Le Vulkalloy® Zr-Med, un Alliage Métallique pour le Médical : Exemple de conception d’une pince de microchirurgie innovante

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Contexte et enjeux de la conception des instruments de microchirurgie.

La conception d’instruments de microchirurgie et endoscopiques est confrontée aujourd’hui à une limite des caractéristiques des matériaux et des solutions de mise en œuvre proposées. La tendance de la demande des utilisateurs va vers plus de qualité et de précision et celle des financeurs de services de santé vers un cout toujours plus accessible d’accès aux soins. Les demandes d’innovations liées aux techniques opératoires sont de faciliter le geste du chirurgien en lui offrant plus de précision tout en diminuant sa fatigue par l’amélioration de l’ergonomie et des performances des instruments. Dans le même temps, la demande des chirurgiens va vers davantage de miniaturisation de l’instrument pour réduire son invasivité et celle de l’intervention. L’innovation doit aussi répondre à la demande de réduction des couts en proposant des solutions économiques lors de la mise au point d’instruments, par des nouveaux procédés de fabrication réduisant les gammes de fabrication tout en apportant une meilleure durabilité et une réduction de leur maintenance.

Les nouvelles exigences des utilisateurs comme celles des fabricants d’instruments de microchirurgie conduisent à des évolutions sur leur conception, très souvent en orientant l’innovation vers une optimisation géométrique, notamment pour améliorer l’ergonomie et la fonctionnalité. Les améliorations des métaux utilisés dans le domaine médical sont plus rares et l’acier inoxydable 316L et le Titane (TA6V) restent encore les références.

Parallèlement les moyens de fabrication telles que les machines à commandes numériques de dernière génération ou la fabrication additive métallique permettent de réaliser des dispositifs médicaux tels que les instruments, les implants et les composants de dispositifs médicaux. La réalisation de composants miniatures constituant les instruments mini-invasifs reste néanmoins un défi du aux couts élevés pour atteindre les dimensions, les tolérances et les états de surface requis pour leurs nouvelles conceptions.

La voie proposée est celle de la réalisation d’instruments en Alliage Métallique Amorphe, associée à des procédés de fabrication de type « thermomoulage », véritable rupture technologique combinant des matériaux innovants dotés de caractéristiques mécaniques et physiques inégalées et une mise en forme finale apportant plus de précision, des nouvelles géométries, une diminution des étapes de fabrication et une économie de cout de réalisation. L’association matériau / procédé est l’enjeu crucial pour répondre avec succès à la combinaison des exigences mentionnées ci-dessus.

Exemple sur la conception d’une pince de microchirurgie innovante en Vulkalloys®:

Les technologies proposées par Vulkam répondent de manière différenciée aux nouveaux enjeux des industries micromécaniques à deux niveaux.

  1. Le premier niveau est associé à la spécificité des alliages métalliques amorphes qui présentent des caractéristiques mécaniques, physiques et chimiques exceptionnelles.
  2. Le deuxième niveau est lié aux procédés uniques de mise en œuvre permettant la production de composants miniatures uniques et de grande précision. La conception d’une pince de microchirurgie innovante en Alliage Métallique Amorphe Vulkalloys® associe ces deux avantages significatifs par rapport aux solutions actuelles :

Le Vulkalloy® Zr-Med, une alliage innovant adapté à la miniaturisation. 

Le Vulkalloy® Zr-Med est doté de caractéristiques mécaniques inégalables. Comme le montre le tableau récapitulatif ci-dessous, le Vulkalloy® Zr-Med surpasse largement les autres alliages classiquement utilisés dans le domaine médical avec une contrainte élastique deux fois supérieure au TA6V qui est la référence du domaine. En outre, les caractéristiques exceptionnelles du Vulkalloy® Zr-Med permettent d’atteindre une résistance spécifique jusqu’à 250 kN.m.kg-1. Ces caractéristiques se traduisent par une bien meilleure résistance, une très bonne flexibilité tout en offrant la possibilité de réduire notablement les masses et encombrements des instruments. Ces caractéristiques permettent d’augmenter la résistance mécanique, la durabilité, le tout associé à une maintenance réduite avec une économie à la clé sur le cout de gestion du parc d’instruments. Ces caractéristiques mécaniques inégalées permettent une conception miniaturisée de l’instrument pour diminuer d’autant son invasivité.  

Enfin, le Vulkalloy® Zr-Med est biocompatible. Des tests de cytotoxicité et de relargage métallique selon les normes Iso 10993 ont été réalisés avec succès.

Un procédé de réalisation compétitif garant de la structure amorphe et des propriétés associées

 La mise en œuvre du Vulkalloy® Zr-Med par un procédé innovant et unique de thermomoulage mis au point par Vulkam offre une véritable rupture technologique et économique pour la réalisation de composants miniatures constituant les instruments de microchirurgie. Leur conception en Vulkalloy® associé au procédé de thermomoulage offre une différenciation unique à plusieurs titres :

  1. Une fois l’alliage réalisé, son injection par thermomoulage, permet la mise en forme finale des embouts de pince par exemple en une seule étape aux dimensions, aux tolérances, aux états de surface et aux rugosités exigés. Les procédés actuels pour réaliser des composants miniatures incluent souvent des technologies couteuses en enchaînant une succession d’étapes plus importante telles que le travail de la tôle, la découpe, le pliage, l’usinage, la mise en forme, l’affûtage, la reprise, le polissage souvent manuel ainsi que les traitements thermiques ou de surface. La gamme de fabrication s’en trouve ainsi simplifiée, rapide et économique, notamment par la limitation des étapes manuelles chronophages et couteuses en fonction des types de composants et des séries concernées.
  2. L’accès à la technologie de thermomoulage en Vulkalloys® permet la fabrication d’embouts de pinces ou de composants d’instruments difficilement réalisables par des moyens conventionnels notamment par la faculté de mettre en forme par injection une très grande diversité de géométries liées à la fonction (préhension, biopsie, dissection, extraction, applicateur..) et d’états de surface (dentures, stries,…) en obtenant des précisions dimensionnelles jusqu’à 1µm et des rugosités jusqu’à Ra = 0,2 µm suivant le type de moule utilisé (métallique, silicium).
  3. C’est un procédé industriel répondant parfaitement à la production d’instruments à usage unique comme réutilisables en moyennes et grandes séries, une fois l’outillage conçu et réalisé, avec des reproductibilités et des répétabilités élevées permettant d’assurer la qualité des pièces.
  4. La technologie de Vulkam permet d’économiser des ressources en métaux, qui ont un impact fort sur l’environnement : des pièces plus résistantes, plus durables et miniaturisables qui contribuent à concevoir des sous-ensembles mécaniques qui durent plus longtemps et à économiser l’énergie de leur mise en œuvre. Par ailleurs, la technologie de production limite la pollution et permet de recycler presque totalement le matériau dans un objectif « zéro rebut ». A long-terme, l’impact environnemental de l’activité de Vulkam contribue, à son échelle, à l’économie de ressources stratégiques pour l’industrie.
  5. Le procédé de Vulkam répond en outre parfaitement à toute stratégie industrielle innovante et ambitieuse des sociétés partenaires de Vulkam dotées d’une politique de « sourcing de proximité » choisie pour garder le contrôle du développement de solutions à haute valeur ajoutée tout en préservant la propriété intellectuelle, le savoir-faire et la différenciation concurrentielle sur le marché international des composants miniatures.

La réalisation d’une instrumentation de microchirurgie en Vulkalloy® Zr-Med grâce à une technologie unique d’élaboration du matériau aux caractéristiques inégalables associée à un procédé de thermomoulage unique ouvre un champ d’opportunités techniques, économiques et stratégiques incomparables à tout industriel du secteur des Dispositifs Médicaux désireux de se différencier sur le marché

Vulkam, une société innovante de la métallurgie au service de l’industrie médicale et dentaire

Vulkam est une PME grenobloise spécialisée dans les Alliages Métalliques Amorphes qui a développé une gamme de nouveaux métaux aux propriétés incomparables, les Vulkalloys®. Sa technologie est basée sur le changement de l’organisation atomique des métaux pour changer fondamentalement les propriétés mécaniques des pièces produites. Les pièces en Vulkalloys® sont élaborées par un procédé propriétaire et unique. Il est développé spécifiquement pour ces matériaux et totalement adapté aux composants miniatures (quelques dixièmes de mm à quelques cm). Ses deux étapes brevetées permettent, de réaliser des pièces en diminuant les étapes de fabrication, de formes variables, précises, dotées d’un excellent état de surface et d’en optimiser les géométries. Pour en savoir plus :

                                                                                                                               www.vulkam.com

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