I produttori di apparecchiature per le scienze della vita, mediche e biomediche devono perseguire costantemente miglioramenti nelle tecnologie avanzate, nei flussi di lavoro e nei processi per far fronte alla pressione competitiva e alla crescita del mercato. Ma il progresso non può concentrarsi solo sull'espansione del successo; deve anche garantire precisione, affidabilità e funzionalità durante il funzionamento, ovvero la prevenzione di guasti durante l'uso.

Trascurare miglioramenti e misure di sicurezza in un componente apparentemente secondario dei sistemi di movimentazione lineare in-process può generare conseguenze che vanno da spiacevoli a catastrofiche. Produttori e utenti devono rimanere vigili.

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

Conseguenze

Poiché un movimento lineare affidabile è una necessità operativa, i produttori e gli utilizzatori di apparecchiature devono monitorare anche i rischi di guasto relativamente rari nei componenti o nei sistemi di movimento lineare durante l'intero processo. Questa preoccupazione riguarda apparecchiature che vanno dal sequenziamento del DNA alla biostampa, fino ai microscopi a forza atomica (AFM).

La posta in gioco è enorme.

Il guasto di un singolo componente o sistema può costare agli utenti delle apparecchiature centinaia di migliaia di dollari, anche per un evento di inattività di durata relativamente breve. A seconda della posizione, della gravità e dei tempi di risposta per la riparazione o la sostituzione, i costi potrebbero aumentare notevolmente.

Un altro rischio fondamentale è la sicurezza del personale. Sebbene rari, difetti di progettazione o il mancato rispetto delle misure di sicurezza operative possono portare a situazioni che vanno da punti di schiacciamento a fasi di fuga, e causare danni che vanno da lesioni da schiacciamento a scosse elettriche.

Specifiche e progettazione

L'impianto di produzione di sistemi di movimento lineare deve essere completamente certificato ISO per garantire la coerenza in tutti i processi chiave. Inoltre, la meticolosa realizzazione di prototipi aiuta a individuare i passaggi essenziali per mantenere le prestazioni e l'affidabilità del componente o del sistema di movimento finito. L'omissione o la mancata esecuzione di uno qualsiasi dei numerosi piccoli passaggi cruciali durante l'assemblaggio o il collaudo potrebbe portare al fallimento 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, per molti componenti per il movimento lineare la durata utile è espressa in chilometri percorsi. Il produttore di sistemi di movimento lineare deve quindi tradurre tale calcolo in diverse decisioni sul prodotto.

Ad esempio, un cavo ampiamente utilizzato specifica oltre 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 guide o sui connettori potrebbero potenzialmente causare guasti prematuri nel processo (soprattutto quando i programmi di manutenzione non vengono rigorosamente rispettati).

Considera la personalizzazione

I componenti standard svolgono un ruolo fondamentale in molti assemblaggi di apparecchiature. Un problema, ad esempio, è che un elemento di una tavola lineare di serie potrebbe non essere stato progettato e costruito per funzionare con la combinazione precisa di altri componenti e strutture che il fornitore sta assemblando. Potrebbero sorgere incompatibilità impreviste.

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

Spesso, solo le offerte personalizzate possono soddisfare gli obiettivi di specifici requisiti prestazionali e progettuali. Consentono al produttore di concentrarsi sugli aspetti progettuali dello stadio richiesti dall'applicazione, adattando specificamente fattori come velocità, accelerazione e stabilità. Possono persino ridurre i costi eliminando funzionalità superflue, che sono di serie in uno stadio standard. E garantiscono una soluzione integrata senza incompatibilità nascoste.

I fornitori dovrebbero cercare un vero controllo del loro ordine dal produttore del sistema di movimentazione lineare, dalla scheda tecnica alla realizzazione del prototipo. Questa personalizzazione intelligente è fondamentale per anticipare ed eliminare le carenze del prodotto, evitare ostacoli nell'integrazione e prevenire guasti in ogni fase.

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

A volte, materiali più innovativi possono anche contribuire 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 soluzione praticabile 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 dell'attrezzatura, possono presentarsi altri rischi.

I produttori di sistemi di movimentazione lineare potrebbero essere chiamati a risolvere una serie di problemi che si presentano in questa fase intermedia. Ad esempio, un motore lineare potrebbe presentare un problema di inceppamento, in cui la bobina che scorre all'interno della guida del motore sfrega contro la guida durante il suo movimento. Ciò potrebbe essere causato da un problema di movimentazione dovuto a urti che spostano leggermente la bobina o la guida fuori allineamento. È possibile che la sella, ovvero il segmento della piattaforma mobile, subisca urti e distorsioni. Nella costruzione di utensili più grandi, potrebbero essere aggiunte viti troppo lunghe, che spingono una piastra di movimentazione lineare contro l'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 a un cavo aggiuntivo, per poi essere riavvitata in modo errato.

Tali incidenti comportano rischi che vanno da un leggero degrado delle prestazioni durante il processo alla bruciatura dei motori e a gravi fermi macchina. Anche la preparazione della superficie merita molta attenzione. Le tolleranze devono corrispondere in ogni dettaglio.

In alcuni casi, un produttore che costruisce utensili per questi processi potrebbe utilizzare un componente di movimento lineare progettato per una planarità di corsa, ad esempio di 0,0005 pollici. Il produttore di utensili, però, fissa poi tale componente a un assieme più grande con una planarità di soli 0,005 pollici. La conseguente torsione della piattaforma potrebbe essere quasi impercettibile. Ad esempio, ciò potrebbe causare il bloccaggio dei cuscinetti con conseguente usura prematura degli stessi, forze aggiuntive sulla vite a sfere o una maggiore richiesta di potenza da parte dei motori lineari, con conseguente surriscaldamento eccessivo e potenziale guasto.

Mettiti con i piedi per terra

Un'ulteriore precauzione che i produttori possono adottare per prevenire problemi futuri è garantire che tutti i componenti del sistema di movimentazione lineare siano adeguatamente collegati a terra. Una simile negligenza potrebbe comportare rischi di scosse elettriche per gli operatori, ma può anche avere un impatto sulle prestazioni del sistema.

Un loop di terra nel sistema che si ripercuote attraverso il percorso di terra potrebbe indurre false letture nell'encoder, in modo che un componente si sposti di solo 1 mm, mentre il controller registra una corsa di 100 mm. Se la svista viene trascurata, ad esempio, la precisione di posizionamento potrebbe causare errori nelle letture degli strumenti, con conseguenti analisi imprecise.

Trasporto e installazione

La resistenza relativamente bassa dei sistemi di movimento lineare ai carichi d'impatto è stata discussa in precedenza. I punti di rischio più significativo si verificano naturalmente in tre periodi:

• Durante il trasporto dal fornitore di sistemi di movimentazione lineare al produttore di utensili per attrezzature;
• Durante l'arrivo e l'integrazione del sistema nell'attrezzatura utensile;
• Durante il trasporto dell'attrezzatura finita assemblata al reparto di lavorazione e installazione.

Un fornitore affidabile ed esperto di sistemi di movimentazione lineare può ridurre significativamente il rischio di danni da urto durante la prima fase. Gli esperti del fornitore possono accertare in anticipo i vincoli di spazio di produzione, in modo da non progettare una piattaforma troppo grande o troppo pesante per essere facilmente assemblata in una camera bianca o in un reparto di produzione. Possono anche pianificare l'utilizzo di attrezzature di trasporto (gru, carrelli, ecc.) in modo che la piattaforma possa essere trasportata in sicurezza dalla cassa all'utensile, riducendo al minimo il rischio di lesioni al personale in loco e la possibilità di urti dannosi.

Infine, durante l'installazione, il sistema di movimento lineare o la relativa parte dell'utensile possono essere dotati delle necessarie misure di isolamento passivo (come piedini o cuscinetti in elastomero) o di smorzatori di isolamento attivi (sistemi airbag regolati da sensori) per ridurre la possibilità di urti o vibrazioni eccessivi durante le operazioni successive.

Nella camera bianca

Sia per la prima che per la seconda fase, il fornitore di sistemi di movimentazione lineare deve seguire le migliori pratiche nella costruzione di casse di trasporto e sistemi di insacchettamento. Ad esempio, un fornitore leader avvolge il sistema in due sacchi, uno applicato in atmosfera di azoto e il secondo in una camera bianca, per il trasporto. Fornisce quindi attrezzature e carrelli speciali per i delicati trasferimenti di trasporto.

Nella terza fase, se il sistema verrà posizionato sull'utensile dall'alto, la gru del produttore di utensili potrebbe essere sufficiente. Tuttavia, se fosse necessaria una manovra di carico laterale più impegnativa, il fornitore mette a disposizione una cassa di contenimento specifica, 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 particolari, una piccola manutenzione regolare è sempre fondamentale. Ecco tre punti chiave per una manutenzione efficace: lubrificazione, lubrificazione e lubrificazione.

Ogni fornitore di sistemi di movimentazione lineare consegna i propri prodotti con un ciclo di rilubrificazione specifico. Tuttavia, data la natura umana, molti problemi possono essere ricondotti alla semplice inosservanza del ciclo raccomandato. Senza la necessaria lubrificazione, le sollecitazioni da attrito aumentano e alla fine causano eventi estremamente indesiderati, come arresti o guasti del motore.

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

È importante utilizzare solo il grasso corretto per ogni macchina. Prestare la massima attenzione a non mescolare mai oli o grassi incompatibili. Questo include l'utilizzo di grassi diversi durante la manutenzione di una macchina da un ciclo all'altro. Questo modificherà la viscosità richiesta, causando spesso l'accumulo di un materiale gommoso, simile al cemento, che è l'ultima cosa da desiderare in apparecchiature delicate. Se il materiale contiene anche particelle provenienti da un cavo eccessivamente flessibile, da una catena portacavi o anche da altri componenti, di solito si verificherà presto un guasto alla rotaia.

Roadmap delle prestazioni

In risposta alle richieste dei produttori di apparecchiature, i produttori di sistemi di movimentazione lineare lavorano costantemente per superare i limiti delle prestazioni. Ma prima di tutto, devono garantire che eventuali miglioramenti non aumentino inavvertitamente il rischio di guasti ai sistemi di movimentazione lineare.

Un buon fornitore di sistemi di movimentazione lineare fornirà una "roadmap delle prestazioni" che evidenzi gli elementi del sistema che possono essere progettati non solo per i requisiti attuali, ma anche con le prestazioni necessarie per l'impiego di prossima generazione. Questo impegno è particolarmente importante nella produzione di tecnologie avanzate per le scienze della vita, la medicina e la biomedicina.

I sistemi di processo a movimento lineare potrebbero non essere gli elementi più importanti nella maggior parte delle apparecchiature tecnologiche più avanzate, né sono in genere una preoccupazione prioritaria per la maggior parte degli utenti. Tuttavia, un loro guasto 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 fondamentale nel funzionamento continuo, critico e forse persino salvavita, delle apparecchiature più avanzate per le scienze della vita, mediche e biomediche.