Comment l'usinage CNC change l'industrie médicale

Sep 17, 2023

Styles Gordon | 11 août 2022

Les produits, appareils et accessoires utilisés en médecine deviennent de plus en plus sophistiqués à mesure que de nouvelles technologies émergent pour améliorer la santé humaine et les résultats des patients. Ces produits se retrouvent partout, des services chirurgicaux aux centres de réadaptation, des cliniques des petites villes aux cabinets de médecine familiale.

Quel que soit le type de produit, ils partagent tous certaines caractéristiques communes.

L'usinage CNC est une solution de fabrication idéale pour répondre à tous ces critères et plus encore.

Les progrès de la technologie des machines-outils CNC sont dictés par les demandes du marché. Les conceptions sophistiquées pour les applications de nouvelle génération nécessitent des niveaux de précision et de répétabilité plus élevés. Cela, à son tour, élargit l'enveloppe de ce qui est physiquement possible dans la conception d'outils.

Les fabricants de machines sont toujours à la recherche de moyens d'optimiser les performances en contrôlant les vibrations, en augmentant la vitesse de la machine, en réduisant les coûts de maintenance et en fournissant des plates-formes d'usinage flexibles capables d'effectuer plusieurs tâches complexes dans une seule configuration de machine.

Il existe trois solutions techniques avancées qui peuvent aider dans tous ces domaines.

Les machines CNC multi-axes se déplacent sur plusieurs axes indépendants. Pour ce faire, la plupart des machines utilisent un guidage à crémaillère ou un système d'entraînement linéaire à vis et billes alternatives. Les deux types sont sujets au frottement et à l'usure et ont des limites à la fois en précision et en vitesse.

Mais les systèmes d'entraînement linéaire fonctionnent un peu comme un train Maglev. Le courant électrique, en interaction avec de puissants aimants, fait léviter le chariot du rail de guidage tout en entraînant sa course. Cela signifie pas de frottement, pas d'usure et pas d'entretien. Et les systèmes d'entraînement linéaire se déplacent beaucoup plus rapidement, avec des degrés d'exactitude et de précision beaucoup plus élevés.

Une autre solution d'entraînement innovante, également calibrée pour réduire les frottements, est le guide hydrostatique. Ceux-ci utilisent des guidages rectifiés avec précision qui sont amortis avec une fine pellicule d'huile. L'huile est continuellement pompée dans et hors d'un chariot, et ce chariot maintient la pièce à usiner. La flottaison de l'huile atténue les vibrations et supprime les frottements, ce qui permet d'obtenir d'excellents états de surface de la pièce.

L'accumulation de chaleur est toujours un problème lors de l'usinage à la limite des performances. En effet, la dilatation naturelle de tous les matériaux lorsqu'ils chauffent rendra définitivement les tolérances incontrôlables, à moins que cette chaleur ne soit contrôlée par un refroidissement central très sérieux. De plus, les fabricants intelligents ont compris comment calculer le taux d'expansion de tous les composants critiques de leur système, puis contrecarrer ces mouvements en conséquence.

Des machines-outils plus avancées permettent la fabrication de produits plus avancés, et cela ne fait certainement pas exception en ce qui concerne les dispositifs médicaux.

Il n'existe aucun autre processus de production de masse aussi fiable, précis, évolutif, rentable et facilement personnalisable. Examinons de plus près comment l'usinage CNC peut être utilisé pour améliorer le développement de dispositifs médicaux dans certains domaines clés.

Chaque nouveau produit commence par un prototype. Cela est aussi vrai pour la technologie médicale que pour toute autre industrie. L'utilisation de l'usinage CNC pour les prototypes médicaux présente plusieurs avantages.

Premièrement, c'est rapide. Une fois qu'une conception est approuvée, une pièce finie peut être programmée et usinée en aussi peu qu'une journée. Cela permet aux ingénieurs produit de se mettre directement au travail pour tester l'ajustement et le fonctionnement, étapes critiques du processus de prototypage.

Les prototypes physiques aident à identifier les défauts de conception potentiels ou les domaines qui peuvent être améliorés, et si des modifications mineures doivent être apportées, c'est un petit effort pour modifier le programme de la machine en conséquence.

Une fois qu'une conception a été composée, toute fraiseuse ou tour CNC fonctionnant correctement peut fabriquer des pièces en double, dans n'importe quel volume, avec seulement la variation de tolérance la plus minime d'une pièce à l'autre, généralement de 5 microns ou moins. À une époque antérieure, atteindre ce degré de précision à partir d'une machine-outil à commande manuelle aurait nécessité les compétences d'un maître machiniste dans des conditions contrôlées, et cela aurait été beaucoup plus lent et beaucoup plus coûteux.

Aujourd'hui, des moteurs numériques, des logiciels sophistiqués et des outils de coupe spécialisés rendent ce degré de perfection facilement réalisable et totalement fiable. Par conséquent, les concepteurs de produits médicaux n'ont plus besoin de se demander : est-ce possible ? Oui il peut.

Certains processus de production de masse dépendent d'abord de la fabrication de matrices de moulage ou de moulage dédiées, comme le moulage par injection de plastique ou le moulage à la cire perdue. Ces matrices prennent beaucoup plus de temps à fabriquer et nécessitent un investissement financier initial important. La seule façon de récupérer le coût de cet investissement, du point de vue du développeur, est de s'engager à fabriquer un grand nombre de produits finis dans le temps.

Mais de nombreuses conceptions médicales sont hautement personnalisées et ne seront pas fabriquées en gros volumes, donc investir dans l'outillage n'est pas une option viable.

L'usinage CNC ne nécessite pas d'outillage dur, de sorte qu'une seule pièce peut être produite de manière rentable et que les volumes augmentent lentement à mesure que la demande augmente.

L'usinage CNC est également indifférent à la matière première sur laquelle on travaille, tant qu'elle est suffisamment rigide pour résister à la force des outils de coupe. Il peut y avoir quelques ajustements mineurs de la machine pour tenir compte des différents types de métal ou de plastique (vitesses et avances), mais cette polyvalence signifie essentiellement que les concepteurs, ainsi que les techniciens médicaux, ont une grande latitude pour choisir le matériau le mieux adapté à l'application prévue.

Il existe de nombreuses certifications indépendantes pouvant s'appliquer à divers dispositifs médicaux, dont la plus importante est la norme ISO 13485. Celle-ci stipule qu'un fabricant a démontré les protocoles de chaîne de traçabilité nécessaires pour protéger toutes les matières premières qui transitent par son installation ainsi que tout produit fini ou semi-fini. Ils doivent être maintenus propres et non contaminés ainsi qu'à l'écart d'autres produits non conformes, et il doit être démontré que les matières premières ne contiennent aucun produit chimique nocif.

Il convient de noter que lorsqu'il s'agit de demander l'approbation ou l'autorisation de la FDA aux États-Unis pour un dispositif médical, ou le marquage CE équivalent en Europe, c'est le propriétaire ou le licencié de la conception qui est responsable de faire la demande nécessaire, et non le fabricant. Le concepteur de produit doit démontrer que l'article en question a satisfait à toutes les exigences réglementaires à chaque étape de sa production, donc travailler avec une entreprise enregistrée ISO est une façon de le faire.

En raison de sa polyvalence, l'usinage CNC se prête à toutes sortes de fabrications sur mesure pour les produits médicaux.

Les exemples peuvent inclure des outils en acier inoxydable, des forceps et des pinces ; implants chirurgicaux pour la réparation osseuse; composants orthétiques et prothétiques; raccords haute température pour chambres de stérilisation; pièces et composants pour équipement d'essai; et beaucoup plus. La liste est vraiment interminable. Cependant, l'usinage CNC n'est pas le mieux adapté aux gros volumes de pièces en plastique, qui doivent plutôt être moulées par injection.

Déjà plus de 160 hôpitaux aux États-Unis disposent d'installations d'impression 3D permanentes sur place, pour aider à créer des formes hautement personnalisées et complexes à proximité du point de service. Cela démontre qu'il existe un besoin établi et reconnu de fabriquer des objets physiques sur place pour répondre à des besoins particuliers qui peuvent survenir à tout moment et sans le luxe de la prévision.

Pour cette même raison, il peut y avoir une place pour l'usinage CNC dans les hôpitaux, les cliniques et les centres de recherche médicale. Pour de nombreuses applications, l'usinage CNC est plus rapide que l'impression 3D, et les pièces qu'il peut produire sont beaucoup plus solides et plus précises.

Des centres d'usinage multi-axes petits, portables et largement autonomes pourraient facilement être placés même dans des zones reculées pour fournir des solutions de fabrication rapides, précises et peu coûteuses là où les autres opportunités sont limitées.

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