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Sous-traitance : un procédé de découpe laser original pour le médical

Réputée pour ses moyens et son savoir-faire en matière de micro-usinage par électro-érosion, l’entreprise Vuichard est également équipée d’une machine de découpe laser très spéciale, de la marque Synova, qui lui permetde répondre à des besoins pointus dans le secteur médical.

Vuichard envisage d’investir dans des moyens de tribofinition, une étape aujourd’hui sous-traitée en Suisse, auprès d’entreprises qui disposent de compétences dans le traitement de petites pièces.

électro-érosion à fil, Implant cochléaire découpé, il y a 5 ans, par électro-érosion à fil. Le laser permet aujourd’hui de produire la même pièce dans une taille divisée par deux.

Fondée en 1967 par Michel Vuichard, ancien salarié du centre de R&D de Charmilles Technologies (aujourd’hui GF Machining Solutions), l’entreprise familiale Vuichard est synonyme d’électro-érosion. Son activité de sous-traitance a débuté avec le procédé d’électro-érosion par enfonçage, sur lequel elle a bâti sa réputation, notamment pour l’usinage de pièces spéciales. En 1988, l’entreprise étend son expertise à l’électro-érosion à fil qui va rapidement se développer, puis au fraisage 5 axes, et enfin à la découpe laser.

Le parc machines de l’entreprise lui permet de se distinguer de la concurrence par sa capacité à usiner de très petites pièces. Située à Dingy-en- Vuache, entre Annecy et Genève, elle sert les besoins de l’horlogerie, mais cette spécificité de micro-usinage intéresse d’autres industries, dont le médical, qui représente environ 15 % de son CA (1 M€, pour 9 employés). Il s’agit par exemple d’usinage de formes en bout d’aiguilles, de mélangeurs de gaz, de métaux à mémoire de forme, de pièces spéciales en inox, chrome-cobalt, titane, nitinol, platine…

Concernant l’électro-érosion par enfonçage, Vuichard arrive à fabriquer des électrodes presque invisibles à l’oeil (7 μm), pour obtenir des empreintes de seulement 15 μm de large. Cela permet notamment de faire des trous dans une aiguille sans effort de coupe et sans bavure. « Il est difficile de trouver de telles compétences en Europe », souligne Philippe Vuichard, fils du fondateur, qui dirige l’entreprise depuis 1998. De même, pour l’électro-érosion à fil, l’entreprise est capable d’utiliser des fils de 20 μm de diamètre. Une spécificité qui lui a permis de fabriquer des électrodes d’implants cochléaires.

Côté fraisage, on reste dans le très petit, avec un centre d’usinage Matsuura LX0 (60000 trs/min) dont l’asservissement est au 100ème de micron.
C’est avec cette machine que l’entreprise a réalisé une empreinte en laiton avec un motif sinusoïdal d’amplitude 2,5 μm, démontrant un savoir-faire qui lui a valu un Micron d’Or sur Micronora l’an dernier.
Vuichard utilise cette machine pour fabriquer ses électrodes d’électro-érosion par enfonçage. Elle sert aussi à produire des empreintes de moule d’injection plastique pour la microfluidique notamment.

Un investissement de 600 K€

Concernant la découpe laser, l’entreprise n’a pas hésité à investir 600 K€ pour acquérir un équipement d’exception auprès du Suisse Synova. Il s’agit d’une machine basée sur la technologie brevetée Microjet qui intègre un faisceau laser focalisé puis guidé dans un jet d’eau fin comme un cheveu (34 μm de diamètre). Complémentaire de l’électro-érosion,
ce procédé a ouvert de nouveaux horizons à Vuichard. Il autorise la micro-découpe de feuilles de 5 à 300 μm d’épaisseur, et bientôt 600 μm avec un prochain investissement de 230 K€.

La technologie Microjet offre plusieurs avantages par rapport au procédé de découpe laser classique. Quand le faisceau touche le métal, celui-ci passe à l’état gazeux et est évacué sous forme de micro-bulles dans la colonne d’eau. Il n’y a ainsi aucune chauffe au niveau de la découpe, ni de recondensation, ni de partie liquide susceptible de se recoller à la matière, donc strictement aucune bavure. Un atout important dans le médical, où le risque de microparticules détachables est proscrit.

« On parvient à des états de surface (Ra 0,2) comparables à ceux obtenus avec un procédé de découpe basé sur un laser femtoseconde », précise Philippe Vuichard. Et contrairement au procédé classique, qui induit une conicité de l’usinage à cause de la focalisation du faisceau laser, la découpe est ici parfaitement verticale, rendant possible le calibrage de trous cylindriques à quelques microns. Si la plupart des pièces réalisées jusque-là avec cet équipement concernent le secteur horloger, Philippe Vuichard est convaincu qu’il peut répondre avantageusement aux besoins croissants de miniaturisation du médical, et espère voir le nombre de projets se multiplier dans ce domaine. « Notre entreprise est la seule en France à proposer de la sous-traitance avec ce type de laser », souligne-t-il.

Un outil de contrôle à la hauteur

Au niveau des équipements de contrôle, Vuichard s’est principalement doté de systèmes optiques, dont le microscope stéréo Lynx EVO de Vision Engineering. En faisant l’acquisition de la machine de découpe laser de Synova, l’entreprise a aussi investi dans un microscope Marcel Aubert, réalisé sur mesure. Sa particularité est d’être composé d’un matériel standard (grossissement de 60 à 500x) auquel est associé un deuxième microscope offrant une petite profondeur de champ (400x à 2000x). Ce dispositif garantit la conformité des cotes, y compris pour la découpe laser en série.
On l’aura compris, l’axe stratégique de l’entreprise repose sur la tendance générale – et notamment dans le médical – au « toujours plus petit ». En parallèle, Vuichard veut renforcer son savoir-faire en usinage de matériaux exotiques, comme le Nitinol, domaine de spécialité de Nimesis Technology (voir encadré), ou encore le molybdène, le tantale, le tungstène, le rhénium, l’iridium, le niobium, l’osmium, ainsi que les céramiques conductrices. A base de nitrure de titane, ces dernières sont susceptibles d’offrir des débouchés dans le médical, à condition que leur biocompatibilité soit avérée.
www.vuichard.fr

TÉMOIGNAGE

Vuichard, partenaire de choix pour Nimesis

Sous-traitant lorrain spécialisé dans les alliages à mémoire de forme pour des marchés de niche, Nimesis Technology sert notamment le secteur médical (20 à 25 % de son CA) avec le développement de produits innovants parmi lesquels des broches, agrafes, couteaux chirurgicaux, ainsi que des stents très particuliers, fabriqués sur mesure. L’entreprise vient d’ailleurs d’obtenir la certification ISO 13485:2016. Nimesis fait régulièrement appel aux services de Vuichard sur certains projets, médicaux et autres. « C’est une entreprise intéressée par les projets innovants, réactive, capable d’usiner des métaux très particuliers, avec des outils très performants, et un support technique de qualité », explique Alain Hautcoeur, dirigeant de Nimesis. « Sur des pièces de précision nécessitant une qualité de découpe très élevée, il est difficile de trouver mieux. » Le procédé de découpe laser de Vuichard est particulièrement intéressant pour Nimesis car il permet de minimiser les effets thermiques, préjudiciables sur des matériaux comme le nitinol.

Source : DeviceMed, Voir l’article sur le magazine DeviceMed

Bulletin d’informations 1239 – Vuichard SAS

Le laser à même de concurrencer l’électro-érosion à fil

Avec un savoir-faire historiquement axé sur des travaux d’électro-érosion à fil ou par enfonçage, l’entreprise Vuichard de Dingy-en-Vuache a livré durant des décennies des pièces de toutes tailles. Des investissements conséquents dans l’outil de production lui permettent depuis quelques années de toucher de plus en plus au très petit, au point de devenir un fournisseur de premier plan en micro composants pour divers types d’industries.

Les activités traditionnelles d’électro-érosion à fil qui ont fait la renommée de l’entreprise occupent une bonne place dans les ateliers. Plusieurs machines d’érosion par enfonçage, utilisées notamment pour l’usinage d’aubes de turbines sont également à l’œuvre. Le parc machines comprend aussi trois machines Sarix pour la réalisation de petits trous, des machines sur lesquelles l’entreprise a ajouté des électrodes de forme de fabrication interne. Ces électrodes, d’une largeur d’à peine 10 μ, permettent d’obtenir des étincelles d’une excellente qualité qui contribuent à la précision requise. Cette astuce maison permet d’aller beaucoup plus loin que la plupart des concurrents. Le centre de fraisage à 60’000 t./min avec déplacement dynamique utilisé pour la fabrication des électrodes sert également pour des opérations de finition minutieuses sur des formes en 3D ou pour l’usinage de tous les aciers trempés en mode fraisage dur.

A côté de ses activités sur des machines conventionnelles, l’entreprise a de plus en plus fréquemment recours à l’usinage laser pour lequel elle s’est équipée il y a quatre ans. Philippe Vuichard,
directeur : «Nous avions le sentiment de devoir nous lancer dans cette technologie mais sans pour autant pouvoir quantifier le potentiel. Ce genre d’investissements se font souvent avec une vision à long terme et il faut du recul pour en tirer des conclusions. La nôtre est claire, nous avons fait le bon choix».

Les points forts de l’usinage par laser

L’usinage laser offre une grande souplesse. Alors que la mise en train d’une machine d’usinage à fil peut s’avérer lourde, l’utilisation du laser permet d’être beaucoup plus réactif. Un exemple: la machine de découpe laser permet de percer les trous de départ pour ensuite directement passer à la découpe, contrairement à l’érosion à fil. « Il faut peu de temps entre l’idée et la réalisation. C’est donc un procédé idéal pour les prototypes ou les pièces unitaires dans des épaisseurs n’allant pas au-delà de 0,3 mm», nous dit Philippe Vuichard.

La machine est équipée d’une colonne d’eau parfaitement lisse d’un diamètre de 34 μ dans laquelle passe le laser. Au contact de la source de lumière, le métal passe à l’état gazeux et est évacué par l’eau. Il n’a ainsi pas le temps de se reformer et de créer des bavures. Les états de surface sont similaires voire meilleurs que ceux obtenus par électro-érosion à fil (Ra 0,2). Grâce au système de coupe froide, il n’y a aucun risque de déformation ou d’effet de recuit, même sur des pièces longues et fines. Cette machine permet également une découpe parfaitement verticale qui rend possible le calibrage de trous cylindriques à quelques microns. Alors que l’usinage à fil laisse une attache qui nécessite une opération de reprise pour être éliminée, la découpe au laser ne laisse qu’une microscopique attache de l’ordre de 15 μ, totalement invisible dans un angle.

Pour tous types de matières

L’usinage dans des matériaux exotiques n’effraie pas la société Vuichard. « C’est même une partie de notre fond de commerce», déclare le directeur. « N’oublions pas que notre savoir-faire de base est l’électro-érosion par enfonçage sur des diamants polycristallins notamment. Aujourd’hui, nous avons régulièrement des demandes pour des opérations dans du molybdène, du tungstène, du rhénium, du tantale, de l’irridium ainsi que dans des céramiques conductrices et des cristaux métalliques».

Contrôle sur mesure des pièces

La qualité de la découpe est contrôlée grâce à un modèle de microscope Marcel Aubert spécialement conçu pour l’entreprise. La particularité de cet appareil est la présence d’un deuxième microscope fixé sur la gauche du bras central et qui offre une petite profondeur de champ (400x, 800x, 1200x et 2000x). Ce dispositif permet ainsi de se focaliser avec précision sur une partie de la pièce et de ne pas avoir une vision polluée par une trop grande profondeur de champ.

Laureat d’un Micron d’Or à Micronora 2018 Vuichard SAS a gagné cette année le Micron d’Or dans la catégorie «Outillages et instruments de production microtechniques» avec un projet développé pour une Université.
Il s’agit d’une empreinte en laiton de 10 x 10 mm dont la surface moulante est apparemment lisse à l’oeil, apparemment lisse à la loupe mais qui est constitué d’une micro sinusoïde (comme une tôle ondulée que l’on retrouve sur certains toits de maison) de 2,5μ d’amplitude. Cette micro ondulation a été élaborée sur la base de la formule mathématique de la sinusoïde, mais la difficulté de la réalisation réside dans le fait qu’il faut utiliser un outil de fraisage dont la pointe fait un micron de rayon. Les fraiseurs savent qu’une fraise de 0,1
de diamètre est difficile à utiliser mais manier un outil cent fois plus petit relève de l’exploit et démontre un savoir-faire exceptionnel.

Source : Bulletin d’informations N°1239, Voir l’article sur le bulletin d’informations N°1239