Techniques industrielles Industrie Medtech et fabrication additive

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La fabrication additive ouvre de plus en plus de perspectives dans l'industrie des technologies médicales : prototypage rapide, personnalisation des implants, production en série, etc. Tant au niveau des applications qu'au niveau de l'évolution des machines d'impression 3D, l'innovation bat son plein.

Les 9 et 10 septembre dernier se sont tenus en parallèle deux salons dans les locaux de Messe Luzern : le Swiss Medtech Expo, le salon de l'industrie des technologies médicales, et l'AM Expo, salon dédié à la fabrication additive. Les deux sujets ont été mis à l'honneur ensemble lors d'une série de conférences, donnant un aperçu de l'état de l'art des applications de la fabrication additive dans l'industrie Medtech.

L'impression 3D révolutionne la fabrication de prothèses en permettant une personnalisation des produits en fonction du patient, mais aussi le développement et la fabrication d'instruments chirurgicaux, notamment grâce à sa capacité à produire en série de manière efficace et évolutive. « Alors qu'elle était traditionnellement utilisée pour des pièces uniques et des prototypes, cette technologie permet désormais aussi la fabrication rentable de séries d'instruments de haute précision », explique Nicolas Bouduban, CEO de Swiss m4m Center.

Du prototype à la production en série

Longtemps cantonné à la fabrication de prototypes, l'impression 3D permet aujourd'hui la fabrication de séries de quelques pièces jusqu'à 1000 pièces à des coûts intéressants. En outre, de nombreux matériaux peuvent être utilisés, dont l'acier inoxydable et le titane, particulièrement courant dans l'industrie medtech.

Un service de prototypage rapide par impression 3D peut réduire les temps de production jusqu'à 75 % par rapport aux méthodes d'usinage conventionnelles. Cela accélère les itérations de conception et raccourcit considérablement le délai de mise sur le marché d'un produit.

La fabrication additive offre en outre un avantage certain : à la différence de l'usinage traditionnel, le passage du prototype à la production en série nécessite exactement la même machine, les mêmes « outils », et le même processus, facilement optimisable pour une productivité accrue. Le gain de temps est donc là aussi extrêmement intéressant.

Optimisation du design, réduction des coûts

En termes de design, l'impression 3D ouvre un champ de conception plus large que l'usinage traditionnel, ce qui peut conduire à une réduction des coûts de production. Au-delà des designs optimisés pour réduire l'utilisation de matière première, la fabrication additive permet ainsi de fabriquer des instruments complexes en un seul morceau, alors qu'ils auraient été constitués de plusieurs composants en usinage traditionnel.

Les avantages d'une production hybride

Si l'impression 3D métallique permet de fabriquer des pièces complexes avec une liberté de design inédite, leur qualité finale dépend cependant largement des étapes de post-traitement. L'impression 3D combinée à l'usinage traditionnel devient donc une approche de fabrication hybride permettant une production efficace de composants de haute qualité. En effet, l'impression 3D seule ne suffit pas à répondre aux exigences de fabrication pour l'industrie medtech, en particulier en termes de qualité de surface, qui est déterminante pour assurer la fonctionnalité des produits. La rugosité de surface en impression 3D n'équivaut pas, et de loin, à celle obtenue par usinage traditionnelle de métal, ce qui entraîne une sensibilité plus importante à la corrosion par exemple. Au-delà de l'évidence d'utiliser des matériaux de bonne qualité, les étapes de postproduction sont donc indispensables : séparation des pièces de la plaque, retrait des supports, traitements thermiques pour corriger les déformations, traitements de surface pour la résistance à la corrosion et l'esthétique, polissage, nettoyage, etc.

Une fois les paramètres réglés correctement, la fabrication additive en soi est relativement simple. La maîtrise des processus en aval afin d'obtenir des produits de qualité est en revanche plus difficile. C'est donc au niveau de la post-production que se situe les défis principaux d'un processus de fabrication hybride.

Ainsi sont les atouts de l'impression 3D combinée à des étapes de finition traditionnelles pour la production en série : des conceptions complexes optimisées, une qualité constante, et des coûts réduits.

Des machines de plus en plus compactes et accessibles

La démocratisation de l'utilisation des technologies d'impression 3D passe aussi par les machines. Jusqu'ici, les imprimantes 3D métal étaient majoritairement réservées aux grands groupes et aux prestataires spécialisés. La taille imposante des machines, leur coût élevé (souvent au-delà de 150 000 CHF), ainsi que les contraintes d'infrastructure (bouteilles de gaz, système de ventilation, gestion des poudres en amont et en aval, four de traitement thermique, etc.) représentaient des freins majeurs pour les PME.

De nouveaux concepts viennent toutefois changer la donne, en intégrant des systèmes de cartouches sécurisées pour la poudre, en réduisant drastiquement l'encombrement, et en simplifiant l'utilisation. Ces avancées rendent l'impression 3D métal plus accessible aux petites structures.

Sécurité et contraintes d'infrastructure

Deux facteurs clés en termes de sécurité pèsent encore sur l'adoption par les PME de la fabrication additive métallique : la poudre métallique, qui contient des particules de taille inférieure à 10 microns pouvant se déposer sur les voies respiratoires, et l'utilisation de gaz inertes sous haute pression, indispensables pour éviter l'oxydation du métal.

Même avec des machines plus simples d'utilisation, des infrastructures complémentaires restent nécessaires : systèmes de ventilation, dispositifs d'aspiration pour récupérer la poudre, tamisage pour le recyclage, et fours de traitement thermique. « L'utilisation de poudre métallique et d'un gaz protecteur sont inhérents à la fabrication additive métallique, mais leur gestion est aussi la principale contrainte en termes de sécurité du procédé », souligne Stephan Steiner, CEO & co-fondateur d' a-metal AG. C'est dans cette optique que l'entreprise a développé une machine compacte, équipée d'un système de chargement de poudre par cartouche, et nécessitant une infrastructure réduite. La sécurité des utilisateurs est donc améliorée et l'encombrement total réduit pour une machine au prix plus abordable.

Une technologie en phase de démocratisation

La fabrication additive s'impose progressivement comme un pilier de l'industrie medtech. Du prototypage rapide à la production en série, elle offre aux fabricants d'implants et d'instruments chirurgicaux, entre autres, de nouvelles perspectives en termes de rapidité, de personnalisation, et de réduction des coûts. Longtemps réservée à la fabrication de prototypes ou aux grandes entreprises, l'impression 3D devient désormais une option réaliste pour les PME et les laboratoires spécialisés, ainsi que pour la production en série.

Si des défis subsistent, notamment en matière de sécurité et de postproduction, les avancées actuelles montrent que l'impression 3D métallique est en train de franchir une étape clé : passer de la promesse d'innovation à une réalité industrielle au service des professionnels du secteur et, in fine, des patients. MSM

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