L'impact de l'usinage de précision sur l'avenir de la fabrication de dispositifs médicaux

de Ralph Zoontjens

15 juin 2022

10:36

Contrairement à la fabrication conventionnelle, l'usinage de précision produit des pièces avec une précision submicronique. Pour les applications médicales, cela apporte les avantages cruciaux de la miniaturisation, de l'ajustement personnalisé et des hautes performances. Ralph Zoontjens, concepteur de produits spécialisé dans l'impression 3D, partage son point de vue sur l'impact de l'usinage de précision sur la fabrication de dispositifs médicaux.

Photo de Daniel Smyth sur Unsplash

L'industrie 4.0 bat son plein et de plus en plus d'entreprises font le pas vers la fabrication numérique. Les machines CNC découpent les matériaux à des vitesses fulgurantes avec une intelligence artificielle et une précision améliorées, garantissant que le produit répond à l'intention de l'ingénieur de conception.

Avec l'usinage de précision, la lutte pour le dimensionnement géométrique et les tolérances est terminée, puisque les pièces seront cohérentes avec le modèle 3D au micron près.

Il s'agit d'une réussite considérable, car les écarts sont souvent visibles sur les différentes parties d'un même lot, ce qui entraîne des taux de rebut élevés et des défaillances pour répondre aux exigences de performance.

La commande numérique par ordinateur (CNC) ne retient pas les zones affectées par la chaleur ou d'autres défauts mécaniques de l'impression 3D, qui convient mieux aux prototypes et aux modèles de planification préopératoire. En fraisant le matériau tel quel, il conserve ses propriétés mécaniques homogènes pour répondre à des normes de qualité plus élevées.

La technologie de précision n'est pas seulement une amélioration progressive. Elle a un impact radical sur les applications médicales.

Il est capable de fabriquer des pièces durables qui peuvent être transportées sur ou à l'intérieur du corps pendant une bonne partie de la vie. Des solutions jusqu'alors impossibles peuvent désormais permettre de nouvelles formes de microchirurgie, comme sur les nourrissons embryonnaires, les vaisseaux sanguins ou le cerveau.

Une collection d'appareils repose sur l'usinage de précision :

Pompes à insuline

Défibrillateurs

Implants de moniteur cardiaque

Stimulateurs cardiaques

Systèmes d'administration de médicaments

Appareils de dialyse rénale

Traqueurs biométriques

Appareils de radiographie portables

Scanners IRM

Grâce à une technologie de précision, le boîtier du produit, l'architecture interne, l'intégration de l'électronique et les solutions de câblage pour votre tracker biométrique ou votre radiographie numérique sont optimisés. Pour les appareils portables comme les implants de moniteur cardiaque ou les stimulateurs cardiaques, leur facteur de forme peu invasif avec un boîtier micro moulé à paroi ultra-mince change la donne à la fois en termes de confort et de sensibilité esthétique.

Les instruments qu'il fabrique permettent également la chirurgie assistée par robot comme les chirurgies des valves cardiaques. Et nous assistons à une forte croissance pour les pièces minuscules comme les septums, les capteurs, la microélectronique, les microaiguilles, les stents et les vis micro-usinées. Inutile de dire que cela nécessite une grande spécialisation de la part du fournisseur.

L'usinage de précision crée un ajustement parfait pour les applications critiques telles que les prothèses et les orthèses. Grâce à ces technologies, les gens ne se sentent pas simplement soutenus, mais plus capables.

Les remplacements suivants sont généralement usinés à l'aide de machines CNC multi-axes en titane ou en chrome-cobalt avec des composants en plastique polyéthylène, acrylique, polyéthylène téréphtalate ou polyéther éther cétone :

Implants articulaires majeurs pour l'épaule, la hanche ou le genou

Implants pour la main, la cheville ou le coude

Implants de cranioplastie

Implants rachidiens

Systèmes de dérivation du liquide céphalo-rachidien

Lentilles phaques

Ports de cathéter implantables

Les implants cochléaires

Basées sur des scans corporels, ces solutions complexes peuvent être usinées pour être parfaitement adaptées à la biomécanique du patient. Cela contraste fortement avec les composants traditionnellement fabriqués à la main. Avec un produit usiné avec précision, il n'y a plus d'erreur humaine, plus d'insatisfaction du patient, plus de seconde opération.

Les professionnels comme les chirurgiens et les dentistes bénéficient de l'accès à la fabrication de précision. Selon leur préférence, ils peuvent désormais développer des outils personnalisés tels que des cutters, des aiguilles de biopsie, des porte-implants, des forceps, des nébuliseurs et des poignées de lame, ou équiper l'assistant robotique de pinces personnalisées.

À l'avenir, les professionnels de la santé utiliseront des applications de personnalisation numérique pour créer des composants sur mesure selon les spécifications, localement et à la demande.

Outre les avantages fonctionnels, il existe également des facteurs d'acceptabilité sociale - apporter des prothèses auditives, des cannes et des béquilles, des anneaux biométriques usinés à paroi mince et d'autres dispositifs médicaux portables aux férus de mode.

Passer de la fabrication traditionnelle à la fabrication de précision, c'est comme transformer une brouette en voiture de course. L'entraînement électrique, l'équipement sans huile empêche les contaminants ainsi que l'assemblage sans particules et sans fixation avec le soudage au laser et le surmoulage.

Le logiciel de contrôle numérique et amélioré par l'IA offre une précision dimensionnelle optimale pour permettre des caractéristiques de conception complexes.

Un avantage par rapport aux autres procédés est la myriade de matériaux biocompatibles qu'il permet. En raison des vitesses de broche élevées, cela nécessite des paramètres de contrôle très spécifiques pour chaque matériau. Par exemple, le polypropylène, le polyéthylène et le polyoxyméthylène sont les meilleurs pour les sections à paroi mince.

Le nylon peut également être utilisé mais a une petite fenêtre de traitement, tandis que le polycarbonate et le PET nécessitent un contrôle délicat de la température. Pour les applications à haute résistance, envisagez un ABS chargé de fibres de verre.

Les composants métalliques de qualité médicale tels que les fils de guidage, les vis, les implants et les supports sont fabriqués en titane, en acier inoxydable, en aluminium, en cuivre, ainsi qu'en alliages Kovar, Invar et Inconel. Le nitinol, un matériau intelligent à mémoire de forme, est une option à venir pour sa résistance au pliage et à la fatigue.

Pour des raisons d'efficacité ou de géométries complexes, une approche hybride est parfois déployée. L'impression 3D de métal peut être utilisée pour développer des structures de treillis internes organiques pour les composants légers à post-finir dans les tolérances à l'aide de la CNC.

Des appareils comme l'Apple Watch remercient leur finition suprême de combiner l'extrusion d'aluminium avec un fraisage de précision et un équipement laser dans un processus qui ne laisse aucune bavure sur les bords et la surface, même à l'intérieur de l'appareil.

Pour les pièces en silicone telles que les membranes, les vannes et les joints, le micro-moulage permet d'obtenir des pièces de quelques millimètres tout en conservant tous les détails requis pour des zones structurelles spécifiques. Et avec le caoutchouc de silicone liquide optique (LSR), une transparence semblable à du verre peut être obtenue.

Les dispositifs médicaux doivent répondre à des normes strictes de durabilité, de sécurité, de biocompatibilité et de stérilisation, ainsi qu'à des exigences mécaniques clés en matière de flexibilité, de lubrification, de résistance au flambage et de transfert de couple.

L'usinage de précision de pointe est la voie à suivre dans presque tous les cas, permettant un contrôle total et une vaste gamme de matériaux, avec l'avantage de permettre des produits ultra-personnalisés.

de Ralph Zoontjens

15 juin 2022

10:36