Fabrication de précision de moules pour solutions d'emballage pharmaceutique

Kansas City Design (Lambertville, NJ) n'est pas un atelier de moules typique : c'est un studio d'ingénierie unique en son genre qui se spécialise dans le prototypage et l'outillage de production. Le propriétaire William Arnold a commencé sa carrière en faisant du travail conceptuel dans l'emballage pharmaceutique et a mis cette expertise à profit pour créer sa propre entreprise en 1997 — se spécialisant dans la conception, le développement, l'ingénierie et la création d'emballages et d'échantillons d'emballage pour l'industrie pharmaceutique. Les services supplémentaires incluent les moules usinés CNC, l'outillage utilisé dans le thermoformage et l'équipement d'emballage pharmaceutique, les rendus artistiques et informatiques, la documentation d'ingénierie 2D et 3D, les graphiques, l'ingénierie d'emballage et le prototypage, l'outillage à froid et les échantillons, les emballages à l'épreuve des enfants, et les échantillons de test de stabilité pour tous types d'emballages.

Quand le moment est venu pour Arnold de choisir un centre d'usinage le mieux adapté à la large gamme de produits et services que Kansas City Design offre — particulièrement pour l'emballage pharmaceutique, l'outillage de thermoformage prototype et production ainsi que l'outillage à froid — il a opté pour le centre d'usinage grande vitesse DATRON de DATRON Dynamics (Milford, NH). Selon Arnold, il correspondait le mieux aux besoins de l'entreprise pour une machine à petite empreinte qui pourrait laisser ses moules avec une finition de haute qualité ne nécessitant aucun travail manuel.

« Nous créons des moules prototypes de qualité production, et des scelleuses, qui produisent des échantillons de qualité production pour tous types de tests, » élabore Arnold. « Nous créerons ensuite aussi l'outillage de production si le client l'exige. » Les exemples incluent les emballages à l'épreuve des enfants, seniors, marché, groupes de discussion, essais cliniques, et tests de vieillissement accéléré.

« Nous sous-traitons notre travail d'usinage et nous nous concentrions juste sur la conception et la fabrication d'échantillons, mais nous dépensions trop d'argent et ça prenait trop de temps pour récupérer les moules, » continue-t-il. « J'ai commencé à regarder les machines CNC, mais le logiciel accompagnant était trop cher. L'un était à 14 000 $ à l'époque où j'ai commencé à vérifier. Je voulais aussi une grande zone de travail qui accepterait des bruts jusqu'à 20" x 20" et qui offrait répétabilité et précision, avec une broche haute fréquence qui me permettrait d'utiliser de minuscules outils jusqu'à 0,001 pouce de diamètre. »

AVANTAGES POUR L'EMBALLAGE PHARMACEUTIQUE

Les recherches d'Arnold l'ont mené au DATRON. « J'ai cherché sur le web chaque fois que j'avais du temps libre pendant plusieurs semaines pour voir ce qui était vraiment disponible. Je n'ai pas vraiment trouvé beaucoup de choses qui n'étaient pas un prix fou », dit Arnold. DATRON était génial à travailler avec — équipe commerciale et service amicales et accès facile au financement ou location. Cela semblait le mieux adapté à notre application parce qu'il peut usiner n'importe quoi, d'un grand moule (jusqu'à 20" x 20") jusqu'à presque microscopique. Il peut aussi percer les trous de ventilation requis pour l'outillage de thermoformage. Tous nos moules d'échantillon sont coupés dans du Ren 5169, un matériau de type plastique rouge-ridgé utilisé pour les bouchons de thermoformage, qui fournit en fait une meilleure clarté qu'un moule en aluminium quand des plastiques clairs sont formés dessus. Nos moules de production sont en aluminium, et cette machine excelle avec l'aluminium. Le plastique — quand il est refroidi avec de l'alcool pendant la coupe — sort encore plus poli que l'aluminium. De plus, la surface est plus glissante, ce qui permet au matériau de s'écouler plus facilement quand il est aspiré sur le moule. »

Le DATRON laisse aussi une finition de surface supérieure, note Arnold. « Avec l'incroyable précision que le DATRON fournit, il élimine les marques d'outils typiques des moules 3D qui sont coupés avec un pas de côté. »

De plus, la vitesse à la fois en régime de broche et en vitesses de déplacement jusqu'à 16 m/min et une précision de 0,0005 pouce (0,0127 mm) permet l'usinage de l'aluminium d'être incroyablement rapide et précis. « La broche haute fréquence peut facilement gérer des fraises jusqu'à 0,001 pouce de diamètre, ce qui vous permettrait en fait de percer dans le bout d'un cheveu humain si nécessaire, » souligne-t-il. « Cela nous donne la capacité de percer de minuscules trous de ventilation. Nous perçons généralement de 0,013 à 0,025 pouce — ce qui est requis pour tous les emballages thermoformés tout en étant encore dans la machine, car les trous dans le moule permettent à un vide d'aspirer l'air hors du moule. D'autres ateliers font cela à la main parce que leurs CNC ne gèrent pas un petit foret comme ceux utilisés pour ventiler les moules, donc ils doivent utiliser un outil style Dremel pour percer les trous. »

La petite empreinte de la machine de 51" x 51" x 77" (1,3 x 1,3 x 1,95 m) est aussi un grand atout. « Avec les fraiseuses conventionnelles, la table bouge et c'est un gros morceau d'acier, » dit Arnold. « C'est très lent et sujet à l'usure. Avec cette machine, la tête bouge sur des vis à billes de précision entièrement, donc il n'y a pas de problèmes comme ça. Elle a aussi une base en granit solide de quatre pouces, qui est la substance la plus stable qu'on puisse obtenir et qui n'est pas affectée par la température ou le stress. De plus, c'est un matériau très fort qui peut être rendu incroyablement plat. À cause de son poids, elle n'est pas sujette aux mouvements causés par la machine. »

TIENT DANS UN LAB D'EMBALLAGE PHARMACEUTIQUE

Un avantage inattendu est la capacité de la machine à être utilisée dans un lab, studio ou environnement de salle blanche. « Bien que je cherchais des machines qui avaient cette capacité, je n'avais aucune idée que l'éthanol pouvait être utilisé comme liquide de refroidissement, ce qui permettrait qu'elle soit en salle blanche, » note-t-il. « Les liquides de refroidissement conventionnels ne sont pas autorisés en salle blanche. Avec le refroidissement par alcool, la machine pulvérise une brume d'alcool sur l'outil et le matériau, et les pièces sortent propres et stériles, sans fluides usagés. La pièce peut alors simplement être essuyée avec un chiffon. Vous n'essayez pas d'enlever l'huile et autres contaminants qui sont encore dans les trous de ventilation, trous filetés, etc. Les gars de la pharma adorent voir ça. J'ajoute l'information sur la machine dans mon devis à un client, 'Moule d'échantillon usiné CNC de précision sur la machine DATRON refroidie à l'alcool.' C'est un excellent outil de vente pour nous et a vraiment décroché du travail. »

Robert Murphy, VP du Développement Commercial chez DATRON, souligne que la combinaison d'une broche grande vitesse de précision (60 000 tr/min) alimentée par un générateur haute fréquence produit une finition de surface de haute qualité. Et il y a très peu de maintenance qui doit être effectuée sur les machines, sinon aucune. « Parce que nos systèmes sont conçus pour utiliser des composants à faible consommation d'énergie, cela a un effet positif sur la fiabilité de l'équipement et réduit le potentiel de faire des dommages sérieux pendant l'opération, » dit Murphy. « Avec une multitude de dispositifs de sécurité et de capteurs dans toute la machine, elle peut alarmer ou arrêter une opération avant que tout dommage ne soit fait. En raison de notre conception modulaire de machine, nous avons trouvé que 90 pour cent des problèmes peuvent être résolus directement par téléphone. Quand une pièce a besoin de remplacement, elle peut être envoyée du jour au lendemain et être installée par le client — économisant les temps d'arrêt et la dépense d'un appel de service sur site. »

Un autre avantage clé est la gain de temps que Kansas City Design a réalisé. Ce qui prenait 18 heures aux autres ateliers auxquels Kansas City Design sous-traitait son travail pour usiner prend maintenant une ou deux heures pour l'entreprise. « DATRON coupe l'aluminium à grande vitesse comparé aux machines conventionnelles, » conclut Arnold. « Là où les autres osent marcher, le DATRON vole ! »

POCHETTES THERMOFORMÉES POUR L'EMBALLAGE PHARMACEUTIQUE

Selon le propriétaire de Kansas City Design, William Arnold, les produits pharmaceutiques en vente libre sont presque exclusivement distribués dans des emballages thermoformés, qui fournissent la protection barrière appropriée et la résistance aux enfants en plus d'être adaptés aux seniors. « Ces pochettes sont produites sur des machines d'emballage grande vitesse, qui utilisent des moules en aluminium pour former les pochettes, » explique Arnold. « Les matériaux et l'outillage qui entrent en contact avec des surfaces qui pourraient toucher le produit pharmaceutique est toujours une énorme préoccupation car cela peut créer des impuretés dans le produit pharmaceutique. Par conséquent, chaque étape et fonction doit être soigneusement considérée. Être dans ce business m'a donné un respect pour ce que la plupart diraient être le coût élevé des produits pharmaceutiques. La quantité de tests et de recherche est stupéfiante — et la plupart des gens ne réalisent pas ça. À la fin de la journée, je suis reconnaissant d'être dans ce business et j'ai l'impression d'avoir fait une différence et sauvé des vies. »