L’impression 3D accélère la conception et les essais de dispositifs médicaux

Le prototype parfait est celui qui sera confondu avec un produit commercialisé. Les prototypes de dispositifs médicaux doivent en particulier épouser les formes organiques du corps humain et doivent donc trouver un équilibre parfait entre taille, poids et forme, tout en fonctionnant parfaitement pour les tests et les itérations.

La société britannique de conception de dispositifs médicaux Coalesce Product Development développe des dispositifs d'administration de médicaments, notamment des inhalateurs et des injecteurs, ainsi que des agencements, et tester l'équipement. Avec l'impression 3D en stéréolithographie (SLA) , ils ont trouvé un outil permettant de créer des formes complexes, personnalisés et robustes, durable et facile à post-traiter.

Dans cette interview, Vinnay Chhabildas, concepteur industriel chez Coalesce, explique comment des prototypes imprimés en interne. permettent à l'entreprise de passer du design au produit à l'aspect fini en quelques jours au lieu de plusieurs semaines et à une fraction du coût comparé à l'externalisation et au moulage de silicone.

Pourquoi Coalesce choisit-il d’imprimer en 3D ses prototypes de dispositifs médicaux?

Les dispositifs médicaux comportent souvent des formes 3D complexes, difficiles à prototyper avec des méthodes traditionnelles. L’impression 3D nous permet de créer des formes complexes et personnalisées, développées en CAO, et de les transformer en prototypes physiques en peu de temps.

Ces prototypes peuvent être des formes externes pour l’évaluation des facteurs humains, des mécanismes internes pour l’évaluation technique, ou même des gabarits et des montages utilisés avec des appareils de test.

Comment les prototypes imprimés en 3D vous ont-ils aidé à développer votre dispositif de profilage respiratoire

Notre dispositif de profilage respiratoire (BPD) a été conçu pour évaluer numériquement le profil de débit inspiratoire d'un patient asthmatique. Les machines de spirométrie, utilisées par les cliniciens pour mesurer la fonction pulmonaire d’un patient, ont tendance à être chères et encombrantes, ou portables, mais peu techniques. Le BPD est une alternative peu coûteuse et portable aux machines à spirométrie.

À l’origine, les prototypes imprimés en 3D ont été utilisés pour développer l’architecture du produit. Lorsque la conception était stable, les pièces imprimées ont été peintes et présentées à la conférence DDL (Drug to the Lungs).

Les prototypes étaient si réussis qu’ils avaient été confondus avec un produit commercialisé. Au final, les prototypes d'appareils ont été utilisés dans une étude clinique.

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Quel impact l’impression 3D interne a-t-elle eu sur votre processus de prototypage?

Avant d’investir dans les imprimantes Form 2, nous nous reposions entièrement sur le prototypage externalisé. Plutôt que de faire plusieurs itérations par jour, comme avec la Form 2, les cycles itératifs étaient plus longs et nous avions moins de contrôle sur le nombre de finitions à la main des géométries critiques.

Le recours à des sous-traitans coûte environ 20 fois plus cher que le coût brut d’impression interne des pièces. Par exemple, le traitement des dossiers du BPD coûte environ 11 £ à produire sur la Form 2, contre environ 250 £ si nous l’avions sous-traité. Cependant, le véritable avantage réside dans le gain de temps : les pièces ne nous ont pris que 8 heures à imprimer et nous avons pu finir et peindre les prototypes en quelques jours. Cela prendrait un contractant externe une semaine ou deux.

Comparaison des coûts pour le prototypage d’un coffret peint.

Pourquoi avez-vous choisi la technologie d'impression 3D stéréolithographique?

Coalesce travaille depuis de nombreuses années avec des fournisseurs de services SLA sous-traités. Nous avons également expérimenté d’autres solutions de prototypage, telles que l’impression 3D par dépôt de fil fondu (FDM), mais nous avons constaté que cela ne pouvait pas correspondre au SLA en termes de qualité de surface.

La stéréolithographie offre un bon équilibre entre la résolution des fonctions, l’état de surface, la durabilité, le choix des matériaux et la précision dimensionnelle. Parce que nous développons des dispositifs avec des pièces mobiles, nous avions besoin d’un moyen efficace de prototyper de petits mécanismes en interne. Nous avons gardé un œil sur les progrès de la technologie d’impression 3D au cours des dernières années et nous avons apprécié l’approche Formlabs. Lorsque la Form 2 est sortie, nous en avons commandé une immédiatement, suivi d'une seconde quelques semaines plus tard.

Nos deux machines sont presque toujours en utilisation. Nous avons appris à tirer le meilleur des machines et des matériaux et à finir les pièces de manière à les rendre aussi proches que possible des pièces fabriquées industriellement. Nous pouvons concevoir des pièces avec des clips qui fonctionnent, ou même ajouter des inserts filetés afin que les pièces puissent être vissées.

La variation des matériaux que nous utilisons nous aide également à créer les caractéristiques de frottement dont nous avons besoin pour vérifier que nos mécanismes fonctionnent comme prévu. Si un mécanisme fonctionne en mode SLA, il est presque certain qu'il fonctionnera lorsqu'il sera moulé.

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Comment et quand incorporez-vous différents types de matériaux dans vos prototypes?

Les résines Black, White et Clear sont les matériaux que nous utilisons le plus souvent, même si nous utilisons également Flexible et Tough.

Dans la plupart des cas, nous essayons de reproduire les caractéristiques d’une pièce en plastique moulée par injection. Les résines Black, White et Clear conviennent parfaitement à ce type de travail. Si nous avons l’intention d’appliquer des efforts mécaniques élevés à une pièce (par exemple, un dispositif d’essai), nous utiliserons Tough Resin. Si nous voulons reproduire les caractéristiques d’une pièce en silicone ou en élastomère (par exemple, un joint d’embout buccal), nous utiliserons la résine flexible.

Quelle est la place de l’impression 3D dans le design industriel? Que voyez-vous pour l'avenir?

En obtenant mon diplôme en design industriel et en technologie à l'Université de Loughborough, j'ai appris que l'impression 3D était un pilier du design industriel depuis de nombreuses années.

Cependant, ce qui a changé ces dernières années, c’est que la technologie d’impression 3D s’est améliorée et est devenue plus accessible. Avec quelque chose comme la Form 2, la technologie est directement accessible au concepteur industriel et fait désormais partie intégrante des processus de travail quotidiens.

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