Escaneo CT reduce costo de las inspecciones en micromoldeo

MTD Micro Moulding (MTD) tiene su sede en Charlton, Massachusetts. La empresa se dedica al diseño personalizado y a la fabricación de moldes muy pequeños para producir piezas de plástico microscópicas para dispositivos médicos, incluyendo los componentes para implantes que son predominantemente bioabsorbibles.

Dada la naturaleza de su trabajo y la industria a la que atiende, la empresa debe cumplir estrictas especificaciones del cliente para cada parte que produce. Las inspecciones del primer artículo (First Article Inspection- FAI) se requieren, utilizando equipos de inspección dimensional y procesos de medición de alta gama. Los retos de completar una primera inspección de la pieza se magnifican cuando las piezas son extremadamente pequeñas.

Por ejemplo, se sabe que MTD produce 520 partes de un solo pellet de plástico. De acuerdo con John Clark, gerente de proyectos, puede haber un alto nivel de incertidumbre y variación en las mediciones al segmentar partes tan pequeñas. Esto se debe a que los sistemas de medición óptica solo son repetibles en bordes nítidos. Sin embargo, cada vez que un fabricante de moldes segmenta una pieza de tamaño micro, él o ella afecta los bordes.

“Por ejemplo, al realizar el corte transversal de tres partes para una FAI, se puede esperar que las tres mediciones sean levemente diferentes en función del nivel de habilidad de la persona que está segmentando las partes y de la calidad de la herramienta de corte que la persona utiliza para segmentar la parte”, comenta.

Toma un proyecto reciente en el que MTD diseñó y construyó un molde para una pieza que tenía más de 120 cotas de dibujo. “La gran cantidad de dimensiones involucradas en este proyecto nos obligó a utilizar el escaneo de tomografía computarizada (TC), si íbamos a ser rentables y evitar tiempos de entrega inflados para nuestro cliente”, dice Clark.

MTD enlistó los servicios de una división de NyproMold Inc. llamada 3D ProScan, un laboratorio de validación de productos y metrología. NyproMold Inc. alberga 3D ProScan dentro de su sede en Clinton, Massachusetts. 3D ProScan se fundó en 2012 para proporcionar soluciones de tomografía industrial para moldeo por inyección de plástico, dispositivos médicos, envases y productos de cuidado personal que fabrica internamente y que fabrican clientes externos como MTD. 3D ProScan realiza estos servicios en su sistema CT industrial Zeiss Metrotom 800.

Antes de que el escaneo CT se convirtiera en una solución de medición, completar las mediciones FAI para un diseño con más de 120 dimensiones usando equipos de metrología estándar como el sistema de visión OGP de MTD requería "corte transversal". Esto significaba literalmente tomar una herramienta de corte y cortar o seccionar una pieza para mostrar una característica interna.

Este proceso también requirió que cada vista de dibujo tuviera su propio accesorio separado para mantener la pieza en la orientación correcta, de modo que la (s) dimensión (es) pudieran capturarse con precisión en esa vista.

Las dimensiones de las partes que son difíciles de capturar con los métodos de medición tradicionales incluyen alineaciones de datos complejos, múltiples referencias transversales, ángulos de salida, características ocultas, como paredes internas delgadas, radios pequeños y múltiples líneas concéntricas, perpendiculares y de sección plana.

“Las medidas son solo tan buenas como los accesorios utilizados para sostener las piezas”, explica, ya que una FAI incluye todas las dimensiones de dibujo, no solo las que se consideran críticas para funcionar, la mayoría provienen de un sistema de medición basado en la captura manual.

Además, el tiempo total de medición para una sola vista puede tomar varias horas, dependiendo de cuán complicado debe ser un dispositivo para facilitar la captura de las dimensiones de la vista de la sección, más el tiempo de ajuste. "Intentar emprender estos desafíos sin el escaneo CT eleva la posibilidad de mediciones inciertas e incoherentes que potencialmente podrían causar retrasos en el proyecto", menciona Clark.

Mediciones más precisas, plazos de entrega menores

Clark comenta que con el escaneo CT no se requiere la segmentación, lo que proporciona una medición tridimensional más verdadera. "En mi experiencia, el escaneo por CT siempre ofrece una mejor solución para un componente moldeado independiente", agrega. Esto es particularmente cierto cuando se miden las características internas de las partes porque la mayoría de las características internas no se pueden ver desde fuera de la pieza. Realmente no existe una forma precisa de medir las características internas que requieren secciones sin escaneo CT.

La exploración CT también proporciona mediciones precisas con alta resolución, lo cual es extremadamente importante en diseños micro con tolerancias ajustadas. Clark dice que MTD comúnmente ve tolerancias en el nivel micrométrico, comenzando a ± 0.010 milímetros (0.0004 pulgadas) y más hacia arriba.

Las superposiciones de una pieza hacia CAD, que son representaciones visuales de la nube de puntos 3D de la pieza escaneada en comparación con el modelo CAD 3D de la pieza, son otra herramienta invaluable para MTD porque ayudan a ilustrar problemas de contracción del material, deformaciones de piezas, etc. Melissa Butrie, gerente de desarrollo comercial de 3D ProScan, explica que después de que el escaneo 3D y el modelo CAD se alinean y se superponen utilizando el software, se aplican las tolerancias.

“Hay un gráfico codificado por colores basado en la variación medida. Si algo está fuera de tolerancia en una dirección positiva, el área aparecerá de color rojo oscuro, indicando deformación o exceso de material. Si algo está fuera de tolerancia en una dirección negativa, aparecerá de color azul oscuro, lo que indica una contracción”, menciona.

La tomografía computarizada también reduce el tiempo para recopilar los datos requeridos de 17 o 18 días a aproximadamente dos días. "Pudimos escanear cuatro partes al mismo tiempo, por lo que nuestro departamento de metrología cotizó una FAI de cuatro partes para comparar. El escaneo CT demostró ser siete veces más rápido que el corte transversal ", dice Butrie.

Además, es fundamental para el equipo de MTD recibir informes oportunos, detallados y precisos con las impresiones de círculos correspondientes. Butrie explica que cuando 3D ProScan completa una FAI, el cliente recibe las superposiciones y una hoja de cálculo o informe que enumera las dimensiones nominales y dimensiones. 3D ProScan indica si están fuera de tolerancia. El cliente también recibe la impresión con indicaciones en círculos o globos.

“La impresión con círculos es el dibujo proporcionado por el cliente con números en un círculo que colocamos en las dimensiones para que el cliente pueda identificarlas fácilmente en el informe. Entonces, si la dimensión 47 se indica como inaceptable en el informe, el cliente puede ver el dibujo de círculos e identificar rápidamente dónde está esa dimensión en la pieza”, dice Butrie.

Más ventajas del escaneo CT que reducen costos

Butrie dice que los ahorros de tiempo que la tecnología de escaneo CT permite sobre el seccionamiento transversal contribuye a un ahorro considerable para MTD, y ella estima que esos ahorros son de alrededor del 63 por ciento. Clark dice que el tiempo es exacto ya que MTD puede generar mediciones siete veces más rápidas con CT que con otros métodos. Sin embargo, "dados los costos operativos de MTD, los ahorros de costos reales en la mayoría de los casos son 80-85 por ciento más que si hiciéramos cortes transversales y mediciones internamente.

“Eliminar la necesidad de construir accesorios personalizados para capturar las 120 dimensiones también ayudó a MTD a reducir significativamente los costos. De nuevo, un diseño de accesorio depende de la parte que se está seccionando. Clark dice que el accesorio personalizado para una pieza con geometría simple puede costar hasta  4,000 dólares y tardar una semana en fabricar y calificar. Un accesorio personalizado para una pieza que es muy rica en características requiere un diseño más elaborado para garantizar la preservación y protección de las características para la medición. Esta instalación más compleja puede costar hasta 7,500 dólares y tomar dos o tres semanas para producir y certificar”.

En cualquier caso, uno puede esperar en agregar de cuatro a seis semanas al proyecto general para asegurar el tiempo suficiente para fabricar el accesorio personalizado, probarlo, capacitar al personal sobre su uso adecuado, seccionar las piezas y luego comenzar el proceso de metrología, comenta.

Clark dice que hay momentos en los que la compañía no puede usar el escaneo por CT, como cuando hay un componente de metal o mineral de metal en la resina que es parte del producto terminado. "El metal hace difusa drásticamente la imagen que produce la tomografía computarizada.

“El escaneo CT es una herramienta invaluable para nuestros clientes de micromoldeo que tienen diseños de piezas con muchas cotas del dibujo o dimensiones que son imposibles de medir o ambas", agrega Clark. "3D ProScan ha demostrado ser un gran socio, ya que defienden la precisión de sus mediciones, son extremadamente receptivos y ofrecen una solución rentable y de respuesta rápida para MTD. Ahora que tenemos un socio de escaneo CT, la mayor tensión en nuestro equipo de metrología es empaquetar las piezas para que podamos enviarlas a 3D ProScan para realizar la FAI”.