Dans le domaine médical, lors du développement de nouveaux produits, la précision, la compatibilité des matériaux et le temps sont cruciaux. Là, vous avez besoin d’une méthode qui prend en charge des matériaux de qualité médicale et produit des résultats rapides. Une méthode qui remplit ce critère est la coulée sous vide.
Cet article met en évidence l'utilisation du moulage sous vide pour les dispositifs médicaux, en mentionnant les avantages, les applications spécifiques et les matériaux adaptés à la fabrication de tels produits médicaux.
Qu'est-ce que le moulage sous vide ?
La coulée sous vide, une technique pour fabrication de prototypes en plastique, utilise un moule en silicone pour produire de petits lots de produits similaires. Le nom « moulage sous vide » vient du processus de coulée se déroulant sous vide, qui élimine les bulles d’air et assure le remplissage complet du moule avec le substrat fondu.
Le processus commence par la création d’un moule principal via usinage CNC ou impression 3D. Après avoir placé ce moule dans une cuve, les ouvriers le remplissent de silicone. Le silicone sèche rapidement, ce qui donne un moule adapté au moulage de plastique ou de métal sous vide.
L’un des avantages du processus est sa rentabilité et son efficacité en termes de temps par rapport à d’autres techniques similaires telles que le moulage par injection plastique. C'est idéal pour réaliser des prototypes.
Pourquoi choisir le moulage sous vide pour la fabrication de dispositifs médicaux
Le domaine médical est un domaine très sensible où les matériaux sont choisis en fonction d'exigences strictes. Le processus de coulée sous vide permet de répondre à ces exigences.
Voici quelques raisons pour lesquelles vous devez sélectionner coulée sous vide pour prototypage rapide et fabrication de dispositifs médicaux :
Précision et précision des détails
La coulée sous vide est privilégiée pour sa précision et son exactitude. Cependant, cela dépend de la précision de votre moule principal. Généralement, avec la coulée sous vide, vous pouvez vous attendre à une précision de 0.05 mm.
Polyvalence des matériaux
Les dispositifs médicaux utilisent généralement différents types de plastiques, chacun présentant certaines caractéristiques. La technique de moulage du silicone prend en charge la plupart des plastiques et résines disponibles dans le commerce. Cela comprend l'ABS, le caoutchouc, le polypropylène, le HDPE, le polyamide, le nylon chargé de verre, le polycarbonate et le PMMA (acrylique). C'est pourquoi il a une gamme d'applications uniquement dans l'industrie médicale.
Rentabilité pour les petits lots
Dans la fabrication de dispositifs médicaux, en particulier lorsque vous êtes en phase de développement, le coût est crucial. Vous ne voulez pas dépenser beaucoup d'argent en prototypes et en tests. Ici, la coulée sous vide est meilleure que les autres techniques de fabrication rapide.
Son coût d'installation est faible ; vous n'avez besoin que d'un moule principal et de matériaux en résine. Le silicium lui-même est moins cher. De plus, un seul moule suffit pour réaliser jusqu'à 25 exemplaires. Et contrairement à d’autres machines, vous ne disposez pas de machines de grande puissance qui consomment beaucoup d’électricité. Donc, globalement, un faible coût opérationnel.
Vitesse de production
La rapidité de production est également vitale dans le domaine médical. Les chercheurs ont besoin d’un processus plus rapide pour tester les hypothèses dans les plus brefs délais. Par rapport aux techniques comme le moulage par injection avec un délai de 2 à 3 semaines, le moulage sous vide réduit ce délai à 10 à 15 jours.
Finition de surface de haute qualité
La coulée sous vide produit une finition de surface de haute qualité dans les dispositifs médicaux. La résine se lie étroitement au moule en silicone sous vide, reproduisant ainsi la surface du moule principal. Il existe également une option pour ajouter des pigments de couleur et obtenir tout type de finition de surface, qu'elle soit brillante, mate ou toute texture personnalisée.
Risque réduit de bulles d'air et d'imperfections
Lors de la coulée, l'air emprisonné dans le matériau en fusion peut produire des bulles, désastreuses pour les produits car elles provoquent des imperfections. Pour éviter cela, l’ensemble du moulage s’effectue sous vide. Il élimine la formation de bulles et garantit que les matériaux fondus atteignent tous les coins du moule en silicone.
Flexibilité dans les modifications de conception
Dans le domaine du moulage sous pression, les moules métalliques permanents rendent les modifications de conception difficiles et coûteuses. Cependant, les moules en silicone sont moins chers et plus faciles à préparer. Après avoir créé un certain lot, vous pouvez recréer ou modifier la conception du moule à peu de frais.
Capacité à simuler les matériaux finaux
La coulée sous vide simule bien les matériaux finaux. Il utilise diverses résines qui imitent les propriétés des produits finaux. C'est pourquoi il est très populaire pour fabriquer et tester des prototypes médicaux.
Exemples de dispositifs médicaux produits par coulée sous vide
La coulée sous vide a des applications dans divers domaines, mais son rôle dans le secteur médical est particulièrement remarquable. Dans les scénarios nécessitant des répliques précises d’organes humains ou de pièces complexes de machines médicales, cette technique s’avère inestimable.
Voici quelques applications courantes dans le domaine médical, ainsi que des exemples spécifiques d’appareils et de pièces moulées sous vide :
| Application | Exemples |
| Composants prothétiques | Membres prothétiques personnalisés |
| Modèles chirurgicaux et simulateurs | Modèles d'organes du corps humain pour les pratiques chirurgicales. |
| Boîtiers et boîtiers médicaux | Boîtiers pour appareils ECG, défibrillateurs |
| Orthèses et appareils orthodontiques personnalisés | Attelles de cheville, semelles intérieures de chaussures sur mesure |
| Composants d'aide auditive | Embouts, enveloppes intérieures |
| Appareils dentaires | Porte-empreintes dentaires, contentions orthodontiques |
| Appareils de thérapie respiratoire | Pièces pour nébuliseurs, composants de concentrateur d'oxygène |
| Instruments et outils chirurgicaux | Outils endoscopiques, manches de scalpel, pinces |
| Prototypes d'implants | Arthroplasties de la hanche et du genou, implants dentaires |
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Matériaux pour dispositifs médicaux coulés sous vide
Comme mentionné, le domaine médical utilise généralement différents types de plastiques pour la fabrication d’appareils. Certaines options de matériaux populaires sont :
Le caoutchouc
Le caoutchouc est populaire pour sa nature flexible. Il peut être facilement moulé dans des formes complexes. De plus, il est peu coûteux et peut être recyclé.
Les matériaux de type caoutchouc utilisés commercialement pour la coulée sous vide sont le T0387 (caoutchouc translucide) et l'UPX800. Ils sont parfaits pour réaliser des prototypes élastiques.
ABS
L'ABS a une faible viscosité de fusion, ce qui le rend maniable lors de la coulée. Après durcissement, il présente une bonne résistance aux chocs, une bonne ténacité et une bonne résistance chimique. De plus, il est dimensionnellement stable, ce qui signifie que les pièces en ABS ne se déformeront pas avec le temps. Ses variantes PU8260 et PU8263 ont une excellente résistance aux flammes et sont idéales pour fabriquer des composants à haute résistance.
Polypropylène (PP) et HDPE
Le polypropylène (PP) est un thermoplastique, ce qui signifie qu'il constitue un excellent candidat pour le moulage sous vide. De plus, il est léger et résistant à la chaleur. Un matériau aux propriétés similaires est le PEHD (polyéthylène haute densité). Cependant, il est rigide par rapport au PP.
Polyamide
Le polyamide est également très résistant, mais malgré cela, il est très flexible et durable. La résistance chimique est une autre caractéristique notable. Il convient aux applications à haute température.
Nylon rempli de verre
L'ajout de fibres de verre au nylon augmente considérablement sa résistance et sa rigidité. Il présente également une résistance à l’usure et thermique améliorée. Il est préférable pour les pièces mobiles internes sujettes au frottement et à l’usure.
Polycarbonate (PC)
Le PC est réputé pour sa durabilité, sa légèreté et son excellente stabilité dimensionnelle. Il peut être facilement moulé dans des formes complexes et est solide et durable. UP6160 et PX510 sont couramment utilisés pour le moulage de polyuréthane.
PMMA (acrylique)
Le PMMA, communément appelé acrylique, est un plastique transparent connu pour sa solidité et sa résistance aux éclats. Il offre une grande clarté, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant de la transparence. Les qualités PMMA courantes sur le marché incluent X522HT, PX5210 et PX5210H.
ABS rempli
L'ABS chargé combine l'ABS avec d'autres matériaux pour améliorer certaines propriétés telles que la durabilité et la résistance à la chaleur.
Voici un aperçu rapide des propriétés mécaniques des matériaux de coulée sous vide.
| Matières | Résistance à la traction (MPa) | Rigidité à la flexion(MPa) | Dureté(Rive D) |
| Le caoutchouc | 15 – 40 | - | 95 (Rive A) |
| ABS | 60 – 84 | 1.2 – 2.5 | 80 – 100 |
| PP | 20 – 50 | 0.6 – 1.3 | 70-85 |
| HDPE | 21 – 30 | 0.5 – 1.6 | 60 – 75 |
| Polyamide | 50 – 80 | 1 – 3.2 | 64 – 72 |
| Nylon rempli de verre | 90 – 120 | 1.75 – 2 | 58 – 75 |
| Polycarbonate | 60 – 70 | 1.5 – 2.3 | 85 – 90 |
| PMMA | 65 – 75 | 2 – 2.2 | 83 – 99 |
Alternatives à la coulée sous vide pour les dispositifs médicaux
Outre l’utilisation du moulage sous vide pour l’industrie médicale, il existe d’autres procédés de prototypage rapide pour réaliser le même travail :
Moulage par Injection
Le moulage par injection est similaire au processus de moulage sous vide dans le contexte où une cavité de moule facilite la fabrication de produits. Dans ce cas, un matériau fondu est injecté dans une cavité métallique permanente sous haute pression, où il se solidifie et prend la forme de la cavité. Il est plus précis et utilisé pour la production en grand volume de dispositifs médicaux.
Impression 3D
Impression 3D est un processus additif, qui construit des pièces couche par couche à partir de modèles numériques. Il offre une personnalisation et une flexibilité élevées, ce qui le rend idéal pour le prototypage et la production de géométries complexes. Cependant, la finition de surface n’est pas aussi bonne que celle des autres procédés.
Usinage CNC
La CNC (Computer Numeric Control) consiste à soustraire de la matière d'un bloc solide à l'aide de divers outils de coupe pour obtenir la forme souhaitée. Usinage CNC est très apprécié pour sa précision et son exactitude maximales par rapport à tous les autres processus. Il convient au prototypage mais coûte relativement cher par rapport à d’autres processus.
Pour aller plus loin
Le formage sous vide est une méthode rentable pour produire rapidement des dispositifs médicaux. Grâce à sa capacité à mouler une variété de matériaux de qualité médicale, les applications du moulage sous vide dans l’industrie des dispositifs médicaux sont nombreuses. Qu'il s'agisse de fabrication de membres prothétiques, d'implants dentaires ou même de prototypage rapide, la méthode fonctionne de manière transparente.
