Technologie médicale : prêt pour la production en série avec du plastique

)" title="()" class="" fetchpriority="high" />
()

La transparence est l'un des critères les plus importants lors du choix des plastiques pour les composants médicotechniques. Les couvercles transparents – comme ici empilés dans l'image – permettent des processus d'analyse par microscopie, techniques de caméra ou mesures de fluorescence. (Image : ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

Petites cavités d'une cartouche Lab-on-a-Chip (à droite sur l'image) : des géométries complexes et délicates comme celles-ci peuvent être fabriquées efficacement grâce à une technique d'outillage de haute précision et à certains plastiques par moulage par injection. (Image : ©Rodinger Kunststoff-Technik GmbH)

Le plastique est un matériau recherché en technologie médicale. Cela commence par des produits d'emballage, par exemple les pièces extérieures d’un stylo à insuline, en passant par des pièces de diagnostic en contact avec des substances qui seront ensuite éliminées, jusqu’à des produits en contact avec des substances qui seront réintroduites dans le corps ultérieurement. Selon le domaine d’application, il existe différentes réglementations et homologations pour les plastiques, qui sont regroupées sous le nom de « Medical Grades ». Les exigences fondamentales pour les plastiques de grade médical sont la traçabilité complète des produits et matières premières utilisés, la biocompatibilité, la résistance chimique, la stérilisabilité et la sécurité de livraison.

Même si les plastiques domineront ultérieurement la production en série, les produits sont souvent testés en laboratoire lors de la phase de développement avec d’autres matériaux tels que le verre, le métal ou le silicone. Tout d’abord, pour des raisons économiques ainsi que de disponibilité, on privilégie des articles standards présents sur le marché, tels que des boîtes de Petri, des plaques de titrage, des cuvettes ou des plaquettes en verre. Comme dans le laboratoire, les processus sont analysés à l’aide de microscopes, de techniques de caméra ou de mesures de fluorescence, la transparence est une des principales exigences pour les ustensiles utilisés, ce qui est principalement le cas pour le verre. Il existe également des plastiques transparents, mais le verre offre une transparence légèrement supérieure.

Plastique pour structures complexes

Dans de nombreux cas d’utilisation, comme par exemple pour des laboratoires chips complexes, les ustensiles standards ne suffisent que pour des essais fondamentaux. Lorsqu’il s’agit de développer en détail le processus pour la fabrication en série, des géométries complexes et des canaux microfluidiques nécessitent d’autres matériaux, comme certains plastiques. Avec ces derniers, il est possible de fabriquer de telles structures filigranes avec peu d’énergie.

Les premiers prototypes peuvent être réalisés par thermoformage ou par moulage de silicones ou de résines synthétiques. Les coûts unitaires pour les moules sont alors modérés. En revanche, la fabrication de pièces en plastique en laboratoire est relativement complexe et entraîne une certaine perte de qualité. Lorsque la production en série par injection plastique commence, le rapport de coûts est inversé : l’investissement dans un moule est élevé, mais les pièces en plastique peuvent être produites en grande quantité à moindre coût.

Compromis en termes d’optique et de liberté de conception

L’utilisation de plastiques dans la fabrication en série de produits médicaux et de diagnostic peut toutefois comporter certaines limitations. Surtout dans le domaine de l’optique, des compromis doivent être acceptés. Il existe des plastiques très transparents, mais qui ne peuvent pas tout à fait rivaliser avec les propriétés optiques du verre. D’autres restrictions concernent la liberté de conception. En injection plastique, les pièces doivent toujours être conçues de manière à pouvoir être démoulées. De plus, des angles de démoulage sont nécessaires, ce qui influence la liberté de conception. Les parois de la pièce doivent toujours être légèrement inclinées pour le démoulage, généralement entre 0,5 et 3 degrés, dans de rares cas jusqu’à 10 degrés. « Cela est à peine perceptible à l’œil, mais indispensable pour le moulage », explique Harald Höcherl, chef du département procédés chez Rodinger Kunststoff-Technik GmbH (RKT). « En règle générale, ces conditions ne posent pas de problème en fabrication. »

Traitement des plastiques compatibles avec la médecine

Quel plastique convient à quelle application médicale ou technologique est un domaine très vaste. Les plastiques COC sont particulièrement couramment utilisés en technologie médicale – notamment en diagnostic – car ils sont très transparents, présentent de faibles anisotropies optiques et sont également biocompatibles. Lorsqu’il s’agit de produits de masse comme des articles à usage unique, on privilégie principalement des plastiques de masse peu coûteux comme le PP, le PE ou le PS, si leurs propriétés mécaniques le permettent. Les composants soumis à de fortes exigences mécaniques (par exemple dans l’intérieur des stylos à insuline) sont fabriqués à partir de thermoplastiques techniques, tels que le POM, le PA ou le PPA. Pour remplacer des pièces métalliques, on utilise souvent des plastiques techniques avec une forte teneur en fibres (fibres de verre ou de carbone). Les pièces de boîtier sont principalement fabriquées à partir de plastiques résistants aux chocs comme l’ABS, le PC/ABS, les polyamides ou le PBT.

« Lors de la transformation de divers plastiques, il faut maîtriser certaines astuces techniques pour obtenir le meilleur résultat avec chaque matériau », explique Harald Höcherl. Un défi peut par exemple être la taille particulièrement petite d’une pièce, nécessitant un équipement spécifique pour l’injection, comme des unités d’injection microscopiques. Pour les plastiques COC transparents, il existe une astuce pour éviter le jaunissement : Harald Höcherl précise : « Le COC est très sensible à l’oxygène, qui se lie lors de la fusion, ce qui peut entraîner un jaunissement. Il faut donc inonder la zone de traitement avec de l’azote. Cela permet de tenir l’oxygène à distance lors du processus de fusion. » De plus, le COC est relativement fragile et sujet à des fissures de contrainte. Il est donc particulièrement important d’avoir des angles de démoulage plus robustes. Une autre difficulté dans la transformation des plastiques concerne les exigences en matière de salles blanches pour certains composants de diagnostic. Selon les spécifications du client, il faut déterminer la classe de salle blanche requise pour le produit, si des tests supplémentaires de décontamination sont nécessaires, et RKT conçoit ses cellules de production conformément à ces exigences.

RKT accompagne le développement des processus

RKT est notamment spécialisé dans l’accompagnement du développement de processus pour les pièces médicales jusqu’à la production en série. En principe, une phase de pré-ingénierie est d’abord réalisée, puis un moule prototype est construit pour tester la faisabilité de géométries complexes en injection plastique. En fonction des exigences du composant, des plastiques appropriés sont conseillés, sélectionnés et testés dans le moule prototype. Avec la pièce modèle, le produit peut ensuite être développé et perfectionné. Enfin, le moule de série est créé, capable de produire des millions de pièces en fonction de leur complexité.

Conclusion : injection plastique – efficace et de qualité

Pour de grandes quantités et des processus fluides, l’injection plastique est une méthode efficace pour produire des composants médicaux de haute qualité selon les normes strictes du secteur. Le verre offre certainement des avantages en termes de transparence pour les processus de contrôle optique, mais en termes d’économie et de maniement en série, le plastique a une longueur d’avance.