Méthodes de fabrication complexes pour la technologie médicale

Dec 25, 2023

De nombreuses entreprises manufacturières élargissent leurs portefeuilles de produits et leurs offres de services afin d'attirer une clientèle plus large. Cela donne aux entreprises de production une plus grande indépendance vis-à-vis de secteurs tels que l'automobile ou l'aérospatiale. La technologie médicale est un exemple d'une telle expansion du marché, bien qu'elle présente un large éventail de défis.

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Metav 2022, Salon international des technologies du travail des métaux, reflète l'importance du secteur des technologies médicales en lui donnant son propre espace dédié. Du 8 au 11 mars 2022, des chercheurs et des experts des entreprises exposant à Düsseldorf fourniront des informations pratiques et théoriques.

"Le développement dynamique de la technologie médicale est imparable. Les exigences imposées aux fabricants - et par conséquent à leurs fournisseurs - ne cessent d'augmenter. Les produits conçus pour être utilisés dans le corps humain deviennent de plus en plus petits, moins invasifs, plus précis, plus sûrs et meilleurs. toléré », déclare Markus Horn, directeur général de Paul Horn à Tübingen. Ce ne sont là que quelques-unes des exigences auxquelles sont confrontés quotidiennement les fabricants de produits médicaux. En tant que fabricant d'outils, Paul Horn est bien qualifié pour relever ces défis et développe constamment de nouvelles solutions d'outils et de nouvelles stratégies de fabrication pour l'industrie de la technologie médicale : des micro-fraiseuses pour la production d'implants rachidiens en titane sensibles aux outils de rainurage pour la boîtier de pompe en aluminium d'une machine cœur-poumon.

Horn développe en permanence son savoir-faire dans le domaine des technologies d'outillage médical. Un bon exemple ici est la technologie tourbillonnante. Des taux d'enlèvement de copeaux élevés, des filetages longs avec des finitions de haute qualité, des profils de filetage profonds, des copeaux de métal courts, des filetages à plusieurs départs et de faibles niveaux de charge d'outil sont les principaux avantages du processus de tourbillonnage. Cependant, ceux-ci sont compensés par divers défis techniques. Un aspect important est les matériaux utilisés dans les vis à os dans les implants. Les arêtes de coupe des plaques tourbillonnantes sont soumises à des charges très élevées lors de l'usinage du titane, de l'acier inoxydable et d'autres superalliages. Horn perfectionne constamment sa technologie afin de lutter contre l'usure des arêtes de coupe à des taux d'enlèvement de copeaux élevés et avec des temps d'usinage courts. Markus Horn : "La technologie médicale jouera également un rôle central pour nous au Metav 2022 à Düsseldorf. Nous présenterons non seulement des produits de tourbillonnage, mais également nos solutions pour la fabrication d'implants, d'instruments et de dispositifs médicaux."

Selon le professeur Oliver Riedel et le professeur Alexander Verl, directeurs de l'Institut de technologie de contrôle des machines-outils et des systèmes de fabrication (ISW) de l'Université de Stuttgart, "Notre travail en tant qu'ingénieurs consiste à développer des technologies qui servent les gens. La technologie médicale joue un rôle très spécial ici." La bio-impression, par exemple, est un nouveau type de technologie. Son but est de produire des structures de tissus biologiques pour remplacer les tissus des patients malades. Des recherches sont en cours à l'ISW sur une application d'impression 3D pour soigner l'arthrose du genou à l'aide d'implants cartilagineux personnalisés. Les chercheurs profitent du fait que la fabrication additive peut être utilisée pour produire des composants complexes dont les structures internes peuvent être définies par des compositions de matériaux graduées.

Une chaîne de processus continue, de l'IRM du genou du patient à l'implant personnalisé fini, est en cours de développement à l'ISW (qui fait partie de la WGP - Association académique allemande pour la technologie de production - une association d'universitaires de premier plan dans l'industrie). Les données de balayage sont utilisées pour générer une géométrie de remplacement pour la section défectueuse. Cette géométrie peut être utilisée pour calculer des trajectoires incurvées dans l'espace pour le processus d'impression. Le programme CN est ensuite exécuté sur un système d'impression 7 axes. Une tête d'impression spécialement développée a été couplée à un système de contrôle CNC doté d'une avance avec capacité en temps réel. Il compense le comportement de suivi non linéaire du processus d'impression par extrusion. Le matériau est constitué d'une solution de gélatine modifiée au méthacrylate, qui est durcie à l'aide de LED UV. Les cultures cellulaires cultivées dans un bioréacteur sont dissoutes dans l'équivalent cartilagineux avant d'être implantées. Les biomatériaux sont développés à l'Institut d'ingénierie des procédés interfaciaux et de technologie plasma (IGVP) et à l'Institut Fraunhofer d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie (IGB) à Stuttgart. Metav 2022 consacre des espaces distincts aux deux domaines d'avenir - la fabrication médicale et additive.

Salons reportés

Metav 2022 aura lieu avec Wire and Tube

Les piliers, les bases adhésives en titane ainsi que les vis de laboratoire et d'implant sont des pièces tournées complexes, de nombreuses variantes ou qui nécessitent d'être produites en grande quantité. Cela signifie à son tour un réoutillage fréquent des tours. Ici, un système de gestion d'outils composé de pinces de frettage et d'un dispositif de frettage et de préréglage offre de nombreux avantages. Cette combinaison garantit des niveaux de précision particulièrement élevés, mais également un préréglage d'outil rapide et sûr. "Environ huit minutes peuvent être économisées par outil lors de la configuration de la machine", explique Haimer basé à Igenhausen, qui fournit des packages complets de solutions appropriées. Le fabricant européen de la technologie de serrage d'outils propose des pinces de frettage qui, contrairement aux pinces ER conventionnelles, facilitent les changements d'outils simples et rapides et se caractérisent par leur précision de concentricité. Ils contribuent à réduire les vibrations, ce qui optimise la qualité de surface et la durée de vie de l'outil.

Haimer dispose d'un dispositif de frettage dont la conception horizontale permet notamment la manipulation de petits outils. Le dispositif de frettage est facile à utiliser via un écran tactile 7" et un logiciel intuitif - et la version i4.0 est équipée pour l'intégration numérique dans le système de production. Haimer recommande un autre produit pour le préréglage des outils. Fournissant une mesure d'outil entièrement automatique, il offre l'indépendance absolue de l'opérateur et peut être utilisé sans connaissances ni expérience préalables.L'appareil permet également de transmettre numériquement les données de mesure au tour, soit via les post-processeurs intégrés, soit à l'aide d'un code QR et d'un scanner.

Dans sa production d'instruments chirurgicaux complexes, la société Anton Betzler de Tuttlingen exploite l'efficacité offerte par le système modulaire flexible et stationnaire de Schunk pour le serrage et la configuration sur des centres d'usinage à 5 axes. Les composants des micro-ciseaux et des scalpels sont d'abord fabriqués sur la machine, puis finis manuellement avec un savoir-faire artisanal. Ici, Betzler combine un système de serrage à point zéro avec deux pinces manuelles de la gamme Schunk. Ces pinces sont livrées complètes avec les palettes de serrage correspondantes. La force de serrage dans les étaux peut être ajustée selon les besoins, évitant ainsi toute déformation des pièces forgées minces. L'entreprise familiale de taille moyenne a équipé toutes les machines de deux modules de serrage à point zéro chacune, garantissant ainsi un montage rapide de chaque pince. La pince entière (y compris la palette) est changée pendant le processus d'installation. C'est plus facile et plus rapide que de changer les mâchoires de serrage seules. Cela permet d'éviter les goulots d'étranglement et de raccourcir les délais de livraison. La précision de répétition de changement de < 0,005 mm garantit une grande précision.

Cependant, une précision encore plus grande est possible : une pince pour petites pièces nouvellement développée avec un système de changement rapide de mors peut être changée rapidement et complètement sans avoir besoin d'outils spéciaux. L'accessibilité le rend particulièrement adapté à l'usinage sur 5 faces. Malgré ses dimensions compactes, il offre des forces de serrage élevées jusqu'à un maximum de 16 kilonewtons. Combiné avec un système de serrage à point zéro extrêmement plat, cela permet une utilisation optimale de l'espace machine sur les petites machines-outils. "Notre système modulaire offre aux utilisateurs une flexibilité maximale et les aide à réduire leurs temps d'installation", résume Markus Michelberger, directeur des ventes pour la technologie de serrage chez Schunk. "Nous sommes ravis de démontrer notre expertise à Metav 2022."

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