Todo empezó hace siete años, cuando el entonces Consejero Delegado de Parker Hannifin, Don Washkewicz, desafió a su equipo con la pregunta: "¿Cuál es el futuro de nuestra empresa?".

Esto desencadenó una oleada de actividad para trazar nuevos territorios y oportunidades que aseguraran el crecimiento de la empresa en el futuro. La iniciativa acabó llevando a la empresa a investigar cómo podía adaptar sus competencias básicas en tecnologías de movimiento y control para desarrollar dispositivos robóticos portátiles en el ámbito de la prótesis y la ortopedia.

Al explorar más a fondo la oportunidad, Parker Hannifin se puso en contacto con investigadores de la Universidad de Vanderbilt que trabajan para adaptar la tecnología robótica para ayudar a los pacientes con parálisis de miembros inferiores a aumentar su movilidad y recuperar la capacidad de andar. Esto condujo al desarrollo de un exoesqueleto vestible que consiste en un aparato ortopédico que se lleva en las caderas y las piernas y funciona con motores, baterías y otros componentes electrónicos.

En 2012, Parker Hannifin y Vanderbilt llegaron a un acuerdo para licenciar la tecnología y poco después la empresa empezó a trabajar para comercializar un exoesqueleto robótico llamado Indego. El Dr. Ryan Farris fue coinventor en el desarrollo de la tecnología como parte de su trabajo de doctorado en Vanderbilt, y Parker Hannifin lo incorporó como responsable técnico de la unidad de negocio encargada de llevar Indego al mercado.

En busca de un material flexible y una solución de fabricación

Al principio del proyecto, Farris y su equipo de Parker Hannifin se dieron cuenta rápidamente de que el tiempo que pasaban esperando los presupuestos de producción y las piezas finales a través de los proveedores de fabricación tradicionales de la empresa era demasiado largo para cumplir sus agresivos plazos de desarrollo.

Farris sabía que en un mercado altamente competitivo, en el que cada día de desarrollo de un producto puede ser decisivo para el éxito, el tiempo es oro. Este afán por acortar los ciclos de diseño y fabricar piezas con mayor rapidez le llevó a Protolabs para la creación de prototipos y piezas de uso final.

"Utilizamos Protolabs principalmente para probar nuevas ideas", explica Farris. "Por ejemplo, al plantearnos una posible mejora del diseño, queremos tener la posibilidad de crear piezas y ver su rendimiento lo antes posible".

De un vistazo

DesafíoLos ingenieros de Parker Hannifin que creaban un exoesqueleto robótico necesitaban una solución de fabricación rápida para acelerar la velocidad de desarrollo y reducir el riesgo del diseño.Solución Una combinación de tecnologías de fabricación digital y el sistema de presupuestos automatizados de Protolabs permitió un proceso de diseño altamente iterativo sin sacrificar el tiempo de comercialización.Resultado El moldeo rápido, el mecanizado y la impresión 3D, junto con el presupuesto interactivo, ahorraron al equipo de I+D meses de tiempo de desarrollo.

El Indego es un exoesqueleto robótico diseñado para ayudar a los pacientes con parálisis de las extremidades inferiores a volver a caminar. Durante el desarrollo, Parker Hannifin utilizó Protolabs para probar rápidamente mejoras en el diseño.

Uno de los retos de diseño que requirió piezas de rápida fabricación fue un componente que sirve de tubo de luz para el dispositivo. Esta pieza transmite la luz de un pequeño LED situado en una placa de circuito integrada al exterior para que el usuario pueda ver el estado actual del dispositivo.

"Este pequeño indicador es especialmente importante porque así es como el usuario -el parapléjico, el paciente con ictus o quienquiera que utilice el sistema- sabe en qué estado se encuentra, en qué modo está y qué está a punto de ocurrir con el dispositivo", explica Farris.

El diseño inicial del tubo de luz se fabricó con un termoplástico transparente moldeado. Tras varios ciclos de pruebas, se hizo evidente que el material era demasiado quebradizo para soportar los rigores del uso diario, ya que el sistema estaba diseñado para flexionarse con el movimiento del usuario. Farris también explicó que el tubo de luz formaba parte de un conjunto mayor y que el movimiento relativo del conjunto no cooperaba bien con el componente rígido de plástico.

La búsqueda por acortar los ciclos de diseño y fabricar piezas más rápidamente le llevó a Protolabs para la creación de prototipos y piezas de uso final.

Las herramientas rápidas de caucho de silicona reducen las diferencias de producción

Farris y su equipo reevaluaron el material utilizado para el componente del tubo ligero y decidieron fabricar la pieza con caucho de silicona líquida (LSR). Una pieza moldeada de LSR podría flexionarse de forma natural con el movimiento del usuario y tener la durabilidad necesaria para durar indefinidamente. Pero el reto iba más allá de encontrar el material adecuado. También necesitaban una opción de moldeo rentable y optimizada para esta fase de desarrollo del producto, ya que el diseño aún no estaba terminado.

El exoesqueleto robótico aún estaba en fase de prototipo y las aprobaciones de la FDA estaban pendientes, por lo que una inversión costosa en utillaje tradicional no era lo ideal. Farris recurrió al proceso de moldeo de LSR de Protolabs para fabricar rápidamente varios componentes de tubos ligeros para poder probar el nuevo diseño y disponer de la flexibilidad necesaria para iterar en caso necesario.

Señala que la clave para acelerar el proceso de moldeo fue la automatización de Protolabs, sistema interactivo de presupuestos. A menudo, él y su equipo suben las piezas para pedir presupuestos en unas pocas horas y luego pasan por varias iteraciones hasta que se ajustan al coste previsto. Esto permite un proceso de diseño muy iterativo y reduce los costes de desarrollo, ya que todo puede realizarse digitalmente mediante software y no es necesario fabricar las piezas finales.

El exoesqueleto robótico consiste en un corsé que se coloca alrededor de las caderas y en la parte inferior de las piernas, y funciona con motores, baterías, componentes electrónicos y un software inteligente que ayuda al usuario en sus movimientos.

Los presupuestos automatizados ahorran semanas de tiempo de desarrollo

Tras recibir las piezas moldeadas de LSR, sometieron el nuevo diseño a pruebas y comprobaron que tenía la flexibilidad y durabilidad necesarias para soportar el uso diario del sistema Indego. "Estamos muy contentos con el cambio a una pieza de caucho de silicona líquida", afirma Farris. "La transmisión de la luz es excelente, la visibilidad del indicador para el usuario es excelente y no hemos tenido ningún problema de durabilidad desde el cambio".

Farris calcula que el servicio de moldeo de Protolabs ahorró a su equipo entre uno y dos meses de tiempo al fabricar las piezas de LSR en cuestión de días. Con herramientas optimizadas para la producción de bajo volumen, pudieron salvar la distancia entre los primeros prototipos y la producción final.

"Internamente, si hubiéramos intentado fabricar estas piezas nosotros mismos, probablemente tardaríamos un mes debido a las limitaciones de ancho de banda", afirma Farris.

Pero este rediseño fue mucho más que una mejora de producto desarrollada en un laboratorio de I+D. Farris explicó que este es un ejemplo del esfuerzo estratégico de la empresa por centrarse en el servicio al cliente, escuchando las opiniones de los usuarios y aplicando mejoras de producto con rapidez.

"Nuestro objetivo es ser lo más rápidos posible. Cuando tenemos novedades, parte de nuestra ventaja competitiva es la rapidez. Cuando tenemos problemas sobre el terreno, una de las cosas que creemos que demuestra en gran medida la preocupación por nuestros clientes es nuestra rapidez de respuesta", explicó.

Además de la pieza moldeada de LSR, los ingenieros y diseñadores de Indego se basaron en gran medida en Mecanizado CNC de Protolabs y Impresión 3D durante el desarrollo del exoesqueleto robótico. Por ejemplo, Farris señala que mandó mecanizar fijaciones para asegurar los componentes en su lugar durante la soldadura por ultrasonidos. También utilizó la impresión 3D para construir prototipos de nailon mediante sinterización selectiva por láser antes de pasar al moldeo por inyección.

Con un fabricación a la carta a su disposición, Parker Hannifin ha podido reducir el tiempo de desarrollo, lanzar al mercado productos innovadores con mayor rapidez y responder eficazmente a los comentarios de los clientes. En total, incluidas las piezas de producción moldeadas, Farris calcula que la unidad de negocio Human Motion and Control de Parker Hannifin ha fabricado miles de componentes con Protolabs y seguirá aprovechando sus servicios de fabricación digital en futuras generaciones de Indego.