ES2294202T3 - Aparato para extruir tubos de paredes delgadas. - Google Patents
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Abstract
Un aparato (10) para extrusión de al menos un elemento tubular, comprendiendo dicho aparato: un troquel de extrudido (42) que tiene un orificio (43) formado a su través; un tambor (34) que tiene un taladro (36) en comunicación con dicho orificio; caracterizado porque una varilla de guía (26) se extiende a través de dicho taladro; y porque un mandril flexible (48) está conectado a dicha varilla de guía, en el que al menos una parte de dicho mandril puede desplazarse respecto a dicha varilla de guía.
Description
Aparato para extruir tubos de paredes
delgadas.
La presente invención se refiere generalmente a
un aparato para fabricar un elemento tubular de paredes finas, bien
adaptado para formar una prótesis implantable que se usa para
reparar y/o sustituir o tratar de otro modo un defecto vascular.
Más en particular, la presente invención se refiere a un aparato de
extrusión que tiene un troquel para extrusión con soporte
concéntrico de elemento tubular de paredes extremadamente finas,
empleando dicho aparato un procedimiento de extrusión que evita la
deformación, alabeo, desfiguración, asimetría y otras distorsiones
del elemento tubular producido por el mismo.
La extrusión abarca una pluralidad de
procedimientos bien conocidos que se caracterizan por unos costes
laborales y de herramientas reducidos, lo que hace de la extrusión
un procedimiento de mecanizado deseable especialmente para perfiles
tubulares. Durante un procedimiento de extrusión, se suministra
generalmente un polímero sólido (es decir, granzas, virutas,
cordones, polvo y similares) a través de una sección de transporte
en un tornillo rotatorio o tubo de extrusión por medio de un
alimentador o tolva. El plástico se calienta lentamente al
presionarlo hacia delante en dirección a un troquel, convirtiéndose
en un fundido homogéneo que posteriormente se hace pasar a través
del troquel para formar una forma de longitud continua. Una vez
enfriada, la extrusión se corta y moldea según la longitud y la
configuración deseadas.
La extrusión por pistón es un procedimiento de
extrusión específico que usa sinterización a presión para la
producción continua de perfiles a partir de polímeros de alto peso
molecular. Un pistón fuerza una masa preformada de material
polimérico, como polvo precomprimido, en un troquel (normalmente
calentado) que tiene la sección transversal requerida. Las
partículas individuales de la masa se sinterizan juntas bajo los
efectos del calor y la presión para generar un extrudido.
La consecución de un tubo deseablemente fino
está degradada debido a las limitaciones de los procedimientos
convencionales de extrusión. Es deseable mantener un grosor de pared
uniforme durante un procedimiento de extrusión y proporcionar
radios generosos que mejoran el flujo de la composición a través del
troquel y reducen las tensiones asociadas con el mismo, reduciendo
con ello significativamente el coste y mejorando la consistencia
del producto. Por ejemplo, mantener la uniformidad del grosor de la
pared ayuda a mantener la velocidad de funcionamiento máxima del
extrusor y la rectitud de la parte. Como las partes extrudidas sólo
están contenidas por el metal en el troquel, tienden a moverse o a
combarse en la cadena en detrimento de la uniformidad del producto.
Aunque es relativamente fácil manipular las propiedades físicas y
mecánicas del material polimérico para ajustarse a las
especificaciones de rendimiento, sigue siendo, no obstante, difícil
manipular elementos de pared fina debido a la naturaleza flexible
del producto extrudido resultante.
Adicionalmente, un problema común encontrado
durante la extrusión es la desviación de grosor tubular y desviación
del centro durante el procedimiento de extrusión. En un aparato de
extrusión por pistón, el troquel no sólo modela el extrudido final,
sino que también determina la calidad del extrudido por los efectos
combinados de presión y temperatura. Generalmente, los troqueles de
extrusión para perfiles huecos consisten en un tubo de extrusión,
un mandril y un pistón. En la extrusión de perfiles huecos como
tubos, el polvo denso debe deslizarse sobre dos superficies (es
decir, las del tubo de extrusión y el mandril), induciendo con ello
una presión en aumento durante la extrusión de los tubos de la
técnica anterior (que tienen paredes relativamente finas en el
intervalo de 2 a 3 mm de grosor) y contrapresión debida al
rozamiento. Las presiones de extrusión son así más altas para
dichos perfiles relativamente finos de la técnica anterior que las
experimentadas para extrusión de perfiles sólidos o perfiles
tubulares con grosor de pared aumentado. En consecuencia, cuando se
extruden material poliméricos, existe un riesgo inherente de superar
el límite superior de presión del polvo y conseguir la formación de
tabletas, especialmente durante el enfriamiento cuando el extrudido
se contrae en el mandril. Además, los componentes críticos del
equipo de extrusión (por ejemplo, mandril; tubo de extrusión;
troquel) se someten a fuerzas y presión elevadas que provocan el
movimiento relativo entre los componentes. Dicho movimiento
relativo da como resultado normalmente cierta alineación excéntrica
y descentrada que es aceptable cuando se extruden elementos
tubulares de paredes relativamente gruesas. Sin embargo, con
estructuras de paredes finas, el descentramiento excéntrico puede
hacer que un material polimérico insuficiente se dirija a una parte
o partes del extrudido resultante. Por consiguiente, puede
producirse que las partes de pared sean inaceptablemente demasiado
finas y/o incluyan discontinuidades. Así, es crítico un
mantenimiento continuo de la alineación de los elementos de
extrusión clave para formar elementos de paredes finas.
Un material polimérico beneficioso que se usa
ampliamente en aplicaciones de extrusión, incluyendo extrusión por
pistón, es politetrafluoroetileno (PTFE). El PTFE experimenta flujo
en frío de manera que la dimensión cambia cuando se aplica presión,
incluso a temperatura ambiente. El PTFE puede extrudirse a partir de
un polvo de resina mezclado con un lubricante líquido o a partir de
una pasta convencional. Cuando se procesa adecuadamente, el PTFE
exhibe propiedades superiores inherentes en resinas de
fluoropolímero, como características de no envejecimiento, inercia
química, resistencia al calor, tenacidad y flexibilidad, bajo
coeficiente de rozamiento, absorción de humedad despreciable,
resistencia mejorada a la deformación bajo carga y combadura mínima
en forma de palanquilla. Aparte del PTFE, la mayoría de los
materiales poliméricos son adecuados para extrusión, incluyendo
pero sin limitarse a polietileno de alta densidad y baja densidad,
policloruro de vinilo rígido y flexible, polipropileno,
poliuretano, caucho termoplástico, acrílico, butirato de acetato de
celulosa, policarbonato, polietersulfona y sulfuro de
polifenileno.
Una técnica para formar tubos de PTFE consiste
en usar un procedimiento de extrusión de pasta de flujo húmedo. El
procedimiento de extrusión de pasta produce un "tubo verde" que
se somete a continuación a operaciones secundarias como
calentamiento, expansión y sinterización para producir un tubo de
PTFE expandido (ePTFE) que tiene un nodo poroso y una estructura de
fibrillas. El tubo verde producido por el procedimiento de extrusión
de pasta de la técnica anterior tiene una pared relativamente
gruesa y un diámetro interior pequeño, y el tubo de ePTFE
resultante exhibe un grosor de pared relativamente grueso. Se desea
obtener tubos de paredes finas estructuralmente sólidos que tengan
paredes más finas que las encontradas en la técnica anterior. Se
desea especialmente obtener tubos verdes de PTFE de paredes finas y
tubos de ePTFE que puedan usarse en aplicaciones médicas, como en
injertos y stent/injertos.
Por tanto, es deseable proporcionar un mecanismo
y un procedimiento asociado para producir de forma repetida y
predecible un elemento tubular alargado que tenga un grosor de pared
muy fino. Dicho elemento es apto para su empleo en una diversidad
de aplicaciones en las que la patencia prolongada del tubo
complementa la resistencia circular inherente sin comprometer la
necesidad de un grosor de pared mínimo.
Los documentos US-4.861.256 y
US-6.000.927 desvelan un aparato de extrusión según
el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 8.
Una ventaja de la presente invención es fabricar
elementos tubulares de paredes finas en un procedimiento de
extrusión económico y fácil de ejecutar.
Una ventaja adicional de la presente invención
es extrudir elementos tubulares que tienen una pared circular muy
fina de grosor uniforme.
Una ventaja adicional más de la presente
invención es extrudir dichos elementos tubulares de paredes finas a
la vez que se conserva la integridad estructural del elemento.
Otra ventaja más de la presente invención es
ejecutar un procedimiento para la extrusión de elementos tubulares
de paredes finas por medio de un aparato que tiene elementos
extrusores de soporte concéntrico.
En la consecución eficiente de estas y otras
ventajas, la presente invención proporciona un aparato de extrusión
para fabricar un perfil generalmente tubular con una estructura de
paredes finas según se define en las reivindicaciones 1 y 8. El
aparato está bien adaptado para extrudir composiciones poliméricas,
como PTFE en la formación de prótesis.
El mandril está formado de modo flexible, o se
conecta de modo flexible a la varilla de guía de manera que pueda
moverse respecto a ella. De este modo, el mandril tiene la capacidad
de ajustarse durante un procedimiento de extrusión y autocentrado.
Con el pistón forzando la preforma a través del troquel, y alrededor
del mandril, el mandril puede autocentrarse como respuesta a la
presión de la preforma aplicándose de manera relativamente uniforme
circularmente alrededor del mandril. El efecto de autocentrado
asegura una alineación apropiada del mandril respecto al troquel,
que es especialmente crítica en la formación de tubos extremadamente
finos.
En funcionamiento, se coloca una palanquilla de
preforma de un material polimérico seleccionado dentro del tambor
en el extremo delantero del mismo. El movimiento constante del
pistón efectúa un movimiento correspondiente del émbolo, induciendo
con ello presión y calor en la palanquilla cuando el émbolo se mueve
a través del taladro alrededor de la varilla de guía. La presión y
el calor resultantes hacen que la palanquilla se convierta en un
extrudido fluido que atraviesa una periferia circular de la varilla
de guía y el mandril para suministrar un perfil tubular de pared
fina resultante a través de una abertura de salida en el troquel.
Debido a la disposición de la invención, el tubo extrudido se forma
con un grosor de pared uniforme. El aparato de la presente invención
supera las deficiencias de la técnica anterior y permite que sean
extrudidas uniformemente estructuras tubulares extremadamente
finas.
Las fig. 1 y 2 muestran vistas desde arriba y
lateral de un aparato de extrusión de la presente invención que
tiene elementos extrusores de soporte concéntrico dispuestos en el
mismo;
la fig. 3 muestra una vista en perspectiva de un
montaje de molde de extrusión usado en conexión con la presente
invención,
la fig. 4 muestra una vista ampliada de un
troquel y mandril usados en conexión con la presente invención;
la fig. 4A muestra una vista ampliada en sección
transversal de un troquel y mandril usados en conexión con la
presente invención;
la fig. 5 muestra una vista lateral de un
elemento de refuerzo usado en conexión con la presente
invención;
las fig. 6(a) y 6(b) muestran
secciones transversales de la varilla de guía y el tambor con un
hueco anular formado entre ellas;
la fig. 7 muestra una sección transversal de una
prótesis tubular que incorpora elementos tubulares extrudidos
producidos de acuerdo con la presente invención.
La presente invención proporciona un aparato
para fabricar elementos tubulares poliméricos, que están bien
adaptados para su uso como injertos vasculares. El aparato de la
presente invención permite la extrusión de un elemento tubular que
tiene un grosor de pared extremadamente fino de manera que facilita
el paso a través de pasos vasculares tortuosos. El aparato alcanza
un grosor de pared uniforme en un elemento tubular estableciendo y
manteniendo la alineación axial de un pistón que tiene una varilla
de guía dispuesta concéntricamente en el mismo con un troquel con
soporte en relación concéntrica con la varilla de guía.
En referencia ahora a las Figuras, en las que
elementos similares están numerados idénticamente, pueden
describirse la configuración y el funcionamiento de la presente
invención.
En referencia específicamente a las fig. 1 y 2,
se proporciona un extrusor 10 de la presente invención para la
extrusión de una preforma (es decir, palanquilla) de material
polimérico en un elemento tubular de pared fina. La elección de
material polimérico en bruto es un factor importante que afecta al
producto final extrudido, y existen ciertos requisitos del material
polimérico en bruto que deberían cumplirse de manera que se
optimizara la extrusión. Dichos requisitos incluyen, pero no se
limitan a, buena fluidez libre, alta densidad de densidad de
empaquetamiento y estabilidad y dureza de gránulos que sea adecuada
para la aplicación. Los materiales poliméricos deseables que
cumplen dichos requisitos incluyen polímeros de alto peso molecular
como fluoropolímeros, en particular, politetrafluoroetileno (PTFE),
que se caracterizan por baja absorción de agua, rozamiento reducido
y fácil esterilización. Aunque en la presente memoria descriptiva se
hace referencia a PTFE, se entiende que puede incorporarse
cualquier composición polimérica que sea compatible con el
funcionamiento de la presente invención.
El extrusor 10 incluye un montaje de molde de
extrusión 12 (ilustrado por separado en la fig. 3) que proporciona
un andamiaje para soporte concéntrico eficaz de los elementos del
extrusor requeridos en el mismo. El montaje 12, que tiene un
extremo delantero 12a y un extremo trasero 12b, incluye generalmente
una serie de platinas que incluyen platinas estáticas 14 y 18 y
platina transversal 16. Las platinas 14 y 18 están fijadas entre sí
en una alineación separada por una pluralidad de elementos de
refuerzo primarios 19.
Según se muestra en las Figuras, se usan cuatro
de los elementos de refuerzo 19, aunque pueden usarse otras
cantidades. Se prefiere que las platinas 14, 18 sean generalmente
rectangulares y que los elementos de refuerzo 19 se aseguren en los
orificios 14a, 18a respectivamente, en proximidad con las esquinas
de las platinas 14, 18. Preferentemente, los elementos de refuerzo
19 se avellanan en las platinas 14, 18, según se describe más
completamente más adelante. Con esta disposición, puede
proporcionarse un fuerte soporte perimétrico para las platinas 14,
18 que mantendrá las platinas 14, 18 en una disposición paralela
deseada.
La platina transversal 16 se forma con orificios
16a y se dispone en un enganche deslizante en las partes del cuerpo
central 19a de los elementos de refuerzo 19 con las partes del
cuerpo central respectivas 19a que pasan a través de los orificios
16a. Como conocen los expertos en la materia, pueden montarse
cojinetes deslizantes B en los orificios 16a para ayudar al
movimiento deslizante. Es crítico mantener el paralelismo entre la
platina transversal 16 y las platinas 14, 18. Así, se desea que los
cojinetes deslizantes B se proporcionen con holguras con
relativamente pequeñas respecto a los elementos de refuerzo 19,
reduciendo así al mínimo el giro de la platina 16 durante el
movimiento y manteniendo el paralelismo.
Cada una de las platinas 14, 16 y 18 incluye
además una abertura central 14b, 16b y 18b, respectivamente, en la
misma para alojar el paso de elementos extrusores a su través. Las
platinas 14, 16 y 18 están acopladas notablemente en alineación
paralela de manera que se asegure la alineación paralela
correspondiente entre ellas para mantener la concentricidad de los
elementos extrusores a lo largo de todo un ciclo de extrusión.
También se proporciona una placa de extrusor
delantera 20 que incluye análogamente una pluralidad de orificios
20a definida a su través para alojar la inserción de elementos de
refuerzo secundarios correspondientes 23. La placa 20 incluye
también una abertura central 20b que aloja el paso de elementos del
extrusor, según se describe adicionalmente en lo sucesivo. Los
elementos de refuerzo secundarios 23 están formados análogamente en
los elementos de refuerzo 19 y se aseguran a la placa 20 y la
platina 16 a través de conexiones avellanadas para mantener una
disposición paralela entre ellas, también según se describe más
adelante. Los elementos de refuerzo 23 no sólo proporcionan soporte
para la placa 20, sino que también aseguran una disposición paralela
de la placa 20 y las platinas 14, 16, 18 y mantienen la alineación
coaxial de las aberturas 14b, 16b, 18b y 20b.
En referencia en particular a las fig. 1 y 2,
puede describirse una configuración preferida de elementos del
extrusor concéntricos. La abertura 14b de la placa 14 aloja de forma
insertable un tramo libre de una varilla de guía 26 a su través. La
varilla de guía 26 es un elemento alargado, generalmente cilíndrico,
que atraviesa una longitud del montaje 12 en relación concéntrica
con el orificio 14b. La varilla de guía 26 se mantiene al menos
parcialmente en dicha relación por el casquillo de varilla de guía
28 que está dispuesto anularmente en el orificio 16b de la platina
transversal 16. La varilla de guía 26, es preferentemente hueca,
puede conformarse en sólido.
La varilla de guía 26 se extiende linealmente en
relación concéntrica a través del orificio 16b de manera que se
disponga coaxialmente dentro del pistón tubular 30 y más en
particular en un taladro 31 definido a lo largo de un eje
longitudinal del mismo. El pistón 30, junto con la varilla de guía
26, se extiende en relación coaxial a través de un tambor alargado
34 que tiene un taladro 36 definido en el mismo. El casquillo del
pistón 32, que está situado adyacente a la superficie trasera 18c
de la placa 18, circunscribe una periferia de pistón 30 de manera
que se mantiene la relación coaxial del pistón 30 respecto al tambor
34.
El pistón 30 se acopla con el émbolo 38 que está
dispuesto también dentro del taladro 36. Se monta un elemento
limpiador anular 39 en el pistón 30 y se dispone adyacente al émbolo
38 de manera que proporcione soporte concéntrico adicional de la
varilla de guía 26 en relación con el pistón 30 y en relación además
con el taladro 36 durante una operación de extrusión. El elemento
limpiador 39 actúa como un cojinete deslizante entre el tambor 34 y
la varilla de guía 26 al proporcionar soporte para la varilla de
guía 26. Existe un estrecho contacto entre la varilla de guía 26,
el elemento limpiador 39 y el tambor 34.
Según se muestra en las fig. 1 y 2 y se ilustra
más en particular en la vista ampliada de la fig. 4, se dispone
anularmente un collar de montaje del troquel 40 que tiene una
abertura 40a definida a su través alrededor de cada troquel 42 y
una extensión delantera de tambor 34 de manera que el collar 40
apoye concéntricamente el troquel 42 respecto al tambor 34. En
particular, el collar de montaje del troquel 40 incluye partes
escalonadas 40A, 40B, 40C de diámetros crecientemente reducidos. La
parte escalonada 40A se forma para recibir la extensión delantera
del tambor 34 de manera que el collar de montaje del troquel 40 se
alinea concéntricamente con la misma. La parte escalonada 40B está
formada para recibir el extremo ampliado 42A del troquel 42 con la
parte escalonada 40C formándose para permitir el paso a su través
del extremo de extrusión 42B del troquel 42. La relación fija de
las partes escalonadas 40A, 40B, 40C permite que el troquel 42 se
alinee concéntricamente con el tambor 34 y proporcione una fuerza
de sujeción para reducir al mínimo el movimiento relativo entre el
troquel 42 y el tambor 34. Como una mejora adicional, un collar de
posicionamiento 80 puede extenderse desde el extremo ampliado 42A
que se forma para actuar en coordinación con un asiento de
posicionamiento 82 formado en la extensión delantera del tambor 34.
Las partes escalonadas 40A, 40B, 40C y la acción coordinada del
collar de posicionamiento 80 y el asiento de posicionamiento 82 no
sólo proporcionan una alineación apropiada entre el troquel 42 y el
tambor 34, sino que también proporcionan una fuerza de sujeción
adicional para mantener una alineación apropiada del troquel 42 y
el tambor 34. Para permitir la colocación de una preforma en el
tambor 34, el collar de montaje del troquel 40 se monta de forma
extraíble en la placa 20, preferentemente, usando pernos.
Con referencia a la fig. 4A, el troquel 42
incluye un paso de extrudido de extremo cónico 43 a su través que
termina en una abertura de salida de extrudido cilíndrica 45. Los
parámetros de la abertura de salida 45 están dictados por las
dimensiones deseadas del extrudido que se formará y están definidos
parcialmente por el mandril 48 alrededor del cual el extrudido
polimérico fluye bajo compresión aplicada por el pistón 30.
Una parte de punta de la varilla de guía 26
puede definir el mandril 48, en el que el mandril 48 está formado
unitariamente con la varilla de guía 26; o, más preferentemente, el
mandril 48 está formado para ser extraíble de la varilla de guía
26. Puede desearse permitir una fácil extracción del mandril 48,
para permitir el mantenimiento y/o fácil carga de una preforma de
palanquilla de material polimérico. Se prefiere que el mandril 48
tenga una característica de autocentrado respecto al troquel
42.
En una forma de realización preferida, según se
muestra en la fig. 4A, el mandril 48 está formado preferentemente a
partir de partes múltiples 48A, 48B que se conectan de modo flexible
de manera que permita el movimiento relativo entre ellas por medio
de un ejemplo no limitativo, la primera parte 48A del mandril 48 es
generalmente cilíndrica y tiene una articulación en forma de
elemento de bola 49A formada en un extremo del mismo. La segunda
parte 48B está formada con un encastre 49B modelado para recibir la
articulación en forma de elemento de bola 49A en una disposición de
articulación de encastre de bola. Aunque la segunda parte 48B tiene
una parte de extremo cónico 48C que se extiende más allá del
encastre 49B inhibiendo con ello la capacidad de la primera parte
48A para moverse respecto a la segunda parte 48B, la conexión
flexible de la articulación de encastre de bola permite el
movimiento relativo entre las partes primera y segunda 48A, 48B. La
parte de extremo cónico 48C proporciona una superficie de
transición suave entre el taladro 36 y la abertura de salida 45
definiendo parcialmente el paso del extrudido 43. Por tanto se
prefiere que todos los cambios de dirección de superficie
encontrados en la parte de extremo cónico 48C se definan por
transiciones redondeadas o graduales para evitar bordes o esquinas
cerrados. Análogamente, las transiciones en el paso 43 deben ser
graduales o redondeadas para evitar bordes o esquinas cerrados.
Se prefiere que la segunda parte 48B se monte
rígidamente en la varilla de guía 26 (no mostrada en la fig. 4A).
Por consiguiente, la primera parte 48A puede moverse respecto no
sólo a la segunda parte 48B, sino también a la varilla de guía 26.
Para facilitar el montaje, se forma un vástago roscado 70 para
engarzar de forma roscada las roscas encontradas en una superficie
interna de la varilla de guía 26. Se desea alcanzar una transición
suave entre el mandril 48 y la varilla de guía 26 sin ningún cambio
en el diámetro. El vástago roscado 70 puede formarse unitariamente
con el mandril 48, o, según se muestra en la fig. 4A, se recibe de
forma roscada en un encastre 72 en el mandril 48.
Durante el uso, el mandril 48 responde al
extrudido de manera que se autocentre respecto al troquel 42. Con
el extrudido forzado lentamente a través del troquel 42 desde una
preforma, el material polimérico se suministra circularmente
alrededor de la primera parte 48A relativamente uniforme. Debido al
suministro constante y uniforme del material polimérico, el
material polimérico empuja la primera parte 48A en alineación
concéntrica respecto al troquel 42. Debe observarse que puede haber
anomalías (por ejemplo, grumos; burbujas) en el extrudido que se
empuja más allá de la primera parte 48A, causando así la
desalineación del mismo. Aunque una anomalía causará una posible
deformidad en el extrudido resultante (es decir, irregularidad en el
grosor de la pared), el mandril 48 se autocentrará después de que
la anomalía pase a su través. Debido a esta característica de
autocentrado, pueden formarse tubos de paredes extremadamente
finas, que tienen grosores de pared de 250 \mum aproximadamente e
inferior. Los mandriles fijos rígidamente de la técnica anterior
limitan el grosor del extrudido. Cualquier desviación de
descentrado con un mandril fijo rígidamente produce un tubo formado
consistentemente de forma inapropiada debido a la fijación rígida
(por ejemplo, formación de pared excéntrica). Además, con la carga
repetida de preformas en un pistón extrusor, es altamente deseable
una característica de autocentrado del mandril 48 para corregir
cualquier desalineación en el montaje del mandril.
Como alternativa, el mandril 48 puede ser
unitario y montarse en la varilla de guía 26 por medio de una
conexión flexible de manera que sea móvil respecto a la misma,
según se muestra esquemáticamente en la fig. 4. Por ejemplo, el
mandril 48 puede roscarse parcialmente en la varilla de guía 26 por
medio del vástago 70, permitiendo así el movimiento relativo entre
el mandril 48 y la varilla de guía 26. Puede usarse cualquier forma
de conexión flexible conocida por los expertos en la materia (por
ejemplo, una articulación elástica; un conector de fuelle).
En referencia de nuevo a la fig. 1, para mejorar
aún más el soporte seguro de la placa 20, pueden montarse elementos
de refuerzo terciarios 33 en proximidad con el tambor 34. Los
elementos de refuerzo terciarios 33 se avellanan preferentemente en
la placa 20 y la platina 14 de forma similar a los elementos de
refuerzo 19 descritos a continuación.
Se montan cilindros de émbolos 35 y se extienden
entre la placa delantera 20 y la platina 14 con émbolos de
accionamiento 37 dispuestos de forma deslizable dentro de los
cilindros de los émbolos 35. Los vástagos 39 de los émbolos de
accionamiento 37 se extienden desde los cilindros 35 y a través de
la platina 18 por medio de orificios 18d. Los vástagos 39 se sellan
dentro de los orificios 18d para impedir fugas de los cilindros 35.
Los extremos 41 de los vástagos 39 se avellanan en la platina
transversal 16 de forma similar a la fijación de los elementos de
refuerzo 19 descritos a continuación. De forma beneficiosa, los
cilindros 35 añaden rigidez adicional al montaje 12, junto con las
conexiones avellanadas con la platina transversal 16.
Los cilindros 35 se cargan con cualquier medio
de accionamiento conocido por los expertos en la materia, como
fluido hidráulico o aire. Se prefiere que se use fluido hidráulico y
que el fluido se cargue de forma constante y lentamente en los
cilindros 35. Así el pistón 30, por medio de la platina transversal
16, puede accionarse de manera constante hacia el troquel 42.
En funcionamiento, se inicia un procedimiento de
extrusión de pistón en el extrusor 10 colocando una palanquilla o
preforma de una composición polimérica (no mostrada) en el taladro
36 del tambor 34. Para facilitar la colocación de la palanquilla,
se prefiere que el troquel 42 se forme para ser extraíble de la
placa delantera 20. A continuación, puede introducirse la
palanquilla en el tambor 34. El movimiento de accionamiento (es
decir, por medio de la acción hidráulica de los émbolos de
accionamiento 37) transmitido a la placa 16 hace avanzar la placa 16
a lo largo de los elementos de refuerzo 19 hacia la placa 18,
haciendo así avanzar el pistón 30 a través del tambor 34. El avance
del pistón 30 comunica un movimiento de traslación al émbolo 38 y el
elemento limpiador 39 a lo largo de la varilla de guía 26,
manteniendo la varilla de guía 26 en alineación concéntrica con el
pistón 30, el mandril 48, el paso del extrudido 43 y la abertura de
salida 45. Un avance adicional del pistón 30 ejerce presión en la
palanquilla polimérica hasta que la palanquilla se convierte en un
extrudido fluido. El extrudido fluye a través del paso de extrudido
43 y la abertura de salida 45 a lo largo de una periferia exterior
lisa del mandril 48 para definir en el mismo un perfil tubular.
Según se indica, se consiguen varias conexiones
en el extrusor 10 con avellanado. Para describir las conexiones de
avellanado, se hará referencia a las conexiones entre los elementos
de refuerzo 19 y las platinas 14 y 18. Debe entenderse que las
otras conexiones avellanadas (es decir, los elementos de refuerzo
secundarios 23, los elementos de refuerzo terciarios 33, los
vástagos del émbolo 39) se forman dimensional y estructuralmente de
la misma manera. Con referencia a la fig. 5, cada uno de los
elementos de refuerzo 19 se forma con la parte del cuerpo central
19a, que tiene un primer diámetro D_{1}, y las partes de extremo
22, cada una de las cuales tiene un segundo diámetro D_{2} menor
que el diámetro D_{1}. Como consecuencia de esta estructura, las
caras anulares 25 se definen en los extremos de la parte del cuerpo
central 19a que mira hacia el exterior. Preferentemente, las caras
25 son generalmente planas y están dispuestas perpendicularmente a
un eje longitudinal central CA del elemento de refuerzo 19. En
correspondencia, los orificios 14a, 18a están cada uno formado por
una primera parte de diámetro 27, un saliente anular 29 y una parte
de diámetro reducido 31. La primera parte de diámetro 27 está
formada por un diámetro D_{3} que es igual al diámetro D_{1} más
una holgura mínima \delta, mientras que la parte de diámetro
reducida 27 está formada por un diámetro D_{4} que es igual al
diámetro D_{2} más una holgura mínima \delta'. Las holguras
\delta, \delta' se ajustan para permitir el montaje de los
elementos, pero se prefiere mantener dichas holguras en un mínimo,
especialmente la holgura \delta. Por ejemplo, con el diámetro
D_{1} igual a 5,08 cm (+0,0013/-0,0000 cm) (2,0 pulgadas
(+0,0005/-0,0000 pulgadas)) la holgura \delta es 0,0025 cm
(+0,0013/-0,0000 cm) (0,001 pulgadas (+0,0005/0,000 pulgadas)) y,
así, el diámetro D_{3} es nominalmente 5,085 cm (2,002 pulgadas);
mientras tanto, con el diámetro D_{2} igual a 4,445 cm
(+0,025/-0,025) (1,75 pulgadas (+0,01/-0,01)), la holgura \delta'
es 0,127 cm (+0,013/0,013) (0,05 pulgadas (+0,005/-0,005)) y, así,
el diámetro D_{4} es nominalmente de 4,7 cm (1,85 pulgadas). La
tendencia de los elementos de refuerzo 19 a desplazarse será función
de las holguras \delta, \delta', y mucho más función de la
holgura \delta'. Además, la extensión de la parte del cuerpo
central 21 en que se extiende en la primera parte de diámetro 27 no
sólo dicta la extensión en que pueden desplazarse los elementos de
refuerzo 19, sino, también, dicta la extensión en que se impide que
los elementos de refuerzo 19 se deformen (es decir, causen
deflexión lateral de la parte del cuerpo central 19a). Se prefiere
que la parte del cuerpo central 19a se extienda una longitud 1 en
la platina siendo la longitud 1 al menos el 33,3% del grosor T de
la platina (por ejemplo, 1 es al menos 2,54 cm (1 pulgada), en la
que T es 7,62 cm (3 pulgadas)). Todas las conexiones avellanadas se
forman con la misma relación dimensional. Se prefiere además que el
saliente 29 sea generalmente plano y se disponga perpendicularmente
a un eje central CA del orificio respectivo 14a, 18a.
Para fijar los elementos de refuerzo 19 a las
platinas 14, 18, se presionan las caras anulares 25 para que
encajen con los salientes 29, con las primeras partes de diámetro 27
alojando parcialmente las partes del cuerpo central 19a y las
partes de extremo 22 extendiéndose transversalmente, y extendiéndose
desde las partes de diámetro reducido 31. El encaje del cojinete de
los elementos de refuerzo 19 con los orificios 14a, 18a,
especialmente en la interfaz entre cara 25/saliente 29 y en la
interfaz entre parte del cuerpo central 21/primera parte de
diámetro 27, restringe el movimiento relativo entre las partes,
incluyendo posible deformación de los elementos de refuerzo 19.
Para facilitar la fijación de los elementos de refuerzo 19 a las
platinas 14, 18, las partes de extremo 22 están roscadas al menos
parcialmente y se fijan tuercas N en las partes de extremo 22.
Puede usarse cualquier medio de fijación conocido por los expertos
en la materia para fijar los elementos de refuerzo 19 a las
platinas 14, 18.
Se prefiere además que las platinas 14, 16, 18 y
la placa 20 estén cada una formada por suficiente grosor de manera
que no se flexionen, retuerzan o desplacen respecto a los elementos
de refuerzo 19. Como una forma de realización ilustrativa, estando
las platinas o la placa hechas de acero AISI 1060, puede
proporcionarse un grosor T de 7,62 cm (3 pulgadas).
Con la presente invención, pueden conseguirse
estructuras tubulares de paredes extremadamente finas que tengan de
modo deseable un grosor de pared menor o igual que aproximadamente
250 \mum y pudiendo expandirse longitudinalmente hasta un valor
mayor o igual que el 1.000%. La presente invención puede alcanzar
elementos extrudidos de paredes finas que no sean totalmente
autoportantes (en un estado enfriado). Debido a la fijación rígida
de la placa 20 a lo largo de las platinas 14, 16, 18, el movimiento
de la varilla de guía 26 se restringe durante la extrusión,
permitiendo con ello que el mandril 48 se autocentre con precisión
respecto al troquel 42, estando el extrudido resultante formado de
manera consistentemente uniforme (es decir, grosor de la pared
uniforme), incluso a grosores de pared pequeños menores, o
aproximadamente, de 250 \mum. Específicamente, la varilla de guía
26 se sujeta de forma restringida a varios puntos a lo largo de su
longitud axial, incluyendo por la platina 14, la platina
transversal 16 y el elemento limpiador 39 para mantener su posición.
En consecuencia, según se muestra en las fig. 6(a) y
6(b), se mantiene constantemente un hueco anular 100 definido
entre la varilla de guía 26 y el tambor 34 con las mismas
dimensiones. En consecuencia, el mandril 48 se alinea
concéntricamente respecto al troquel 42. Con la varilla de guía 26
estando sujeta de forma restringida en una posición alineada
adecuadamente, el mandril 48 tiene un punto de referencia fijo
respecto al cual actúa la función de autocentrado. Según se muestra
en las líneas de puntos de las fig. 6(a) y 6(b), si se
dejara que alguno de los elementos de refuerzo (19; 23; 33) se
desplazara respecto a la placa/platinas y/o se le permitiera
deformarse, existiría un movimiento relativo entre la varilla de
guía 26 y el tambor 34, afectando con ello a las dimensiones del
hueco anular 100. La presente invención reduce enormemente y/o
elimina dicho movimiento relativo.
Es importante observar que la varilla de guía 26
no necesita estar situada centralmente respecto al tambor 34. Por
ejemplo, puede requerirse un extrudido con una parte de pared
engrosada (es decir, una disposición excéntrica). La presente
invención puede usarse también en esta aplicación. Ventajosamente,
el extrusor 10 permite una fijación rígida de los elementos clave
al permitir una extrusión uniforme: la disposición de sujeción no
tiene que mantenerse centralmente en relación de un elemento con
otro. Con dicha disposición, no es necesario usar la característica
de autocentrado del mandril 48.
Con ciertos materiales poliméricos, por ejemplo,
PTFE, el extrudido tubular se colapsa al salir por la abertura 45
cuando se extrude a grosores de aproximadamente 250 \mum o menos.
Para superar este problema, la punta 48D del mandril 48 se forma
abierta y en comunicación con un paso abierto 48E que se extiende a
través del mandril 48. El paso 48E se define a través de todas las
partes del mandril 48 (por ejemplo, la primera parte 48B; la
segunda parte 48C) y cualquier elemento de conexión (por ejemplo, el
vástago roscado 70). Se expulsa un medio estable desde la punta 48D
en la luz del extrudido para presurizar la luz, y proporcionar así
soporte. Preferentemente, la varilla de guía 26 es hueca y se
extiende a través de la platina 18 permitiendo que se acople a la
misma una fuente de aire comprimido (5,5-6,9 bar
(80-100 psig)). La luz hueca de la varilla de guía
26 se coloca en comunicación con el paso 48E, y se empuja el aire
comprimido hacia la longitud de la varilla de guía 26 y a través
del mandril 48.
Como mejoras adicionales, el tambor 34 y/o el
troquel 42 pueden calentarse usando tecnología convencional, como,
por ejemplo, elementos de calentamiento por hilos de
resistencia.
El aparato de extrusión 10 de la presente
invención está deseablemente bien adaptado para fabricar prótesis
vasculares que tienen paredes extremadamente finas, un ejemplo de
las cuales se muestra en la fig. 7. Como es evidente a partir de la
fig. 7, la prótesis 50 es un conducto vascular tubular que tiene una
vaina luminal extrudida 52 y una vaina exterior de PTFE extrudida
54 derivada del extrusor 10. Cada vaina 52, 54 tiene deseablemente
un grosor menor o igual a 200 \mum aproximadamente (las vainas 52,
54 están formadas preferentemente a partir de PTFE expandido
(ePTFE) que se procesa a partir de los tubos "verdes" no
expandidos extrudidos por el extrusor 10 de la presente
invención).
Como ejemplo ilustrativo de la operación del
presente aparato de extrusión y procedimiento de la invención se
proporciona el ejemplo mostrado a continuación. Se resalta que los
valores proporcionados en la presente memoria descriptiva
constituyen un ejemplo del modo en que puede completarse el
procedimiento de la presente invención, y que estos valores pueden
verse afectados a la vista de la selección del material polimérico,
el grosor de tubo deseado, la velocidad del émbolo y factores
relacionados según se describe en la presente memoria descriptiva.
Por tanto, se entiende que es posible modificar cualquiera o todas
las etapas en secuencia o duración para adaptarlas a diferentes
aplicaciones.
Con referencia a extrusión de PTFE, se combina
resina ICI CD 123 con lubricante isopar G en una proporción del
15,5 al 18% de isopar en peso. Se combinan la resina y el lubricante
en una mezcladora en V durante 15 minutos aproximadamente para
formar una pasta en la misma. Se carga un preformador que comprime
la pasta en preforma (es decir, palanquillas cilíndricas) con 100 g
aproximadamente de pasta por preforma. Se comprime la pasta en
preformas cilíndricas a presiones hidráulicas comprendidas entre 6,9
y 34,5 bar (100 y 500 psi). Puede aplicarse calor durante la
compresión en el intervalo de aproximadamente temperatura ambiente a
aproximadamente 52ºC (aproximadamente 125ºF). Se prefiere que las
preformas se formen como radialmente menores que el taladro 36 del
tambor 34. Se desea obtener una holgura de 0,079 cm (0,03125'')
(medida en diámetro) entre la preforma y el tambor 34.
Después de la retirada de las preformas del
preformador, las preformas se cargan en el extrusor 10 y se extruden
según se describe anteriormente, formando un tubo de PFTE verde
orientado axialmente con grosor de pared comprendido entre
aproximadamente 100 y 250 micras. Las presiones hidráulicas
aplicadas durante la extrusión están comprendidas entre 13,8 y 34,5
bar (200 y 500 psi). La presión aplicada por el émbolo 38 a las
preformas está en el intervalo de aproximadamente 55,2 a 62,1 bar
(aproximadamente 800 a 900 psig). La proporción deseable de
reducción (es decir, proporción entre el área de sección
transversal de la preforma y área de sección transversal del tubo
extrudido) está en el intervalo de 125 a 350. Durante la extrusión,
el troquel y el tambor del extrusor se calientan desde
aproximadamente 25ºC a 52ºC (aproximadamente 77ºF a aproximadamente
125ºF). Cuando el extrudido sale del troquel del extrusor, se
inyecta aire a entre 5,5 y 6,9 bar (80 y 100 psig) en la luz del
extrudido por medio del mandril para mantener la patencia de la
luz. Tras la captación, el extrudido se tensa ligeramente y se
corta en secciones de longitud predeterminada, en cuyo punto el
extrudido se denomina tubo verde "húmedo".
Respecto al extrusor de la presente invención,
puede obtenerse una alineación concéntrica del mandril tanto en las
partes estáticas (es decir, sin presión) como dinámicas (es decir,
con aplicación de presión) de un ciclo de extrusión. La alineación
del mandril, troquel, tambor y pistón se mantiene por la orientación
paralela de las platinas que se consigue mediante avellanado de
elementos de refuerzo de las mismas y la característica de
autocentrado del mandril. Los tubos de PTFE de paredes finas se
obtienen con ello de forma consistente del extrusor de manera que
se reduce la variabilidad en el producto final. Esta producción
predecible y uniforme aumenta además los rendimientos de
fabricación y facilita el montaje, mantenimiento y limpieza del
dispositivo del extrusor entre ciclos de extrusión.
Pueden realizarse varios cambios y
modificaciones en la presente invención. Se pretende que todos estos
cambios y modificaciones se encuentren dentro del ámbito de la
invención según se expone en las siguientes reivindicaciones.
Claims (11)
1. Un aparato (10) para extrusión de al menos un
elemento tubular, comprendiendo dicho aparato:
un troquel de extrudido (42) que tiene un
orificio (43) formado a su través;
un tambor (34) que tiene un taladro (36) en
comunicación con dicho orificio;
caracterizado porque
una varilla de guía (26) se extiende a través de
dicho taladro; y porque
un mandril flexible (48) está conectado a dicha
varilla de guía, en el que al menos una parte de dicho mandril
puede desplazarse respecto a dicha varilla de guía.
2. Un aparato (10) según la reivindicación 1, en
el que dicho mandril (43) se extiende al menos parcialmente en
dicho orificio (43) de dicho troquel de extrudido (42).
3. Un aparato (10) según la reivindicación 1, en
el que dicho mandril (48) incluye partes primera y segunda, estando
dichas partes primera y segunda conectadas de forma flexible.
4. Un aparato (10) según la reivindicación 3, en
el que dichas partes primera y segunda están conectadas de modo
flexible por medio de una articulación de rótula esférica con dicha
primera parte que se está formando en un extremo con una parte de
articulación en forma de bola, estando dicha parte de articulación
en forma de bola dispuesta para recibir en un encastre formado en
dicha segunda parte.
5. Un aparato (10) en la reivindicación 3, en el
que dicha segunda parte puede montarse rígidamente en dicha varilla
de guía (26).
6. Un aparato (10) según la reivindicación 5, en
el que dicha segunda parte puede montarse de forma roscable en
dicha varilla de guía (26).
7. Un aparato (10) según la reivindicación 2, en
el que dicho mandril (48) puede desplazarse respecto a dicho
orificio (43).
8. Un aparato (10) para extrusión de al menos un
elemento tubular, comprendiendo dicho aparato:
un troquel de extrudido (42) que tiene un
orificio (43) formado a su través;
un tambor (34) que tiene un taladro (36) en
comunicación con dicho orificio;
caracterizado porque
una varilla de guía (26) se extiende a través de
dicho taladro; y porque
un mandril (48) está conectado de modo flexible
a dicha varilla de guía de manera que dicho mandril puede
desplazarse respecto a dicha varilla de guía.
9. Un aparato según la reivindicación 8, en el
que dicho mandril (48) se extiende al menos parcialmente en dicho
orificio (43) de dicho troquel de extrudido (42).
10. Un aparato (10) según la reivindicación 8,
en el que dicho mandril (48) está enroscado parcialmente en dicha
varilla de guía (26).
11. Un aparato (10) según la reivindicación 9,
en el que dicho mandril (48) puede desplazarse respecto a dicho
orificio (43).
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