Les chirurgiens de la colonne vertébrale et leurs patients vivent du concept « l’outil adéquat pour la tâche ». Les professionnels qui utilisent les machines-outils pour fabriquer des outils chirurgicaux doivent le pousser à son paroxysme.

Soulager les maux de dos demande de nombreuses solutions mécaniques par nature : ce domaine attire quelques-uns des meilleurs ingénieurs et opérateurs du monde. NuVasive®, Inc., société agissant dans le secteur des dispositifs médicaux et basée à San Diego en Californie, maîtrise les deux disciplines médicales et mécaniques pour relever le défi.

L'entreprise développe en effet des implants qui alignent et contribuent à réparer la colonne vertébrale, ainsi que les outils qui permettent leur pose facilement. Afin de parfaire ses produits, le siège social de NuVasive abrite des installations de recherche médicale, des laboratoires de conception et un atelier d'usinage de pointe.

En 2001, Jeff Castleberry, encore responsable de l'atelier d'usinage aujourd'hui, met en place la toute première installation de NuVasive, un espace d'environ 2,5m sur 4,5m accueillant uniquement un tour manuel et une fraiseuse à console. Mais la société croît rapidement, devenant trop grande pour cette modeste installation d'usinage interne. Jeff Castleberry décide alors de passer à la technologie CNC et investit dans un centre d'usinage à broche verticale Haas VF-2.

Cet atelier n'a cessé de s'agrandir et compte désormais six opérateurs hautement expérimentés et le tout dernier équipement CNC de Haas. Parmi les machines : un centre d'usinage à broche verticale VF-2, deux fraiseuses Mini Mill et deux fraiseuses Super Mini Mill, tous équipés d'un indexeur HA5C 4 ou 5 axes. Sans oublier une Super Mini Mill 2 avec tourillon TR-110 et deux tours d'atelier TL-1.

"Souvent, nous devons travailler à la "vitesse du guépard " et nous nous basons sur environ 1,5 machine par opérateur", commente Jeff Castleberry. "Avec les centres d'usinage à broche verticale Haas équipés de tables rotatives, nous bénéficions des pleines capacités 4 et 5 axes dont nous avons besoin".

A cela s'ajoute un gain de temps grâce aux fonctionnalités de montage et de positionnement multi-axe : les opérateurs peuvent ainsi gérer des tâches qui nécessiteraient autrement plusieurs opérations et configurations. "Notre credo, c'est l'Absolute Responsiveness® ou la réactivité absolue. Avec les machines Haas multi-axes "toujours configurées", nous adhérons parfaitement à cette philosophie puisque très peu de temps est perdu en configurations", développe Jeff Castleberry. 

Une grande partie des pièces usinées est fixée simplement par pince, ce qui évite toute fixation complexe. Dans les autres cas, l'équipe s'est organisée pour utiliser simplement une autre machine configurée pour la tâche voulue.
Elément vital
"Nous produisons des prototypes et des pièces de démonstration de faisabilité relatifs à nos implants
de fusion et outils chirurgicaux", explique Jeff Castleberry.

"Les produits sont parfois fabriqués dans de gros ateliers de production mais l'usinage interne reste un élément vital de nos processus de développement produit, de test et d'assistance client." Les implants de fusion classiques de NuVasive sont constitués de plaques, tiges et vis usinées avec précision. Ils permettent de réaligner et de stabiliser les vertèbres de part et d'autre du disque spinal endommagé d'un patient.

Parfois, ils forment un "pont" destiné à assembler les vertèbres pour de réduire la douleur provoquée la compression des nerfs rachidiens. Lors de telles interventions, le chirurgien doit réussir à insérer et à positionner ces implants le long de la colonne vertébrale du patient en évitant d'endommager les tissus environnants. Pour ce type de chirurgie, la procédure consiste à élargir mécaniquement une mini-incision latérale à la largeur requise.

La gamme d'outils chirurgicaux Maximum Access Surgery (MAS) joue alors un rôle important. "Dans notre atelier d'usinage, nous pouvons réaliser des prototypes et personnaliser tous nos outils mécaniques et instruments chirurgicaux afin de répondre aux besoins spécifiques de chacun", souligne Jeff Castleberry. Un médecin peut ainsi souhaiter un outil d'une dimension spécifique reflétant exactement les besoins de son patient ou simplement demander un outil épousant parfaitement sa prise en main.


Exigences matérielles et médicales
Aucune pièce d'usinage biomécanique n'est simple car pratiquement tout ce que produit l'atelier est destiné à être inséré dans ou sorti d'un corps humain et manipulé par des chirurgiens portant des gants en latex qui s'abîment facilement. "Il faut éviter les bords tranchants, ce qui signifie que les surfaces doivent généralement présenter un fini de 30 microns au minimum", continue Jeff Castleberry.

Le post-traitement FAO est soigneusement configuré pour de bénéficier des capacités de la broche 15 000 tr/min et des fonctions d'anticipation à grande vitesse des centres d'usinage et tourillons Haas : l'obtention d'un fini supérieur au sortir de la machine réduit l'étape de post-finition. De nombreuses pièces sont fabriquées à partir d'acier inoxydable 17-4. 

L'acier est thermotraité en interne, puis un usinage dur est effectué afin d'obtenir un fini propre et des dimensions finales prévisibles. Les pièces passivées ensuite en acier inoxydable et titane afin d'éliminer toute réaction potentiellement dangereuse une fois glissées dans le corps humain. "Nous utilisons souvent
des outils qui ne font pas plus de 0,5 mm, comme des broyeurs à billes.

Usiner le titane avec des outils aussi petits est particulièrement difficile car les pièces tendent à se déformer lorsqu'elles sont chauffées. C'est pourquoi nous devons produire de larges copeaux afin d'évacuer la chaleur", explique encore Jeff Castleberry. En outre, les accélérations G sollicitent énormément la machine, mais la fonction d'anticipation à grande vitesse de la Super Mini Mill 2 parvient à résoudre ces problèmes.

"Nous usinons tellement dans des matériaux durs que travailler une pièce "facile" en plastique ou en aluminium est un véritable enjeuv» plaisante à moitié Jeff Castleberry. "Même si nous tentons d'uniformiser autant que possible notre équipement et nos procédures, la majorité de ce que nous fabriquons est unique", conclut-il, "les ingénieurs ont l'habitude de se montrer flexibles afin de répondre aux besoins spécifiques.

Le fait d'avoir exactement les outils adéquats, à savoir des machines multi-axes fiables et déjà configurées, rend possible le type d'opérations que nous réalisons."