Usinage additif et soustractif en technologie médicale Des procédés FAO pour des implants de qualité supérieure

Auteur / Rédacteur: Source : Open Mind / Marina Hofstetter

L'impression 3D révolutionne la fabrication d'implants : nouvelles formes, nouvelles combinaisons de matériaux et fabrication individuelle. Mais il n'y a pas d'usinage additif sans usinage de reprise. Le logiciel de FAO hyperMILL réduit ces efforts et transforme les nouvelles possibilités techniques en processus économiques.

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Stratégies de finition hyperMILL efficaces pour le fraisage à l'aide de fraises tonneaux : les implants usinés de manière additive ne doivent plus être retravaillés.
Stratégies de finition hyperMILL efficaces pour le fraisage à l'aide de fraises tonneaux : les implants usinés de manière additive ne doivent plus être retravaillés.
(Source : Open Mind)

L'anatomie humaine permet des approches génériques, mais chaque patient a besoin d'une solution personnalisée. Les prothèses et les implants doivent donc être fabriqués et ensuite adaptés. Cela demande non seulement des efforts supplémentaires, mais peut également avoir un effet négatif. Exemple : jusqu'à présent, les plaques osseuses standard étaient généralement déformées manuellement pour les adapter. Cependant, cela crée des tensions accrues dans la zone de flexion, avec pour conséquence l'affaiblissement de l'implant. Dans le cas d'implants fortement sollicités, comme les plaques de mâchoire, la déformation peut entraîner une réduction de la durée de vie de l'implant.

L'impression 3D de composants métalliques a ouvert de nouvelles possibilités pour la fabrication d'implants déjà adaptés individuellement. Les outils de conception générative peuvent être utilisés pour développer des formes optimisées en termes de stabilité et de poids. Il est également possible de créer des textures de surface spéciales pour améliorer le comportement de croissance du tissu. Autre avantage important : en mélangeant les métaux appliqués sous forme d'une poudre, il est possible d'obtenir de nouveaux alliages et de nouvelles combinaisons de matériaux. Des surfaces de contact constituées d'un matériau différent peuvent être utilisées pour obtenir une résistance à l'usure particulièrement élevée, par exemple dans un implant de genou.

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Du programme à l'implant

Les « pièces de rechange » doivent être programmées individuellement. Qu'une pièce soit fraisée à partir d'un brut ou créée couche par couche, une construction doit toujours être convertie en trajets d'outils (optimisés). La suite de CAO/FAO hyperMILL d'Open Mind peut le faire pour les centres de fraisage 5 axes ainsi que pour les machines d'usinage additif utilisant le procédé Direct Energy Deposition (DED) ou le Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). Il est important que le système logiciel comprenne des fonctions de standardisation et des solutions d'automatisation pour la création du programme CN. Les tâches de programmation FAO au sein d'une famille de pièces, par exemple le perçage, l'ébauche, la finition ou la gravure, sont souvent similaires. Les systèmes de plaques osseuses utilisés pour la stabilisation et la réparation de fractures ou pour la reconstruction après une opération d'un cancer sont souvent peu différents. Les tâches identiques et récurrentes peuvent être standardisées et automatisées dans hyperMILL. Le logiciel reconnaît les features, c'est-à-dire les informations de géométrie et d'usinage utilisées, automatiquement issues du modèle CAO, et fournit des modèles de programmation, appelés macros, avec lesquels la programmation est plus rapide, par exemple lorsqu'une prothèse doit être dérivée du CT-scan d'un os.

Deux procédures, un processus

Généralement, les pièces usinées de manière additive doivent toujours être retravaillées. Le procédé de fusion sur lit de poudre nécessite des structures auxiliaires de soutien, qui doivent ensuite être retirées. Les pièces sont créées par couches à l'aide de la technologie additive, et cela se remarque également sur leurs surfaces. Les surfaces lisses ne sont obtenues que lors de l'usinage de reprise. Aujourd'hui, les machines hybrides permettent cette combinaison d'usinage additif et soustractif. Pour programmer les codes CN de ces machines, optimiser les trajets d'outils et les simuler à l'avance afin d'éviter les collisions, il convient d'avoir recours à un système FAO adapté aux deux situations. Mais hyperMILL est presque plus important pour le processus lorsque l'usinage additif et l'usinage soustractif sont réalisés sur des machines différentes.

Orientation des pièces sur simple pression d'un bouton

Une difficulté majeure jusqu'à présent : lors de la configuration d'une pièce issue de l'impression 3D dans un centre de fraisage, la tâche consiste à aligner manuellement le bridage pour qu'il s'adapte au programme CN de la machine. La pièce est orientée avec comparateur, cycles de commande et beaucoup de doigté. En d'autres termes, le bridage réel s'adapte au monde virtuel de la programmation. Ce processus chronophage est chargé d'incertitudes et de risques et doit souvent être répété plusieurs fois. D'autant plus que l'on ne fraise pas à partir d'un brut aux dimensions généreuses, mais à partir d'une pièce qui, à part de petites imperfections, correspond déjà au produit final souhaité.

Avec la fonction hyperMILL Best Fit, Open Mind offre une réponse innovante à ces difficultés et atteint ainsi un niveau de sécurité des processus sans précédent : Best Fit oriente automatiquement la pièce. Au moyen d'une mesure 3D, la pièce brute non orientée est palpée sur la machine et le protocole de mesure est envoyé à la FAO. Le logiciel adapte le code CN à la position réelle de la pièce. En d'autres termes, c'est donc le monde virtuel (programmation) qui s'adapte ici au monde réel (bridage), et non l'inverse ! Le code CN corrigé est par la suite simulé dans la machine virtuelle sur l'état de bridage effectif et automatiquement optimisé. Contrairement aux solutions précédentes disponibles sur le marché, Best Fit ne modifie pas le point d'origine sur la commande et crée des trajets d'outil soumis à un contrôle total des collisions.

En résumé

La possibilité d'utiliser l'usinage additif pour fabriquer des implants et des prothèses spécifiques aux patients constitue à la fois une opportunité et un défi. Chaque pièce étant désormais une pièce unique, la programmation de la fabrication mécanique doit être la plus efficace possible et permettre un processus continu sans source d'erreur. Cela nécessite un système de CAO/FAO qui automatise les étapes de travail, en particulier lorsque le modèle de données de la construction et la situation réelle de l'usinage menacent de diverger.

MSM

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