2010 Fundacin Universidad del Norte BRENDA DURAN ORNELLA NARDUCCI HUGO SANTIAGO [DISEO DE UN SISTEMA DE MICROFABRICACIN CONFIGURABLE]

DISEO DE UN SISTEMA DE MICRO-FABRICACIN CONFIGURABLE BRENDA LIZ DURN BARRIOS ORNELLA NARDUCCI MARIN HUGO FERNEL SANTIAGO FUNDACIN UNIVERSIDAD DEL NORTE DEPARTAMENTO DE INGENIERA INGENIERA MECNICA BARRANQUILLA 2010 3 DISEO DE UN SISTEMA DE MICRO-FABRICACIN CONFIGURABLE BRENDA LIZ DURN BARRIOS ORNELLA NARDUCCI MARIN HUGO FERNEL SANTIAGO Segundo Informe Proyecto Final Director, Ph.D. Heriberto Maury FUNDACIN UNIVERSIDAD DEL NORTE DEPARTAMENTO DE INGENIERA INGENIERA MECNICA BARRANQUILLA 2010 CONTENIDO Pg. INDICE DE FIGURAS ..............................................................................................................................6 INDICE DE IMGENES ...........................................................................................................................7 INDICE DE TABLAS ................................................................................................................................8 RESUMEN EJECUTIVO ....................................................................................................................... 10 1.INTRODUCCIN ......................................................................................................................... 12 2.OBJETIVOS ................................................................................................................................. 13 General .......................................................................................................................................... 13 Especficos ..................................................................................................................................... 13 3.DEFINICIN DEL PROBLEMA ..................................................................................................... 14 4.CRONOGRAMA .......................................................................................................................... 15 5.ESTADO DEL ARTE Y ESTUDIO DE LA TCNICA .......................................................................... 16 5.1.Patentes ............................................................................................................................ 18 5.2.Materiales ......................................................................................................................... 20 5.3.Prtesis oftlmicas ............................................................................................................ 21 5.4.Normas usadas como referencia para la fabricacin de LIOs ........................................... 23 5.5.Tecnologas del mercado .................................................................................................. 25 6.ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO .......................................................................................... 27 6.1.Lista de referencia de especificaciones............................................................................. 27 6.2.rbol de objetivos ............................................................................................................. 28 6.3.QFD.................................................................................................................................... 30 7.ALTERNATIVAS DE SOLUCIN ................................................................................................... 32 7.1.ANALISIS FUNCIONAL ........................................................................................................ 32 7.1.1.Diagramas funcionales por sub-funcin ................................................................... 33 7.1.2.Diagrama funcional general ...................................................................................... 36 7.2.GENERACIN DE ALTERNATIVAS ...................................................................................... 37 7.2.1.Diagrama morfolgico .............................................................................................. 37 7.2.2.Alternativas pre-seleccionadas ................................................................................. 38 5 7.2.3.Cartas de comparacin de alternativas por funciones ............................................. 39 7.2.4.Matriz de decisin de las alternativas ....................................................................... 42 8.EVALUACIN DE ALTERNATIVAS ............................................................................................... 43 8.1.Evaluacin de la alternativa 2 (Microinyeccin) ............................................................... 43 8.2.Evaluacin de la alternativa 3 (Mecanizado) .................................................................... 49 8.3.Evaluacin de la alternativa 4 (Termoformado) ............................................................... 53 8.4.Tabla comparativa ......................................................................................................... 57 9.DISEO BSICO ......................................................................................................................... 59 9.1.Modelo 3D......................................................................................................................... 59 9.2.Planos generales ............................................................................................................... 60 9.3.Diagrama de flujo .............................................................................................................. 60 9.4.Sub-procesos de la alternativa .......................................................................................... 60 9.5.Especificaciones elctricas bsicas ................................................................................... 74 9.6.Sistema de control bsico ................................................................................................. 75 9.7.Presupuesto bsico (BOM)................................................................................................ 77 9.8.Cronograma bsico de la alternativa seleccionada .......................................................... 78 BIBLIOGRAFA / REFERENCIAS ............................................................................................... 79 ANEXOS .......................................................................................................................................... 82 6 INDICE DE FIGURAS Figura 1. Escala y precisin en procesos de micro mecanizado [1] .................................................. 16 Figura 2. rbol de objetivos .............................................................................................................. 29 Figura 3. Despliegue de funcin de calidad. QFD ............................................................................. 30 Figura 4. Caja negra general del sistema .......................................................................................... 32 Figura 5. Sub-funcin accionar el sistema ........................................................................................ 33 Figura 6. Sub-funcin ingresar informacin ...................................................................................... 33 Figura 7. Sub-funcin cargar material ............................................................................................... 34 Figura 8. Sub-funcin Formar pieza .................................................................................................. 34 Figura 9. Sub-funcin restirar producto terminado .......................................................................... 35 Figura 10. Diagrama funcional general ............................................................................................. 36 Figura 11. Dimensiones generales mquina de microinyeccin ....................................................... 45 Figura 12. Tornillo Inyector ............................................................................................................... 46 Figura 13. Diagrama funcional Alternativa 3 .................................................................................... 50 Figura 14. Dimensiones generales Alternativa 3 .............................................................................. 51 Figura 15. Diagrama funcional Alternativa 4 .................................................................................... 54 Figura 16. Diagrama de proceso Alternativa 4.................................................................................. 54 Figura 17. Dimensiones generales Alternativa 4 .............................................................................. 55 Figura 18. Character of the intensity of mechanical luminescence (N) and cutting force (Pz) in the cutting process of polymer (V . 1 m/s, a . 0.2 mm). .......................................................................... 61 Figura 19. Movimiento lineal por medio de tornillo sin fin y engranajes ......................................... 69 Figura 20. Dimensiones generales sujetador disco de polmero ...................................................... 72 Figura 21. Bandeja de almacenamiento de discos ............................................................................ 73 Figura 22. Elementos del sistema de control bsico ......................................................................... 75 Figura 23. Servo control de la mesa de trabajo ................................................................................ 76 Figura 24. Cronograma bsico de la alternativa ............................................................................... 78 Figura 25. Estructura del horno para Termoformado ..................................................................... 104 Figura 26. Termoformado mecnico............................................................................................... 104 Figura 27. Esquema del tanque de vaco de termoformado .......................................................... 106 Figura 28. Agujeros de vaco de Termoformado ............................................................................. 106 Figura 29. Esquema de la lmina termoformada ............................................................................ 109 7 INDICE DE IMGENES Imagen 1. Cronograma ..................................................................................................................... 15 Imagen 2. Mquina de microinyeccin ............................................................................................. 45 Imagen 3. Partes representativas de una maquina de microinyeccin [18] .................................... 46 Imagen 4. Ciclo de operacin para producir piezas moldeadas por inyeccin ................................. 47 Imagen 5. Modelo 3D general de la alternativa ............................................................................... 59 Imagen 6. Estilos buril con punta de diamante ................................................................................ 67 Imagen 7. Longitud de corte de la fresa ........................................................................................... 68 Imagen 8. Porta herramienta ............................................................................................................ 68 Imagen 9. Dimensiones generales de los motores para las mesas deslizantes ................................ 71 Imagen 10. Pieza de trabajo.............................................................................................................. 98 Imagen 11. Plano vista superior del sistema .................................................................................. 110 Imagen 12. Plano vista lateral derecha del sistema........................................................................ 110 Imagen 13. Plano vista frontal del sistema ..................................................................................... 110 Imagen 14. Plano Detalle A de las herramientas de corte .............................................................. 110 Imagen 15. Plano Detalle B Brazo robtico .................................................................................... 110 Imagen 16. Plano dimensiones generales de la mesa deslizante ................................................... 110 8 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Clasificacin de procesos segn su principio e interaccin con el material de trabajo ...... 17 Tabla 2. Estado del Arte. Patentes .................................................................................................... 19 Tabla 3. Estado del Arte. Materiales biocompatibles. ...................................................................... 21 Tabla 4. Geometras y dimensiones comunes de prtesis oftlmicas .............................................. 22 Tabla 5. Otras geometras de prtesis oftlmicas ............................................................................ 22 Tabla 6. Estado del Arte. Tecnologas del mercado. ......................................................................... 26 Tabla 7. Lista de especificaciones ..................................................................................................... 28 Tabla 8. Resultados QFD ................................................................................................................... 31 Tabla 9. Diagrama morfolgico ......................................................................................................... 38 Tabla 10. Alternativas pre-seleccionadas ......................................................................................... 38 Tabla 11. Comparacin de alternativas Fuente de Energa .............................................................. 39 Tabla 12. Comparacin de alternativas Accionamiento ................................................................... 39 Tabla 13. Comparacin de alternativas Sistema de Transmisin ..................................................... 40 Tabla 14. Comparacin de alternativas Ingreso de Informacin ...................................................... 40 Tabla 15. Comparacin de alternativas Cargar Material .................................................................. 41 Tabla 16. Comparacin de alternativas Formar la Pieza ................................................................... 41 Tabla 17. Comparacin de alternativas Retirar Producto Terminado .............................................. 41 Tabla 18. Comparacin de alternativas Seguridad ........................................................................... 42 Tabla 19. Alternativa 2 Microinyeccin ............................................................................................ 43 Tabla 20. Proceso de microinyeccin detallado ............................................................................... 48 Tabla 21. BOM Alternativa 2. Microinyeccin .................................................................................. 48 Tabla 22. Alternativa 3 Mecanizado ................................................................................................. 49 Tabla 23. BOM Alternativa 3. Mecanizado ....................................................................................... 52 Tabla 24. Alternativa 4 (Termoformado) .......................................................................................... 53 Tabla 25. BOM Alternativa 4. Termoformado .................................................................................. 56 Tabla 26. Comparacin de alternativas ............................................................................................ 57 Tabla 27. Componentes bsicos del mecanizado de prtesis .......................................................... 61 Tabla 28. Carta de seleccin del motor de la fresadora ................................................................... 63 Tabla 29. Propiedades de maquinado del PMMA ............................................................................ 64 Tabla 30. Resistencias ltimas a la traccin para algunos materiales .............................................. 65 Tabla 31. Factores de servicio para motores .................................................................................... 66 Tabla 32. Precios de herramientas de corte con insertos de diamante ........................................... 67 Tabla 33. Caractersticas de fresas con insertos de diamante de diferentes dimetros .................. 68 Tabla 34. Precios de y dimensiones de sujetadores de herramienta ............................................... 68 Tabla 35. Propiedades del tornillo preseleccionado para la mesa deslizante .................................. 70 Tabla 36. Catalogo de motores para las mesas deslizantes .............................................................. 70 Tabla 37. Nmero IP para motores ................................................................................................... 74 Tabla 38. Ejemplos de materiales de lentes intraoculares ............................................................... 82 9 Tabla 39. Variables de los materiales que influyen en los resultados .............................................. 83 Tabla 40. Propiedades a la tensin de algunos polmeros ................................................................ 84 Tabla 41. Principales especificaciones de herramientas ultra precisas del mercado ....................... 85 Tabla 42. Matriz de relacin ............................................................................................................. 94 Tabla 43.Valores de contenido de calor para algunos termoplsticos. ............................................ 96 Tabla 44. Temperaturas normales de formado para algunos polmeros ....................................... 102 Tabla 45. Propiedades de algunos termoplsticos ......................................................................... 103 Tabla 46. Materiales moldes termnoformado ................................................................................ 105 Tabla 47. Especificaciones tpicas para bombas de vacio ............................................................... 105 10 RESUMEN EJECUTIVO El presente trabajo busca mostrar el diseo conceptual y bsico de un sistema de microfabricacin configurable,principalmentepara seraplicado enla fabricacindeprtesisoftlmicas.Serealiza el estado del arte y de la tcnica, con el fin de conocer las diferentes tecnologas que se utilizan en laactualidadyqueestnenlacapacidaddeobtenerlasgeometrasytoleranciasrequeridas. Posteriormente seanaliza la voz del clientepara establecerlas necesidades de ste y determinar culessernlosatributosenloscualessedebecentrarelmayoresfuerzodeldiseo,contalde obtener un producto altamente competitivo en el exigente mercado de hoy. Para esto se utilizan herramientas de ayuda como la lista de especificaciones, el rbol de objetivos y el QFD (Despliegue de la Funcin de Calidad). Se realiza el anlisis funcional general del sistema, sin tener an un proceso definido con el fin de identificar las etapas fundamentales para el funcionamiento del mismo. Posteriormente se realiza el diagrama morfolgico con el que se busca ampliar el espacio de bsqueda y dar solucin a cada unadelasetapasidentificadasenelanlisisfuncional.Detodaslasposiblescombinaciones resultantes del diagrama morfolgico, se escogen cinco alternativas, diferenciadas principalmente por el mtodo de formado que utilizan (troquelado, microinyeccin, mecanizado, termoformado y vaciado),delascualesslotressedescribenycomparanconrespectoalasdems,yaquelas alternativasdetroqueladoyvaciadosondescartadasinmediatamentepornocumplirconlos requerimientos mnimos exigidos por el cliente.Para esta comparacin de alternativas, se realiza una carta de comparacin para cada alternativa, porfunciones,conelfindeinferirdemaneramuybsicaaspectosacercadeloscostos.Enel mismosentido,seevalademaneraunpocomasdetalladalosprocesosdelastresalternativas (microinyeccin,mecanizadoytermoforamdo)delascincoanteriormentemencionadas.Eneste punto,sepresentaunabrevedescripcindecadaalternativaresaltandosusaspectosmas relevantes,unesquemabsicodecadauna, mostrandoassuscaractersticas masnotableypor ltimo un comentario con base en criterios del por qu se rechaza dicha alternativa. Asi mismo se realiza el BOM estimado de cada alternativa, a fin de tener un punto de comparacin ms exacto de cada alternativa, en lo que a costos se refiere. Alterminarlasdescripciones,semuestraunatablacomparativaenlaqueseincluyenlastres alternativasevaluadas.Seprocedeentonesaevaluarpormediodelamatrizdecriterios ponderados los resultados del QFD, para as evaluar cualitativamente las alternativas frente a los requerimientosdelcliente.Apartirdelasderivacionesenlamatrizdecriteriosponderadosse escogelaalternativaquemejorcumplacontodoslosrequerimientosdelclienteyqueadems puedebrindarlevaloragregadoalproductofinal.Dichaalternativaeslanmero3, correspondiente al proceso de mecanizado, buscando empezar con ella el diseo bsico. 11 Para mostrar el diseo bsico de la alternativa seleccionada, se presenta un slido en 3D de esta, sealando los principales componentes que se tendrn en cuenta posteriormente en el diseo de detalle.Deigualmanerasepresentanplanosconlasdimensionesgeneralesdelamquinaylas posiciones de algunos componentes dentro de esta, as como su diagrama de flujo. Conelobjetivodeseraunmsdetalladosenlaexplicacindeldiseobsicoparalaalternativa seleccionada,stasedividirensubprocesosyseprocederenelmismosentidoadarun resumenexplicativoydescriptivodecadauno.Estossubprocesosson:mecanizado(torneado, frezado y pulido), carga y descarga de discos de polmero (retirar y colocar piezas en la bandeja y utilizacindeporta-piezas)yelprocesodeaplicarlaceraespecialalosportadiscos.Alaparse estructuran y se muestran planos y clculos relevantes de cada sub-proceso. 12 1.INTRODUCCIN Los problemas de catarata inoperables son la mayor causa de cegueras en los pases en desarrollo, y es la causa del 50% de las cegueras a nivel mundial. Las cataratas, no pueden ser prevenidas en su fase inicial, a pesar que se cuenten con los servicios quirrgicos para tratarlas. El desarrollo de unservicioquirrgicoapropiadoincluyelaimplantacindelentesintraocularesqueofrecenuna calidad visual mucho mejor quelas simples gafas afaquias. Sin embargo, el costo y disponibilidad limitada de las prtesis oftlmicas en pases en desarrollo es un gran problema para las personas necesitadas. El incremento del acceso a prtesis oftlmicas asequibles de buena calidad es de gran importanciaparaeldesarrollodeesquemasdecirugadecataratasenlasbasesdelasalud pblica. Reconociendoydandosolucinalagrannecesidad,enlospasesendesarrollo,deprtesis oftlmicaseconmicasydecalidadaceptable,lavisindemilesdepersonaspodraser recuperada permanentementesin la necesidad delentes afaquias. El mejoramiento dela calidad de las cirugas de implantacin de lentes intraoculareses uno de los muchos factores claves para incrementarelvolumendecirugas.Eldeseodeunavisinconlentesintraocularesatraea personasconproblemasvisualesdesdeetapastempranas,antesdeserincapacesderealizar alguna actividad. En estos das de aumento decostos y crecimiento de la inaccesibilidad a los servicios mdicos, la ciruga de catarata con la implantacin de lentes intraoculares es un ejemplo de cmo tecnologa depuntapuede estar al alcancedepases en desarrollo. Por lo quese veuna clara necesidad de reducir los costos de las prtesis oftlmicas en general, para que personas con problemas visuales encualquiergradodeavance,puedancostearsuciruga,loquefavoreceeldesarrollodelpas. Una de las mejores maneras de reducir estos costos es optimizando los procesos de fabricacin de los mismos, proceso que es el caso de estudio del presente proyecto. 13 2.OBJETIVOS General Presentareldiseoconceptualybsicodelamejoralternativadediseodeunsistemade microfabricacinconfigurable,conelfindeproducirprincipalmenteprtesisoftlmicasbajo condiciones de diseo requeridas. Especficos -Realizarelanlisisfuncionalalsistemademicro-fabricacinidentificandosufuncin global, as como las sub-funciones bsicas. -Generarunagamacompletadealternativasdediseoparalabsquedadenuevas soluciones potenciales. -Realizar un anlisis integral de las alternativas generadas. -Evaluarycompararlasalternativas,utilizandoelmtododecriteriosponderadospara seleccionar la mejor alternativa. -Realizar la primera valoracin econmica o presupuesto global del sistema. 14 3.DEFINICIN DEL PROBLEMA El primer lente de contacto intraocular (IOL por sus siglas en ingles) fue desarrollado e implantado conxitoen1949paracorregirproblemasdecataratas.Estelenteeradeunmaterialllamado polimetilmetacrilato (PMMA). Posteriormente se utilizaron plsticos para la fabricacin de los IOL, peronofueacogidohasta1970,cuandosedesarrollarontcnicasquirrgicasparasuaplicacin. Desdesu invencin hasta la actualidad seha innovado en los mtodos defabricacin einsercin delosIOL,satisfaciendolasgrandesdemandasdelmercado.LosIOL juntoconlasprtesis oftlmicassonhoy endaunasolucinbuenayduraderaparalaspersonasquequierencorregir defectos tales como miopa, hipermetropa, astigmatismo, presbicia, entre otros. LasempresasquevendenequiposparalafabricacindeIOL,restringenelusodeestosaesta aplicacinespecfica,subutilizandoasvariasdelasherramientasquecomponenelequipo.Las tendencias de fabricacin apuntan al diseo de equipos multifuncionales y configurables con miras en la miniaturizacin, por lo que se ve la oportunidad de abarcar ambos campos con el Diseo de unsistemademicrofabricacinconfigurablecapazdetrabajarcondistintosmateriales biocompatiblesy/oferrosos;cuyofinprincipaleslafabricacindeprtesisoftlmicasperoque tambin podr ser usado para la produccin de microjoyera y microcomponentes en general. 4.CRONOGRAMA Imagen 1. Cronograma 16 5.ESTADO DEL ARTE Y ESTUDIO DE LA TCNICA DIFERENTES TIPOS DE TECNOLOGA DE MICROFORMADO/MICROFABRICACIN EltrminoMET(MicroEngineeringTechnologies)esutilizadoparareferirsealafabricacinde productoscongeometra3Ddegranprecisinenunavariedaddemateriales,contamaosque van desde dcimas de micra hasta unos pocos milmetros [1]. Figura 1. Escala y precisin en procesos de micro mecanizado [1] Micro ingeniera (concepto y diseo) y microfabricacin (creacin fsica del producto). Se entiende queunproductopertenecealmbitodelamicrofabricacincuandoalmenosunadesus caractersticasfuncionalesesunadimensindelordendelasmicras[1].Antesdeprocedera mencionar las tecnologas de microfabricacin existentes, conviene aclarar que si bien la precisin absolutaquesepuedealcanzarenprocesosdemicrofabricacinesexcelente(delordende 1micra), la precisin en relacin con el tamao es bastante pequea. Lacantidadyvariedaddetecnologasqueseestndesarrollandoanivelinternacionalpara fabricarmicrocomponentesymicroproductosesenorme.Todasestastecnologassepueden clasificar en tres grandes grupos. Por un lado, se encuentran los mtodos de fabricacin de arriba haciaabajo(top-downapproach),dondepartiendodeunapiezainicialseobtienenpiezasms pequeas.Porotrolado,estnlosmtodosdefabricacindeabajohaciaarriba(bottom-up approach),dondepartiendodepartculaspequeasseconstruyenestructurasfuncionalesms grandes.Yporltimo,estnlastecnologascompletamentenuevasocombinacindelas tecnologas existentes [1]. 17 EnlaTabla1,seobservaunaclasificacindelosprocesosactualesdefabricacin,segnla interaccin con el material y el principio de funcionamiento. Se puede observar que el principio de trabajo que abarca mayor interaccin con el material es el basado en fuerza mecnica, por lo que suele ser el de mayor aplicacin. Tabla 1. Clasificacin de procesos segn su principio e interaccin con el material de trabajo Los mtodos de miniaturizacin se pueden clasificar en:-PROCESOS MEMS a.Micromecanizado en volumen b.Micromecanizado superficial c.LIGA & Micromoldeo -PROCESOS ASISTIDOS ENRGICAMENTE a.Mecanizado por haz de lser (LBM) b.Mecanizado por Microelectroerosin (MEDM) c.Mecanizado por haz de electrones (EBM) d.Mecanizado por haz de iones focalizados (FIB) e.Mecanizado por haz de plasma (PBM) -PROCESOS MECNICOS a.Procesos de corte 18 i.Torneado con diamante ii.Fresado con diamante iii.Microfresado iv.Madrinado con diamante v.Pulido b.Microrectificado c.Ultrasonic Machining (USM) -TECNICAS DE REPLICADO a.Microinyeccin (MIM) b.Estampado de precisin en caliente (hot embossing) c.Moldeo d.Microformado Elestadodelartequeserealizaacontinuacinmuestracualesdelastecnologasde microfabricacin enunciadas anteriormenteseutilizan hoy da para la produccin principalmente de prtesis oftlmicas, sin restringirlas nicamente a esta aplicacin. 5.1.Patentes EnlaTabla2,seobservaelestadodelartedelosmtodosutilizadosparalafabricacinde prtesis oftlmicas. Junto a cada patente se encuentra una breve descripcin del funcionamiento de la misma, si se desea ampliar la informacin sobre algunapatente en particular, se recomienda revisar las referencias. PATENTE FECHA DE PUBLICACIN TITULOINVENTORESDESCRIPCIN US412189624-10-78 APPARATUSFORTHE PRODUCTIONOFCONTACT LENSES Thomas H. Shepherd, 12 N. Greenwood Ave., Hopewell, N.J. 08525 Moldeformadoporunmachoyunahembrademateriales termoplsticospolimricos,loscualesenseccionesmuy delgadassonflexiblesbajocondicionesdepolimerizacin,y pocoflexiblesenseccionesgruesaspararetenersuformay caractersticasdesuperficie.Unodelosdosmoldesesta previstoconunbordedelgadoqueadicionalasformasdelas orillas de los lentes terminados. US456534821-01-86 MOLDFORMAKING CONTACTLENES,THE MALEMOLDMEMBER BEINGMOREFLEXIBLE THANTHEFEMALEMOLD MEMBER Hans-Ole Larsen, Farum,, Denmark Un moldeplstico conformado porunmoldemacho (superficie convexa)y unohembra(superficiecncava)para lafabricacin deloslentesdecontactosuavedeunmaterialfcilde polemizar.Enesteprocesodereduccindelapolimerizacines facilitada por el uso de un molde rgido(macho) y uno flexible (hembra) US464048903-02-87 MOLDFORMAKING CONTACTLENSES,EITHER THEMALEORFEMALE MOLDSECTIONSBEING RELATIVELYMORE FLEXIBLE Hans-Ole Larsen, Farum,, Denmark Un moldeplstico conformado porunmoldemacho (superficie convexa)y unohembra(superficiecncava)para lafabricacin de los lentes de contacto suave de un material polimerizable. En este proceso de reduccin de la polimerizacines facilitada por el uso de un molde rgido(hembra) y uno flexible (macho) US497173220-11-90 METHODOFMOLDINGAN INTRAOCULAR LENS Otto Wichterle, Prague, Czechoslovakia Mtododefabricacindeunlenteintraocularmejoradoquese realiza en un molde cncavo abierto el cual tiene una forma bien definida. Ellenteintraocularesimplantadoenlacmaraposterior despus de la operacin de cataratas. 19 ES2096846T322-09-93 MOLDEOYENVASEDE LENTES DE CONTACTO Hamilton, Ronald Shade y Seden, William Edward Procedimientodemoldeo,tratamientoyenvasedeunlentede contactoquecomprendelapolimerizacindeunmonmeroen una cavidad de molde entre el macho y la hembra, el macho se proporcionaenunmiembroacopadoylapartehembrase proporcionaenunpistndeslizableenelinteriordedicho miembro acopado.US532264921-06-94 METHODOF MANUFACTURING SURGICAL IMPLANTS Robert S. Reinas, Huntington Beach; Allan R. Tooks, Fontana; Thomas P. Richard, Los Angeles, all of Califa. Procesoparafabricarimplantesbiocompatiblesmedianteun mtodo de punzonado, se pueden realizar las hpticas y pticosdeformasolidariaosepuedenpunzonarindependientemente, para as darle la forma cncava o convexa US547651519-12-95 MTODOOFMAKING INTRAOCULARLENESWITH INJECTABLECOLLAGEN-BASED COMPOSITIONS Charles D. Kelman, New York, N.Y.; Dale P. DeVore, Chelmsford, Mass. Lainyeccindeunacomposicinconbasedecolgenopuede serutilizadaparafabricarlentesllenandounacmaray acompandolo seguidamente de un mtodo de extraccin. US0564566508-07-97 INTRAOCULAR LENS FABRICATION Mike A. Salazar, Albuquerque; Larry R. Foreman, Los Alamos, both of N.M. Mtodoparafabricarunlenteintraocularhechodemateriales termoplsticode0.025milmetrosdeespesor,termoformabley biocompatibleconelojohumano.Loselementoshpticosy pticosdellentessonunidosmedianteunavariedadde procesosloscualespuedenincluir:formacintrmica,solventes,adhesivos, lser y soldadura de impulso.US567443507-10-97 FABRICATIONOFAN INTRAOCULAR LENS Larry W. Blake, Irvine, Calif. Se utiliza un molde en forma de moneda para formar un lente, y secolocanunparde"alfileres",atravsdelacavidadpara formar las hpticas del lente. US583715617-11-98 METHODS OFFABRICATING INTRAOCULARLENESAND LENS MOLDAS J. Stuart Cummings, 1211 W.#201 La Palma Ave., Anaheim, Califa. 92801 Seutilizaelelectroformadoyunmoldedemltiplescavidades, lacombinacindelosmoldesdependedelageometraque quiere ser formada. ES2183350T301-03-00 PROCEDIMIENTODE PULIDODEUNALENTE INTRAOCULARQUEUTILIZA PERLAS REVESTIDAS. Valle, Moiss A.; Yamada, Akira y Kellar, Robert Fabricacindelentesintraocularesblandasoplegables utilizandoperlasrevestidasconunmaterialabrasivopara realizar el volteo de la lente. ES2266166T315-02-01 PROCESO DE FABRICACIN DELENTES INTRAOCULARES Sarbadhikari, Kamal, K. Mtodoparamoldearporvaciadounimplantequirrgico producidoapartirdedosomsmaterialesdiferentesusando moldes plsticos desechables. US1141413914-12-06 BATCH-FABRICATED FLEXIBLEINTRAOCULAR RETINALPROSTHESIS SYSTEMANDMETHODFOR MANUFACTURINGTHE SAME Yu-Chong Tal, Pasadena, CA (US); Daien C. Rodger, Los Angeles, CA (US); Wen Li, Pasadena, CA (US); Mark Humayun, Glendale, CA (US); James D. Weiland, Valencia, CA (US); Hossein Ameri, Alhambra, CA (US) Serefierealamicrofabricacionconsolidadadelaprtesis retinal. Cada zona o regin de la prtesis se fbrica en una sola capa de polmero durante el mismo proceso de fabricacin. Tabla 2. Estado del Arte. Patentes Es importante notar que ninguna de las patentes consultadas utiliza algn proceso de mecanizado paralafabricacindelasprtesisoftlmicas,sinembargoestoseatribuyeaquelosequipos utilizadosparamecanizar(torno,fresa,taladro,etc.),yasonampliamenteutilizadosendiversas aplicaciones, esdecir, seutilizan tambin para la fabricacin delas prtesis, pero no selimitan a esto. 20 5.2.Materiales Unadelasprincipalescaractersticasdelasprtesisoftlmicaseselmaterialdelascualesestn fabricadas, ya que deben cumplir con gran nmero de exigencias, debido a que sern implantadas casipermanentementedentrodelojohumano.Caractersticascomolabiocompatibilidad,la durabilidad,elbuenacabadosuperficial,laflexibilidad,entreotras,sonalgunasdeestas caractersticas. En la Tabla 3 se muestra un resumen del estado del arte realizado con respecto al tema. ArtculoAoAutorConclusiones Biomaterials: A primer for surgeons. 2006 Gary Benjamin, Bilal M. Shafi y Carlos M. Mery. Define biocompatibilidad: "cmo el cuerpo reacciona a la superficie del material y el impacto de los implantes en el cuerpo."Muestraademsquelebiomaterialmsusado enloconcernienteaaplicacionesoftlmicaseselPMMA (metacrilato de metilo) [2]. Ocular biomaterials and implants. 2001 Andrew W. Lloyd, Richard G.A. Faragher y Stephen P. Denyer. Harold Ridley,un oftalmlogo, fue el primero en hacer la observacin de que los materiales polimricos en especial (polimetacrilato de metilo) podra ser til en el desarrollo deimplantesdelentesoculares,despusdeestudiarlos efectosdefragmentosdecopasdeavionesque permanecenenlosojosdelospilotosdecombate durantelaSegundaGuerraMundial.Losintentosde mejorar la biocompatibilidad delos IOL incluyen: proceso demodificacionesparaproducirunasuperficiemuy pulida,distintosndicesderefraccinparadistintostipos delentesydediferentesmateriales.Esteautormuestra distintosmaterialesparalosIOLencontradosenla industriacondistintosndicesderefraccin,params detalle consulte el ANEXO 1. [3] On the mechanisms of biocompatibility. 2008David F. Williams. Biocompatibilidadserefierealacapacidaddeun biomaterial para realizar su funcin deseada con respecto auntratamientomdico,sinprovocarefectos indeseableslocalesosistmicosenelreceptoro beneficiariodeltratamiento,generandolamsadecuada respuestacelularbeneficiosaodetejidoespecfico,y optimizardeestaformaelrendimientoyrelevancia clnicadedichotratamiento.Sugierepormediodeuna tabla,vaseelANEXO2,lasprincipalespropiedadesde unbiomaterialquepodraninfluirenlarespuestadel husped.Pormediodeunatabla,lasprincipales caractersticas de la respuestadel huspedgenrica a los biomateriales.Pormediodeunatablamuestraqueel material ms utilizado es el PMMA [4]. Issues in New Foldable IOL Designs. 2002Douglas D. Koch. Un conocimiento riguroso de los procesos de seleccin de materiales debe tener en cuenta la situacin general en la que el material se va a utilizar, puesto que las aplicaciones clnicasrequierenlaconsideracindevariosparmetros diferentes para lograr el conjunto ideal de las propiedades del material [5]. Biocompatibility of poloxamer hydrogel as an injectable intraocular lens. 2005 Ji Won Kwon, Young Keun Han y Woo Jin Lee. Cabedecirqueenlaliteraturaelmtodoconhidrogel poloxamernopresentrespuestainflamatoriaode toxicidadenlaconjuntiva,lacrnea,eliris,humorvtreo olaretina,perotodavafaltaseguirinvestigandocon 21 respecto a estos biomateriales ya que las pruebas solo se han hecho en animales tales como conejos [6]. Tensile properties of soft contact lens materials. 2004 Ioannis Tranoudis y Nathan Efron. Methyl methacrylate(MMA) este esel monmero bsico apartirdelcualsehaceelhaceelPMMA(polimetilde metacrilato).Pormediodeunatablamuestralosvalores delaspropiedadesmecnicasdelMMA,verANEXO[3]. Esfuerzodetensin:( 48 . 2 87 . 5 a16 . 1 40 . 3 kg/cm2),Elongacin:( 65 . 17 33 . 43 a 41 . 31 00 . 81 %)yModulodeYoung:( 18 . 1 25 . 16 a95 . 0 04 . 5 kg/cm2) [7]. Tabla 3. Estado del Arte. Materiales biocompatibles. 5.3.Prtesis oftlmicas La geometra de las prtesis oftlmicas es de gran importancia, puesto que la complejidad de esta determina en gran medida el proceso necesario para su fabricacin. En el mercado actualmente se encuentranunagranvariedaddeprtesisoftlmicas,siendolasdemayorusoloslentes intraoculares,enlaTabla4y5semuestranalgunasdelasgeometrasmscomunesconlas dimensiones y caractersticas ms relevantes. Diseo del lenteDiseo ptico Tamao ptico (mm) Longitud (mm) Prof. (mm) Forma hpticas Agujeros Equiconvexo 5 5.25 5.50 6.00 12.5 13.00 5.0C- Equiconvexo 6 6.50 12.5 13.00 4.8 5.0 C2 Equiconvexo6.5013.504.8C mod.2 ojetes Equiconvexo6.00 12.50 / 13.00 3.0S mod.- 22 Equiconvexo 5.25 5.50 12.00 12.50 5.0C mod.- Equiconvexo6.0012.505.0C mod.2 Asimtrico y biconvexo 3.27.15.3Plato2 Equiconvexo6.0011.005.3Plato2 Biconvexo6.0012.505.3Plato1 Tabla 4. Geometras y dimensiones comunes de prtesis oftlmicas DiseoModeloMaterial Tamao normal (mm) Tamao comprimido (mm) Color Anillos de tensin PMMA 11 12 13 14 9 10 11 12 Claro Anillos de tensin PMMA 12 13 10 11 Claro Tabla 5. Otras geometras de prtesis oftlmicas Generalmente,lamayoradelentesintraocularesseofrecenenunrangodevisin(dioptras) entre -10.0D a +35.0D, en incrementos de 0.5D, lo que permite corregir muchos defectos visuales. Lasdimensionesycaractersticasespecialesnecesariosenloslentesestnestrechamente 23 relacionadosconesterangodevisin,dependiendodelproblemavisual(cataratas,presbicia, astigmatismo, hipermetropa, miopa) as se escogern tanto las geometras como las dimensiones de los lentes. 5.4.Normas usadas como referencia para la fabricacin de LIOs La fabricacin de lentes intraoculares deben ser fabricados de acuerdo a los lineamientos de FDAs (Food and Drug Administration) GMP y debe cumplir con las siguientes normas: [8] [9] -ISO 9001:2000 Quality management systems Requirements (Sistemas de gestin de la calidadRequisitos):EstanormaespecficalosrequisitosdeunSGC,conelcualuna organizacinbuscaevaluarydemostrarsucapacidadparasuministrarproductosque cumplanconlosrequisitosdelosclientesylosreglamentariosaplicables,conello aumentar la satisfaccin de sus clientes. Esta norma reemplaza ala ISO 9001:1994, la ISO 9002:1994 y la ISO 9003:1994. [10]-BSEN46001:ApplicationofISO9000specificationtothemanufactureofmedical devices(AplicacindelasespecificacionesdeISO9000paralamanufacturade dispositivos mdicos) [11] -Global Harmonization: guidance on quality systems based on ISO 9001/EN 46001 for the designandmanufactureofmedicaldevices(specifictothemanufactureofsterile products)(guiadecalidaddesistemasbasadosenISO9001/EN46001paraeldiseoy manufactura dedispositivosmdicos. Especficamente para la manufactura deproductos esteriles) -ISO13485:2003QualitySystem,particularrequirementsfortheapplicationofISO 9001:2000formedicaldevices(RequisitosparticularesparalaaplicacindelaISO 9001:2000 para dispositivos mdicos)[10] -ISO 11979 [12] -ISO11979-1:2006OftalmicimplantsIntraocularlensesPart1:vocabulary (ImplantesoftlmicosLentesintraocularesParte1:vocabulario):define trminos aplicables a lentes intraoculares y a los mtodos usados para evaluarlos. -ISO11979-2:1999OftalmicimplantsIntraocularlensesPart2:Optical properties and test methods (Implantes oftlmicos Lentes intraoculares Parte 2: Propiedades pticas y mtodos de probarlos). -ISO11979-3:2006OftalmicimplantsIntraocularlensesPart3:Mechanical properties and test methods (Implantes oftlmicos Lentes intraoculares Parte 3: Propiedades mecnicas y mtodos de pruebas). -ISO11979-4:2008Oftalmicimplants IntraocularlensesPart 4:Labelling and information (Implantes oftlmicos Lentes intraoculares Parte 4: Etiquetado e informacin)especificalosrequerimientosdeetiquetadoparalentes 24 intraoculares(LIO)ascomolainformacinqueseproveeenellosoenlos empaques. -ISO11979-5:2006OftalmicimplantsIntraocularlensesPart5: Biocompatibility(ImplantesoftlmicosLentesintraocularesParte5: Biocompatibilidad)especificalosrequerimientosparticularesparalaevaluacin deincompatibilidaddematerialesparalentesintraoculares(IOLs)incluyendolas condicionesdeprocesoparafabricarlos.Estosrequerimientosincluyenla evaluacindepropiedadesfsico-mecnicasquesonrelevantesala biocompatibilidad. -ISO11979-6:2007OftalmicimplantsIntraocularlensesPart6:Shelf-lifeand transportstability(ImplantesoftlmicosLentesintraocularesParte6: Periodo de validez y estabilidad de transporte). -ISO11979-7:2006OftalmicimplantsIntraocularlensesPart7:Clinical investigations(ImplantesoftlmicosLentesintraocularesParte7: Investigacionesclinicas)especificalosrequerimientosparticularesparala investigacin clnica para cmaras mono focales anteriores y posteriores de lentes intraoculares (LIOs) para la correccin de afaquia. -ISO11979-8:2006OftalmicimplantsIntraocularlensesPart8:Fundamental requirements(ImplantesoftlmicosLentesintraocularesParte8: Requerimientosfundamentales)especificalosrequerimientosfundamentales para todo tipo de lentesintraocularespara implantacin en el segmento anterior del ojo humano, excluyendo implantes de cornea y transplantes. -ISO11979-9:2006OftalmicimplantsIntraocularlensesPart9:Multifocal intraocular lenses (Implantes oftlmicos Lentes intraoculares Parte 9: Lentes intraocularesmultifocales)puedeseraplicadaacualquierlenteintraocularcuya pticaproveadosomspoderessimtricosrotacionalesycuyasindicaciones primariaseslacorreccindelaafaquiaconelbeneficioadicionaldevisintila ms de una distancia. -ISO11979-20:2006OftalmicimplantsIntraocularlensesPart10:Phakic intraocular lenses (Implantes oftlmicos Lentes intraoculares Parte 10: Lentes intraocularesparaafaquia)esaplicableacualquierlenteintraocular(IOL)cuyo objetivo es el de modificar el poder refractivo de un ojo fquico pero excluye LIO fquicos multifocales u otros de visin simultanea. -ANSI Z 80.7: American National Standards for ophthalmics intraocular lenses, April 1992. -Application of the Device of Good Manufacturing Practice Regulation to themanufacture of sterile devices, Bureau of Medical Devices, US FDA [11] -LosdosnormasmsusadAsconcernientesacuartoslimpiosparaindustriafarmacutica sonlaEuropeanUnionGuidetoGoodManufacturingPractice(EUGGMP)ylaFederal Drug Association (FDA) en Estados Unidos. [13]

25 5.5.Tecnologas del mercado EnlaTabla4,semuestranalgunasdelasprincipalescaractersticasdealgunosproductosde empresasdedicadasafabricarmquinascapacesdegenerarlasexigentesgeometras(esfricas, asfricas,mltiplescurvas)tantodelaspticascomodelashpticasrequeridasparaloslentes intraoculares.AsmismoenelANEXO4semuestranlasespecificacionesprincipalesdeotras mquinas de ultra-precisin [14]. Este mtodo de anlisis permite descubrir qu caractersticas son ms comunes en los modelos (y porlotantomenosdiferenciadoras,perotambinmsesperablesporelusuario),cualesmenos (encuyocasosepuedeverporquysiesposibledesarrollarlas)yquhuecosexistenpara diferenciar nuestro producto de los existentes en el mercado actual. La informacin suministrada en la Tabla 4 y en elANEXO 4, proveen una buena comparacin del diseo,especificaciones,aplicacionesycaractersticasdelasmquinasdeultra-precisin disponiblescomercialmente.Lassolucionesqueaqusepresentandelacompetencialderenel mercado, contienen informacin concreta de gran valor, para nuestro diseo. 26 Sterling International Technologies [15] Nexgen Optical Ltd. [16]DAC International [17] OPTOFORM40OPTOFORM80 Polytech 3 Axis Mill Polytech 1800A CNC Aspheric Lathe 2 Axis Compact (2XC) Lens Lathe Axis ALM Lathe for Contact Lens/IOLs MLC Mill/Lathe Combo - Series IV ALM Mill - Series IV ProcesoTorneadoTorneadoFresadoTorneadoTorneadoTorneadoFresadoFresado Configuracin Dos ejes, diseo de arreglo T. Dos ejes, arreglo T invertido Mquina de tres ejes Mquina de tres ejes Un eje lineal y uno giratorio Un eje lineal y uno giratorio Un eje lineal y uno giratorioDos ejes lineales y uno giratorio Estructura de la base Granito naturalGranito natural-- Base estable de granito Base estable de granito Base de granito de 200mm Base de granito de 200 mm Aislamiento de vibraciones Marco en acero con 3 aislantes neumticos Marco en acero con 3 aislantes neumticos -- 4 aislantes neumticos Marco de acero soldado Marco de acero soldado Marco de acero soldado Sistema de control Pentium 233, 32MB RAM, 1GB HD, 3.5floppy driveDigital Signal Processor (DSP) Sistema de control cerrado en los tres ejes Sistema de control cerrado en los tres ejes Digital Motion Control (DMC) DSP Motion Control System Digital Motion Control (DMC) Digital Motion Control (DMC) EjeCojinete neumtico Cojinete neumtico Cojinete neumtico Cojinete neumtico Cojinete neumtico / servo motor CC Cojinete neumtico Cojinete neumtico / Motor AC Cojinete neumtico enfriado por lquido. Rango de velocidad 10 10.000 rpm 100 15.000 rpm --0 10.000 rpm 6.000 18.000 rpm 15.000 - 160.000 rpm 15.000 - 160.000 rpm Acabado superficial 12nm(0.12micra)8nm(0.08micra)AltoAltoAltoAlto0.01micrasAlto Precisin del movimiento 5 micras0.25 micras-0.02 micras2.5 micras5 micras2.5 micrasSubnanomtrica Sistema de accionamiento Motor lineal sncrono AC Motor lineal sncrono AC Servo motor DC Servo motor DC Motores lineales Servo motores DC lineales con cero backslash Motores lineales Motor lineal DC con cero backslash DesplazamientosX: 7.5 Z: 4X: 7.5 Z: 4-50mm a 75mmX: 12 Y: 8X: 6 Y: 4X: 12 Y: 6X: 12 Y: 6 Z: 4 Peso680kg (1500lbs)975kg (2150lbs)-272kg (600lbs) 1089 kg(2400lb) 726kg (1600lb) 1089 kg(2400lb) 1089 kg(2400lb) Dimensiones39 x 34 (Piso)51 x 41 (Piso)-1220x730x1200mm48" x 50" x 70"30 x 44 * 6048" x 50" x 70" 53"w x 40"d x 78" h MaterialesLIOLIO/no ferrososLIOLIOLIO/no ferrososLIOLIOLIO/no ferrosos ModularSiSiSi-SiSi SiN/A Tabla 6. Estado del Arte. Tecnologas del mercado. 27 6.ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO 6.1. Lista de referencia de especificaciones Para poder llevar a cabo el diseo del sistema de micro-fabricacin es necesario conocer la voz del clienteparaqueenconjunto,eldiseocumplacontodoslosrequerimientosyespecificaciones establecidos y pueda ser competitivo en el mercado. La lista de especificaciones que se muestra a continuacinrecopilalosrequerimientosdelcliente(R),losobjetivosdediseo(O)ylas caractersticasdeseablesquegeneranunvaloragregadoalproducto(D).Deigualmanerase indica quien propone cada una de las especificaciones, el cliente (C) o los ingenieros (I). Empresa cliente: PROYECTO Propone Empresa de ingeniera: Diseo de un Sistema de Micro-fabricacin Configurable CONCEPTOR/O/DREQUERIMIENTOSI / C Funcionamiento RConfigurable (Ingreso de datos)C OModularI RCapaz de fabricar prtesis de aplicacin oftlmica (LIO)C OCapaz de trabajar con materiales biocompatibles disponibles en el mercadoI RCapaz de conformar tamaos inferiores a 6mmC RManejar tolerancias +- 1 micraC RCapaz fabricar 1000 unidades por semanaC RCapaz de generar geometras tipo ShellC DAplicado a micro-joyera o fabricacin de microcomponentesC OGarantizar buen acabado superficial en la pieza de trabajoI RVolumen de trabajo mximo 1.5 dcm3C DFacilidad en el cambio de herramienta de trabajoI DAuto prediccin y correccin del procesoI OGarantizar simetraC DCapaz de interpretar archivos CAD/CAM/CAEI DCapaz de auto-cargarseC OAuto-calibracinI PosicionamientoDFcil de transportarI AparienciaDAgradable estticamenteI 28 Seguridad OSeguraC OErgonmicaI OEstableI DBajo nivel de ruidoI ODispositivo de emergenciaI ODisposicin adecuada de desechos I OSistema de controlI OCumplimiento de normas internacionalesC OEstabilidad trmicaI OAlto grado de amortiguamiento y vibracionesI ONo contaminar la pieza de trabajoC Costo OFcil mantenimientoC OPoca demanda de energa para su accionamientoI OPrecio asequibleC OPrecisaI OFcil produccin en serieI Materiales de Trabajo DTrabajar con diferentes tipos de polmerosC OCapaz de trabajar con materiales no ferrososI Materiales de la Maquina OMateriales resistentes a la corrosinI D Material que garantice larga durabilidadC PesoDDiseo compacto I Tabla 7. Lista de especificaciones 6.2. rbol de objetivos Despus de analizar cada uno de los atributos, se puede realizar el rbol de objetivos como etapa preliminar para la realizacin del QFD, donde se muestran las especificaciones clasificadas desde la msgeneralhastalamsespecfica,mostrndoseenordendeimportanciarelativa.Estepeso relativodecadaobjetivoseobtieneasignandounpesoacadaunodelosobjetivosdeuna categora con respecto a los dems de la misma categora. Los resultados de esta evaluacin se pueden observar en el siguiente rbol de objetivos. Para ms detalles se puede consultar el ANEXO 5. 29 Figura 2. rbol de objetivos 30 6.3. QFD Figura 3. Despliegue de funcin de calidad. QFD 31 ElQFDfuerealizadoconlaayudadelsoftwareQFDDesigner,versin4.0.6.6.Esteestablece relacionesentrelasnecesidadesylascaractersticasrequeridasenelproducto,parasatisfacery superar las expectativas del cliente. Del QFD mostrado en la Figura 3, se puede concluir que los aspectos con mayor peso, y por tanto aquellosalosqueelequipodeingenieradebeenfocarsusesfuerzos,sonlosmostradosenla Tabla 8: CMOsPeso Absoluto (%) Tolerancias dimensionales de la pieza de trabajo6 Velocidad del proceso5 Soporte estable4 Alta precisin4 Estructura modular4 Costo de material4 Capacidad de fabricacin4 Software de manejo4 Aislamiento a vibraciones4 Tabla 8. Resultados QFD Al decir que los mayores esfuerzos sern dirigidos a las caractersticas mostradas en la Tabla 8, no se est diciendo que los dems aspectos no se tendrn en cuenta. Para cumplir satisfactoriamente contodoslosrequerimientos,restriccioneseinclusolosdeseosdelclienteesnecesarioenel proceso de diseo, incluir, en la medida de lo posible, todos los aspectos mencionados en el QFD. 32 7.ALTERNATIVAS DE SOLUCIN 7.1.ANALISIS FUNCIONAL Inicialmenteseidentificalafuncinglobaldelsistema,mostradaenlaFigura4.Lacajanegrase encuentraintegradaporvariassub-funciones,cadaunadelascualesestorganizadadeforma lgica, dando como resultado final el producto de inters. Hayqueaclararqueelproductoterminadoquesepretendeobteneresrgido,esdecir,slose busca dar la geometra y el acabado necesario a la prtesis. Posteriormente, por mtodos que no conciernenaldiseodelsistema,laprtesisserhidratada,proceso mediante elcualsetornar blanda y flexible, agrandando su tamao y tomando las dimensiones finales. De manera muy general, se ha identificado las siguientes sub-funciones: 1.Accionar el sistema 2.Ingresar la informacin 3.Cargar el material 4.Formar la pieza 5.Retirar el producto terminado FABRICAR PRTESIS DE APLICACIN OFTLMICA Informacin Energa (calor, vibraciones, ruido) Desechos Material Prtesis oftlmica Energa Figura 4. Caja negra general del sistema 33 7.1.1.Diagramas funcionales por sub-funcin 1.Accionar el sistema 2.Ingresar informacin Energa Energa Sistema apagado Sistema encendido Vencer inercia Calentamiento EnergaInformacin Energa Sistema encendido Sistema listo para comenzar Definir DiseoDefinir caract. pticas Definir dimensiones Figura 5. Sub-funcin accionar el sistema Figura 6. Sub-funcin ingresar informacin 34 3.Cargar material 4.Formar pieza (garantizar calidad del producto) EnergaInformacin Energa Material posicionado Fuerza Desechos Pieza con geometra deseada Formar geometra requerida Verificar calidad Iniciar el proceso EnergaInformacin Energa Material posicionado Detectar material Acomodar material Verificar posicin Sistema listo Material Figura 7. Sub-funcin cargar material Figura 8. Sub-funcin Formar pieza 35 5.Retirar producto terminado Donde la leyenda de las lneas es para todos los diagramas es: Informacin Energa Desechos Material EnergaInformacin Energa Pieza con geometra deseada Prtesis oftlmica Verificar culminacin del proceso Seleccin de la pieza Retirar pieza Figura 9. Sub-funcin restirar producto terminado 36 7.1.2.Diagrama funcional general Figura 10. Diagrama funcional general 37 7.2.GENERACIN DE ALTERNATIVAS Elmtodoutilizadoparalageneracindealternativasfuelalluviadeideas,conlacualselogr recopilarlamayorcantidaddealternativasposiblesenrelacinalproyecto,graciasala participacin de personas de diferentes especialidades (un ingeniero de sistemas y un mdico) que estn relacionadas con el tema. 7.2.1.Diagrama morfolgico A continuacin, en la Tabla 9, se encuentra el diagrama morfolgico, donde se presentan cada una delasalternativasobtenidasparacadafuncin,porelmtododelalluviadeideas.Paramayor detalle ver el ANEXO 6. FUNCIN SOLUCIONES 123456789 Fuente deenerga Energa elctrica Batera Fuerza humana o animal Energa alterna (sol) Energa alterna (viento) Celdas de combustible Suministro de fluido CombustibleSuministro de aire Accionarsistema Motor elctrico Motor de combustin Sistema Neumtico Sistema Hidrulico Pedal Sistema de Transmisin Correas y poleas CadenasEngranajes Cilindros de Friccin Biela/Manivela Alambre Software Planos digitales Internet Slido en 3D digital Ubicacin de red Imagen hologrfica del componente Hardware Manualmente (Pantalla tctil/teclado) Ingresar por CD/diskette/usb Plantilla con cdigos de barra Bluetooth Prototipado inverso (CMM) Cargar material Brazo robotInyeccin Banda transportadora Manual Cruz de malta Gravedad Desenrollador Seleccionar Cdigo de barras Rampa (gravedad) Diferencia de densidad Manual Cromatografo Verificar posicin Sensores de posicin Sensores mecnicos LserPesarFormar pieza Troquelado Micro-Inyeccin de plstico Mecanizado Termoformado Electro-erosin Corte por lser Corte por ultrasonido Vaciado Ataque Qumico Verificar Calidad LserRugosimetroMicrmetroDurmetroUltrasonidoRayos XPesoCmaraVerificar Culminacin Seal audible Seal Visual Fin de carrera Sensores en los sistemas de accionamiento

Retirar Pieza Brazo robotRodillosRampaVibracinManual

38 Base Estable Contra-peso Materiales tenaces Fijado con pernos al suelo Cilindros amortiguadores Marcos de acero soldado FundacinSeguridad Alarma sonora Alarma visual Parada de emergencia Sensores de luz Fusibles Tapa de seguridad Materiales seguros SonmetroTabla 9. Diagrama morfolgico 7.2.2.Alternativas pre-seleccionadas FUNCION ALTERNATIVAS PRE-SELECCIONADAS 12345 Obtencin de energa Suministro de aire Energa elctricaCorriente elctrica Suministro de fluido Corriente elctrica Accionar el Sistema Sistema neumtico Sistema hidrulico Motor elctricoSistema hidrulicoMotor elctrico Sistema de Transmisin Biela/manivelaCorrea y poleasEngranesEngranesCorrea y poela Mtodo para Ingresar Informacin (software) -Ubicacin de redPlanos digitalesInternet- Mtodo para ingresar Informacin (hardware) Manualmente (pantalla tctil) Manualmente (pantalla tctil) Ingresar por CD/diskette/usb Manualmente (pantalla tctil) Manualmente (pantalla tctil) Cargar Material - Acomodar Cruz de maltaInyeccinBrazo robotDesenrolladorGravedad Cargar Material - Seleccionar RampaCdigo de barrasCdigo de barrasCdigo de barras Diferencia de densidades Cargar Material - Verificar PesarPesarSensor de posicinPesarPesar Formar la Pieza - Geometra TroqueladoMicro inyeccinMecanizadoTermoformadoVaciado Formar la Pieza - Verificar Calidad VisualmenteRugosimetroLserMicrmetroRugosimetro Retirar Producto Terminado - Verificar Culminacin Seal audibleSeal audibleSeal visualSeal visualSeal audible Retirar Producto Terminado - Retirar Pieza Banda transportadora ManualBrazo robotRodillosVibracin Base EstableFundacinMarco de acero Cilindros amortiguadores Marco de acero Apernado al suelo Seguridad - Proceso Materiales seguros Materiales seguros Fusible Materiales seguros Polo a tierra Seguridad - Operario Tapa de seguridad Alarma visual Parada de emergencia Alarma sonoraAlarma visual Tabla 10. Alternativas pre-seleccionadas 39 7.2.3.Cartas de comparacin de alternativas por funciones -Fuente de energa FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Fuente de energa Energa elctrica- fcil de obtener- peligrosaMedio Batera -sepuedealmacenarla energa -senecesitaranmuchaspara abastecer al sistema Alto Fuerza humana o animal -nonecesitaestarconectado a una fuente - requiere de personal - limitaciones de peso - tiempos Bajo Energa alterna (sol) - no contamina - silenciosas -senecesitaranmuchospaneles solares Alto Energa alterna (viento) - no contamina - es inagotable - contribuye a evitar el cambio climtico - intermitente - mquinas grandes Alto Celdas de combustible - energa limpia - silenciosas - carecen de partes mviles -tecnologaanenprocesode investigacin Alto Combustible - gran disponibilidad - capacidad trmica - densidad de energa - genera contaminacin - contribuyen al cambio climtico - no renovables Medio Suministro de aire- suministra fuerza neumtica - uso de compresores para elevar la presin - ruidos molestos Tabla 11. Comparacin de alternativas Fuente de Energa -Accionar el sistema FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Accionar el sistema Motor elctrico -buena relacin potencia/tamao - rendimiento elevado - no emite contaminantes - utilizados en aplicaciones rpidas y de posicionamiento - fciles de controlar - alta repetitividad - precisos - fiable - silencioso - mantenimiento - tamao -dependedelafrecuenciaalaque sea utilizado (50-60Hz) - construccin delicada - pesados - potencia limitada Medio Sistema Neumtico -elaireesilimitadoydisponible gratuitamente - no hay riesgo de chispas - diseo sencillo -velocidadesyfuerzasreguladas elevadas -necesitaeliminarimpurezasy humedad del aire -ruidosdeescapemolestos. Requiere silenciadores -noseobtienenvelocidades uniformes Alto Sistema Hidrulico -lasfuerzaspuedenregularsede manera continua -simplicidad(pocaspiezasen movimiento) - multiplicacin de fuerzas - exigen un buen mantenimiento -velocidadesbajasenlos actuadores -limpiezaenlamanipulacindelos aceites Medio Tabla 12. Comparacin de alternativas Accionamiento - 40 -Sistema de transmisin FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Sistema de transmisin Correa y polea - silenciosas -transmisinentreejesseparadospor una distancia considerable - flexibilidad y amortiguamiento -relacionesdevelocidad inexactas - deslizamiento -lascatarinasdebenestaren un mismo plano Medio Engranajes - compactos - eficiencias elevadas - elevada durabilidad -transmisindepotenciaselevadasen poco espacio - masa elevada -pocoamortiguamientode vibraciones - costo de montaje elevado - mantenimiento Alto Biela/Manivela -transformamovimientocircularen lineal - lubricacin Medio Tabla 13. Comparacin de alternativas Sistema de Transmisin -Ingresar informacin FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Software Planos digitales - se ingresa toda la informacin - modificables -esnecesariounsoftwareque identifique el archivo Medio Internet -sepuedeteneraccesoa informacin de correos - depende del servidor de internet Bajo Ubicacin de red -setieneaccesoatodala informacin de la empresa -dependedelservidorinternodela empresa Medio Hardware Manualmente (Pantalla tctil/teclado) - fcil uso para el operador - compacto - se puede utilizar rayada o sucia - buena visibilidad del proceso - manejo intuitivo - delicado - poca resistencia a golpes Alto Ingresar por CD/diskette/USB - portable-susceptiblealaperdidade informacin Bajo Tabla 14. Comparacin de alternativas Ingreso de Informacin -Cargar material FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Acomodar Brazo robot - precisin - configurable - repetitividad - automtico - costoso - limitaciones de espacio de trabajo Alto Inyeccin - preciso - buenos acabados superficiales - llenado completo de los moldes - requiere calentamiento - dimensiones grandesAlto Cruz de malta - movimiento intermitente - preciso - lubricacin - soporta poca tensin mecnica Bajo Desenrollador - continuo - movimiento de grandes volmenes - mantenimiento - desajuste de la lmina - variador de velocidad Medio Seleccionar Cdigo de barras - estandarizacin - reconocimiento individual de las piezas - lectura rpida - no depende de usuario - debe mantenerse libre de suciedad -pagarparadigitalizarcadapieza nueva - lector de cdigos Bajo Rampa (gravedad) - no requiere energa-noseconocelaposicindela pieza - no se tiene control sobre la pieza - no es precisa Bajo Diferencia de densidad - se diferencian materiales- se requiere de un equipo adicional - lento Medio 41 - poco preciso Verificar posicin Sensores de posicin - precisin - garantiza correcta posicin - retroalimentacin - compactos y livianos - garantiza la correcta posicin Medio Pesar -porvariacinenpesoaseguraquela pieza es colocada - poco preciso - no identifica las piezas -nogarantizaqueestcolocada correctamente Bajo Tabla 15. Comparacin de alternativas Cargar Material -Formar la pieza FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Verificar calidad Lser - excelente precisin - garantizan calidad y detectan defectos - integracin sencilla - automtico - sin contacto (no contamina) - costoso Alto Rugosimetro - mide la rugosidad de la superficie - garantiza calidad del acabado superficial - calibracin - contacto con la pieza Alto Micrmetro - mide la exactitud de las dimensiones- calibracin - contacto con la pieza Alto Tabla 16. Comparacin de alternativas Formar la Pieza -Retirar producto terminado FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Verificar culminacin Seal audible - indica falla o mal funcionamiento - alerta al operario - resulta molesto - niveles de ruido Bajo Seal Visual -alertaaloperariodelfuncionamiento de la mquina - puede pasar desapercibida Bajo Retirar pieza Brazo robot - precisin - configurable - repetitividad - automtico - costoso - limitaciones de espacio de trabajo Alto Banda transportadora -movilidaddemsdeunapiezaal tiempo - automtico - distancias a transportar -noseconocelaposicindela pieza - no se tiene control sobre la pieza - no es precisa Medio Vibracin - evita atascamientos- inestabilidad Medio Rodillos - no requiere energa -permiteellibremovimientodela lmina - mantenimiento (lubricacin) Medio Tabla 17. Comparacin de alternativas Retirar Producto Terminado 42 -Seguridad FuncinOpcinVentajaDesventajaCosto Base estable Fijado con pernos al suelo - asegura el sistema al suelo-difcildetransportarocambiarde posicin - mantenimiento - mala absorcin de vibraciones Bajo Cilindros amortiguadores -excelenteamortiguamientoa vibraciones -requieredevolumenconsiderable para su colocacin - mantenimiento Medio Marcos de acero soldado - buen amortiguamiento a vibraciones- peso - mantenimiento (oxidacin) Medio Fundacin -transmitedeformaadecualascargas de la estructura al suelo - no es transportable - peso - volumen desaprovechado Medio Seguridad proceso Fusibles - evitar daos por sobrecargas elctricas - repuestos econmicos -requieredesucambiocadavez que ocurra una falla Bajo Materiales - duraderos - resistentes - tenaces - no reciclables - costososMedio Polo a tierra - evita daos por sobrecargas elctricas -evitadescargaselctricassobrelos operadores - se necesita perforar el suelo -serequieretratamientoespecial de la tierra Bajo Seguridad - operario Alarma sonora - indica falla o mal funcionamiento - alerta al operario - resulta molesto - niveles de ruido Bajo Alarma visual -alertaaloperariodelfuncionamiento de la mquina - puede pasar desapercibida Bajo Parada de emergencia -detenerelprocesoencasode emergencia - fcil montaje e instalacin - puede ser accionado sin necesidad Medio Tapa de seguridad - visibilidad del proceso - no permite ingreso de objetos ajenos al proceso - el proceso se detiene si esta se abre - peso - limpieza Medio Tabla 18. Comparacin de alternativas Seguridad 7.2.4.Matriz de decisin de las alternativas Para llenar la matriz dedecisin setuvieron en cuenta los aspectos ambientales mencionados en lanormatcnica:GTC53-2GESTIONAMBIENTAL.RESIDUOSSLIDOS.GUAPARAEL APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS PLSTICOS. Para ver la tabla de ponderaciones cualitativas, ver ANEXO 7. Seobservaquedelascincoalternativaspropuestas,tresobtienenmayorpuntaje,quesonlas alternativasdemicroinyeccin,mecanizadoytermoformado,porloqueseprocedearealizarla evaluacin a estas tres, por cumplir cualitativamente mejor con los requerimientos del cliente. Las otrasdosalternativas,troqueladoyvaciadonocumplenconlasexigenciasdeprecisin, geometras y caractersticas pticas requeridas para fabricar las prtesis intraoculares. 43 8.EVALUACIN DE ALTERNATIVAS Lacaractersticamsrelevantedelasalternativaseselprocesoqueutilizanparalograrlas exigentesgeometrasdelasprtesisintraoculares,porloqueelanlisisdeestasseenfocaren detallar las caractersticas de cada uno de los procesos. 8.1.Evaluacin de la alternativa 2 (Microinyeccin) Lamicroinyeccineselprocesoderivadodelainyeccinparalafabricacindepiezascon caractersticasmicrogeomtricas.EnlaTabla19semuestranlascaractersticasprincipalesdela alternativa 2. ALTERNATIVA X - TERMOFORMADO Obtencin de energaA travs de bateraCargar Material - VerificarSensores mecnicos Accionar el SistemaSistema de inyeccin Formar la pieza - Geometra Mirco-Inyeccin de Plstico. Sistema de TransmisinCadenas Formar la pieza Verificar Calidad Rugosimetro Mtodo para ingresar Informacin (software) Internet Retirar producto- verificar culminacin Seal visual Mtodo para ingresar Informacin (hardware) Ingresar por CD/diskette/usb Retirar producto Terminado Retirar pieza Manual Cargar Material -Acomodar InyeccinBase EstableMateriales Tenaces Cargar Material - Seleccionar Rampa (gravedad)SeguridadAlarma Visual Tabla 19. Alternativa 2 Microinyeccin Bsicamenteelprocesodemicroinyeccinconsisteenlainyeccinpor mediodeunapresinun polmeroensuformaslidaelcualsevacalentandoalolargodelrecorridofundindosehasta llegar al molde en donde se solidifica y se le dar la forma. La pieza moldeada se recupera al abrir elmoldeparasacarla.Esteprocesoresultasermuyeficienteparagrandesvolmenesde produccin,ademslamicroinyeccinpuedellegaradarformasmsprecisadependiendodela exactitud del molde. En el diagrama funcional se muestra de manera muy bsica los aspectos ms relevantes del proceso de microinyeccin. La realizacin de algunos clculos preliminares pueden verse en el ANEXO 8. 44 Diagrama funcional Sistema apagado Vencer Inercia EnergaInformacin Precalentamiento Sistema Encendido Definir Acabado superficial Definir Geometra (Molde) Sistema listo para comenzar Definir Material Seleccin de material Acomodar material Verificar correcta posicin Material posicionado Material Inyeccin Formar geometra RequeridaVerificar calidad Pieza con geometra deseada Fuerza Distribucin del polmero Solidificacin y retraccin del mbolo Verificar culminacin del proceso Seleccin de la pieza Retirar pieza Prtesis oftlmica Energa 45 Imagen 2. Mquina de microinyeccin Figura 11. Dimensiones generales mquina de microinyeccin 46 Figura 12. Tornillo Inyector Imagen 3. Partes representativas de una maquina de microinyeccin [18] Las partes principales en la mquina de moldeo por inyeccin son:1.Unidad de inyeccin2.Unidad de cierre3.Molde de sistema4.Sistema de control5.Sistema hidrulico 47 Imagen 4. Ciclo de operacin para producir piezas moldeadas por inyeccin FASEELEMENTO PRINCIPALBREVE DESCRIPCIN - Molde se cierra (MOLDE CERRADO). Atravsdeestesistemaelmoldesecierraparasu posteriormentesolidificacin.Estesistemadebe proporcionar un presin como mnimo mayor o igual que la presin de inyeccin. -Inyeccin (MOLDE CERRDO). Est constituida esencialmente por la tolva y los conductos. Pormediodeestecomponenteingresaelmateriala trabajar hacia el tornillo. -Tornillo. Seutilizaparacalentarelmaterialpormediodecalorde friccin. Adems funciona como pistn para la inyeccin. -Sistema de Control. Mantienecontroladociertosvaloresdeoperacindentro del proceso. Tiempo de Solidificacin Pieza moldeada y extraida Retraccin del mbolo Inyeccin El molde se cierra Intervalo del mbolo Ciclo de operacn 48 -Sistema Elctrico. Elsistemaelctricoestconformadoporelcableado, transformadores y reguladores de voltaje. -Sistema Hidrulico. Este sistema le proporciona la energa necesaria al inyector par poder suministrarle la presin necesaria al polmero de trabajo. -Sistema de refrigeracin. Este sistemase utilizar para aumentar la transferencia de calor entre el molde y el ambiente. Tabla 20. Proceso de microinyeccin detallado BOM Alternativa 2 Microinyeccin DescripcinCantidadValor UnitarioSub-Total Bastidor de Cierre1838,33 USD838,33 USD Cilindro de cierre1757,00 USD757,00 USD Placa de sujecin mvil1233,00 USD233,00 USD Expulsor hidrulico1228,00 USD228,00 USD Microcomputador1800,00 USD800,00 USD Tolva material1124,56 USD124,56 USD Unidad de inyeccin18.000,00 USD8.000,00 USD Accionamiento husillo131,00 USD31,00 USD Sistema Elctrico1529,00 USD529,00 USD Interruptor principal140,00 USD40,00 USD Conexin a la red315,00 USD45,00 USD Estructura de la maquina180,00 USD80,00 USD Motor Hidrulico15.002,60 USD5.002,60 USD Moldes8040,00 USD3.200,00 USD Sistema de Enfriamiento1800,00 USD800,00 USD Botn de emergencia1180,00 USD180,00 USD Sensor de Temperatura1201,10 USD201,10 USD TOTAL21.089,59 USD TOTAL EN PESOS COLOMBIANOS$41.061.431,73Tabla 21. BOM Alternativa 2. Microinyeccin 49 8.2.Evaluacin de la alternativa 3 (Mecanizado) La alternativa 3 incluye las siguientes caractersticas, resumidas en la Tabla 22: ALTENATIVA 3 MECANIZADO Obtencin de energaCorriente elctricaCargar Material - VerificarSensor de posicin Accionar el SistemaMotor elctricoFormar la Pieza - Verificar CalidadLser Sistema de TransmisinEngranesRetirar Producto Terminado - Verificar Culminacin Seal visual Mtodo para Ingresar Informacin (software) Planos digitalesRetirar Producto Terminado - Retirar Pieza Brazo robot Mtodo para ingresar Informacin (hardware) Ingresar por CD/diskette/usb Base estableCilindros amortiguadores Cargar Material - AcomodarBrazo robotSeguridad ProcesoFusible Cargar Material - SeleccionarCdigo de barrasSeguridad - OperarioParada de emergencia Tabla 22. Alternativa 3 Mecanizado El proceso del mecanizado consta bsicamente de los siguientes pasos, mostradosen el diagrama de proceso de la Figura 13: 1.Ubicar material en mordaza. 2.Maquinar superficie interior de la prtesis. 3.Pulir superficie interior. 4.Medir espesor de la prtesis. 5.Aplicar cera especial. 6.Dar forma a cera especial. 7.Retirar pieza de mordaza. 8.Ubicar pieza en mordaza por lado con cera. 9.Maquinar superficie exterior de la prtesis. 10. Pulir superficie exterior. 11. Maquinar hptica. 12. Retirar pieza de mordaza. 13.Aplicar ultrasonido para remover cera. 14. Ubicar pieza en bandeja de almacenamiento. En el ANEXO 9 se encuentra la explicacin detallada de cada paso seguido en la alternativa 3.50 Verificar posicin Mecanizar superficie interior de prtesis Pulir superficie interior de prtesis Medir espesor de prtesis Aplicar cera especial Material Excedente Dar forma a cera especial Ubicar pieza en mordaza(lado con cera) Verificar posicin Retirar pieza de mordaza Maquinar superficie exterior de prtesis Pulir superficie exterior de prtesis Maquinar hptica Retirar pieza de mordaza Aplicar ultrasonido para remover cera Ubicar pieza en bandeja de almacenamiento Aplicar ultrasonido para remover cera Material Excedente Pieza terminada Material EnergaInformacin Energa (calor, vibraciones, ruido) Material Excedente Material Excedente Ubicar material en mordaza Figura 13. Diagrama funcional Alternativa 3 51 Figura 14. Dimensiones generales Alternativa 3 ParafabricarlosIOLsenecesitaprimordialmenteunareceta mdica.Elprocesocomienzacon el controldeprocesamientodedatosdelaforma;lacomputadoraentregalosdatosqueson controladosporuntornodigital,queespreviamentecargadoconundiscodepolmerocogidoporunbrazorobticodelabandejadealmacenamiento.Seempiezadiseandolacurvatura interiordeldiente,condosburilesconpuntadediamanteserealizaeldesbasteyelacabado. Despussepulemuybienparagarantizarcomodidadyvisinperfecta.Acontinuacinsevierte una cera especial sobre la superficie interior del lente para que este pueda ser manipulado por el brazo robtico y ser sujetado por la mordaza. Utilizando el brazo robtico se extrae el disco de la mordazaysegira180.Posteriormentesemodelalasuperficieexteriorsiguiendolosmismos pasos utilizados para modelar la superficie interior. Una vez la pieza est totalmente maquinada se retiralaceraporultrasonido,severificalacalidaddelapiezayseubicaenlabandejade almacenamiento en el mismo espacio del que fue retirada. 52 BOM Alternativa 3 Mecanizado DescripcinCant.Precio UnitarioCosto parcial Herramientas de corte2116629,8233259,6 Porta herramientas de corte393206,65279619,95 Motor paratorno1583149583149 Chasis de acero soldado1388766388766 Fresa (herramienta de corte)158314,958314,9 Motor para fresa1291574,5291574,5 Porta herramienta (mordaza)1233259,6233259,6 Tornillo247643,2795286,55 Motor de paso con realimentacin 1/4 HP2635632,411271264,82 Cubierta para guias450111,94200447,75 Guias y mesa de trabajo247623,8495247,67 Balineras215550,6431101,28 mesa portaherramientas de corte164632,3564632,35 Sistema de aspiracion (control de viruta)1133696,63133696,63 Sistema de control11088544,81088544,8 Sistema de interferometria laser1769756,68769756,68 Boton parada de emergencia1194383194383 Alarma visual1169113,21169113,21 Regulador de voltaje (UPS)11057443,521057443,52 Portapieza26997,7913995,58 Material abrasivo montado en eje (pulido)113976,1413976,14 Pantalla tctil1404137404137 Ultrasonido para limpieza1770203,76770203,76 TOTAL8441174,27 Tabla 23. BOM Alternativa 3. Mecanizado Dentro de esta alternativa se ha planteado el uso de un robot para automatizar el proceso decargaydescargadelosdiscosdepolmero.Elusodedichorobotesopcionalenel sistemayaqueesunaoperacinqueunoperariopuedehacermanipuladolos controladores. Si se desea agregar el valor del robot y economizar tiempos de produccin, el valor aproximado de dicho robot es de 20millones de pesos, dando un total aproxiamdo de 28 millones. 53 8.3.Evaluacin de la alternativa 4 (Termoformado) La alternativa 4 incluye las siguientes caractersticas, resumidas en la Tabla 24: ALTENATIVA 4 - TERMOFORMADO Obtencin de energaSuministro de fluidoCargar Material - VerificarPesar Accionar el SistemaSistema hidrulicoFormar la Pieza - Verificar CalidadMicrmetro Sistema de TransmisinEngranesRetirar Producto Terminado - Verificar Culminacin Seal visual Mtodo para Ingresar Informacin (software) InternetRetirar Producto Terminado - Retirar Pieza Rodillos Mtodo para ingresar Informacin (hardware) Manualmente (pantalla tctil) Base EstableMarco de acero Cargar Material - AcomodarDesenrolladoSeguridad ProcesoMateriales seguros Cargar Material - SeleccionarCdigo de barrasSeguridad - OperarioAlarma sonora Tabla 24. Alternativa 4 (Termoformado) Eltermoformado,talcomoeltrminoseusanormalmente,implicaelformadopormediodel calor de una hoja de termoplstico que entra en contacto con un molde del cual toma su forma. La hojaopelculadeplstico,calentadahastaelpuntodeablandamiento(paraelcasodelPMMA 177C), se sujeta sobre el molde o entre las partes del molde y es jalada o forzada hasta el molde porunmtodoounacombinacindemtodos,incluidoelvaco,presindeaire,gravedado fuerzamecnica.Enfriadaenelmoldetomalaformadel.Entoncesessacadadelmoldey devastada si es necesario.Elmtododetermoformadomsusadoparalafabricacindeprtesisoftlmicaseselformado con molde machihembrado (como se puede ver en el estado del arte, las patentes), este mtodo utiliza fuerza mecnicay dos mitades de molde que embonan perfectamente para prensar la hoja, dndolelaformadeseada.Normalmentelaspresionesdeformadoparalminasdelgadas (espesoresmenoresde2mm)estentre0.3y0.8MPa.Eselmtododetermoformadoms exactoypuedeproducirdetallesmuyfinosyacabadossuperficialesespeciales,encasode requerirse.Losmoldes,normalmentedemetalsonmscostososquelosdeotrosprocesosde termoformado. [20] Resumiendo, el proceso de termoformado consta bsicamente de los siguientes pasos, mostrados en el diagrama de proceso de la Figura 15 y Figura 16. Si se desea tener ms detalles ver el ANEXO 10. 1.Cargar material 2.Calentar 3.Estiramiento de la lmina (formado) 4.Enfriamiento de la lmina en la superficie del molde 5.Verificar la calidad de las piezas 6.Retirar excedentes de los alrededores de la pieza formada 54 Figura 15. Diagrama funcional Alternativa 4 Figura 16. Diagrama de proceso Alternativa 4 55 Algunas de las dimensiones ms relevantes del proceso se muestran en la Figura 17. Estas dimensiones estn dadas en milmetros. Figura 17. Dimensiones generales Alternativa 4 56 BOM Alternativa 4 Termoformado DESCRIPCINCANT.PRECIO UNITARIOCOSTO PARCIAL Soporte rollo de entrada1347.945,57347.945,57 Soporte material de salida (con motor)1695.891,14695.891,14 Sensores de posicin (cilindros)297.191,5194.383 Horno de gas13.875.530,5013.875.530,501 Ventilador elctrico197.191,597.191,5 Sensores de temperatura1452.348,6793452.348,6793 Pantalla tctil1404.137,1029404.137,1029 Cilindro hidrulico (2500PSI)11.718.345,721.718.345,72 Bomba y caja hidrulica13.522.511,5353.522.511,535 Moldes267.334,2712134.668,5424 Bomba de vaco13.866.358,7333.866.358,733 Sistema de refrigeracin11.166.2981.166.298 Chasis de acero soldado1388.766388.766 Sistema de control11.030.132,7091.030.132,709 Micrmetro1320.731,95320.731,95 Alarma sonora143.522,353743.522,3537 Computador11.555.0641.555.064 Conexin a la red229.157,4558.314,9 Accionamiento (switches)260.258,73120.517,46 Interruptor de encendido197.191,597.191,5 Botn de emergencia1369.327,7369.327,7 Regulador de voltaje (UPS)14.649.641,364.649.641,36 SUB-TOTAL25108819,96 Tabla 25. BOM Alternativa 4. Termoformado 57 8.4.Tabla comparativa Variable Proceso InyeccinMecanizadoTermoformado Espesor de las piezasConstanteVariableVariables Temperatura de material de trabajo 200C a 240C Ambiente, sin llevar el material de trabajo a su temperatura de ablandamiento 160C a 180C Tolerancia dimensional ExcelenteExcelente Relativamente buena, no para piezas de precisin Insertos Es posible la insercin de elementos en otros materiales No se puede Se puede preparar la superficie del molde para admitir insertos Acabado superficial Se puede lograr superficies lisas o con cualquier textura Excelente Slo superficies lisas y algunas texturas no muy profundas Produccin Alta produccin, cientos o miles de piezas diarias De media a baja Media produccin algunas decenas de piezas diarias Herramienta o molde De acero con aleaciones o tratados alto costo, diseo complejo, molde macho hembra Herramientas con punta de diamante Moldes de acero, con excelentes acabados superficiales. Muy costoso Posibilidad de hacer agujeros SiSiNo Desperdicio de material Muy poco. Es recuperable Si. Depende de la geometra de la pieza Depende de la forma de la pieza aprox. Un 25% de desperdicio es recuperable Tiempo de desarrollo de la pieza (desde el diseo) de 3 a 6 meses1 mes mximo1 mes mximo Acabados posteriores Retirar excedente normalmente con mecanizado No necesita Retirar excedente normalmente con mecanizado RepetitividadSiSiSi Flexibilidad en la produccin Requiere un molde por cada tipo de geometra Se puede programar para generar diferentes geometras sin cambiar la herramienta Es necesario hacer cambio de molde Tabla 26. Comparacin de alternativas Despusdeanalizardetalladamentecadaunadelasalternativas2,3y4,sellegaala conclusin que la que da mejores soluciones a los requerimientos del cliente establecidos en la lista de especificaciones y los resultados del QFD es la alternativa 3. Nosepuedenegar que elprocesodemecanizadopresentaciertosinconvenientescomo la necesidad de personal especializado en programacin y computadores, mayor inversin inicialenmaquinariaysumantenimientoescomplejo,sin embargosonmslasventajas quepresentanyaqueestapermiteunaelevadaprecisin(mejorde2.5micras), repetitividaddelproceso,incrementasignificativamentelaproductividad,estenla 58 capacidad de realizar las exigentes geometras y contornos de las prtesis oftlmicas sin la necesidad de recurrir a modificaciones en el proceso, flexibiliza los cambios de produccin (cambiodeherramienta,menosdesecho,variedaddeformacindegeometras),la produccinesmsseguraydemejorcalidad.Lostiemposdeproduccinnosontan cortoscomolosquesepuedenobtenerconlosprocesosdemicroinyeccino termoformado,sinembargoestosprocesosrequierennormalmentedeunaetapade limpieza para el acabado de la pieza. 59 9.DISEO BSICO 9.1.Modelo 3D Comosedefinieneldiseoconceptual,laalternativaseleccionadaesla3,quetienecomo proceso de fabricacin el mecanizado del polmero. En la Imagen 5, se observa un modelo 3D muy general de la solucin planteada. Imagen 5. Modelo 3D general de la alternativa 1.Botn de parada de emergencia 2.Base deslizante de las herramientas de corte 3.Herramientas de corte 4.Husillo de la fresa 5.Espacio donde ir ubicada la mquina de inyeccin de la resina 6.Brazo robtico (opcional) la carga y descarga de material puede hacerse manualmente 7.Bandejas de almacenamiento de piezas 8.Alarma visual 9.Husillo del torno 10. Pantalla tctil 11. Base deslizante del torno 12. Base estable donde se encuentran los aisladores de vibracin, los motores, la bomba, el cableado elctrico. 60 9.2.Planos generales Los planos con las dimensiones generales de la alternativa seleccionada se pueden consultar en el ANEXO 11. Enesteanexotambinsepresentanplanosunpocomsdetalladosdelsistemadecarguey almacenamiento de los discos de polmero. 9.3.Diagrama de flujo El diagrama de flujo es el presentado en la evaluacin de la alternativa 3. 9.4.Sub-procesos de la alternativa Los subprocesos que integran la alternativa seleccionada son: -Carga y descarga de discos de polmero -Formado de geometra -Calibracin y limpieza -Sistema de control -Sistema elctrico -Proceso de formado de geometra El formado del material incluye los procesos de mecanizado, as como la aplicacin de la cera que es utilizada para poder sujetar la pieza, de manera tal que se pueda maquinar el lado opuesto. Las operaciones realizadas para generar las geometras de las prtesis, que tienen lugar en el sistema demicrofabricacinson:fresado(generacindelosorificiosguasylasgeometrasdelas hpticas),torneado(geometratipoShelldelaptica)ypulido(garantizarunexcelenteacabado superficial). Entodoprocesodemecanizadosepuedenidentificarlasherramientasdecorteylapiezaa mecanizar.Pararealizarelpulidoesnecesarioqueunodeestosdoselementosseencuentreen movimientorotativo.Enelfresadolaherramientadecortefresatienemovimientorotativo mientras que la pieza de trabajo se mantiene fija, mientras que en el torneado la herramienta de corte permanece fija y la pieza es la que cuenta con movimiento rotativo.Tantoeltornocomolafresadoracuentanconunmotor,cadaunoqueseencargadeimprimir movimientoparaeldesplazamientolongitudinalytransversaldelasmesasdeslizantesquelos soportan.Apuntado hacia la reduccin decostos y deespacios seha decidido utilizar 4 motores. Ademsdelosdosmotoresdelasmesas,senecesitaunterceroparaelejedelamordazadel torno y un cuarto para la mordaza de la fresadora.61 Desglosando con un poco ms de detalle, los sub-elementos que hacen parte del mecanizado son los que se muestran en la Tabla 27. CantidadDescripcin 2 Motores encargados del movimiento longitudinal y transversal, con la utilizacin de tornillos de potencia. 2 Motores encargados del movimiento rotacional de la mordaza, estos motores van conectados a una transmisin cada uno, que permitan tener la potencia de corte necesaria para trabajar la pieza. 1Mordaza 3 Portaherramientas: o1 buriles de desbaste y acabadocon sus respectivos ejes. o1 buril de acabado con sus respectivos ejes o1 pulidora con su eje. 1Fresa con su eje y motor Tabla 27. Componentes bsicos del mecanizado de prtesis oPotencia requerida para el maquinado del PMMA. A partir de la referencia [31] se pudo hallar como vara la fuerza en un proceso de torneado con el tiempo. Figura 18. Character of the intensity of mechanical luminescence (N) and cutting force (Pz) in the cutting process of polymer (V . 1 m/s, a . 0.2 mm). 62 Como se puede ver a partir de la Figura 18 la fuerza corte logra estabilizarse en un valor de aprox.37Nconunavelocidadde1m/sporloquelapotenciadeltornoestaradeterminadaporla siguiente ecuacin. corte corte cortev F P =smN Pcorte1 37 =W Pcorte37 = Dado que nuestra maquina tambin tiene que trabajar con metales se escoger un solo motor que proporcionelapotenciaparaelcortedelosmetales,yasteseleadicionarunvariadorde frecuencia con el fin de obtener la potencia requerida al momento de maquinar el polmero. oPotencia para el fresado. A partir de la siguiente ecuacin se determina la potencia suministrada por la fresa con la cual se seleccionar el motor. 610 60 =c corte ccortek f p AP] [mm Ac: Ancho de Corte. ] [mm p : Profundidad de Corte.min] / [mm f : Velocidad de avance. ] / [2mm N kc: Fuerza especfica de corte. 610 60 =c ccortek f p AP La fuerza de corte se obtiene de la referencia [31]: 22/ 7405 . 0 * 1 . 037*mm NmmNp AFAFkcccortecc= = = = El valor de Ac se tom igual al dimetro de la fresa el cual tiene un valor de de entre 0.5 y 1.8mm, estos se sacaron de fresa seleccionada de un fabricante (ver seleccin de la herramienta de corte de la fresa). De igual manera, la profundidad de corte se saca teniendo en cuenta las dimensiones de la pieza, sta tendr un valor de 0.1mm. n z f fz* * = 63 | |dientemmfz: Avance de la herramienta por diente. | |revdientez: Nmero de dientes de la herramienta. | | min rev n: Velocidad de giro de la herramienta en revoluciones por minuto. A partir del anlisis de la competencia se obtuvo que los valores de velocidad, para el fresado, de la herramienta de corte varan entre 15000rpm y 160000rpm, para efectos de diseo se escoger el valor de 160000rpm. 160000 * 2 * 001 . 0 = f min 320 mm f = 610 60740 320 1 . 0 5 . 0 =corteP HP kW Pcorte26 , 0 19 , 0 = = Por lo que se necesita un motor de poco mas de HP oSeleccin del motor para la operacin de fresado. Apartirdelsiguientedistribuidordemotoresseescogeunmotorde1/3HPparanuestra aplicacin, esto se puede ver en la Tabla 28.: Tabla 28. Carta de seleccin del motor de la fresadora 64 Para cubrir las distintas velocidades de giro, se har necesario un variador de frecuencia el cual se explicitar en el diseo de detalle, de igual forma se har necesario un multiplicador de velocidad con el fin entregar la velocidad de rotacin del husillo de la fresa requerido por el sistema. oSeleccin del motor parael torno LosvaloresmostradosenlaTabla29sonvalorespromediosdecondicionesdetrabajode diferentes polmeros utilizados para la fabricacin de IOLs [32]. HerramientaRadio (mm)Velocidad (rpm) Avance (mm/min) Profundidad (mm) Desbaste0.40010000 9 0.20Acabado0.3009500 15 0.120Tabla 29. Propiedades de maquinado del PMMA Para calcular la potencia del motor se utilizan las condiciones de trabajo criticas, en este caso la de desbaste. Lavelocidadderotacineneltorneadoserelacionaconlavelocidaddecorterequeridaenla superficie cilndrica de la pieza de trabajo por la siguiente relacin:

Donde:

Reemplazando los valores comparados de la competencia (10000rpm para el husillo del torno):

Elmotorseleccionadodebercontarconlapotenticasuficienteparamaquinarpolmeros biocompatibles con el ojo humano, as como metales como oro y plata ya que tambin puede ser utilizada para fabricar microjoyeria.

Lapotenciadecorte(

)dependedependedirectamentedelatazaderemocindelmaterial

de la Potencia unitaria

. 65 La taza de remocin de material es calculada asi:

Donde:

: Espesor de la viruta

: ancho de corte

El material con mayor resistencia a la tensin, de los mostrados en la Tabla 30,es la plata, siendo elmaquinadodeestemetaldctil,lacondicindetrabajocriticaparaeldiseodelsistemade micromecanizado. En la tabla 21.2 del Groover [33] dan relaciones valores de

para diferentes metales con un avance de 0.25mm. Los clculos a continuacin se realizaron utilizando el

del aluminio ya que como se muestra en la Tabla 30,este material maneja una resistencia ltima a la traccin cercana a la de la plata. MaterialResistencia ultima a la traccin

(MPa) Oro120 Plata140 PMMA65.7 Alumino130 - 195 Tabla 30. Resistencias ltimas a la traccin para algunos materiales El

del aluminio es igual a

, pero es necesario multiplicar este valor por un factor decorreccinyaqueelavanceesmenora0,01in,estefactordecorreccinesiguala2yes tomado de la Figura 21.14 del Groover [33]

66 Entonces, la potencia de corte es igual a:

La eficiencia () de los motores de alta gama est entre el 90 y el 95% [32]. La potencia del motor (

es:

Dondeeselfactordeserviciodelmotorqueesde1.3paraunmotorelctricodechoque moderado, como se ve en la Tabla 31. Tabla 31. Factores de servicio para motores

Los motores AC (corriente alterna) son usados cuando se debe trabajar con una velocidad y torque establecidos, mientras que los motores DC (corriente directa) son normalmente usados cuando se requierevariarlavelocidad.Estostienengrandestorquedearr