MMC Magazine

Fabrication de millions de pièces de précision

La première étape de notre voyage nous conduit chez Laubscher, en Suisse. L’entreprise fabrique une large gamme de pièces de précision d’un diamètre inférieur à 42 mm. L’objectif quotidien de 280 employés de Laubscher est de répondre à toute la gamme d’exigences de fabrication des clients du monde entier. Alors qu’il n’est pas facile d’usiner des pièces de grande précision dans des matériaux difficiles de seulement 0,3mm de diamètre, Laubscher parvient à traiter plus de 10 000 types de produits différents chaque année et plus de 2 millions de produits par jour. 

La majorité des produits sont destinés à l’industrie médicale. D’autres servent à la production de montres, d’automobiles et de produits électriques ainsi qu’à des projets de construction. Cette visite fut l’occasion pour nous d’échanger avec Manfred Laubscher, responsable du département technologie et production, et Alain Kiener, directeur des achat d’outils, à propos des outils d’usinage de petites dimensions et des projets entrepris conjointement avec 
Mitsubishi Materials.

Exiger une qualité et des performances optimales

Environ 400 des 500 machines-outils utilisées à l’usine de Täuffelen (Suisse) sont des tours. Le traitement d’une gamme de produits de diamètres compris entre 0,3mm et 42mm requiert différentes techniques d’usinage. Pour répondre à ces différents besoins, le large éventail de machines utilisées comprend de petits tours automatiques à broches fixes et mobiles, des tours automatiques avec axes multiples et des centres d’usinage. « Nous fabriquons des composants utilisés dans divers domaines médicaux, mais aucun n’est conçu pour être implanté », explique Manfred Laubscher. Les produits fabriqués sont généralement des instruments utilisés lors du remplacement de prothèses articulaires, pour l’insertion de stents destinés à traiter des occlusions vasculaires et des inhalateurs pour les patients souffrant d’asthme. Les principaux matériaux utilisés sont des aciers inoxydables austénitiques comme le 303 (1.4305) et le 304 (1.4301). « Afin de garantir une qualité constante, nous devons utiliser des outils coupants de haute qualité », ajoute Alain Kiener. « Les fabricants d’outils sont nombreux, mais rares sont ceux qui fournissent des outils pour l’usinage de pièces de précision. Nous demandons aux fabricants d’outils coupants de nous fournir des outils de grande qualité et Mitsubishi Materials est l’un de nos partenaires commerciaux les plus fiables. »

Des possibilités de partenariat

Afin d’améliorer la qualité et le rapport coût/performance, Laubscher a évoqué un changement de plaquettes de tournage. Il leur fallait des outils extrêmement polyvalents offrant une qualité reproductible tout en en réduisant les coûts d’usinage. Ils ont alors sollicité Mitsubishi Materials pour développer des prototypes de plaquettes de tournage ISO destinées à usiner des matériaux difficiles. Ce nouveau projet ravissait les deux entreprises. « Nous avons d’abord effectué des essais d’alésage de précision sur de l’acier de décolletage sans plomb pour des équipements médicaux avec des plaquettes ISO DCMT11. Nous avons immédiatement trouvé l’outil très efficace. Nous avons alors utilisé les mêmes outils sur une autre machine du même département, là aussi avec des résultats extrêmement positifs. Non seulement la durée de vie du revêtement MP9015 enrichi en Al a doublé, mais tous les aspects de la performance (état de surface, apparence et facilité d’usinage) ont considérablement progressé par rapport aux produits existants. Cela nous a également permis de doubler l’avance et la vitesse de coupe. De telles améliorations ne sont pas courantes », poursuit Alain Kiener. Avant d’ajouter : « l’essai de la plaquette étant satisfaisant, nous aimerions donc l’utiliser avec différentes machines d’autres départements ». Les plaquettes étant extrêmement polyvalentes, Alain Kiener souhaite les utiliser comme outil standard sur davantage de lignes de production.

Attentes supplémentaires

Laubscher met également l’accent sur l’usinage de petites pièces de précision. « Nous utilisons actuellement un outil fabriqué par Mitsubishi Materials pour usiner des trous d’un diamètre compris entre 0,3mm et 6mm », explique Alain Kiener. « Nous aimerions utiliser de plus petites dimensions comprises entre 0,3mm et 3mm. Coopérer avec Mitsubishi Materials est pour nous extrêmement important dans ce secteur d’activité. »
« Nous soutenons l’amélioration des outils de plus petites dimensions », nous expliquent Kobi Tobler de Mitsubishi Materials et Daniel Dietsch de Six Sigma Tools*. En fait, les remarques de Laubscher comme les demandes de modification ou d’amélioration, sont envoyées directement au Japon depuis la Suisse, après quoi Mitsubishi Materials lance le développement et la fabrication des outils requis. « Tant que Laubscher développera l’usinage de petites pièces de précision, la nécessité d’utiliser des outils fabriqués par Mitsubishi Materials augmentera », conclut Alain Kiener. Nous aimerions faire croître notre synergie et développer des solutions efficaces au travers d’un partenariat à long terme. Mitsubishi Materials offre une vaste gamme nous permettant de trouver les meilleurs outils coupants pour différentes pièces dans diverses applications. Ce partenariat est très important à nos yeux. »

*Six Sigma Tools is an authorised distributor of Mitsubishi Materials tools in Switzerland

Mitsubishi Materials propose une gamme complète d‘outils miniature qui couvre pratiquement toutes les applications d‘usinage. En tournage par exemple, il existe des solutions sur mesure pour le chariotage et le copiage, mais aussi pour l‘usinage de gorges, le tronçonnage ou le tournage arrière. Alors que l‘alésage commence à partir d‘un diamètre d‘outil de 2,2 mm, l‘usinage de gorges commence à partir de largeurs de 0,3 mm et l‘usinage externe à partir de diamètres de 0,3 à 0,5 mm en fonction de la pièce. Les utilisateurs peuvent également profiter d‘une gamme d‘outils similaire dans le domaine du fraisage où les outils monobloc sont disponibles de série à partir d‘un diamètre de 0,1 mm. Ceux-ci englobent notamment la micro-fraise VQXL pour le secteur médical qui a été spécialement conçue pour l‘usinage de tête de vis à os Torx. L‘entreprise de production Mediliant, dont le siège est situé au Locle en Suisse, a utilisé avec succès deux nouveautés dans le domaine médical : des nuances de tournage non revêtues de la série MP9000 et une fraise monobloc de la série premium VQ. 

Dans le domaine du tournage, Mediliant usine habituellement des diamètres entre 5 et 16 mm, principalement en titane. C‘était aussi du titane qui devait être usiné avec le prototype d‘une nouvelle plaquette de Mitsubishi Materials. « Nous avons utilisé cette plaquette pour le chariotage de petites brides », explique Nicolas Foulaz, technicien au département de tournage. « Comme ces brides doivent par la suite accueillir une vis bombée, il faut tourner un diamètre, une surface et plusieurs rayons. Les transitions entre les profils ne doivent présenter aucun défaut. » Comme une faible quantité de matière est enlevée à différentes vitesses de coupe, il faut également s‘assurer qu‘aucun copeau long ne viendra obstruer la machine. Deux nuances de tournage de la série MP9000 ont été utilisées avec les plaquettes DCMT11T302-LS MT9005 et DCGT11T302-FS-P MT9015. Nicolas Foulaz est très satisfait des plaquettes : « le fractionnement des copeaux est excellent, et l‘état de surface est également bien meilleur qu‘avec l‘ancien outil. » Mitsubishi Materials utilise déjà ces résultats de tests pour la prochaine optimisation des outils prototypes et pour développer de nouvelles solutions. 

Une application de fraisage au Locle montre que Mitsubishi Materials propose aussi des outils hautement efficaces pour l‘usinage de pièces médicales de plus grandes dimensions. Dans le cadre de l‘amélioration continue, Mediliant a recherché ici un outil d‘ébauche avec une durée de vie plus longue, afin d‘éviter un changement d‘outils fréquent et les réglages que cela demande. En même temps, on voulait réduire les coûts outils par pièce produite. La pièce à usiner était une plaque d‘ostéosynthèse en titane de grade 5 qui devait être ébauchée dans un brut massif. Comme Mediliant utilise aussi bien des machines de faible que de forte puissance, la fraise devait pouvoir s‘adapter sur les deux types de machines. Avec la nouvelle fraise VQ de Mitsubishi Materials, il n‘y a aucune raison de s‘inquiéter. « Avec la fraise torique de 12 mm d‘un rayon de 2,5 mm, nous avons plus que triplé la durée de vie et sommes passés de 200 à 640 minutes » se réjouit Nicolas Pinguet, technicien au département fraisage. Kobi Tobler de Mitsubishi Materials et Daniel Dietsch, distributeur de Mitsubishi Materials en Suisse* ajoutent : « la surface lisse Zero-µ du revêtement PVD contribue également à ce résultat, tout comme l‘arête de coupe extrêmement aigüe. De plus, l‘outil d‘ébauche offre une grande stabilité grâce à son pas et son hélice variables. » La fraise universelle est désormais utilisée pour toute la famille de produit sur les huit fraiseuses.La société Mediliant a été fondée en 2014 suite à un rachat par les salariés. Avec 50 collaborateurs, l‘entreprise produit chaque année plus de 4 500 000 implants qui vont des clous aux cages en passant par les plaques et vis et qui sont pour la plupart en titane, mais aussi en inox et en alliages de cobalt-chrome. 

*Six Sigma Tools est un distributeur agréé d’outils Mitsubishi Materials en Suisse.

Solving problems together

Mitsubishi Materials is a long-term technical partner helping Mediliant to solve problems and realize improvements in manufacturing. Mediliant is now planning to adopt the SMART MIRACLE end mill for rough machining to increase efficiency because of its excellent performance in discharging chips.
“We expect our manufacturers to handle comprehensive quality management in the areas of raw materials, highprecision machining and quality. We chose Mitsubishi Materials as a capable partner and supplier,” said Laurent Ferreux.

En France, aux portes de la Champagne, l’usine Greatbatch Medical de Chaumont est le site de référence du groupe Integer pour la production de prothèses de hanche, d’épaule et d’implants pour le rachis. Acteur majeur dans les domaines de l’innovation et des technologies médicales, celui-ci emploie 10 000 salariés en Europe et en Amérique.

La visite de ce spécialiste mondial d’implants et prothèses orthopédiques intervient à une période de forte croissance tirée par l’allongement de la vie et par le développement de nouveaux produits. Cette dynamique mobilise toutes les composantes de l’entreprise : recrutement de nombreux salariés, investissements, extension des locaux, dans un plan coordonné qui met en avant les gains de productivité et l’extension de sa capacité à produire. 

Chez Greatbatch Medical, Richard Millot, Technical Expert Orthopaedics, et Benjamin Martin, Technical Expert, tous deux responsables des outils coupants, précisent le besoin d’une proximité avec leur interlocuteur privilégié chez MMC Metal France, Bento Valente – Technico-Commercial. Leurs échanges sont nombreux et réguliers depuis le début de leur collaboration. En effet, Les résultats obtenus avec les outils Mitsubishi Materials concernant le travail de nouvelles matières, comme le Chrome-Cobalt ou le PEEK, ont rapproché les partenaires.

Richard Millot tient à souligner la dimension stratégique de cette collaboration et propose d’en apporter la démonstration sur le terrain : « Ces matières, encore en devenir et très présentes dans notre atelier, constituent un axe d’amélioration de process qui requiert un accompagnement exigeant de notre fournisseur : disponibilité, conseil et une gamme d’outils à haute performance. La matière, la géométrie des pièces dont l’épaisseur peut parfois se limiter à quelques dixièmes de millimètre, ou la difficulté de certains usinages sont autant de paramètres qui vont influencer le choix des outils et les performances obtenues à la coupe ». 

Dans le hall d’usinage des polymères (PEEK), stabilisé à 21°C,  la gamme de fraises carbure monobloc VCPSRB est utilisée à partir du Ø 0,6 mm. Le choix de la vitesse de coupe pour chaque outil doit être défini très précisément afin d’éviter tout risque d’arrachement du copeau. Celui-ci génère une aspérité (bavure) totalement indésirable quand il s’agit d’un disque dédié à un implant cervical.

Les attentes de Greatbatch Medical en termes d’amélioration de la productivité ont bénéficié d’une écoute attentive de Mitsubishi Materials. Leur choix s’est porté sur l’utilisation de fraises carbures monoblocs type VQ et VF modifiées pour garantir une extrême rigidité. De même, ils ont retenu les forets carbure monoblocs type MWS avec arrosage central Ø 1,3 mm pour le perçage de trous profonds dont la longueur peut atteindre trente fois le diamètre. Pour cette dernière opération, le temps de cycle a pu être divisé par 4. Le design de ces fraises carbure monoblocs a été étudié pour optimiser la qualité de la coupe, l’évacuation du copeau et l’élimination des phénomènes de vibration. La géométrie des fraises Miracle de Mitsubishi Materials en offre un bel exemple pour l’usinage de plaques très fines en Chrome-Cobalt, un matériau très abrasif et dur 
(40 à 45 HRC). L’implantation asymétrique de sa denture et l’hélice à pas variable pour l’évacuation des copeaux sont des caractéristiques remarquables pour l’usinage à très haute vitesse sans vibration. 
Un autre exemple a été donné par Benjamin Martin : « Avec ce modèle de fraise et sur les conseils de Bento Valente, nous avons adopté une vitesse d’avance d’usinage de 1100 mm/mn  (Vitesse de coupe 125 mètres/minutes (VC)) pour une opération de fraisage sur du titane, des valeurs que nous ne pouvions pas imaginer avec l’outil précédent. Après vérification, je peux affirmer que cette vitesse optimale correspond aux meilleurs paramètres de qualité de surface et longévité outil, sans compromettre la stabilité du process dans la durée qui reste notre priorité ».  

Outre les projets en cours de développement, Greatbatch Medical mise sur la poursuite d’un cycle tourné vers la croissance des volumes à réaliser et sur l’arrivée de nouveaux produits adaptés au confort des patients. L’équipe d’experts n’exclue pas de se rendre au centre d’essais européen de Mitsubishi Materials à Valence, en Espagne pour tester de nouvelles applications. Ces perspectives sont une invitation à poursuivre l’esprit de partenariat étroit entre MMC Metal France et son client Greatbatch Medical pour faire converger la performance des outils vers l’excellence des solutions attendues en production.

Sauver des patients atteints de maladies handicapantes

Prenons maintenant la direction des États-Unis pour visiter Nexxt Spine dans l’Indiana, une entreprise spécialisée dans les appareils médicaux dont la mission est d’améliorer le quotidien de patients souffrant de troubles handicapants en produisant des instruments médicaux tels que des vis à os, des lames osseuses et des cages intersomatiques. Fondée en 2009, l’entreprise Nexxt Spine s’est établie comme un leader du secteur avec son site dernier cri de production situé à Noblesville, dans l’Indiana. 
Après avoir établi un système intégré de fabrication pour 100 % des implants rachidiens et 95 % des instruments chirurgicaux, l’entreprise se concentre sur le développement de produits améliorant l’efficacité des procédures grâce à l’innovation. Lors de notre visite chez Nexxt Spine, nous avons discuté avec Robert Thomas, directeur de production, et Beau Riser, ingénieur méthodes, qui ont mis l’accent sur la colonne vertébrale au travers de technologies et d’applications révolutionnaires.

Des produits traités considérablement plus vite

Nexxt Spine fabrique principalement des vis à os, des lames osseuses et des cages intersomatiques. « Nous fabriquons des supports qui contiennent tous les implants », explique Robert Thomas. « Nous utilisons principalement de l’aluminium et du PEEK, mais nous sommes également en train de lancer une nouvelle cage intersomatique, appelée NanoMatrix », nous confie Beau Riser. « Cette nouvelle cage intersomatique innovante, encore en phase de développement, a créé le buzz au NASS (North American Spine Society), un salon professionnel du secteur. » Nexxt Spine se distingue par son approche globale intégrant tout le processus, allant de la conception au développement des implants, des premiers essais jusqu’aux produits finis, le tout en assurant d’avoir un rendement supérieur à celui de la plupart des autres fabricants de l’industrie. Beau Riser nous en dit plus sur le processus de développement de Nexxt Spine : « Nous cherchons toujours à améliorer notre processus de développement de produits. Nous pourrions probablement aller 30 à 50 % plus vite que la norme industrielle. Il est capital d’être efficace lorsque vous travaillez directement avec des médecins ayant des exigences spécifiques. La technologie de rang 1 permet la modification de conceptions déjà établies pour les adapter aux exigences du médecin. »

Fabrication de divers composants médicaux

La dernière étape de notre périple nous amène chez Willemin-Macodel, un fabricant de machines-outils basé en Suisse. Le nom de l’entreprise signifie « machine de Delémont », du nom de la ville historique de fabrication de machines. Connue pour ses innovations de pointe en matière d’usinage, l’entreprise Willemin-Macodel propose des produits d’une extrême précision convenant aux pièces minuscules. Vu que l’entreprise se développe aux États-Unis, nous avons rencontré Jim Davis, directeur des applications sur le site de Noblesville (Indiana). « En tant que constructeur de machines-outils, nous fournissons des machines optimales pour toutes sortes de composants médicaux destinés à l’ensemble de l’industrie médicale. Nous fournissons un large panel de l’industrie, y compris des spécialistes du dentaire, de la colonne vertébrale, du maxillo-facial et des principaux os (tels que les hanches, les genoux, les coudes et les orteils). Nous réalisons également des applications, du développement de processus et des tests pour nos clients, et fournissons des solutions clés en main pour la mise en place d’un processus en parallèle de la livraison d’une machine-outil. Nous avons récemment terminé l’usinage d’une application dentaire pour laquelle nous avons utilisé une fraise Smart Miracle de Mitsubishi Materials de 0,5mm de diamètre. Notre dernier modèle de machine a déjà acquis une réputation dans tout le pays. » L’entreprise soutient également des sites dans tous les États-Unis par des activités de R&D (recherche et développement) et des formations. 
« Si un client souhaite une pièce qu’il ne sait pas fabriquer, ou s’il souhaite l’obtenir plus rapidement et à moindre coût, nous lui fournissons un processus plus robuste et d’une plus grande capacité », nous explique Jim Davis.

Outils recherchés dans l’atelier

Des capacités élevées lors du processus de fabrication sont toujours synonymes de meilleurs résultats pour le patient. Si un implant est proprement fini, il sera logiquement mieux accepté par le corps. Par conséquent, les risques étants réduits, il est possible de raccourcir la durée des interventions chirurgicales et de soulager le patient. En d’autres termes, produire plus rapidement des pièces plus fiables permet d’obtenir de meilleurs résultats. Jim Davis nous parle désormais de la contribution de Mitsubishi Materials à l’industrie médicale : « L’industrie médicale est différente des industries automobile et aéronautique. Dans l’aéronautique, tout tourne autour de la même tâche, et vous pouvez utiliser 200 outils pour la même pièce, sans jamais utiliser deux fois le même outil. Les pièces sont également extrêmement grandes. Le secteur automobile va très vite et requiert en général un changement d’outil à chaque transfert. À l’inverse, le secteur médical produit de petites séries avec la même machine. Vous avez peut-être 30 pièces de ceci, 20 de cela et encore 15 d’un autre type, ce qui requiert donc beaucoup de changements et de reconfigurations. Dans le secteur médical, l’efficacité prime souvent sur le rendement. Un outil que vous savez fiable, et qui fonctionne dès la première tentative sans devoir chercher un « point idéal », conduit à de meilleurs résultats. Il vous suffit de configurer le système et vous pouvez vous lancer, ce qui constitue un gain de temps considérable. Si vous fabriquez 30 pièces et gagnez une minute par cycle, vous ne gagnez que 30 minutes au final, mais la différence est énorme si vous passez une journée supplémentaire pour la configuration. La plupart des sites aux États-Unis facturent en moyenne 300 dollars par heure, voire plus, et 750 dollars par heure pour du dentaire. 
Le temps, c’est de l’argent ! Les outils de la plupart des concurrents doivent être remplacés toutes les 100 pièces, alors que les outils de Mitsubishi Materials ne doivent l’être que toutes les 500 pièces. La différence de temps passé sur le seul changement des outils est immense. Les produits de Mitsubishi Materials 
sont exceptionnels sur des pièces minuscules avec des cotes au micron. À titre de comparaison, une feuille de papier a une épaisseur d’environ 100 microns. Certaines pièces ont des dimensions à 10 microns. Et il faut alors que les mesures soient exactes. Les montages en particulier sont munis de nombreux trous et éléments géométriques et chacun d’entre eux requiert des mesures à tous les points importants. La précision étant essentielle, la qualité de la queue et de la précision de l’outil ont un impact considérable sur la qualité globale. Les produits de haute précision de Mitsubishi Materials fonctionnent bien et contribuent efficacement à l’amélioration de notre travail. »