Les commandes HEIDENHAIN en technologie médicale

HEIDENHAIN

L‘iTNC 530 pour uNE méDECINE HIgH-TECH

02

/2

01

3

RApIDE Et pRécIsE pouR DEs suRfAcEs pARfAItEs DE composANts méDIcAux

Medical

2

Ed

ito

rial

"Docteur, un médicament s'il vous plaît!"

Usinage de composants médicaux de haute précision avec les commandes numériques HEIDENHAIN

Chères lectrices KLARTEXT, chers lecteurs,

Bien entendu, lors d’opérations chirurgi-cales, distribuer des médicaments ne suf-fit pas, car ce secteur exige avant tout des composants de très haute précision.

Prothèses de la hanche, de la mâchoire ou implants dentaires remplacent aujourd’hui certains organes du corps humain. Les im-plants sont usinés avec une telle précision que les chirurgiens peuvent les mettre en place sans contrainte. Après une opéra-tion, les risques d’infections ne sont plus à craindre grâce aux surfaces de formes complexes parfaitement lisses et homo-gènes.

Les outils utilisés dans le bloc opératoire doivent eux-mêmes posséder certaines caractéristiques : les instruments chirur-gicaux de qualité doivent présenter des surfaces lisses très précises. Les com-posants de certains instruments doivent pouvoir s’ajuster parfaitement en cas de montage et de démontage pour être net-toyés et désinfectés.

Les techniques chirurgicales et les ins-truments utilisés évoluent en perma-nence. Dans nos sociétés, la demande en implants et autres prothèses est en constante progression – une des princi-pales causes en est le vieillissement de la population.

HEIDENHAIN propose des solutions à ces problèmes avec de nombreuses fonc-tions spéciales intégrées dans ses com-mandes numériques. Des articulations, des instruments chirurgicaux ou encore des implants peuvent ainsi être fabriqués avec une grande précision et une qualité de surface élevée. Quelques caractéris-tiques déterminantes : un guidage perfor-mant des mouvements lors d’usinage 5 axes simultanés, un contrôle dynamique anticollision (DCM) et une compensation des erreurs des axes rotatifs avec Kine-maticsOpt.

Nous vous souhaitons une bonne santé et une agréable lecture !

La rédaction Klartext

EditeurDR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH Boite postale 1260 83292 Traunreut, Allemagne Tel : +49 8669 31-0 HEIDENHAIN sur Internet : www.heidenhain.fr

Crédits photos Deharde GmbH : page 8, 9 iStockphoto : page1, 2 en bas, 3 en bas, 4 en haut, 6, 7, 10 Stock.XCHN : page 8 en haut autres illustrations © DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH

3Klartext medical + 02/2013

So

mm

air

e

Sommaire... quand tout doit être parfaitement lisseQualité de surface en technologie médicale Palettisation pour usinage en série 4

précision dès la première pièceReportage chez Robert Ott GmbH 5

itNc 530 – Application pour une technologies médicale innovanteReportage chez SYNTHES 6

précision sous les feux de la rampeProduction de lampes d’éclairage pour les salles d’opération avec l’iTNC 530 8

La commande numérique haut de gamme iTNC 530 pour les fraiseuses, perceuses et centres d’usinage.

ResponsableFrank MuthmannE-Mail : info@heidenhain.de Klartext sur Internet www.heidenhain.fr

Rédaction et maquetteExpert Communication GmbH Richard-Reitzner-Allee 1 85540 Haar, Allemagne Tel: +49 89 666375-0 E-Mail : info@expert-communication.de www.expert-communication.de

4

L’usinage de séries de pièces pour la technologie médicale est particuliè-rement facile avec les commandes HEIDENHAIN : la gestion des palettes vous y aide. Vous définissez la stratégie d’usinage de vos pièces dans le tableau des palettes de façon à optimiser le pro-gramme CN après chaque changement d’outil. Avantage : les méthodes d’usi-nage peuvent être appliquées à d’autres programmes CN. En effet, vous pouvez activer les décalages d’origine ou les tableaux de points-zéro dans le tableau des palettes. Vous gagnez du temps lorsque des pièces identiques sont usi-nées sur un dispositif de bridage multi-pièces.

Dans la pratique, il est fréquent de devoir arrêter l’usinage en cours pour usiner une autre pièce en urgence. Cela requiert une certaine flexibilité. Lorsque cette situation se présente, la gestion des palettes mémorise le fichier palettes avec un code d’identification. Celui-ci vous permet de reprendre l’usi-nage au point d’interruption.

palettisation pour usinage de pièces en série

... quand tout doit être parfaitement lisse.

En médecine moderne, de plus en plus de „pièces détachées" sont utilisées pour traiter les fractures. Les qualités fonctionnelles de ces pièces sont très pointues – que ce soit pour stabiliser une colonne vertébrale ou pour remplacer une articulation complète. La qualité de surface de ces pièces est une des caractéristiques les plus importantes. A cet effet, une très faible rugosité est exigée ainsi qu’une précision élevée.

maîtriser la dynamique

Quelle rapidité dans le volume de travail : suivre les déplacements d’outil est quasi-ment impossible. Les pièces techniques médicales sont usinées sur des petites ou moyennes machines-outils. La dynamique y est importante : dans l’espace d’usi-nage, l’outil se déplace à des vitesses d’environ 50 à 60 m/mn. Les courses sont extrêmement faibles. Le risque : sur la machine peuvent apparaître des vibra-tions à l'origine d'une altération de la pré-cision d’usinage.

Les performances des commandes HEI-DENHAIN contribuent à maîtriser cette dynamique élevée. Avec une gestion pré-cise et rapide des mouvements, l’iTNC 530 garantit un suivi de contour ultra-pré-cis. Même à vitesse élevée, la commande gère avec précision les déplacements de l’outil sur la surface de la pièce.

Eviter les collisions

Les dangers de collision sont élevés lors de déplacements rapides dans des vo-lumes réduits. Dans ces cas d’urgence, l’opérateur n’a aucune chance d’arrêter la machine à temps. Une collision peut toute-fois être évitée, car cela signifie une pièce au rebut. La fonction DCM (Dynamique Collision Monitoring) de la commande HEIDENHAIN surveille tous les mouve-ments et prévient à temps les collisions

entre l’outil, les dispositifs de serrage et les éléments fixes de la machine. Ce contrôle "en temps réel" est actif même lorsque l’opérateur fait des réglages sur la machine, ou lorsqu’il déplace les axes manuellement après une interruption de programme.

contrôler les mouvements

Lors d'un usinage de formes complexes, la chaîne du processus cache parfois des sources d’erreurs qui proviennent de l'in-terfaçage entre les différents systèmes. Les formes des prothèses d’articulation sont conçues sur un système de CAO. Un module de FAO permet alors la création des programmes qui sont transmis à la commande numérique. L’iTNC 530 lisse les transitions entre les séquences pour obtenir une qualité de surface élevée. Sur l’iTNC 530, l’opérateur adapte facilement les paramètres d’à-coups et d’accéléra-tion des axes. Il peut influencer directe-ment la relation entre la vitesse d'usinage et la tolérance. En fonction du résultat souhaité, il peut ainsi régler l’écart avec le contour à usiner.

Les commandes HEIDENHAIN sont les meilleurs "remèdes préventifs" contre les arrêts de production et les reprises d’usi-nage coûteuses – également dans le sec-teur de la technologie médicale.

Qualité de surface pour la technologie médicale

Qu

ali

té d

'éta

t d

e s

urf

ace

5Klartext medical + 02/2013

Changer pour l’iTNC

Précision dès la première pièce

Le domaine chirurgical exige des ins-truments de qualité supérieure. Sur-faces et contours doivent être usinés avec une qualité exceptionnelle. Fina-lement, aucun risque d’infection ne doit subsister à l'issue une opération.

Nouveau terrain – nouveaux défis

L’objectif de la société Robert Hotz AG est de produire des pièces de qualité supérieure tout en optimisant les coûts de fabrication. Ses employés hautement qualifiés ainsi qu’un parc machine des plus modernes y contribuent. La spécia-lité de l'entreprise suisse est la fabrication en partie automatisée de pièces méca-niques et de sous-ensembles pour divers secteurs industriels. Le département de technologie médicale n’a vu le jour que très récemment dans cette entreprise créée en 1989.

Elle a obtenu la certification médicale ISO 13485, condition nécessaire pour satis-faire à l’exigence des nouveaux clients. Depuis, l’entreprise produit avec succès de nombreux instruments pour la chirurgie médicale. Ceux-ci, de formes complexes, sont souvent utilisés dans les opérations chirurgicales compliquées. Le challenge : la grande complexité des "nouvelles pièces" exige un usinage sur 5 axes simul-tanés. Par conséquent, les programmes d’usinage sont très longs. Ils doivent être créés très rapidement, car les séries de pièces à usiner sont relativement faibles, de 5 à 100 pièces. D’autre part, les pro-grammes devaient être écrits directement sur la machine. Cela n’était pas possible avec les commandes numériques précé-dentes.

changement sans problème

Robert Ott, gérant de l’entreprise, trouva la solution, elle porte un nom : l' itNc 530 de HEIDENHAIN. Programmer directe-ment dans l’atelier, un objectif rapidement atteint avec la nouvelle machine équipée

d’une iTNC. L’usinage de contours com-plexes sans démontages fréquents de la pièce fut une opération courante en très peu de temps.

La fonction KinematicsOpt garantit une précision constante des pièces dans le temps. Cette option logicielle est directe-ment intégrée dans l’itNc 530. Elle éli-mine les erreurs des axes rotatifs dues aux influences thermiques, et en compense les dérives. Un étalonnage automatique des outils avec un système laser garantit la précision dimensionnelle des pièces finies.

Bilan positif

En se référant à leurs nouvelles expé-riences, Robin Suter et Lukas Dietiker décrivent de manière élogieuse les points forts de l' itNc :

■ L’iTNC intègre un éditeur pratique et des fonctions standards pour copier, transférer et structurer des séquences ou des parties entières de programme.

... quand tout doit être parfaitement lisse. ■ Les cycles HEIDENHAIN sont incon-tournables. Ils permettent la création rapide de programme d’usinage sur 5 axes.

■ La fonction PLANE facilite la program-mation d’usinages complexes, comme p. ex. l’usinage dans un plan incliné.

■ Le manuel d’utilisation de l’iTNC est de compréhension aisée. Les fonc-tions sont rapidement et facilement accessibles.

Délais et coûts de fabrication sont égale-ment la conséquence de ce changement réussi pour l'iTNC. Une seconde machine équipée d’une commande HEIDENHAIN est maintenant opérationnelle chez Ott. Celle-ci a été mise en production en quelques jours seulement.

L’entreprise suisse s’apprête à passer à la phase suivante : automatiser encore plus la fabrication des instruments chirurgicaux et créer tous les programmes d’usinage sur un système de programmation auto-matique. Cela ne posera aucun problème à l' itNc , et cela sans avoir à "bricoler", grâce à HEIDENHAIN.

„Changer pour l’iTNC s’est fait sans pro-blème. Nos collaborateurs ont pu acquérir rapidement le savoir-faire nécessaire tout en exploitant leurs expériences diverses.“ Ro-bert Ott, gérant de la société Robert Ott AG.

Des instruments chirurgicaux exigeant des états de surface et des contours de grande qualité sont usinés avec l' itNc 530.

Qualité de surface pour la technologie médicale

rep

ort

ag

e

iTNC 530 – Application pour une technologies médicale innovante

Comme chaque matin, Pierre B. en-fourche son vélo à 6H45. Cette jour-née d’octobre s’annonce superbe avec une légère brume matinale. Cela fait déjà des années qu’il se rend à son travail en vélo, comme aujourd’hui. Dans à peu près un kilomètre, son trajet traversera une forêt. Chemins et sous-bois sont parsemés de feuilles d’automne. S'orienter n'est pas facile ce jour là. Surpris par un arbre barrant sa route, Pierre B. freine brusquement. La roue avant se bloque, la roue arrière bascule vers le haut. Pierre B. heurte le tronc d’arbre avec son dos. C’est le drame, le diagnostic : fracture et enfoncement de la qua-trième vertèbre cervicale avec tas-sement du disque intervertébral…

A Salzbourg, la société SYNTHES fabrique et commercialise ses produits dans toute l'Autriche. Elle possède également une petite succursale, „SYNTHES Innovation Workshop“ au sein de l'„Université privée de médecine Paracelsus“. L'objectif de ce laboratoire est de trouver de nouvelles so-lutions pour le traitement chirurgical des fractures et de la dégénération du sque-lette. Dans les technologies médicales, la tendance est également à la miniaturi-sation, aussi bien en ce qui concerne les implants que les cicatrices post-opéra-toires. Les experts médicaux parlent de techniques chirurgicales mini invasives.

Innovations générées par l'expérience interdisciplinaire

Par ailleurs, il s'agit, avec des moyens techniques, de simplifier des opérations compliquées pratiquées jusqu'à mainte-nant uniquement par quelques spécia-listes. Ainsi, ces interventions pourront être réalisées par des chirurgiens moins spécialisés. L'équipe qui travaille sur les nouveaux concepts est constituée de deux ingénieurs : Alfred Niederberger de Grenchen (Suisse), depuis 15 ans chez SYNTHES, et Johann Fierlbeck de Deg-gendorf (Bavière) qui a rejoint l'équipe en octobre 2006. Tous deux ont bien sûr les connaissances nécessaires en „méca-

nique“, mais également les compétences médicales adéquates proches de celles d'un chirurgien. Celles-ci sont absolument nécessaires car des médecins du monde entier visitent ce laboratoire ultramoderne pour échanger leurs idées avec les deux ingénieurs. A titre d'exemple, un scanner volumique permet de numériser l'os à trai-ter et de mémoriser les données dans un système de CAO. Le prototype à fabriquer peut être ensuite modifié simplement en fonction du modèle 3D. Pour terminer, un programme CN est créé via Mastercam et son post-processeur.

Exploiter les atouts de l'itNc 530

Les prototypes sont fabriqués ensuite sur deux machines équipées d'itNc 530 : une trois axes pour les pièces simples et une cinq axes UGV pour les pièces plus complexes. L'itNc 530 peut alors exprimer tout son potentiel. D'une part, elle peut exécuter de manière optimale les programmes créés via le post-pro-cesseur et l'interface Ethernet standard. D'autre part, un contour 2D est facilement programmable sur la machine au moyen du dialogue texte clair et modifiable rapi-dement. Tout cela à une consonance familière, un travail tout à fait quotidien dans un atelier „normal“. Un laboratoire

6

rep

ort

ag

e

Blessures sportives, accidents du travail ou de la circulation : de nos jours, des fractures sont possibles dans de nom-breuses situations. Pourtant, jamais il n’y a eu autant d’outils pour les traiter ou en accélérer la guérison. La société amé-ricano-suisse SYNTHES est spécialisée dans la conception, la fabrication et la commercialisation d’instruments chirurgi-caux, d’implants et de biomatériaux pour le traitement chirurgical des fractures osseuses. SYNTHES est une entreprise de renommée mondiale qui emploie plus de 11 000 personnes avec un chiffre d’af-faires de deux milliards de dollars US au premier semestre 2011.

humide parfaitement équipé est égale-ment présent en plus de l'équipement mécanique courant. Finalement, les pro-totypes doivent également être testés „sur l'objet“ et spécialement optimisés. Travailler avec les préparations demande une adaptation – ce n'est pas à la portée de tous. Cette tâche est incontournable pour développer les meilleurs produits possibles et contribuer, dans une certaine mesure, à améliorer ainsi la santé et une certaine qualité de vie aux patients.

De la table d'opération au prototype

Même au début d'un projet, le laboratoire humide est souvent nécessaire lorsque plusieurs médecins discutent d'un pro-blème mécanique. Une divergence d'opi-nions des médecins n'est pas rare. „Dans ces cas, et pour prendre une décision rapide, il est indispensable de discuter des problèmes directement autour de la table d'opération pour écarter les incerti-tudes et les divergences d'opinion. Cela est très efficace. Sinon, il y aurait des temps morts lors de la réalisation du pro-jet et cela n'est pas acceptable” précise

Alfred Niederberger. Lorsqu'un prototype est passé par plusieurs phases d'opti-misation, qu'il a réussi un test pratique en réel et si l'on considère ensuite qu'il peut être fabriqué en série, le projet est retransmis au bureau d'étude concerné de SYNTHES. Celui-ci validera alors toutes les étapes ultérieures qui permettront au concept d'être commercialisé sur le mar-ché avec succès.

„pour les contours simples, je crée le programme direc-tement sur l'iTNC, c'est rapide et facile et je suis indépendant de la FAo et de son post-processeur.“

Johann fierlbeck, sYNtHEs

Produits de SYNTHES pour renforcer la colonne cervicale et la colonne lombaire

… Aujourd'hui, Pierre B. roule à nouveau à bicyclette. Grâce aux produits de la société SYNTHES, ses vertèbres ont pu être stabilisées.

7Klartext medical + 02/2013

rep

ort

ag

e

Production de lampes d’éclairage pour les salles d’opération avec l’iTNC 530

Précision sous les feux de la rampe

L’alignement précis des logements des blocs LED est important pour obtenir un champ lumineux homogèneEclairage optimal avec design

moderne

SIMEON est une jeune entreprise qui s’est spécialisée dans la fabrication de lampes d’éclairage pour les salles d’opé-rations. Les produits innovants utilisent des LEDs comme source lumineuse. Depuis des années, elles sont utilisées comme composants d’affichage ou de rétro-éclairage. Par contre, les LEDs à lumière blanche qui disposent d’une effi-cacité lumineuse, d’une température de couleur adaptée avec une longue durée de vie ne sont maintenant disponibles que depuis quelques années.

Les LEDs modernes apportent dans les salles d’opération des avantages notables :

Une seule lampe halogène relativement grande est remplacée par de nombreuses très petites sources lumineuses qui four-nissent un champ lumineux quasiment parfait au moyen de plusieurs réflecteurs. De nouvelles formes d’éclairage sont pos-sibles dans les salles d’opérations : désor-

mais, dans celles-ci, les grosses lampes avec réflecteur unique appartiennent au passé. Celles-ci sont aujourd’hui rem-placées par des lampes aux formes agréables et plates, comme celles four-nies par SIMEON.

fabrication exigeante des supports de lampes

Le boitier brut des LEDs est livré sous la forme d’une pièce moulée en alumi-nium La fonderie de la pièce est déjà un défi par sa forme particulière. L’usinage qui s’ensuit est exécuté sur une machine Hermle C 30 U commandée par une iTNC 530 HEIDENHAIN. La machine-ou-til 5 axes usine la fonderie avec un seul montage.

En détail : après avoir fixé la pièce, l’iTNC 530 détermine la position du sup-port de lampe avec un palpeur 3D. La posi-tion exacte de la fonderie dans l’espace

est ainsi déterminée. Un programme créé avec une CAO/FAO est ensuite exécutée avec précision.

A l’endroit ou le boitier est relié avec des attaches se trouvent des poches et des perçages qui présentent des parois ex-trêmement fines à l’intérieur. De petites imprécisions à cet endroit peuvent rendre la pièce, relativement grande, inutilisable. C’est la raison pour laquelle la combinai-son machine-outil/commande numérique doit garantir la meilleure précision d’usi-nage possible.

Kinematicsopt contribue à obtenir un champ lumineux optimal

L’alignement précis des logements pour les blocs LED est particulièrement critique à l’intérieur du boitier : la position angu-laire des surfaces arrondies est calculée de telle façon que le cône de lumière du

Lumière et couleurs ont une grande importance dans les salles d’opération. En cas d’intervention longue, le chirur-gien doit rester clairvoyant et lucide. Le patient en est le premier bénéficiaire. L’éclairage de la salle d’opération y contribue largement. La société SIMEON Medical GmbH & Co KG à Tuttlingen s’est spécialisée dans ce domaine. Les commandes HEIDENHAIN travaillent avec précision et contri-buent à garantir une grande qualité d’usinage lors de la fabri-cation des lampes d’éclairage pour les salles d’opération.

8

rep

ort

ag

e

La pièce de fonderie est usinée avec un seul montage.

Des structures aux parois fines nécessitent une grande précision d'usinage.Aide au montage, programmation directe sur la machine.

bloc fournisse un champ lumineux homo-gène. Tout écart entraine une altération du champ lumineux avec des zones claires et sombres. L’usinage 5 axes des logements doit ainsi être très précis. La précision des axes rotatifs est déterminante. Avec Kine-maticsOpt, le cycle d’étalonnage rapide, les écarts du point de pivot des axes rota-tifs sont contrôlés régulièrement. Les va-leurs de correction sont transférées dans le modèle cinématique. La recalibration est très rapide et peut être réalisée par l’opérateur lui-même. Cette opération ga-rantit une grande précision et une fiabilité lors d’usinages avec inclinaison des axes.

une grande précision d’usinage est un devoir en technologie médicale

Une grande précision d’usinage et une grande qualité de surface sont souvent d’une importance primordiale dans la fabrication de matériel médical. Les commandes numériques HEIDENHAIN sont reconnues pour leur grande préci-sion de guidage des mouvements. Une des nombreuses fonctions qui rendent possible cette caractéristique est le trai-tement optimal des programmes d’usi-nage créés par un système de CAO/FAO. C’est également le cas pour les supports de lampes de SIMEON. De tels programmes sont constitués d’une multitude de séquences de droites, aux-quelles on affecte une erreur cordale. La TNC HEIDENHAIN lisse automatique-ment le contour entre les éléments de manière particulièrement efficace avec une tolérance paramétrable. Ceci est la seule manière d’atteindre une telle qua-lité de surface avec la précision requise.

sécurité dans l’usinage de pièces unitaires et de séries avec Dcm

Chez SIMEON, on mise sur DCM, le contrôle anticollision de l’iTNC Une pro-tection anticollision efficace est particuliè-rement souhaitée lors de l’usinage 5 axes simultanés : en effet, plus il y a d’axes en mouvement lors de déplacement simul-tané et moins les mouvements sont faci-lement discernables par le programmeur ou l’opérateur de la machine. Pour cette raison, les dangers de collision réels lors de la programmation et lors des réglages sont quasiment imprévisibles.

DCM n’est pas seulement efficace pour les usinages de pièces dont les pro-grammes sont générés par les systèmes de CAO/FAO. La fonction peut également éviter les collisions lors des réglages ou encore lors d’interventions manuelles pendant l’exécution de programmes écrits directement au pied de la machine.

fabrication de pièces unitaires avec rapidité et sécurité

En plus des séries de pièces pour les supports de lampes, des pièces unitaires,

comme p. ex. des outils de montage doivent être programmés directement au pied de la machine. Dans ces cas, les utili-sateurs de la machine apprécient la convi-vialité de la commande HEIDENHAIN. Des programmes de pièces complexes se laissent facilement programmés au moyen de la programmation en TEXTE CLAIR. Chez SIMEON, on connaît bien la com-mande : la documentation bien structu-rée est finalement peu utilisée comme le confirment les opérateurs de la machine.

conclusion

SIMEON exploite à ses fins la technologie LED pour innover dans la fabrication des lampes des salles d’opération. Celles-ci se caractérisent par une forme compacte et un éclairage optimum. Le nouveau design n’est toutefois possible qu’avec des moyens de fabrication précis et per-formants qui répondent aux exigences de qualité propres à la technologie médi-cale. Pour cette raison, les fraiseuses chez SIMEON sont toutes équipées de com-mandes numériques TNC HEIDENHAIN.

9

rep

ort

ag

e

Klartext medical + 02/2013

Comme HEIDENHAIN, ceux qui s'investissent dans les techniques de mesure au µ le savent bien: C'est le détail qui fait la différence. Et ceci s'applique aussi bien à nos produits qu'à notre entreprise. Depuis 1889, HEIDENHAIN se consacre aux techniques de mesure. Avec une constance exceptionnelle qui ne s'est jamais démentie, nous investissons plus de 10 pour cent de notre chiffres d'affaires dans la recherche et le développement. Un autre signe distinctif nous caractérise, c'est le côté humain: Nous attachons beaucoup d'importance au respect mutuel, à l'équité et la confiance – bien sûr aussi et avant tout dans nos relations avec nos clients. Ce „patrimoine héréditaire“ marque toujours nos produits d'une empreinte spécifique et fait de HEIDENHAIN un partenaire privilégié partout dans le monde. HEIDENHAIN FRANCE sarl, 92310 Sèvres, Téléphone: +33 (0)141 14 30 00, http://www.heidenhain.fr, E-Mail: info@heidenhain.fr

Qu'est-ce qui marque la différence?

Systèmes de mesure angulaire Systèmes de mesure linéaire Commandes numériques Visualisations de cotes Palpeurs de mesure Capteurs rotatifs