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Jan 28, 2024

Comment l'outillage de précision peut rendre la miniaturisation possible

2 février 2023 13:15 Rob Connelly, ingénieur principal, Trelleborg Healthcare &

2 février 2023

13:15

Rob Connelly, ingénieur principal, Trelleborg Healthcare & Medical, explique comment l'outillage de précision, la validation et les ingénieurs qualifiés rendent la miniaturisation possible.

La demande de miniaturisation des produits moulés en silicone et en thermoplastique pour les dispositifs médicaux a accru l'importance de la validation des processus, de la conception d'outils de précision et des opérateurs et ingénieurs qualifiés. Selon Plastics News Research, les progrès et la miniaturisation dans l'industrie des dispositifs médicaux ont amélioré les soins de santé dans le monde entier, rendant les traitements et la surveillance des conditions plus simples, moins invasifs et plus portables.

Tirez parti de l'outillage et de la précision

Pour miniaturiser les appareils, les composants doivent devenir plus petits. Cela augmente considérablement la complexité du processus de fabrication et nécessite des équipements, des outillages et des processus qui favorisent un haut niveau de précision. En outre, les experts doivent concevoir pour la manufacturabilité (DfM) afin de raccourcir les délais de mise sur le marché, d'améliorer le rendement de production futur et d'assurer la livraison de produits en grande quantité.

Les outils et processus de moulage typiques ne sont généralement pas capables de fournir la qualité et la précision nécessaires pour les dispositifs miniatures. Par conséquent, il est important de s'associer à un fournisseur qui comprend les complexités du micromoulage.

Un processus de micromoulage robuste commence par un outillage de moulage par injection de haute qualité qui déterminera la qualité du produit final. Tous les outils de micromoulage, qu'ils produisent un composant en plastique ou en silicone, nécessitent un degré élevé de précision dans les tolérances et les surfaces d'arrêt pour contrôler avec précision le flux de matériau dans la cavité du moule. Pour atteindre ce niveau de qualité, un équipement d'usinage de haute précision est nécessaire pour la fabrication de moules.

Dans les procédés de micromoulage, il est également indispensable d'utiliser des équipements capables d'injecter de petites doses de matière dans la cavité du moule. Des doses de matière ou des tailles de tir inférieures à 1,0 gramme sont typiques pour ces composants de taille micro. Le contrôle de la taille de la grenaille est essentiel pour le caoutchouc de silicone liquide (LSR) à faible viscosité et constitue, par conséquent, un objectif majeur avec les équipements de micromoulage.

Sans un contrôle strict de la taille de la grenaille, 5 à 10 % du volume de la cavité de la micro-pièce peuvent facilement « fuir » de la cavité du moule. Cela produit un excès de matériau autour du périmètre de la pièce, communément appelé bavure. Dans un composant moulé de taille plus grande et plus typique, la taille d'une main par exemple, une petite quantité de bavure est acceptable et peut être éliminée dans un processus secondaire. Cependant, lorsqu'une pièce est plus petite qu'une tête d'épingle, le flash peut être aussi grand que la pièce elle-même, et la production sans flash devient obligatoire. Cela nécessite un outillage de précision, des unités d'injection plus petites, un meilleur contrôle des zones de chaleur et une plus grande précision des unités d'injection.

Lorsque vous travaillez avec un fabricant hautement compétent de composants micromoulés, des capacités plus avancées, telles que le moulage par injection multicomposant, également communément appelé 2K, 2shot ou 2C LSR, sont idéales. Impliquant l'injection simultanée de LSR en combinaison avec des plastiques techniques, cette technique très avancée permet la combinaison de pièces au sein d'un assemblage en un seul composant intégré, éliminant les défaillances d'assemblage potentielles et l'espace mort dans lequel les bactéries peuvent se reproduire. Cependant, cela nécessite une ingénierie sophistiquée des outils et des processus.

Valoriser la validation

Outre des moules et des équipements de haute précision, des méthodes de validation et de mesure de processus robustes sont également essentielles pour garantir que les composants miniaturisés sont fabriqués conformément aux spécifications. La validation des composants micromoulés est difficile en raison de la complexité du contrôle des processus et de la difficulté à mesurer, manipuler et inspecter les petites caractéristiques. Par exemple, les pièces micromoulées sont si petites que l'électricité statique peut littéralement faire voler les pièces lors de la manipulation. Par conséquent, des dispositifs spéciaux de manipulation et d'atténuation de l'électricité statique sont nécessaires tout au long du processus de fabrication.

Les pinces automatisées sont généralement trop grandes lors du démoulage de pièces en silicone extrêmement petites, tandis que les éjecteurs ne conviennent pas aux pièces en silicone, quelle que soit leur taille. Cela est dû à la propension du silicone à s'écouler dans le dégagement d'un système d'éjecteur. Une autre alternative consiste à utiliser des brosses pour retirer les pièces du moule, mais les minuscules pièces micromoulées collent à la brosse elle-même, plutôt que de se détacher du moule et de "tomber" dans un récipient en dessous. La solution réside dans des préhenseurs spécialisés conçus spécifiquement pour les pièces de taille micro.

L'emballage doit également être pris en compte dans le processus de production, car les sacs en polyéthylène standard ne sont pas pratiques pour les pièces extrêmement petites. Les pièces colleront statiquement à la surface du sac et seront extrêmement difficiles à retirer. Par conséquent, les pièces peuvent devoir être emballées dans de petits contenants en plastique dur ou sur du ruban adhésif double face, par exemple.

Les études de répétabilité et de reproductibilité des jauges jouent un rôle important dans la garantie des processus de mesure des composants micromoulés. Ces tests mesurent la précision du processus de mesure et aident à garantir que les mesures sont reproductibles par un seul inspecteur et reproductibles par plusieurs inspecteurs. Au fur et à mesure que les pièces ou les caractéristiques des pièces et leurs tolérances associées deviennent plus petites, l'équipement et les méthodes de mesure augmentent en complexité. Les méthodes et l'équipement doivent être conçus pour obtenir une erreur de mesure minimale et démontrer la capacité et le contrôle du processus statistique.

Les fabricants de micromoulage expérimentés équilibrent les compromis entre l'augmentation du nombre de cavités dans un moule et les défis de la validation de ces cavités supplémentaires. Une cavitation plus élevée dans un outil permet d'augmenter le débit et de réduire potentiellement les coûts. Cependant, la cavitation supplémentaire augmente le défi de l'outillage et du contrôle des processus, ce qui augmente la complexité de la validation. Il est également important d'inclure des contrôles en cours de fabrication qui permettent aux composants d'être analysés individuellement par cavité.

L'expérience est essentielle au succès

La nature précise du micromoulage exige de la cohérence et une connaissance approfondie de l'outillage, de l'équipement, de la science des procédés et des matériaux, et de l'ingénierie. Des experts sont nécessaires pour comprendre les défis et les variations qui existent dans le micromoulage afin d'anticiper et d'atténuer les défis avant qu'ils ne surviennent. Trouver un partenaire avec une longue durée de vie dans l'industrie des dispositifs médicaux et une profondeur significative de capacités est inestimable pour le micromoulage.

Conclusion

Les pièces micromoulées sont très bénéfiques dans l'industrie médicale et de la santé car elles facilitent le développement de dispositifs médicaux pour améliorer la qualité de vie des patients, raccourcir les séjours à l'hôpital et réduire les coûts des soins de santé. L'exigence de méthodes chirurgicales invasives et de qualité, ainsi qu'un plus grand nombre de personnes vieillissantes, stimulent la demande de miniaturisation. Les fabricants d'appareils doivent tenir compte des éléments critiques du micromoulage - outillage, équipement, contrôles de processus, connaissance des matériaux, systèmes de mesure, validation des processus et des produits et expertise globale en ingénierie - et s'associer à des mouleurs expérimentés pour s'assurer que les appareils offrent la qualité, la cohérence et les résultats souhaités pour les patients.

2 février 2023

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