Los cojinetes de plástico reducen el peso y mejoran la durabilidad

Cuando el ingeniero Mark Doyle comenzó a elaborar planes para un exoesqueleto para apoyar a los cirujanos en 2012, quería desarrollar un producto liviano que pudieran usar cómodamente durante largos períodos de tiempo. Doyle y su equipo en Levitate Technologies (San Diego, CA) tuvieron que elegir cuidadosamente los productos que se incluirían en el dispositivo porque cualquier onza adicional podría haber hecho que el dispositivo fuera incómodo y difícil de manejar, por lo que terminó el desarrollo antes de que entrara en producción.

"Pedirle a los seres humanos que usen un marco metálico y hagan su trabajo no es una tarea fácil", dijo Joseph Zawaideh, vicepresidente de marketing y desarrollo comercial de Levitate. "Necesitábamos algo que fuera liviano, de bajo perfil y que pudiera ajustarse al movimiento del usuario cómodamente y sin interferencias en el espacio de trabajo. Requería atención al detalle en cada tornillo y cada perno. Nuestra mentalidad era 'si no lo necesitas, no lo agregues'".

Airframe™ se introdujo en el mercado comercial en 2016. Si bien funcionaba para cirujanos, otras industrias se enteraron rápidamente de su disponibilidad y Levitate, al ver una oportunidad para un crecimiento comercial significativo, cambió su enfoque de marketing a clientes de fabricación. Diseñado de manera similar a una mochila, The Airframe se puede ajustar a casi cualquier tamaño de cuerpo con un marco y correas ajustables. El exoesqueleto sostiene las extremidades superiores de los profesionales y trabajadores calificados que están expuestos a movimientos repetitivos del brazo y/o elevación estacionaria del brazo.

Doyle y su equipo de ingenieros podrían haber usado bujes de acero en la aplicación. En su lugar, eligieron rodamientos de plástico de ingeniería fabricados por igus, con sede en Alemania. La compañía, que tiene una instalación en Rhode Island, fabrica una variedad de productos de plástico de ingeniería que son autolubricantes, livianos y libres de mantenimiento. Todas esas propiedades, y más, atrajeron a Doyle en el diseño de The Airframe. Una unidad contiene 32 casquillos de plástico igus. "Hay muchos exoesqueletos en el mercado", dijo Zawaideh. "Este es el más liviano que existe. Es lo suficientemente liviano como para que los trabajadores puedan usarlo todo el día".

La clave del peso ligero de The Airframe son los bujes. Los cojinetes de acero siempre son mucho más pesados ​​que los de plástico, hasta seis veces más pesados. En una aplicación como el exoesqueleto, los bujes de plástico de ingeniería demostraron ser esenciales para mantener el peso al mínimo.

El buje más utilizado en The Airframe es el iglide® G300, que tiene una densidad de 1,46 g/cm3, un valor PV de 12 000 y una resistencia a la tracción de 30 460 a 68°. Las aplicaciones típicas incluyen cargas medias a altas, velocidades de deslizamiento medias y temperaturas medias. "Es un cojinete de uso general y tiene una buena combinación de desgaste, baja fricción y costo razonable", dijo Doyle.

Doyle eligió los bujes iglide® T500 y Z para soportar temperaturas más altas en el exoesqueleto. El casquillo T500, con una densidad de 1,44 g/cm3, es resistente a temperaturas de hasta 482 °F y tiene una resistencia a la tracción de 24 660 a 68 °F. El buje tiene muy baja absorción de humedad y resistencia universal a los productos químicos. El buje Z (densidad 1,40 g/cm3) se utiliza en aplicaciones que requieren altas cargas dinámicas y resistencia al desgaste. Los cojinetes son aptos para temperaturas de hasta 482° y tienen una resistencia a la compresión de 9425 psi. La serie Z también ofrece un módulo de elasticidad de 348,1000.

Doyle también seleccionó el buje iglide® M250 para el exoesqueleto: tiene varias cualidades importantes, especialmente relacionadas con la fabricación. Cada unidad pesa solo 1,14 g/cm3, pero puede absorber la suciedad y amortiguar las vibraciones, lo que reduce el ruido y prolonga la vida útil de The Airframe.

El uso de componentes de plástico en el diseño de The Airframe es consistente con las crecientes tendencias en la producción de plásticos. En 2016, la producción mundial de plásticos alcanzó los 335 millones de toneladas métricas. Se espera que el mercado global de plásticos alcance alrededor de $654 mil millones para 2020, según un estudio de 2015 realizado por Grand View Research, Inc.

La reducción de peso es un factor principal en la tendencia hacia los componentes de plástico en lugar del acero y otros metales. La industria del automóvil adoptó durante años la tendencia de los plásticos para reducir el peso de los vehículos. Ahora, muchos ingenieros y diseñadores buscan formas de utilizar plásticos en sus proyectos, principalmente para reducir el peso y mejorar la durabilidad. Muchos proyectos de construcción ahora también utilizan componentes de construcción de plástico para reemplazar la madera, el acero y el hormigón. Las empresas también están utilizando plásticos para crear componentes estructurales para edificios, puentes y vías férreas.

Los plásticos han estado particularmente extendidos en la fabricación de automóviles. En 2014, se utilizaron compuestos de plástico/polímero por un promedio de $430 por vehículo en vehículos livianos en América del Norte.

El Airframe transfiere el peso de los brazos desde los hombros, el cuello y la parte superior de la espalda hasta el núcleo a través de almohadillas que descansan en la parte exterior de las caderas, aliviando así la tensión muscular y articular. Al transferir la carga de las extremidades superiores, el dispositivo ayuda a mantener un rendimiento de alta calidad, protege la salud y mejora las condiciones generales de trabajo.

La unidad es flexible y escalable para personas de cualquier tamaño, se pone y se quita fácilmente y se mueve sin problemas con el usuario sin limitar la destreza ni invadir el espacio de trabajo. El sistema de soporte mecánico se activa progresivamente a medida que se levanta el brazo y se libera gradualmente a medida que se baja el brazo para proporcionar el nivel de soporte adecuado en cada punto del movimiento. El Airframe reduce los niveles de esfuerzo hasta en un 80 por ciento.

"La diferencia entre The Airframe y otros exoesqueletos ahora en el mercado es que es muy liviano y extremadamente cómodo", dijo Doyle. "Hace que el movimiento sea muy natural". El Airframe ahora se está utilizando en plantas de fabricación en las industrias aeroespacial y de ensamblaje de aviones, maquinaria pesada, construcción naval, agricultura, papel y productos químicos. Incluso la Marina de los EE. UU. está utilizando The Airframe para trabajos de mantenimiento.

Las pruebas han confirmado la eficacia del exoesqueleto. Durante un período de cinco días en una planta de fabricación en la que los soldadores y pintores usaban The Airframe, la productividad y la calidad se dispararon. En tareas dinámicas en las que los pintores usaban The Airframe, la cantidad que podían pintar aumentó un 53 por ciento antes de que sus músculos se fatigaran. La calidad también mejoró, ya que el exoesqueleto ayudó a los sujetos a mantener una mano firme mientras realizaban tareas. Las pruebas en tareas estáticas en la evaluación de soldadores vieron un aumento del 86 por ciento en la productividad y un aumento en la calidad. Los soldadores pudieron completar soldaduras exitosas durante un período mucho más largo mientras usaban The Airframe, según las estadísticas proporcionadas por Levitate.

Airframe también podría ayudar a los trabajadores a mantenerse saludables. Una evaluación de riesgos ergonómicos y de seguridad en un fabricante de automóviles encontró que The Airframe redujo el estrés físico del trabajo en un 20 por ciento. "Los beneficios de este dispositivo han sido increíbles", dijo Terry Butler, ex director de Salud y Seguridad Ambiental de Vermeer Corporation, un fabricante de equipos industriales y agrícolas en Iowa. "Los miembros del equipo que han usado esta herramienta están más que felices de usarla y han visto actividades de trabajo más prolongadas sin sentirse fatigados al final de su turno".

Este artículo fue escrito por Thomas Renner para igus, East Providence, RI. Para mas informacion, visite aqui .

Este artículo apareció por primera vez en la edición de junio de 2018 de Motion Design Magazine.

Lea más artículos de este número aquí.

Lea más artículos de los archivos aquí.

SUSCRIBIR