ejemplo, un componente de tamaño muy pequeño que requiere un equipo especial en la tecnología de moldeo por inyección, como unidades de microinyección. En el caso de los plásticos COC transparentes, hay un truco para evitar que se vuelvan amarillos; Harald Höcherl explica: "El COC es muy sensible al oxígeno y se combina en la fase de fusión con él, lo que provoca su amarillamiento. Por eso, durante el procesamiento, el área debe estar inundada con nitrógeno. Así, se puede mantener el oxígeno alejado del proceso de fusión". Además, el COC es relativamente frágil y susceptible a grietas por tensión. Aquí, es especialmente importante contar con ángulos de desmoldeo ligeramente más fuertes. Otra dificultad en el procesamiento de plásticos son los requisitos de salas limpias para ciertos componentes de diagnóstico. Según las especificaciones del cliente, se determina qué clase de sala limpia es necesaria para el producto correspondiente, si se requieren pruebas adicionales de eliminación de gérmenes, y, en función de estos requisitos, RKT diseña las células de producción en salas limpias.

RKT apoya en el desarrollo de procesos

RKT está especializado, entre otras cosas, en acompañar el desarrollo de procesos para componentes médicos hasta la producción en serie. En el mejor de los casos, primero se realiza una preingeniería y se construye una herramienta prototipo, cuando se trata de implementar la factibilidad de geometrías complejas en moldeo por inyección de plástico. Según los requisitos del componente, se asesora, selecciona y prueba el plástico adecuado en la herramienta prototipo. Con la pieza de muestra, se puede continuar desarrollando y perfeccionando el producto. Finalmente, se crea la herramienta de producción en serie, que puede producir millones de piezas, dependiendo de la complejidad.

Conclusión: moldeo por inyección de plástico – eficiente y de alta calidad

Para grandes volúmenes y procesos fluidos, el moldeo por inyección de plástico es un método eficiente para producir componentes médicos de alta calidad y cumplir con los altos estándares del sector. El vidrio tiene ventajas en cuanto a transparencia para procesos de inspección óptica, pero en términos de rentabilidad y manejo en la producción en serie, el plástico lleva la ventaja.