L'univers du médical découvre la polyvalence et la précision de l'usinage par jet d'eau

Mercredi 26 octobre 2022

Les fabricants de composants médicaux profitent de plus en plus de l'usinage par jet d'eau abrasif. Il s'agit d'un processus polyvalent et précis qui répond aux besoins de nombreux fabricants de pièces médicales tout en offrant certaines fonctionnalités qui ne sont pas disponibles avec d'autres process d'usinage. Ces fabricants optent pour l'usinage par jet d'eau, principalement parce qu'il ne crée pas de zone affectée thermiquement pouvant compromettre les performances de la pièce.

De plus, les applications médicales impliquent souvent de petites pièces complexes qui peuvent être difficiles à brider et à maintenir stables contre la force générée lors de l'usinage conventionnel. La découpe au jet d'eau n'exerce pratiquement aucune force sur la pièce à découper, ce qui réduit les problèmes de montage pour maintenir les brides (le cas échéant) hors du parcours de découpe. La capacité de l'usinage par jet d'eau à couper pratiquement n'importe quel matériau, est également un facteur important lorsque l'on considère la gamme, sans cesse élargie, de matériaux et de typologies de pièces, utilisés dans le secteur des composants médicaux.

Un jet d'eau peut couper tous les métaux, des aciers aux alliages à base de nickel et des pièces non métalliques, y compris la fibre de carbone, le PEEK, le graphite, les composites, les stratifiés et bien plus encore. Les matériaux réfléchissants et non conducteurs qui posent des défis pour l'usinage laser ou l’électroérosion, ne sont pas un problème pour une machine de découpe par jet d'eau.

Un exemple de matériau médical particulièrement difficile et découpé avec succès sur une machine jet d'eau, est l'alliage nickel-titane connu sous le nom de Nitinol. Appelé "acier à mémoire", il est flexible et peut être plié et façonné avec des angles aigus, mais il est également conçu pour reprendre sa forme d'origine lorsqu'il est chauffé. Les fabricants de composants médicaux utilisent cet alliage pour fabriquer des pièces telles que des stents vasculaires auto-expansibles. Les stents sont comprimés afin de pouvoir être insérés dans un vaisseau sanguin, puis ils se dilatent ensuite jusqu'à leur forme d'origine dans le vaisseau, lorsqu'ils sont exposés à la température de 37 °C du corps humain.

Pour de nombreuses applications de Nitinol, le laser ou les méthodes d'usinage conventionnelles ne sont pas efficaces. L'usinage par jet d'eau permet de découper des formes de stent complexes à partir d'un matériau plat, puis de les rouler en cylindres pour les adapter à l'intérieur d'un vaisseau sanguin. Même avec des pièces très finement détaillées, l'usinage au jet d'eau peut éliminer les problèmes d'usinage conventionnels tels que l’état de surface ou les bavures, qui sont problématiques dans les pièces médicales.

En réponse au besoin de produire de petites pièces précises pour le secteur médical et des applications similaires, nous avons conçu notre centre d’usinage MicroMAX. Étant donné que la précision et la cohérence sont d'importance égale à la capacité de traiter des pièces plus petites, la machine MicroMAX est équipée d'un codeur optique linéaire de 0,1 micron et offre une précision de positionnement inférieure à 5 microns. La structure de la machine est très rigide avec des ponts et des chariots de faible masse, ainsi qu'une isolation antivibratoire des tables et des portiques. Il est conçu avec une enceinte totalement close et peut fonctionner dans des environnements type salle blanche.

Pour une précision accrue, la machine offre aux fabricants médicaux, l'option de refroidissement qui se connectent à un refroidisseur et maintiennent une température constante de 21°C ​​dans la machine, éliminant les variations dimensionnelles liées à la chaleur et à la dilatation des pièces. La découpe au jet d'eau elle-même ne génère pas de chaleur, mais le frottement de l'abrasif lors de la découpe va augmenter progressivement la température de l'eau dans le réservoir de la machine. Les ateliers qui n'ont pas à respecter les spécifications au niveau du micron peuvent ignorer quelques degrés de différence de température dans l’enceinte d'usinage, mais les utilisateurs comme les fabricants médicaux ou électroniques exigent des performances constantes à ces précisions. Le centre d’usinage MicroMAX offre une répétabilité de ± 3 microns et une précision de ± 13 microns sur toute la table de la machine.

Étant donné que l'industrie médicale est généralement très discrète sur ses pièces et sur la manière dont elle les produit, il peut être difficile de préciser comment elle tire parti de l'usinage par jet d'eau. Souvent, les utilisateurs potentiels ne communiqueront pas en détail la fonction d'une pièce, mais enverront à OMAX un fichier contenant un minimum de détails sur les caractéristiques pour savoir si la pièce peut être réalisée avec l'usinage par jet d'eau. Les pièces médicales comprennent, mais sans s'y limiter, les stents, les outils chirurgicaux, les composants qui peuvent être insérés dans le corps et une variété de prothèses. Un récent projet OMAX pour une entreprise de produits dentaires consistait à couper de minuscules dents sur une scie dentaire vibrante.

Dans de nombreuses applications médicales, les fabricants utilisent un jet d'eau pour produire un prototype, puis envoient la pièce à une société de production pour qu'elle soit estampée, moulée ou coulée, pour une production en grande série. De plus, les défis liés au matériau de la pièce peuvent faire du jet d'eau, le seul moyen de produire une pièce. En fonction du volume de production et d'autres considérations, telles que les problèmes de confidentialité, un fabricant médical peut couper la pièce sur son propre jet d'eau ou l'envoyer à un fournisseur qui possède plusieurs machines.

Étant donné que le process du jet d'eau ne nécessite pas d'outillage spécifique ou de programmation FAO, une entreprise sans expérience approfondie de la conception 3D peut passer d'un dessin fait sur un coin de table, à la visualisation d'un modèle sur un écran d'ordinateur, en quelques minutes. D'autre part, les utilisateurs familiarisés avec la conception 3D ne sont pas limités au logiciel OMAX. Nous travaillons avec tous les principaux acteurs de la conception de logiciels 3D et avons développé des plug-ins pour nos logiciels d'exploitation. Les utilisateurs peuvent télécharger une conception de pièce, spécifier le matériau à couper et son épaisseur, et la pièce sera déjà prête pour être découpée. Si un modèle 3D est disponible, notre logiciel IntelliCAM peut générer des trajectoires d'outil 2D ou 3D à partir de celui-ci.

La polyvalence de l'usinage au jet d'eau est à l'origine de son adoption dans l'industrie médicale et dans des applications similaires. Un utilisateur n'achète généralement pas un jet d'eau pour couper un seul type de pièce. Une machine utilisée pour le Nitinol aujourd'hui, par exemple, pourra couper du titane demain et de l'acier inoxydable après-demain. Les formes et les épaisseurs des pièces sont également très variables. Contrairement à certaines méthodes d'usinage « à l’ancienne », aucune contrainte n'est induite par l'outil de coupe. De plus, les techniques liées à l’usinage par jet d'eau peuvent être complémentaires avec d'autres méthodes d'usinage. Par exemple, l'ébauche d'une pièce au jet d'eau peut être suivie d'un usinage de finition classique. De nouvelles applications apparaissent constamment car les fabricants qui utilisent l'usinage par jet d'eau ne sont limités que par leur imagination … et par leurs machines-outils.


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