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Secteur médical Étude de cas

L'impression 3D sauve des vies

De la lutte contre le diabète aux petits « bras magiques » d'Emma, les professionnels de la médecine utilisent l'impression 3D pour sauver des vies et améliorer la santé.

Découvrez comment les héros de la santé innovent rapidement, renversent des barrières et en font plus avec moins grâce à l'impression 3D.

La capacité à produire rapidement des prototypes en interne réduit de moitié le temps d'élaboration de l'équipement médical et accélère les délais de commercialisation

Pièce imprimée en 3D Biorep 1ère partie

Biorep Technologies est un fabricant d'équipement d'origine pour le secteur médical, surtout spécialisé dans la conception de dispositifs utiles dans la lutte contre le diabète. Biorep est affilié au Diabetes Research Institute de Miami de réputation mondiale, et s'efforce d'offrir de l'équipement d'isolation d'îlot à un prix raisonnable, afin de rendre la technologie abordable pour un maximum de centres de recherche.

L'équipe de conception de Biorep est dirigée par Felipe Echeverri, directeur de l'ingénierie et &Andres Bernal ’ ingénieur R&D. Depuis la création de la société’ en 1995, ils ont eu recours à un atelier d'usinage pour le prototypage. De temps en temps, pour évaluer des conceptions, Biorep faisait appel à des agences de services pour produire des prototypes rapides de petites pièces.

L'augmentation des volumes de prototypage rapide conduit à acquérir une imprimante 3D en interne

En 2007, l'équipement réalisé par Biorep’ devenant de plus en plus compact et sophistiqué, Echeverri et Bernal ont se sont trouvés dans l'obligation de sous-traiter de plus en plus souvent des prototypes rapides de petites pièces. L'activité a atteint un point tel qu'il devenait plus rentable d'adopter la technologie de prototypage rapide en interne.

“À cette époque, Biorep ne disposait d'aucun moyen rentable de produire des prototypes rapides,” se souvient Echeverri. “Les modèles imprimés en 3D par nos sous-traitants revenaient souvent plus cher que leur usinage en interne, et ce n'était pas toujours ’plus rapide. Nous avons compris que si nous voulions accélérer notre productivité en termes de conception, nous devions pouvoir imprimer une pièce du jour au lendemain, dans notre bureau. Ainsi, nous avons commencé à évaluer des systèmes d'impression 3D.”

Nous avons choisi l'Eden250 d'Objet pour sa facilité d'utilisation et la qualité de sa finition.

Pièce imprimée en 3D Biorep 2ème partie

Les critères fixés par Biorep’ pour un système d'impression 3D en interne étaient les suivants : précision, facilité d'utilisation, besoins en termes de maintenance, finition de surface et prix. “Les prototypes rapides nous servent le plus souvent à tester les concepts et à vérifier leur apparence, ergonomie et fonctionnement, avant de passer à l'usinage et au moulage par injection – la précision est donc fondamentale,” déclare Echeverri. “En outre, selon nos estimations, le système en interne nous permettrait de produire deux fois plus de prototypes, et comme nous disposons d'une petite équipe – la facilité d'utilisation et la fiabilité étaient également cruciales.”

Biorep s'est finalement décidée pour l'imprimante 3D Eden250 d'Objet’ – un système plus petit qui permet de faire les premiers pas dans le monde du prototypage rapide de haute qualité. Elle met à la portée de toute conception ou fabrication la technologie brevetée d'Objet’PolyJet™. L'Eden250 constitue une solution complète pour la construction exacte d'une géométrie quelle qu'elle soit – facilement, rapidement, proprement et à peu de frais. Les modèles réalisés avec l'Eden250 offrent des surfaces lisses et durables, aux détails incroyablement précis et la finition de surface exceptionnelle. Pour un faible encombrement, ce système très rentable utilise un processus totalement propre, ce qui le rend idéal pour des environnements de bureau. Contrairement à d'autres systèmes d'impression 3D, il passe facilement par une porte ordinaire, ce qui rend l'installation simple et rapide.

“L'Eden250 répondait parfaitement à nos besoins,” affirme Echeverri. “Elle est parfaite pour le bureau, propre, facile à utiliser et à entretenir, et délivre des pièces précises dotées d'une finition de surface sans égale.”

La capacité à produire rapidement des prototypes en interne réduit de moitié le temps d'élaboration du nouveau produit.

Pièce imprimée en 3D Biorep 5ème partie

Echeverri explique que l'Eden250 a permis à son équipe d'obtenir de meilleures conceptions et d'accélérer les délais de commercialisation des nouveaux produits.

Un projet récent illustre ces deux avantages parfaitement: le Pinch Manifold de Biorep’ en attente de brevet. Selon Bernal, en général les laboratoires médicaux qui évaluent les fluides utilisent un dispositif appelé vanne à étranglement, pour éviter que les fluides dans les tubes en silicone n'entrent en contact avec l'équipement. Les vannes à étrangement pincent littéralement le bute fermé qui contient le fluide. Cependant, elles ont tendance à surchauffer et à reposer sur la pression du tube pour fonctionner. Elles ne sont pas très fiables et reviennent très cher. En cas de coupure de courant, ces vannes peuvent s'ouvrir de façon imprévue et libérer le fluide.

L'appareil clé conçu par Biorep’ a demandé 32 vannes à étranglement sans contact fiables. Les vannes à étranglement ordinaires n'étaient pas fiables, alors l'équipe de Biorep a décidé de fabriquer la sienne.

Le résultat, la Pinch Manifold de Biorep’, utilise une série de cames et un moteur pour contrôler les fluides de plusieurs canaux, sans contact comme les vannes à étranglement traditionnelles. “Notre Pinch Manifold constitue un nouveau moyen d'indexer les fluides sans aucun contact avec les éléments de la vanne,” déclare Bernal. “Les fluides sont uniquement en contact avec le tube en silicone, lequel est jetable. Dans l'environnement stérile d'un laboratoire, il est primordial d'éviter toute contamination de l'équipement par le fluide – souvent du sang ou des bactéries – manipulé. Une vanne sans contact est donc essentielle.”

De plus, Bernal ajoute que “le système peut être étendu à tous les canaux souhaités, ce qui en fait un système’ beaucoup plus efficace que la vanne à étranglement classique, uniquement capable de gérer un canal. En outre, s'agissant d'un’ système mécanique et non électromagnétique, il’ est plus sûr. En cas de coupure de courant, il reste en position.”

Bernal a commencé à expérimenter avec des conceptions, toutes prototypées avec l'Eden 250. “Nous avons très vite compris que notre idée était la bonne,” déclare Echeverri. “Nous avons utilisé un prototype Objet pour présenter le projet à la direction, et cela nous a vraiment aidés à vendre le concept. Nous avons tout de suite obtenu l'autorisation de continuer.”

“Le succès de ce projet a totalement reposé sur notre capacité à produire des prototypes rapides en interne,” affirme Bernal. “Tout d'abord, nous avons pu concevoir des pièces sans nous inquiéter des limites de l'usinage, ce qui nous a réellement permis d'aller au bout de nos idées – toute nouvelle idée pouvait être conçue, imprimée et testée immédiatement. Ensuite, le fait de pouvoir réaliser un grand nombre de prototypes très rapidement à peu de frais nous a permis de faire beaucoup de tests. Nous avons ainsi été en mesure de mettre au jour et de résoudre très tôt certains problèmes de fonctionnement qui auraient sérieusement entravé le projet’s'ils avaient été découverts plus tard.”

Outre le moteur, le Pinch Manifold comporte une douzaine de pièces, et toutes ont été prototypées séparément sur l'Eden250, puis assemblées. La géométrie de certains concepts précoces aurait empêché de les usiner. “Nous avons produit en tout cinq prototypes complets, plus des douzaines de pièces séparées tout au long du processus,” se souvient Echeverri. “Nous avons réalisé beaucoup d'impressions nocturnes et lorsque nous revenions le matin, nous pouvions tester le nouveau concept immédiatement.

L'Eden250 a probablement réduit de six mois la durée du projet. Ainsi, le Pinch Manifold a été commercialisé beaucoup plus vite.”

Un prototype 3D permet à la société d'obtenir une subvention des NIH pour la conception innovante d'une boîte de Petri

Un autre projet récent développé par Biorep et rendu possible par l'Eden250 est une membrane en silicone pour boîte de Petri – nommée par Biorep le “sandwich à oxygène.” Une boîte de Petri ordinaire, en plastique, laisse uniquement entrer l'oxygène par la partie supérieure. Les scientifiques du Diabetes Research Institute (DRI) ont émis l'hypothèse selon laquelle les cellules dans la boîte peuvent mieux respirer, et être donc plus viables, si l'oxygène peut les atteindre des deux côtés : supérieur et inférieur.

“La silicone est perméable à l'oxygène, ce qui nous a poussés à créer une membrane en silicone pour la boîte de Petri,” affirme Echeverri. “Les chercheurs du DRI ont élaboré leur propre mélange de silicone qui améliore la perméabilité à l'oxygène – nous appelons cela le sandwich à oxygène, car les cellules y reçoivent de l'oxygène, depuis le haut et le bas.”

Les chercheurs du DRI ont créé la membrane et Biorep’ s'est chargé de trouver un moyen de lui donner la forme et la fonction d'une boîte de Petri standard.

L'équipe d'Echeverri’ a prototypé la conception initiale sur son Eden250, puis ont testé différentes approches visant à faciliter la fabrication et un assemblage adéquat. “L'épaisseur de la membrane finale est de 300 microns – suffisamment résistante pour être manipulée dans un laboratoire sans subir de dommages, et suffisamment ferme pour éviter tout relâchement. Pour obtenir ce résultat, nous avons réalisé un grand nombre de prototypages avec différentes configurations,” nous explique Echeverri.

L'équipe a également utilisé le prototypage pour s'assurer de pouvoir fabriquer le produit en masse. Les prototypes produits au cours de cette année ont été récemment utilisés pour solliciter une bourse des National Institutes of Health (NIH), pour financer le développement du produit. “Nous disposions d'un prototype réaliste, produit sur l'Eden250, et il nous a permis de démontrer l'intérêt du concept et obtenir la subvention des NIH,” déclare Echeverri. “Les dessins CAO ne sont pas’ assez efficaces pour’ présenter une conception totalement nouvelle.”

Il a suffi de six mois à Biorep’ pour faire passer la membrane en silicone Petri Dish de la table de dessin à son état actuel : tests sur le terrain dans plusieurs laboratoires. “Six mois, c'est un temps incroyablement court pour qu'un appareil médical soit testé sur le terrain,” déclare Echeverri. “Notre capacité à produire rapidement des prototypes en interne réduit de moitié le temps d'élaboration.”

Les résultats des tests précoces sur le terrain sont prometteurs : selon les chercheurs du DRI, les cellules sont plus saines et produisent davantage d'insuline, ce qui est essentiel pour la recherche avancée sur le diabète. Biorep est également très optimiste sur les possibilités commerciales du produit dans des domaines autres que la recherche sur le diabète, notamment les cellules souches.

L'imprimante 3D libère Biorep des contraintes liées à l'usinage et permet aux concepteurs de penser hors des sentiers battus

L'ingénieur R&D chez Biorep, A. Bernal est entièrement d'accord avec Echeverri’ qui affirme qu'avec l'Eden250 en interne la qualité générale des conceptions de Biorep’ s'est améliorée. “La possibilité de réaliser rapidement des prototypages en interne a réellement favorisé une approche innovatrice au niveau des conceptions,” déclare Bernal. “L'impression 3D nous permet de tester rapidement des concepts innovateurs en mettant de côté des conceptions pour des questions de fabrication. Avec l'imprimante Objet, nous pouvons nous concentrer sur le but de la conception et nous appuyer sur la consolidation de l'assemblage pour la démonstration du concept.”

Selon Echeverri, le fait de disposer des capacités d'impression 3D en interne a également permis à Biorep’ de diversifier son offre et ses sources de revenus. “Désormais, nous pouvons élaborer et prototyper une large gamme de projets,” dit-il. “Nous travaillons notamment sur des projets allant d' applications de recherche en ophtalmologie, à des concepts d'instruments chirurgicaux. Par le passé, nous ne disposions ni du temps ni des ressources pour le faire.

Nos cycles de développement du produit ont été accélérés, car nous pouvons à présent fabriquer en parallèle plusieurs concepts. La possibilité d'imprimer des pièces pendant la nuit, sans surveillance, nous a été extrêmement utile. Elle nous a permis d'éliminer les frais et les délais liés à différentes configurations associés à l'usinage traditionnel.”

En fait, Biorep est tellement satisfait de son Eden250 que la société envisage à présent d'acquérir une seconde imprimante 3D capable de produire des pièces dans une large gamme de matériaux.

Echeverri signale que Biorep a sans aucun doute gagné assez d'argent grâce à l'imprimante Objet pour justifier son coût, mais le vrai gain réside dans le fait de savoir que les appareils qu'ils prototypent et perfectionnent contribueront à changer la vie’ des personnes. “C’est la raison pour laquelle nous le faisons,” affirme Echeverri. “Tout ce que nous voulons c'est trouver un remède.”

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