Charnières Objet

Applications de pointe

Dites oui aux opportunités les plus exigeantes

Rapidité d'exécution. Pièces sur mesure en faible volume. Des composants et des géométries complexes qu'une machine ne pourrait pas réaliser. Grâce à la technologie et aux compétences de Stratasys, vous pouvez relever ces défis de fabrication et bien plus encore.

Produire des éléments IRM avec la FDM

Présentation

Un panneau de montage complexe d'IRM imprimé en 3D

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technologie d'imagerie médicale non–invasive qui procure des images transversales–des structures internes du corps, notamment les organes, les tissus et les os. Les dispositifs IRM expérimentaux sont des systèmes complexes de haute ingénierie généralement produits en petits volumes (parfois même un seul), pour répondre aux besoins des chercheurs et des applications spéciales. La technologie IRM est basée sur l'utilisation de puissants aimants et de signaux de radio fréquence. Par conséquent, ils doivent comprendre le moins d'éléments métalliques possible pour éviter les interférences.

Présentation de l'application

En règle générale, les machines IRM requièrent un grand nombre de composants en plastique aux géométries complexes répondant à des exigences drastiques. Une des applications les plus importantes de ces composants en plastique consiste à réaliser les bobines spéciales, sous-ensemble qui réalise l'interface avec la partie du corps humain dont l'image doit être capturée. La bobine émet un signal radioélectrique qui est absorbé par les protons d'hydrogène, ce qui les pousse à passer à un niveau d'énergie plus élevé. Le signal est éteint et la bobine détecte alors la libération par les protons de l'énergie qu'ils ont absorbée. Des ordinateurs traitent le signal pour produire une image du corps du patient.

Typiquement, une bobine peut avoir jusqu’à 24 composants en plastique avec des géométries relativement simples et d'autres très complexes. Les bobines répondent à des exigences spécifiques, afin d'éviter d'interférer avec le fonctionnement de la machine IRM. Ces exigences varient en fonction des applications, mais en général le matériau du composant d'une bobine d'IRM a besoin d’avoir des protons de faible intensité de signal pour éviter des interférences avec l’image IRM. Le matériau de la bobine doit également présenter une faible distorsion du champ magnétique, pour éviter les interférences avec les aimants qui alignent les protons dans le corps du patient. Enfin, il doit avoir une rigidité diélectrique radio haute fréquence pour isoler le patient en toute sécurité contre les chocs électriques.

Les fabricants de bobines d'IRM utilisent depuis longtemps des processus conventionnels, telle que l'usinage CNC, le moulage par vulcanisation à température ambiante (RTV) et le moulage par réaction injection pour réaliser des prototypes et des pièces finies pour les bobines d'IRM, ainsi que d'autres composants d'IRM en plastique. Chacune de ces méthodes de fabrication traditionnelles imposent des contraintes spécifiques qui compliquent le travail de conception des composants d'IRM. Par exemple, lors de la conception d'une pièce à usiner, un ingénieur doit penser à disposer de l'outil de coupe de la taille appropriée pour usiner des rayons sur la pièce. Aucun de ces processus n'est capable de créer les cavités internes dont certains composants d'IRM ont besoin, il faut donc souvent concevoir, fabriquer et assembler plusieurs composants pour créer un creux.

Les processus de fabrication conventionnels présentent également des limitations du point de vue du coût et du temps d'exécution. Le coût de l'usinage lié aux processus de moulage peut augmenter le coût des composants d’IRM à faible volume. Par ailleurs, l'usinage CNC implique des coûts de programmation qui peuvent s'avérer difficiles à justifier pour les pièces en petit volume. S'agissant d'un processus soustractif, l'usinage CNC implique le gaspillage d'une quantité considérable de matériaux onéreux, en particulier pour des pièces à géométrie complexe.

Aperçu du processus

En surmontant les limitations des méthodes de production conventionnelles, la modélisation par dépôt de fil en fusion (FDM) permet aux fabricants de dispositifs et de composants IRM de construire de meilleures machines pour un coût plus faible et dans des délais réduits. La technologie FDM est un processus de fabrication additive qui réalise des pièces en plastique couche après couche, selon les données de fichiers CAO. Elle utilise des thermoplastiques réels et (non des matériaux similaires) que l'on peut utiliser dans les dispositifs d'IRM. En matière de coût, l'avantage de la FDM pour la production de prototypes d'IRM et de pièces en faible volume réside dans le fait qu'elle ne demande pas d'outillage ou de programmation CNC, et qu’elle élimine le gaspillage de matériaux. En supprimant les outils et la programmation, ce sont les temps d'exécution qui sont également réduits. Les composants d'IRM produits avec la FDM ne sont pas soumis aux contraintes de conception qu'imposent les méthodes de fabrication traditionnelles et leurs règles de conception pour la production. Les pièces FDM peuvent virtuellement adopter n'importe quelle géométrie imaginée par les ingénieurs, ce qui donne des machines plus performantes, produites pour un coût réduit et moins onéreuses à entretenir.

Données des tests

Un certain nombre de thermoplastiques FDM ont été testés et se sont révélés conformes aux exigences générales pour leur utilisation dans des appareils d'IRM, notamment : le polycarbonate (PC), le polycarbonate-ISO (un PC conforme à la classification de l'International Standards Organization (ISO) 10993-1 et de l'United States Pharmacopeia (USP) Class VI), le polyphénylsulfone (PPSF) t ULTEM 9085. Le choix du matériau approprié dépend de l'application. Par exemple, une application peut demander la traçabilité du matériau, une raison de préférer le PC-ISO, alors qu'une autre peut demander des températures de fléchissement élevées, et dans ce cas le PPSF est approprié. Par ailleurs, le PC constitue une option moins onéreuse pour des pièces produites pour la recherche et des applications non cliniques.

Témoignage de client

Virtumed LLC produit des bobines pour des machines à champ magnétique élevé et la recherche d'IRM. Ces bobines requièrent généralement plusieurs douzaines de composants en plastique aux géométries complexes. Auparavant, pour produire ces composants, la société utilisait plusieurs méthodes différentes. Les pièces de petites dimensions et celles aux géométries relativement simples étaient habituellement usinées à partir de plastique. Les pièces plus grandes et plus complexes étaient produites par moulage silicone. Les 24 composants nécessaires à une bobine étaient auparavant produits par une combinaison de ces méthodes, pour un coût de 20 900 $ et des temps de livraison s'étendant sur 16 semaines pour un ensemble de pièces. “Nous nous sommes intéressés aux méthodes de prototypage rapide pour améliorer notre processus de conception et réduire nos coûts et délais de fabrication,” déclare Brandon Tramm, ingénieur en mécanique chez Virtumed. “Mais, lorsque nous avons commencé, les matériaux de prototypage rapide n'avaient pas été certifiés pour une utilisation dans l'intensité du champ magnétique d'une machine IRM.”

B. Tramm a supervisé les essais des matériaux FDM pour les certifications de matériau IRM les plus importantes. “Le choix du matériau approprié pour une application spécifique dépend des propriétés requises,” affirme B. Tramm. “Cependant, dans presque tous les cas, le matériau FDM présente les propriétés correctes.” Virtumed LLC utilise maintenant la FDM pour produire quasiment toutes ses bobines de prototypage et de production. Selon B. Tramm “la FDM simplifie la conception en éliminant les contraintes liées à l'usinage et au moulage”. “Je peux élaborer la géométrie idéale pour l'application sans m'inquiéter de savoir si elle peut être moulée ou usinée. Ainsi, nous avons raccourci le travail d'ingénierie et nous pouvons réduire le nombre de pièces dans la bobine, ce qui nous permet de faire des économies en termes de temps d'assemblage et de coûts de maintenance.”

Avec l'élimination des coûts d'usinage liés au moulage et la réduction du temps machine et du gaspillage de matériau liés à l'usinage permettent de réaliser des économies significatives à hauteur de 4 688 $ pour une bobine ordinaire de 24 composants. Le temps d'exécution n'est plus que de sept jours. Ces prix et ces délais sont basés sur un achat de pièces auprès d'une agence de services et seront encore améliorés lorsque Virtumed LLC réalisera un volume justifiant l'achat de leur propre machine FDM.

Comparaison entre la FDM et les méthodes traditionnelles pour Virtumed


Méthode

Coût

Durée

Usinage et moulage silicone

USD $20,900

16 semaines

Outillage FDM

USD $4,700

1 semaine

ÉCONOMIE

USD $16,200 (78%)

15 semaines (94 %)

Stratasys Ltd. © 2015. All rights reserved. See stratasys.com/legal for trademark information.