La miniaturisation n’est pas une mince affaire
Les partenaires de conception doivent collaborer étroitement sur des composants personnalisés pour donner vie à la technologie médicale miniaturisée.
La miniaturisation a véritablement transformé deux catégories de dispositifs médicaux : les dispositifs cardiovasculaires et d’administration d’insuline. Par exemple, « une pompe d’assistance cardiaque ne serait pas possible sans la miniaturisation de la technologie des moteurs et une augmentation de la densité de puissance – la puissance nécessaire est importante », ont expliqué Carsten Horn, responsable de l’ingénierie des applications, et Peter van Beek, développement des affaires médicales. manager, tous deux chez maxon.
La miniaturisation révolutionne encore d’autres catégories de technologies médicales telles que les appareils chirurgicaux, pilotés par la robotique chirurgicale et les fabricants d’outils à main chirurgicaux. maxon a récemment fourni un moteur à arbre creux pour un outil chirurgical à main qui permettait au flux de déchets de solution saline et de débris de se déplacer à travers le moteur, permettant ainsi à l’ensemble de l’outil portatif d’avoir un diamètre plus petit et plus ergonomique. « Contrairement aux applications corporelles, les outils chirurgicaux à main nécessitent une stérilisation répétée entre les procédures via un processus de nettoyage en plusieurs étapes : nettoyage manuel avec chimie caustique, ultrasons, « lave-vaisselle » pour dispositifs médicaux et enfin autoclave », a déclaré van Beek. Il a également décrit de nouveaux ensembles d’outils électriques chirurgicaux composés d’un ensemble d’entraînement et de nombreuses têtes de fixation différentes. « La transformation d’un seul moteur en plusieurs outils était nécessaire pour une intervention chirurgicale spécifique. Toutes les têtes de fixation sont encliquetables et interchangeables et contiennent tous les engrenages et mécanismes requis, ainsi qu’un ID qui dicte certaines caractéristiques de vitesse et de couple pour cette tête. Cela élimine une collection d’outils différents dans la salle d’opération, mais fournit tout outil dont le chirurgien a besoin pour une procédure particulière », a-t-il expliqué.
En tant que fournisseur mondial de servocommandes, d’électronique de commande, de sous-ensembles mécatroniques et de fabrication sous contrat, maxon dispose d’un catalogue impressionnant de composants de base pour de multiples applications, mais lorsqu’il s’agit de miniaturisation des technologies médicales, la société travaille généralement en collaboration avec des innovateurs pour coder la conception. « Nos composants de catalogue offrent une base, mais pour la miniaturisation, les composants prêts à l’emploi ne sont plus possibles. Comme toujours, maxon fournit à ces systèmes d’entraînement complexes une précision et une qualité élevées, une densité de puissance ultra élevée et un poids réduit », a déclaré Horn.
Le moteur ECX 4 mm sans balais de maxon, conçu pour les applications médicales, est disponible en versions moyenne et longue et peut atteindre des vitesses allant jusqu’à 50 000 tr/min. Il peut être associé à un encodeur et au réducteur céramique GPX 4 disponible en version à deux, trois ou quatre étages.
Pour de tels appareils miniaturisés, « il n’y a souvent pas assez d’espace pour toutes les interfaces mécaniques, électriques et optiques », a déclaré Horn. Pour combiner les fonctionnalités dans un encombrement réduit, plusieurs interfaces (telles que le câblage, les capteurs et les engrenages) peuvent être intégrées. « Nous pouvons assumer la responsabilité des interfaces et les éliminer ainsi que les pièces associées, ce qui rend l’ensemble du groupe motopropulseur plus compact. » Par exemple, « si l’appareil utilise un moteur de catalogue plus un agencement d’engrenages alignés axialement (pensez à un crayon), la boîte de vitesses peut également être repositionnée à côté ou parallèlement au moteur pour réduire sa longueur dans une version miniaturisée », a expliqué Horn. Dans ce scénario, « nous ne fournissons pas seulement un composant, nous fabriquons sous contrat des sous-ensembles à partir des composants », a ajouté van Beek.
La technologie médicale est très compétitive et regorge de brevets, c’est pourquoi van Beek a déclaré que maxon travaillait en collaboration avec des innovateurs sur le développement de nouveaux appareils. « Ils viennent nous voir avec un concept général et nous l’étoffons ensemble », a-t-il déclaré. « Il appartient au client de confirmer que les brevets ne sont pas enfreints, et maxon veut seulement être informé de ce qui peut être conçu.
« Nous regardons toujours la technologie et comment repousser les limites », a poursuivi van Beek. « Les manières dont maxon repousse les limites incluent la stérilisation, la compacité de la conception, la taille physique des composants de base et la collaboration avec les clients finaux pour réaliser des conceptions uniques. »
Horn a déclaré qu’il peut être utile de suivre une méthodologie de « conception de l’intérieur vers l’extérieur » dans laquelle les composants internes sont conçus pour répondre aux exigences extérieures. « La partie délicate consiste à transformer les exigences externes des utilisateurs en exigences internes qui vous permettent de concevoir de l’intérieur », a-t-il déclaré. « Pour ce faire, construisez des modèles mathématiques solides et résumez les exigences et transférez-les aux fonctions internes. maxon développe des modèles mathématiques et s’y réfère pendant le processus de conception à des étapes de conception spécifiques.
L’évaluation de la technologie est également essentielle, a ajouté Horn. « Cela a un impact sur les tolérances et les tailles », a-t-il déclaré. Il a ajouté que le prototypage, l’analyse des risques et les tests de prototypes sont également des étapes essentielles de la miniaturisation. « Ne lésinez pas sur les tests, c’est extrêmement bénéfique à long terme. »
En conclusion, van Beek a déclaré que maxon fournit des ensembles d’entraînement de catalogue, semi-personnalisés ou entièrement personnalisés. maxon-USA (Taunton, MA) peut encore transformer cet entraînement via la fabrication sous contrat de qualité suisse en un mécanisme de sous-ensemble, qui à son tour peut être placé directement dans un système plus grand. maxon travaille en étroite collaboration avec nos clients, de la sélection initiale du variateur à la conception personnalisée, aux exigences de qualification et à la fabrication sous contrat.
maxon exposera au stand #3241 à Medical Design & Manufacturing (MD&M) West 2022 du 12 au 14 avril.
