Usinage de précision pour l'industrie médicale

Répondre aux exigences strictes de finition de qualité des pièces médicales peut présenter des défis que toutes les machines ne sont pas à la hauteur.

Alors que la demande de progrès en médecine continue de s'accélérer, principalement en raison de l'augmentation de l'âge moyen de la population, les fabricants du secteur médical sont mis au défi de suivre le rythme. Bien que ces fabricants puissent être naturellement attirés par les machines nouvellement développées pour répondre aux besoins des clients en matière de production plus efficace de pièces complexes, ils ne devraient pas être surpris par les résultats qu'ils peuvent obtenir d'une machine qui a fait ses preuves au fil du temps.

Fabriquer des machines pour les pièces médicales

Bumotec est un fabricant de centres d'usinage, de fraiseuses-tourneuses et de machines transfert. Il relève du groupe Starrag, une société publique de 1 800 employés basée en Suisse mais avec des installations de fabrication là-bas ainsi qu'en France, en Allemagne et au Royaume-Uni. Le bureau de vente américain, avec environ 35 employés, est situé à Hebron, Kentucky, depuis 2001.

Bumotec est l'une des huit sociétés centrales du groupe, avec un fort accent sur les pièces médicales et micromécaniques. Il a été initialement développé pour servir l'industrie horlogère et a finalement élargi son champ d'application pour des pièces similaires dans d'autres industries. Qu'il s'agisse d'une production mixte/faible volume ou en série, les pièces sont généralement de grande valeur et impliquent des formes petites et complexes.

Le fraisage-tournage de haute précision FTLs191-RP de Bumotec (s191, en abrégé), la machine phare de longue date de l'entreprise, est conçu pour livrer des pièces finies à partir de barres et a fait ses preuves sur les pièces médicales et micromécaniques ainsi que sur les semi-conducteurs, les munitions et autres composants complexes. micro-composants tels que ceux de l'industrie horlogère. Voici un aperçu de la façon dont la machine a gagné en popularité dans la production de pièces de tête fémorale pour un certain nombre de fabricants médicaux.

Produire des pièces "De la barre à la boîte"

Le fraisage-tournage FTLs191-RP livre des pièces médicales et micromécaniques de haute précision de la barre à la boîte en une seule manipulation.

Le s191 a été développé il y a 15 ans pour gérer des formes complexes qui incluent soit une finition meulée soit une tolérance dimensionnelle à quatre décimales - des pièces de grande valeur. Il est couramment utilisé avec des matériaux difficiles tels que le titane, le waspaloy, la céramique, le verre, le quartz, l'inconel et l'inox. La machine est livrée en standard avec un poussoir de barre, mais, aux États-Unis, elle est le plus souvent configurée avec un ravitailleur de barres et un convoyeur à copeaux. Un chargeur de palettes peut également être utilisé.

L'un des avantages de la machine qui tend à se démarquer est l'unité de reprise, une sous-broche complète qui fonctionne comme une station de retournement, permettant l'usinage en position horizontale ou verticale.

Bien qu'il s'agisse d'une machine à sept axes (avec usinage simultané sur cinq axes), elle est disponible exclusivement avec la commande Fanuc 31i-B5 comme solution pour simplifier son fonctionnement. L'entreprise considère la machine comme mondiale, elle a donc fait de cette machine la norme de contrôle FANUC en raison de sa familiarité internationale ainsi que de sa capacité à gérer chaque axe de mouvement dans la production de pièces de précision.

La machine à moteur linéaire à entraînement direct dispose de 25 ch sur l'axe C principal, de 15 ch sur l'axe B et de 12 ch sur la reprise (elle utilise des vis à billes à deux endroits pour la sécurité OSHA, mais uniquement pour le positionnement et non sur les axes d'usinage). La broche de reprise est alignée avec l'axe C et présente presque autant de force. Mais une fois qu'il reçoit la pièce du C, il peut être réorienté pour travailler la pièce verticalement.

La machine est équipée d'une unité de reprise, une sous-broche complète qui fonctionne comme une station de retournement, permettant l'usinage en position horizontale ou verticale.

Une autre option est un étau à deux mâchoires monté à côté de la broche opposée qui peut également être utilisé pour saisir le travail. Si la broche opposée n'est pas nécessaire pour le tournage, l'étau peut retirer la pièce de la coupe, la réorienter et la maintenir pour les travaux de fraisage.

La plupart des machines, basées sur des pinces, sont vendues comme solutions de fraisage à barres, mais elles peuvent également être configurées pour des ébauches brutes. Ils peuvent travailler avec des diamètres de barre de 32 mm à 65 mm. Bumotec travaille en étroite collaboration avec Hainbuch et d'autres fournisseurs pour des solutions de changement rapide qui éliminent le besoin de fabrication et de chargement de montages. La configuration et le changement rapides permettent à la machine de bien s'adapter à un environnement de prototypes à haut volume et à faible volume.

La flexibilité offerte par le système à base de pinces et la capacité de produire des pièces « de la barre à la boîte », comme le promeut l'entreprise, répondent aux besoins des clients, dont beaucoup ont une accréditation médicale ISO et/ou une accréditation FDA. Ils exigent la capacité de montrer un processus établi qui est transférable et reproductible sur plusieurs machines, qui est obtenu avec une précision constante, de la configuration au changement, sur une seule plate-forme.

La machine dispose également de capacités de mesure dans le changeur d'outils.

Le changeur d'outils peut accueillir jusqu'à trois niveaux, avec 30 outils par niveau.

Intégrant la technologie Renishaw, le palpeur optique OMP400 mesure la pièce et le palpeur de réglage d'outil par contact TS27R vérifie la rupture d'outil en longueur et en diamètre. C'est une machine compacte, mais qui offre une bonne rigidité à 10 000 livres. La vitesse de broche standard est de 30 000 tr/min, avec une option de 40 000 tr/min, et les entraînements linéaires offrent une accélération de 1,2 G. Utilisant un carrousel à 3 niveaux de style gâteau de mariage, le changeur d'outils peut accueillir 90 outils (30 par plateau).

Comment usiner une tête fémorale

Alors que le s191 est utilisé pour une gamme de pièces complexes pour diverses industries, une application fait bien de démontrer toutes ses capacités. Lors d'une arthroplastie de la hanche (réalisée pour soulager les douleurs arthritiques ou parfois comme traitement des fractures de la hanche), la tête fémorale - la boule à l'extrémité supérieure du fémur (os de la cuisse) - est remplacée par une prothèse. Bumotec est spécialisé dans les adaptations de machines pour des processus tels que la production de la tête fémorale et a trouvé une belle niche de marché pour les fournisseurs médicaux nécessitant ces pièces.

Selon l'entreprise, le processus clé en main qu'elle a développé pour ces pièces est différent de la façon dont elle était produite par le passé. Il profite de l'unité de reprise pour manipuler la pièce dans la zone de travail, la faisant passer de la barre au produit fini, y compris le tournage, le fraisage, la rectification et la superfinition. La famille des pièces de tête fémorale comprend trois tailles différentes, produites à partir de barres de chrome-cobalt. Différents diamètres de barres et pinces sont utilisés pour s'adapter aux différentes tailles de pièces, mais le programme et l'outillage restent les mêmes. Les meules peuvent également être ajustées, de 28 mm à 35 mm.

La tête fémorale, fabriquée à partir d'une barre de chrome-cobalt, nécessite un tournage, un fraisage, un meulage et une superfinition.

Pendant la production de la pièce, la première station, la broche principale, gère l'ID, la face et les étapes initiales de l'OD. La contre-broche reçoit ensuite la pièce avec une pince Ottet, une marque de pince conçue principalement pour les pièces à paroi mince qui permet de serrer soit sur l'ID soit sur l'OD. Pour l'opération de coupure de la tête fémorale, il se serre en s'expansant sur le DI. A ce stade, la sphère de la pièce est coupée, en commençant en position horizontale (pour un meilleur dégagement des copeaux), puis tournée en position verticale. Trois grains de meule différents sont appliqués, puis un polissage et un travail de super-finition complètent la pièce sur la machine.

La finition de la pièce est de 4 microns et il faut environ 12 minutes pour terminer. La véritable valeur de la machine réside dans son caractère autonome dans la production de pièces telles que la tête fémorale. Le programme est déjà écrit. Une fois les barres chargées, la machine nécessite très peu de surveillance. Tant que de la matière est disponible et que de nouveaux outils sont conservés dans le changeur d'outils, la machine peut continuer à produire indéfiniment. Le changeur d'outils est situé à l'extérieur de la zone de travail, de sorte que les outils peuvent être changés à n'importe quelle étape du processus.

La machine fonctionnant sans surveillance, l'opérateur peut être réorienté pour faire autre chose pendant la journée. Il ou elle peut faire fonctionner trois ou quatre des machines en même temps ou être impliqué dans d'autres projets. La machine clé en main peut fournir un processus robuste et reproductible nécessitant peu de surveillance. Lorsqu'il touche le sol, il fabrique des pièces immédiatement, et le processus bien défini peut être facilement transféré à d'autres emplacements pour la répétabilité du processus.

Chargement palettisé

Dans le showroom de Bumotec, le s191 est configuré avec un palettiseur plutôt qu'un embarreur pour la production de la tête fémorale. Dix palettes sont chargées à la fois, chacune avec 20 à 30 pièces (selon la taille des pièces). L'axe B est utilisé à la fois pour l'usinage et la manipulation de pièces. À l'aide d'un porte-outil HSK 40, l'axe B effectue des opérations de tournage et de fraisage pendant le processus d'usinage. Mais une fois la pièce terminée, il remplace l'outil actuel par une pince à deux mâchoires Schunk. La palette revient dans la zone de travail, et l'axe B saisit la bille et la recharge sur la palette. L'objectif est de sortir les gens de la machine et de permettre au processus de prendre soin de lui-même.