Usinage médical :les fabricants d'outils de coupe offrent des informations et des conseils pour réussir

La fabrication d'implants médicaux est sur le point de connaître une croissance significative à mesure que les techniques et les matériaux s'améliorent continuellement. Ici, des experts offrent des informations précieuses sur les matériaux, les méthodes et les machines-outils utilisés dans l'usinage médical.

Chaque secteur industriel est confronté à des défis uniques, mais l'usinage médical présente certains des plus importants. Des tolérances étroites, des géométries complexes et une traçabilité méticuleuse - ce ne sont là que quelques-uns des obstacles que les magasins médicaux doivent franchir s'ils veulent être compétitifs dans ce domaine exigeant.

Heureusement, de nombreuses personnes bien informées sont prêtes à partager des conseils d'application, à commencer par les experts cités ici.

Pensez aux matériaux. Après l'aérospatiale avec ses superalliages haute température, les métaux utilisés pour fabriquer des composants médicaux arrivent en deuxième position en termes de mauvaise usinabilité. Dan Doiron, chef de produit de fraisage chez Emuge Corp., explique que les barres et les pièces moulées en chrome-cobalt, par exemple, sont couramment utilisées pour fabriquer le composant fémoral (supérieur) d'un implant de genou, le titane servant de plateau tibial en dessous. Les aciers inoxydables tels que le 17-4 PH sont également assez courants dans les applications médicales, telles que l'alignement chirurgical et les outils de serrage utilisés lors de l'installation de l'implant.

Tous sont difficiles à usiner et tous nécessitent des outils de coupe spécifiques au matériau pour une productivité optimale.
 

« Quel que soit l'alliage, je recommande toujours aux clients de se référer à notre site Web ou à notre catalogue lors de la sélection d'outils de coupe », déclare-t-il. "Nous avons une large gamme de géométries destinées à divers matériaux médicaux, ainsi que des revêtements qui aident à maintenir la longévité et offrent une durée de vie optimale de l'outil."

Derek Nading, ingénieur d'applications pour M.A. Ford Mfg. Co. Inc., est d'accord, notant que les outils de coupe personnalisés sont également assez courants dans le secteur médical.

« Nous fabriquons de nombreux alésoirs spéciaux et forets étagés à usage médical, pour lesquels un atelier peut souhaiter réaliser deux éléments ou plus en une seule opération », explique-t-il. "Et les fraises cylindriques, également connues sous le nom d'outils à segments de cercle, deviennent également plus populaires, utilisées principalement pour la finition accélérée des remplacements de la hanche et d'autres implants complexes."

L'ingénieur en recherche et développement de KYOCERA SGS, Jake Rutherford, prévient que les revêtements d'outils de coupe pourraient être interdits dans certaines applications médicales.

"C'est pourquoi nous proposons nos outils revêtus ou non revêtus", déclare-t-il. "Je suis allé dans des ateliers où il était difficile, voire impossible, de valider un processus en raison de la crainte qu'il y ait des éléments microscopiques du revêtement laissés sur le composant, qui pourraient, à leur tour, s'infiltrer dans le corps humain."

Une approche méthodique

Notez que dernier terme :validation de processus. Comme ceux qui fabriquent des composants aérospatiaux critiques, les ateliers médicaux doivent souvent soumettre leurs processus d'usinage à l'approbation du client, et une fois validés, ils sont gelés sur place. Tout écart par rapport à ces processus après coup nécessite des approbations supplémentaires, ce qui rend au mieux l'amélioration continue fastidieuse.

Une morale à cette histoire est que les magasins médicaux devraient faire appel à des experts en outils de coupe au début du cycle de développement du processus. Cela permet de s'assurer qu'ils sélectionnent les meilleurs outils, déterminent les trajectoires d'outil les plus efficaces possibles et évitent de revenir chez le client pour des modifications après validation. Dans d'autres cas, cependant, cela en vaut la peine, en particulier pour les travaux qui durent depuis des années, ou lorsque l'atelier est autrement en retard en termes de technologie d'outils de coupe.

Un exemple typique vient d'OSG USA Inc., où le directeur de district Dustin Loschiavo travaille en étroite collaboration avec un magasin médical du Michigan.

"Nous et certains de nos ingénieurs avons visité leur usine en octobre dernier après avoir accepté de s'associer avec nous", déclare Loschiavo. "Nous avons évalué leurs processus, examiné leurs machines-outils et leurs serrages, et proposé des solutions qui leur permettraient d'économiser plus de 300 000 $ par an sur seulement quatre composants."

Le directeur régional de l'OSG, Chris Dravis, n'est pas surpris. "Dans ce cas particulier, ils utilisaient une technologie d'outil de coupe vieille de 10 ans", dit-il. « En les déplaçant vers des outils conçus pour les parcours d'outils modernes, ils ont pu augmenter considérablement l'engagement de la fraise, améliorant considérablement la durée de vie de l'outil et les taux d'enlèvement de métal. Certes, il y a des coûts internes associés à leur retour au client et à la prise de temps pour revalider les processus, mais dans ce cas et dans bien d'autres, cela en vaut la peine."

Le directeur de district de l'OSG, Aaron Kwapniewski, est d'accord, notant qu'il existe actuellement plus de 6 500 fabricants nationaux de dispositifs médicaux, et qu'il continue d'y avoir une forte demande pour réduire les délais et les prix. "S'ils ne profitent pas des outils les plus récents et les plus performants, ils laissent de l'argent sur la table et risquent peut-être de perdre des affaires au profit d'autres concurrents", note-t-il.

Dan Doiron d'Emuge a vécu des expériences similaires. Il dit qu'il existe des protocoles stricts pour assurer la cohérence de la fabrication des implants. La traçabilité est essentielle, exigeant que les entreprises documentent quel lot de matériau, quelle machine-outil et même le type de liquide de coupe qu'elles utilisent pour une pièce spécifique. « Le passage à une autre marque d'outil de coupe n'est généralement pas autorisé sans un examen de la raison pour laquelle ce changement est nécessaire », dit-il. "Malgré cela, c'est souvent une douleur nécessaire si les magasins veulent rester compétitifs."

Beaucoup de ces pièces sont petites et tombent facilement dans le territoire du micro-usinage. L'ingénieur d'applications de KYOCERA SGS, Jacob Rak, a répertorié une poignée de composants médicaux plus petits, des stents et des vis à os aux pièces pour pompes cardiaques et capteurs de surveillance de la respiration. Les tours CNC de style suisse sont utilisés depuis longtemps pour usiner bon nombre d'entre eux, les centres d'usinage à 5 axes étant plus courants pour la fabrication d'implants.

"Les pièces médicales ont souvent des géométries uniques et sont fabriquées à partir de matériaux difficiles, c'est donc un travail exigeant", dit-il. "Peu importe ce que vous fabriquez, vous avez besoin du meilleur équipement que vous pouvez vous permettre si vous voulez être compétitif."

Relevez la barre porte-outils

Quelle que soit la machine-outil, quelle que soit la pièce, des tolérances serrées et des états de surface extrêmement fins obligent les constructeurs à relever également la barre de leur porte-outils. Le besoin d'un faux-rond minimal et d'une rigidité maximale exige l'utilisation d'un mandrin à ajustement serré ou hydraulique dans la mesure du possible. Les petites fraises peuvent nécessiter un investissement dans des têtes de vitesse pour atteindre la vitesse de fonctionnement correcte, et un liquide de refroidissement haute pression filtré est indispensable. Et suivez toujours les recommandations du fabricant d'outils de coupe. La plupart s'accordent à dire que les machinistes ont souvent peur de pousser les outils aussi fort qu'ils le devraient, ce qui entraîne généralement une usure prématurée des outils.

Certains ont également peur d'investir dans des outils de haute qualité ou de demander de l'aide pour les sélectionner. C'est selon Doiron, qui a noté qu'Emuge, comme la plupart des fabricants d'outils de coupe, effectue des tests scientifiques sur les nuances de carbure, les revêtements, les angles de coupe et d'hélice, les entailles d'extrémité et plus encore. Oui, toutes ces entreprises veulent vendre des outils, mais la meilleure façon de le faire est de fournir à leurs clients des résultats positifs.

« L'investissement dans l'outil optimal pour une application peut faire la différence entre une panne de courant, ou même entre un profit et une perte », note-t-il. "C'est mon expérience, à la fois en tant qu'utilisateur final et chez Emuge."

Quels conseils ou techniques pouvez-vous partager sur l'usinage médical ? Faites-le nous savoir dans les commentaires ci-dessous.