I produttori di apparecchiature mediche e biomediche nel settore delle scienze della vita devono perseguire costantemente miglioramenti nella tecnologia avanzata, nei flussi di lavoro e nei processi per perseguire le pressioni competitive e la crescita del mercato. Ma il progresso non può concentrarsi solo sull’espansione del successo; deve inoltre garantire precisione, affidabilità e funzionalità durante il funzionamento, ovvero la prevenzione di guasti durante l'uso.

Trascurare miglioramenti e salvaguardie in un componente apparentemente minore dei sistemi di movimento lineare in-process può generare conseguenze che vanno da scomode a catastrofiche. I produttori, così come gli utenti, devono rimanere vigili.

Con la giusta attenzione, i sistemi di movimento lineare di prossima generazione possono essere specificati, progettati, installati e mantenuti per far avanzare e garantire i vantaggi delle apparecchiature mediche e biomediche delle scienze della vita in applicazioni vitali e persino salvavita.

Conseguenze

Poiché il movimento lineare affidabile è una necessità operativa, i produttori e gli utenti delle apparecchiature devono monitorare anche i rischi di guasto relativamente rari nei componenti o nei sistemi di movimento lineare durante tutto il processo. Questa preoccupazione include attrezzature che vanno dal sequenziamento del DNA alla bioprinting fino ai microscopi a forza atomica (AFM).

La posta in gioco è enorme.

Il guasto di una singola parte o sistema può costare agli utenti dell'apparecchiatura centinaia di migliaia di dollari anche per un evento di inattività di durata relativamente breve. A seconda del luogo, della gravità e dei tempi di risposta per la riparazione o la sostituzione, i costi potrebbero aumentare notevolmente.

Il rischio per la sicurezza del personale è un’altra preoccupazione fondamentale. Anche se rari, i difetti di progettazione o il mancato rispetto delle misure di sicurezza operative possono causare qualsiasi cosa, dai punti di schiacciamento alle fasi fuori controllo e causare danni da schiacciamento a scosse elettriche.

Specifiche e progettazione

L'impianto di produzione di movimenti lineari è completamente certificato ISO per garantire la coerenza in tutti i suoi processi chiave. Inoltre, la meticolosa costruzione di prototipi aiuta a scoprire i passaggi fondamentali per mantenere le prestazioni e l'affidabilità del componente o del sistema di movimento finito. La mancata o l'esecuzione non corretta di uno qualsiasi dei tanti piccoli passaggi cruciali nell'assemblaggio o nel test potrebbe alla fine portare a un guasto del sistema sul campo.

Molti produttori stabiliscono inoltre obiettivi che si traducono in molti anni di servizio affidabile prima di un aggiornamento delle apparecchiature. È quindi importante calcolare correttamente la durata utile dei componenti. Poiché i cicli di lavoro possono variare da un'applicazione all'altra, la durata utile è espressa in chilometri percorsi per molti componenti del movimento lineare. Il produttore del movimento lineare deve quindi tradurre tale calcolo in varie decisioni sul prodotto.

Ad esempio, un cavo ampiamente utilizzato specifica più di 10 milioni di cicli di flessione se viene mantenuto un raggio di curvatura di 50 mm o superiore. Tuttavia, se il raggio di curvatura non è dimensionato correttamente, le particelle che cadono dal cavo o le sollecitazioni sulle tracce del cavo o sui connettori potrebbero presumibilmente causare guasti prematuri nel processo (soprattutto laddove i programmi di manutenzione non vengono rigorosamente rispettati).

Considera la personalizzazione

I componenti disponibili in commercio svolgono un ruolo fondamentale in molti assemblaggi di apparecchiature. Una preoccupazione, ad esempio, è che un elemento di serie del movimento lineare potrebbe non essere stato progettato e costruito per funzionare con la combinazione precisa di altri componenti e strutture che il fornitore sta assemblando. Potrebbero verificarsi incompatibilità impreviste.

La domanda è: un produttore riuscirà a individuare i problemi durante i protocolli di progettazione, controllo qualità e ispezione di routine? Probabilmente. Ma non certamente.

Spesso, solo le offerte personalizzate possono soddisfare gli obiettivi di prestazioni specifiche e requisiti di progettazione. Consentono al produttore di concentrarsi sugli aspetti progettuali della fase richiesti dall'applicazione, adattando in particolare i fattori dalla velocità all'accelerazione alla stabilità. Possono anche ridurre i costi eliminando le funzionalità non necessarie fornite di serie con uno stadio standard. E garantiscono una soluzione integrata senza incompatibilità nascoste.

I fornitori dovrebbero cercare un vero controllo “dalla scheda tecnica alla costruzione del prototipo” del loro ordine da parte del produttore del movimento lineare. Una personalizzazione così intelligente è fondamentale per anticipare ed eliminare le carenze del prodotto, evitando ostacoli nell'integrazione e prevenendo guasti complessivi.

Specificate i prodotti con le dimensioni, la forma, il rivestimento o il materiale precisi richiesti dal lavoro. E insistere su soluzioni che soddisfino gli obiettivi unici di precisione, velocità, planarità, precarico (per aumentare la rigidità eliminando i giochi interni), durata di servizio, livelli di manutenzione e prezzo.

A volte, materiali più innovativi possono anche aiutare a ridurre i rischi in progetti personalizzati specifici. Ad esempio, la costruzione in fibra di carbonio può ottimizzare la resistenza strutturale, la rigidità e la stabilità (nonostante il peso e lo spessore ridotti). Allo stesso tempo, i cuscinetti ceramici possono rappresentare una valida soluzione per specifici problemi di lubrificazione.

Maneggiare con cura

Una volta che un componente di movimento lineare destinato a un'applicazione specifica arriva presso il produttore di apparecchiature, possono sorgere altri rischi.

I produttori di sistemi di movimentazione lineare potrebbero essere chiamati a risolvere una serie di problemi che sorgono in questa fase intermedia. Ad esempio, un motore lineare potrebbe soffrire di un problema di inceppamento, in cui la bobina che viaggia all'interno del binario del motore sfrega contro il binario durante la sua corsa. Ciò potrebbe essere causato da un problema di gestione dovuto a scossoni che spostano leggermente la bobina o la traccia fuori allineamento. È possibile che la sella, il segmento mobile del palco, venga urtata e subisca una distorsione. Nella costruzione dell'utensile più grande, è possibile che vengano aggiunte viti troppo lunghe, spingendo una piastra di movimento lineare nell'altra, causando graffi e il rischio di forze imprevedibili durante il funzionamento. È anche possibile che una bobina venga svitata dal suo supporto per consentire l'accesso per far passare un cavo aggiuntivo, quindi riavvitata in modo errato.

Tali incidenti comportano rischi che vanno da un leggero degrado delle prestazioni nel processo a motori bruciati e gravi eventi di fermo macchina. Anche la preparazione della superficie merita particolare attenzione. Le tolleranze devono corrispondere in tutti i dettagli.

In alcuni casi, un produttore che costruisce strumenti per questi processi può procurarsi un componente di movimento lineare costruito per una planarità di corsa, diciamo 0,0005 pollici. Ma il produttore di utensili poi fissa quel componente a un assieme più grande con una planarità di soli 0,005 pollici. La conseguente torsione del palco può essere quasi impercettibile. Ad esempio, ciò potrebbe causare il grippaggio dei cuscinetti con conseguente usura prematura dei cuscinetti, forze aggiuntive sulla vite a ricircolo di sfere o requisiti di potenza più elevati da parte dei motori lineari con conseguente surriscaldamento eccessivo e potenziali guasti.

Mettiti a terra

Garantire che tutti i componenti del sistema di movimento lineare dispongano di un'adeguata messa a terra elettrica è un'altra precauzione che i produttori possono adottare per prevenire problemi futuri. Una tale svista potrebbe comportare rischi di scossa elettrica per gli operatori. Ma può anche avere un impatto sulle prestazioni del sistema.

Un circuito di terra nel sistema che retroagisce attraverso il percorso di terra potrebbe indurre false letture nell'encoder in modo che un componente percorra solo 1 mm, ma il controller registri una corsa di 100 mm. Se la supervisione viene trascurata, ad esempio, l'accuratezza della posizione può comportare errori nelle letture degli strumenti che portano ad analisi imprecise.

Trasporto e installazione

La resistenza relativamente bassa dei sistemi di movimento lineare al carico d'urto è stata discussa in precedenza. I punti di rischio più significativi si verificano naturalmente in tre periodi:

• Durante il trasporto dal fornitore di movimenti lineari al produttore di attrezzature e utensili;
• Durante l'arrivo e l'incorporazione del sistema nell'attrezzatura utensile;
• Durante il trasporto dell'assemblaggio dell'attrezzatura finita al piano di processo e all'installazione.

Un fornitore affidabile ed esperto di movimenti lineari può ridurre significativamente la possibilità di danni da urto durante la prima fase. Gli esperti dei fornitori possono accertare tempestivamente i vincoli di spazio di produzione, quindi non progettano un palco troppo grande o troppo pesante per essere facilmente assemblato in una camera bianca o in un piano di produzione. Possono anche pianificare l'utilizzo delle attrezzature di trasporto (gru, carrelli, ecc.) in modo che il palco possa essere trasportato in sicurezza dalla cassa allo strumento, riducendo al minimo il rischio di lesioni al personale in loco, nonché la possibilità di impatti dannosi.

Infine, durante l'installazione, il sistema di movimento lineare o la porzione rilevante dell'utensile può essere dotato delle necessarie misure di isolamento passivo (come piedini o cuscinetti in elastomero) o ammortizzatori di isolamento attivo (sistemi airbag regolati da sensori) per ridurre la possibilità di eccessivi urti o vibrazioni durante le operazioni successive.

Nella stanza pulita

Sia per la prima che per la seconda fase, il fornitore del movimento lineare dovrebbe seguire le migliori pratiche nella costruzione di casse di trasporto e sistemi di insacco. Ad esempio, un fornitore leader avvolge il sistema in due sacchi, uno applicato nell'atmosfera di azoto e il secondo in una camera bianca, per il trasporto. Forniscono quindi attrezzature e carrelli speciali per trasferimenti di trasporto delicati.

Nella terza fase, se il sistema verrà posizionato sul gruppo utensile dall'alto, può essere sufficiente la gru dell'attrezzista. Tuttavia, se è necessaria una manovra di carico laterale più impegnativa, il fornitore fornisce una cassa a camera specializzata, che può essere imbullonata al lato dell'utensile fino al completamento del montaggio.

Lubrificazione

Sebbene i sistemi di movimento lineare di solito funzionino ciclo dopo ciclo senza problemi o attenzioni aggiuntive, una piccola quantità di manutenzione regolare è sempre fondamentale. Qui ci sono tre chiavi per una manutenzione efficace: lubrificazione, lubrificazione e lubrificazione.

Ogni fornitore di sistemi di movimento lineare spedisce il proprio prodotto con un ciclo di servizio di rilubrificazione specificato. Tuttavia, essendo la natura umana quella che è, molti problemi possono essere ricondotti a semplici insuccessi nel seguire il ciclo raccomandato. Senza la necessaria lubrificazione, le sollecitazioni da attrito aumentano e alla fine causano eventi estremamente indesiderabili, come arresti o bruciature del motore.

Altri problemi di lubrificazione includono il cedimento prematuro dei cuscinetti con conseguente riduzione delle prestazioni quali rettilineità, planarità, beccheggio, rollio e imbardata.

È importante utilizzare solo il grasso corretto su ciascuna macchina. Fare molta attenzione a non mescolare mai oli o grassi incompatibili. Ciò include l'utilizzo di grassi diversi durante la manutenzione di una macchina da un ciclo a quello successivo. Ciò modificherà la viscosità richiesta, spesso provocando l'accumulo di un materiale gommoso, simile al cemento, che è l'ultima cosa da desiderare in apparecchiature delicate. Se il materiale include anche particelle provenienti da un cavo eccessivamente flesso, da una catena portacavi o anche altrove, di solito si verificherà presto un guasto alla rotaia.

Tabella di marcia delle prestazioni

In risposta alle richieste dei produttori di apparecchiature, i produttori di apparecchiature di movimento lineare lavorano continuamente per spingere al limite le prestazioni. Ma prima devono garantire che eventuali miglioramenti non aumentino inavvertitamente il rischio di guasti al movimento lineare.

Un buon fornitore di movimenti lineari fornirà una “roadmap delle prestazioni” evidenziando gli elementi del sistema che possono essere progettati non solo per i requisiti attuali ma con la capacità prestazionale per l’uso di prossima generazione. Questo impegno è particolarmente critico nella produzione di tecnologie avanzate per le scienze della vita, la medicina e la biomedicina.

I sistemi di processo di movimento lineare potrebbero non essere gli elementi più importanti nelle apparecchiature tecnologiche più avanzate, e non sono nemmeno una delle principali preoccupazioni per la maggior parte degli utenti. Ma il loro fallimento può avere gravi conseguenze per tutti i soggetti coinvolti. Fortunatamente, un’adeguata attenzione alla progettazione, all’installazione, al funzionamento e alla manutenzione può garantire che i sistemi di movimento lineare svolgano un ruolo vitale nel funzionamento continuo, critico e forse anche salvavita, delle più avanzate apparecchiature biomediche, mediche e biomediche.