{"id":78631,"date":"2004-12-01T00:00:00","date_gmt":"2004-12-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2004\/12\/01\/el-estado-de-la-resistencia\/"},"modified":"2015-10-30T18:54:45","modified_gmt":"2015-10-30T20:54:45","slug":"el-estado-de-la-resistencia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-estado-de-la-resistencia\/","title":{"rendered":"El estado de la resistencia"},"content":{"rendered":"
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EDUARDO CESAR<\/span>C\u00e1mara de vac\u00edo donde se tratan pr\u00f3tesis y piezas met\u00e1licas mediante inmersi\u00f3n en plasmaEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

Si todo marcha bien, dentro de tres a\u00f1os la empresa Baumer, de la ciudad paulista de Mogi-Mirim, la mayor fabrica latinoamericana de implantes ortop\u00e9dicos, sacar\u00e1 al mercado pr\u00f3tesis de rodilla y de f\u00e9mur mucho m\u00e1s resistentes y duraderas que las producidas actualmente. Este avance ser\u00e1 posible en raz\u00f3n del uso de un m\u00e9todo de tratamiento innovador para superficies met\u00e1licas denominado implantaci\u00f3n i\u00f3nica por inmersi\u00f3n en plasma (una especie de gas que es considerado uno de los estados de la materia con estructura molecular, at\u00f3mica y de part\u00edculas diferente a los estados tradicionales s\u00f3lido, l\u00edquido y gaseoso). Este tratamiento aument\u00f3 la dureza de las aleaciones de acero que componen las pr\u00f3tesis hasta un 250% y redujo el desgaste cerca de 160 veces. “El m\u00e9todo revel\u00f3 ser biocompatible y los resultados superaron de nuestras expectativas. Pruebas de laboratorios demostraron un considerable incremento de la vida \u00fatil de las pr\u00f3tesis, que normalmente es de 12 a 15 a\u00f1os”, dice el qu\u00edmico Roberto Parpaioli, gerente de la Divisi\u00f3n de Investigaci\u00f3n y Desarrollo de Baumer. “Ahora nuestra intenci\u00f3n apunta organizar uno o dos grupos cl\u00ednicos para hacer ex\u00e1menes in vivo en las pr\u00f3tesis sometidas a la implantaci\u00f3n i\u00f3nica por plasma. Creemos que dentro de dos o tres a\u00f1os tendremos con la evaluaci\u00f3n cl\u00ednica concluida.”<\/p>\n

Para esos ex\u00e1menes, la empresa va a escoger dos equipos de ortop\u00e9dicos vinculados a una universidad. Cada grupo cl\u00ednico tendr\u00e1, como promedio, cinco profesionales y de diez a 30 pacientes. Baumer ceder\u00e1 todas las pr\u00f3tesis y correr\u00e1 con los costos de las pruebas. Mejorar la dureza y, consecuentemente, la vida \u00fatil de los implantes ortop\u00e9dicos es una de las muchas aplicaciones de esta t\u00e9cnica de tratamiento superficial, desarrollada de forma pionera en Brasil por Metrolab, una empresa de San Jos\u00e9 de los Campos especializada en la calibraci\u00f3n, ajuste y mantenimiento de instrumentos industriales mec\u00e1nicos y electr\u00f3nicos. El desarrollo de la t\u00e9cnica se llev\u00f3 a cabo en colaboraci\u00f3n con el Laboratorio Asociado de Plasma (LAP) del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, sigla en portugu\u00e9s). El m\u00e9todo de implantaci\u00f3n i\u00f3nica por inmersi\u00f3n en plasma (IIIP o 3IP) puede emplearse para mejorar las propiedades tribol\u00f3gicas (caracter\u00edsticas que involucran a la dureza, la resistencia, la corrosi\u00f3n y al desgaste y reducci\u00f3n de la fricci\u00f3n), \u00f3pticas y electr\u00f3nicas de una variada gama de materiales como el aluminio, el titanio, el acero inoxidable, las aleaciones met\u00e1licas, los pol\u00edmeros, los pl\u00e1sticos, el tefl\u00f3n y el nylon. En el caso de los semiconductores, posibilita la creaci\u00f3n de dispositivos cada vez menores. As\u00ed, adem\u00e1s de las pr\u00f3tesis ortop\u00e9dicas, tambi\u00e9n pueden salir beneficiadas las herramientas y los componentes industriales de las \u00e1reas automovil\u00edstica, m\u00e9dica, odontol\u00f3gica y aeroespacial, como cuchillas de corte, moldes para aluminio, pistones de motores, rodamientos, brocas de acero, implantes odontol\u00f3gicos y botellas de pol\u00edmero poli (tereftalato de etileno), m\u00e1s conocidas como PET, usadas para envasar refrescos y agua mineral.<\/p>\n

La t\u00e9cnica 3IP, descubierta al final de los a\u00f1os de 1980 por investigadores de la Universidad de Wisconsin, Estados Unidos, a\u00fan es poco explotada comercialmente en el mundo. Los principales grupos de investigaci\u00f3n est\u00e1n en Estados Unidos, Alemania, Australia, Jap\u00f3n, China y Corea. “En Brasil nosotros trabajamos con esta tecnolog\u00eda en el \u00e1rea de tratamiento de materiales desde 1995”, dice el f\u00edsico M\u00e1rio Ueda, investigador del LAP del Inpe, que coordin\u00f3 el final del proyecto en Metrolab. Al principio, la coordinaci\u00f3n fue del tambi\u00e9n investigador del Inpe, Raul Murete de Castro. “En el instituto nosotros utilizamos varios tipos de plasma, por ejemplo en la aplicaci\u00f3n y en la propulsi\u00f3n i\u00f3nica para el control de los sat\u00e9lites en el espacio y en el tratamiento de las superficies de los pol\u00edmeros en sistemas aeroespaciales”, dice Ueda. “Desde un principio ya sab\u00edamos que el uso del 3IP tendr\u00eda una amplia aplicaci\u00f3n comercial, porque esa t\u00e9cnica se mostr\u00f3 altamente eficiente para extender el promedio de vida de muchas herramientas y componentes utilizados en las industrias.”<\/p>\n

La transferencia de la tecnolog\u00eda y la realizaci\u00f3n de investigaciones complementarias por parte de Metrolab s\u00f3lo fueron posibles con el financiamiento otorgado por la FAPESP a la empresa, por medio del Programa de Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica en Peque\u00f1as Empresas (PIPE). Los recursos, por m\u00e1s 400 mil reales, se emplearon para la adquisici\u00f3n de los equipos necesarios para la construcci\u00f3n de una estaci\u00f3n de procesamiento 3IP. El coraz\u00f3n del sistema es una c\u00e1mara de vac\u00edo de acero inoxidable, en la cual se genera el plasma y se le efect\u00faa el tratamiento a la pieza. Junto a esta c\u00e1mara, que tiene un volumen de alrededor de 100 litros, est\u00e1 instalado un sistema de vac\u00edo y una fuente de tensi\u00f3n de corriente continua, responsable de la generaci\u00f3n del plasma. Complementan el sistema un equipamiento de inyecci\u00f3n de gas, un pulsador de alta tensi\u00f3n y una fuente para el control de los par\u00e1metros del plasma.<\/p>\n

El primer paso del proceso de tratamiento consiste en poner la pieza en la c\u00e1mara de vac\u00edo y crear el plasma, un gas ionizado producido en altas temperaturas. Es diferente que los estados s\u00f3lido, l\u00edquido y gaseoso porque la ionizaci\u00f3n (la p\u00e9rdida o ganancia de electrones) de sus part\u00edculas, mol\u00e9culas y \u00e1tomos es significativa. Para la producci\u00f3n del plasma se emple\u00f3 principalmente el gas nitr\u00f3geno – dependiendo de la aplicaci\u00f3n, gases como el helio, el arg\u00f3n y el hidr\u00f3geno tambi\u00e9n pueden usarse. La finalidad del tratamiento es implantar iones positivos de nitr\u00f3geno, presentes en el plasma, en la pieza – son estos iones los que le confieren las mejores caracter\u00edsticas al material. Para que esto suceda, la pieza sufre un bombardeo de impulsos negativos de alta tensi\u00f3n, que var\u00edan de 10 mil a 100 mil voltios. Al recibir estos impulsos, la pieza atrae a los iones positivos de nitr\u00f3geno del plasma. Los iones penetran hasta una decena de miles de angstrons de profundidad – 1 angstron equivale a 10-7 mil\u00edmetros, \u00f3 1 mil\u00edmetro dividido 10 millones de veces. La temperatura de la pieza, la presi\u00f3n dentro de la c\u00e1mara y el tiempo de procesamiento var\u00edan de acuerdo con el material. “En el caso de pol\u00edmeros, el tratamiento tarda cerca de 15 minutos, mientras que materiales hechos de acero necesitan una implantaci\u00f3n m\u00e1s larga, de alrededor de una hora”, afirma Ueda.<\/p>\n

Despu\u00e9s de modificar las piezas, \u00e9stas pasan por pruebas y mediciones para la verificaci\u00f3n de la eficiencia del proceso. Como es casi imposible hacer estas pruebas en las propias piezas sin da\u00f1arlas, cada tratamiento es acompa\u00f1ado por muestras o cuerpos de prueba, evaluados posteriormente. “La prueba m\u00e1s importante es el perfil de concentraci\u00f3n at\u00f3mica, que revela si los iones de nitr\u00f3geno penetraron adecuadamente. Asimismo, analizamos la estructura del material y medimos su perfil de dureza y su resistencia al desgaste”, comenta el f\u00edsico Luiz Angelo Berni, del LAP, que tambi\u00e9n particip\u00f3 del proyecto.<\/p>\n

Excelentes resultados<\/strong>
\nDurante la realizaci\u00f3n del proyecto PIPE Metrolab firm\u00f3 una alianza con varias empresas, adem\u00e1s de Baumer, para la ejecuci\u00f3n del tratamiento superficial en diferentes materiales y componentes. Metrolab cedi\u00f3 todas las piezas fueron de forma gratuita. “Los resultados m\u00e1s sorprendentes se obtuvieron con las herramientas de Refal, una fabrica de remaches y remachadoras con sede en S\u00e3o Paulo”, informa el ingeniero electr\u00f3nico Ant\u00f4nio Claret Pereira Fernandes, titular de Metrolab. En una de las piezas tratadas, en este caso un martillo de acero, se verific\u00f3 una mejor\u00eda de m\u00e1s de 25 veces en la vida promedio, comparada con una pieza que no fue modificada por 3IP. En otra, un rollete de acero, la prolongaci\u00f3n del promedio de vida fue cuatro veces superior. El principal resultado, sin embargo, se registr\u00f3 en una herramienta de punci\u00f3n para trabajos a altas temperaturas en la producci\u00f3n de remaches, que tuvo una mejora en la durabilidad de 70 veces. Para la Refal, estos resultados representan una gran econom\u00eda, no s\u00f3lo por la mayor durabilidad, sino tambi\u00e9n en la reducci\u00f3n del tiempo de cambio, lo que tiene reflejos directos en la productividad de la industria. El \u00e9xito de los tratamientos rindi\u00f3 buenos frutos a la Metrolab. “Estamos contentos porque Refal ya formaliz\u00f3 un pedido para el procesamiento de un lote de herramientas empleados en la producci\u00f3n de remaches y de remachadoras”, afirma Fernandes, agregando que con la estructura actual Metrolab tiene capacidad como para tratar cien piezas por semana, entre remaches, martillos y pr\u00f3tesis.<\/p>\n

Otra alianza de Metrolab fue con AS Technology, una empresa especializada en la fabricaci\u00f3n de implantes odotol\u00f3gicos de San Jos\u00e9 de los Campos. Seg\u00fan Luiz Roberto Castro de Souza Aguiar, gerente de proyectos de la compa\u00f1\u00eda, el proceso de implantaci\u00f3n i\u00f3nica tridimensional present\u00f3 resultados altamente prometedores cuando se aplic\u00f3 a herramientas de corte empleadas en la f\u00e1brica de implantes odontol\u00f3gicos. En algunos casos, el aumento de la vida \u00fatil de la pieza fue entre el 40% y el 100% y, en otros, la calidad mejoro, pero su vida \u00fatil se redujo. “El proceso de 3IP mejora sensiblemente la calidad de la planta dentro de nuestra aplicaci\u00f3n, como, por ejemplo, el no producir pel\u00edcula superficial, como en el caso de la nitruraci\u00f3n (enriquecimiento con nitr\u00f3geno) por productos qu\u00edmicos. El plasma inserta los iones en la herramienta, mejorando su arista de corte”, afirma Aguiar, que destaca: “Sin dudas, existe un fen\u00f3meno de mejoramiento, pero a\u00fan no dominamos todas las variables del proceso”. Por eso, la empresa sigue adelante haciendo pruebas en las piezas sometidas al tratamiento 3IP para descubrir la condici\u00f3n ideal de procesamiento.<\/p>\n

Metrolab tambi\u00e9n experiment\u00f3 la aplicaci\u00f3n de la t\u00e9cnica 3IP en botellas PET, con la colaboraci\u00f3n de la fabricante de cervezas Primo Schincariol. En este caso, el objetivo de la investigaci\u00f3n no era tornarlas m\u00e1s resistentes, sino reducir la tasa de transmisi\u00f3n de ox\u00edgeno a trav\u00e9s de las paredes de la botella del pol\u00edmero con el fin de evitar la r\u00e1pida degradaci\u00f3n de la cerveza que ocurre despu\u00e9s de una o dos semanas en PET no tratadas. Al final del proceso, pruebas preliminares revelaron que hubo un peque\u00f1o aumento de la barrera contra la penetraci\u00f3n de ox\u00edgeno, lo que gener\u00f3 una leve mejora en la conservaci\u00f3n del producto. Sin embargo, el proceso a\u00fan precisa pasar por mejora para que la cerveza se conserve por al menos seis meses.<\/p>\n

Limpio y econ\u00f3mico<\/strong>
\nUna de las principales caracter\u00edsticas del m\u00e9todo 3IP es el hecho de que puede aplicarse en piezas de gran tama\u00f1o y de formatos complejos, pues el tratamiento tiene amplitud tridimensional. Asimismo, las piezas no sufren alteraciones en sus dimensiones y la implantaci\u00f3n puede hacerse individualmente o en serie, con varias piezas al mismo tiempo. Para Ueda, el m\u00e9todo tiene ventajas con relaci\u00f3n a los procesos empleados normalmente en el tratamiento de superficies, como la nitruraci\u00f3n, que consiste en la colocaci\u00f3n de \u00e1tomos de nitr\u00f3geno en piezas de acero por medio de ba\u00f1os de sales o inmersi\u00f3n en gas amon\u00edaco bajo alta presi\u00f3n. “Estos m\u00e9todos son t\u00f3xicos y de peligroso manipuleo, ya que se realizan a altas temperaturas, de hasta 600\u00baC. Sin contar con que son problem\u00e1ticos desde el punto de vista ambiental, pues generan residuos de alta peligrosidad, como el ba\u00f1o de cianuro”. En comparaci\u00f3n con los m\u00e9todos tradicionales, el tratamiento 3IP es similar en lo econ\u00f3mico. “Aporta tambi\u00e9n las ventajas de tratar las piezas de forma homog\u00e9nea, con los iones alcanzando a la pieza en todas las direcciones y perpendicularmente a la superficie, y no agrede al medio ambiente”, garantiza Ueda.<\/p>\n

El Proyecto
\n<\/strong>Mejoramiento de las propiedades superficiales de componentes de uso industrial por implantaci\u00f3n i\u00f3nica tridimensional\u00a0(n\u00ba\u00a099\/06961-3<\/a>); Modalidad\u00a0<\/strong>Programa Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica en Peque\u00f1as Empresas (PIPE);\u00a0Coordinador\u00a0<\/strong>M\u00e1rio Ueda – Inpe\/Metrolab;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 93.240,00 y US$ 121.314,75 (FAPESP)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Uso de plasma ampl\u00eda la vida \u00fatil de pr\u00f3tesis y herramientas industriales","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1561,192],"tags":[],"coauthors":[93],"class_list":["post-78631","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-programa-de-innovacion-tecnologica-en-pequenas-empresas-pipe","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/78631","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=78631"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/78631\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=78631"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=78631"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=78631"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=78631"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}