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L’imprimante 3D Objet aide à accélérer la quête d’un remède contre le diabète

L’imprimante 3D Objet aide à accélérer la quête d’un remède contre le diabète


« Imprimer en 3D nous permet de tester rapidement des concepts innovants en contournant les problèmes de conception pour la production. »
Andres Bernal, Biorep Technologies

La capacité de produire des prototypes rapides en interne réduit de moitié le cycle de développement d’équipements médicaux

Biorep Technologies produit des dispositifs médicaux destinés au traitement du diabète. Affiliée à l’Institut de Recherche sur le Diabète de Miami, de renommée mondiale, la société propose un équipement d’isolement des îlots à un prix raisonnable pour augmenter l’accès à la technologie.

Felipe Echeverri, directeur d’ingénierie, et Andres Bernal, ingénieur R&D, dirigent l’équipe de conception de Biorep. Depuis la création de la société en 1995, ils ont fait appel à un atelier d’usinage pour le prototypage. Parfois, Biorep devait travailler avec des fournisseurs pour produire rapidement les prototypes de petites pièces permettant de tester les conceptions.

L’augmentation du nombre de projets de prototypage rapide pousse à adopter l’imprimante 3D en interne

En 2007, comme les équipements de Biorep sont devenus plus compacts et sophistiqués, Echeverri et Bernal ont eu besoin d’acheter plus fréquemment des prototypes rapides de petites pièces. Le volume a tellement augmenté à tel point qu’il est devenu plus sensé d’effectuer le prototypage rapide en interne.

A l’époque, Biorep manquait de moyen moins cher permettant de produire des prototypes rapides. « C’était souvent plus coûteux d’acheter des modèles imprimés 3D. De même, cette option n’a pas été beaucoup plus rapide que l’usinage en interne », a déclaré Echeverri. « Nous savions que nous pourrions accélérer la productivité si nous avions la possibilité d’imprimer une pièce durant la nuit dans notre bureau. » Ainsi, Biorep a commencé à examiner de près les systèmes d’impression 3D.

L’Objet Eden250 a été choisi pour sa facilité d’utilisation et la qualité de sa finition

Biorep a eu un certain nombre d’exigences en ce qui concerne le système d’impression 3D professionnel. « Nous utilisons essentiellement des prototypes rapides pour prouver les concepts et vérifier l’ajustement, la forme et le fonctionnement avant de valider la phase d’outillage pour le moulage par injection. Ainsi, la précision est vraiment importante », dit Echeverri. « La facilité d’utilisation et la fiabilité sont également essentielles. »

Biorep a choisi une imprimante Objet Eden250 qui constitue le point d’entrée idéal au monde du prototypage rapide de haute qualité. Les modèles produits sur l’imprimante 3D Objet sont lisses et durables, avec des détails fins et une surface de finition exceptionnelle. Caractérisé par son faible encombrement, ce système moins cher utilise un processus entièrement propre, ce qui le rend idéal pour les environnements de bureau standards. Contrairement à d’autres systèmes d’impression 3D, il entre dans une porte classique, ce qui rend son installation facile et rapide.

« L’imprimante 3D Objet est la solution idéale à nos besoins », a déclaré Echeverri. « Il est adapté à l’environnement de bureau, propre, facile à utiliser et à entretenir et fournit des pièces précises avec une surface de finition exceptionnelle. »

La capacité de produire des prototypes rapides en interne réduit de six mois le cycle de développement de nouveaux produits

Echeverri rapporte que l’imprimante 3D Objet a aidé son équipe à produire de meilleurs designs et réduire le délai de mise sur le marché de nouveaux produits.

Un projet récent qui illustre tous ces avantages est le collecteur à pincement breveté de Biorep. Traditionnellement, les laboratoires médicaux d’analyse de fluides ont utilisé un dispositif appelé vanne d’étranglement pour conserver les fluides dans un tube en silicone afin qu’ils ne soient pas en contact avec l’équipement. Des vannes d’étranglement « étranglent » littéralement le tube fermé qui contient le fluide. Malheureusement, ces vannes ont tendance à surchauffer en fonction de la pression des tubes. Elles ne sont pas très fiables et coûtent cher. En cas de panne de courant, elles peuvent s’ouvrir de façon inattendue, libérant ainsi le fluide à l’intérieur.

Le nouveau dispositif de Biorep requiert 32 vannes d’étranglement fiables et sans contact. Les vannes vendues sur le marché n’offraient pas les résultats escomptés. Ainsi, l’équipe de Biorep a décidé de concevoir ses propres vannes.

Résultat : le collecteur à pincement de Biorep utilise une série de cames et un moteur pour contrôler les fluides dans plusieurs canaux avec la fonctionnalité sans contact des vannes d’étranglement traditionnelles. « Notre collecteur à pincement offre un nouveau moyen d’indexation des fluides sans contact absolu avec les pièces de la vanne », dit Bernal. Les fluides ne sont en contact qu’avec le tube en silicone, qui est jetable. Dans l’environnement stérile d’un laboratoire, il est important d’éviter le contact de l’équipement avec le fluide à traiter pour éviter la contamination par les bactéries.

Le système peut être élargi à autant de canaux que l’utilisateur le souhaite. Il est donc plus efficace qu’un système de vanne d’étranglement traditionnel qui ne peut gérer généralement qu’un seul canal. Et parce qu’il est plutôt mécanique qu’électromagnétique, il est très fiable. En cas de panne de courant, il garde sa position.

Bernal a commencé à expérimenter avec quelques designs et les a prototypés sur l’imprimante 3D Objet. « Nous avons rapidement réalisé que nous étions sur quelque chose de grand », dit Echeverri. « Nous avons utilisé un prototype 3D Objet pour présenter le projet à la direction. Celui-ci nous a aidés à vendre le concept. Nous avons eu un feu vert rapide pour le nouveau produit. »

« La capacité à produire des prototypes rapides en interne était absolument cruciale pour la réussite de notre projet », explique Bernal. « Primo, nous avons été capables de concevoir des pièces sans les contraintes de l’usinage. Secundo, vu que nous pouvions produire un grand nombre de prototypes très rapidement à un faible coût, nous avons effectué beaucoup de tests. Ceci nous a aidés à trouver et à corriger certains problèmes fonctionnels pendant les phases précoces du projet. Ces problèmes auraient nui au projet si nous les avions découverts plus tard. »

Le collecteur à pincement est composé d’une douzaine de pièces sans le moteur. Toutes ont été prototypées individuellement sur l’imprimante 3D Objet, puis assemblées. Certains concepts primaires ne pouvaient pas être usinés en raison de leur géométrie. La société a produit cinq prototypes complets ainsi que des dizaines de pièces individuelles. « Nous préparions les pièces à imprimer la nuit et lorsque nous revenions le lendemain matin, nous pourrions tester le nouveau concept immédiatement », a déclaré Echeverri.

« L’imprimante 3D Objet a permis d’économiser six mois sur la durée du projet. Ce qui nous a permis de mettre sur le marché le collecteur à pincement plus rapidement », a déclaré Echeverri.

Un prototype 3D permet à la société de gagner une subvention NIH pour le design innovant d’une boîte de Petri

Un autre projet récent de Biorep concrétisé grâce à l’imprimante 3D Objet est la membrane en silicone d’une boîte de Petri que la société a appelée « Oxygen Sandwich ». Une boîte de Petri en plastique standard fait entrer uniquement l’oxygène par le haut. Les chercheurs de l’Institut de Recherche sur le Diabète (DRI) ont émis l’hypothèse que les cellules placées dans une boîte de Petri pourraient mieux respirer, et donc être plus viables, si l’oxygène arrivait à la fois par le haut et le bas.

« Le silicone est perméable à l’oxygène. Nous avons donc décidé d’essayer de créer une boîte de Petri avec une membrane en silicone », dit Echeverri. « Les chercheurs de DRI ont développé un mélange de silicone qui affiche une plus grande perméabilité à l’oxygène. Nous avons appelé la conception « Oxygen Sandwich », car elle couvre les cellules d’oxygène en dessous et en dessus. »

Les scientifiques de DRI ont donc créé la membrane. La mission de Biorep consistait à mettre en place une méthode permettant de conserver la forme et la fonction originales d’une boîte de Petri standard.

L’équipe d’Echeverri a prototypé le design initial sur son imprimante 3D Objet et a expérimenté de nombreuses approches différentes pour s’assurer que la fabricabilité et l’assemblage soient parfaits. « Le design final de la membrane a seulement eu 300 microns d’épaisseur – assez robuste pour être manipulé dans un laboratoire sans être endommagé et assez tendu pour éviter l’affaissement », a déclaré Echeverri.

« Nous avons fait beaucoup de prototypages avec différentes configurations avant d’arriver à ce design. » L’équipe s’est également servie du prototypage pour s’assurer que le design puisse être produit en volume. Les prototypes réalisés au cours de cette opération ont été utilisés dernièrement pour prétendre à une subvention du NIH (National Institutes of Health) afin de financer la poursuite du projet de développement de produit.

« Avoir un prototype réaliste, produit par l’imprimante 3D Objet, nous a définitivement aidés à prouver le concept et à obtenir la subvention du NIH », dit Echeverri. « Les dessins CAO ne sont pas aussi efficaces quand vous présentez un tout nouveau design. »

Il a fallu six mois pour passer de la planche à dessin à la boîte de Petri à membrane en silicone dans son état actuel. De nombreux tests sur terrain ont été effectués dans un certain nombre de laboratoires. « Six mois est un délai incroyablement court pour obtenir un dispositif médical testé sur terrain », dit Echeverri. « Notre capacité à produire des prototypes rapides en interne a réduit de moitié le temps de développement. »

Les résultats des premiers tests réalisés sur terrain sont prometteurs. Les chercheurs de DRI ont rapporté que les cellules sont plus saines et produisent plus d’insuline. Ceci est essentiel pour faire avancer les recherches sur le diabète. Biorep est en outre très optimiste quant aux opportunités commerciales du produit au-delà de l’univers des recherches sur le diabète comme les cellules souches.

L’imprimante 3D libère Biorep des contraintes de l’usinage et aide les concepteurs à penser différemment

Bernal, l’ingénieur R&D de Biorep, est entièrement d’accord avec l’affirmation d’Echeverri concernant le fait qu’avoir l’Objet Eden en interne a permis d’améliorer la qualité globale des conceptions de Biorep. « Avoir la possibilité de prototyper rapidement en interne a vraiment promu l’art de penser différemment en matière de design », explique Bernal. « Imprimer en 3D nous permet de tester rapidement des concepts innovants en sautant les problèmes de conception pour la production. Grâce à l’imprimante 3D Objet, nous pouvons donner la priorité à l’intention de conception et un effet levier sur la consolidation de montage pour preuve de concept. »

Echeverri affirme en outre qu’avoir la possibilité d’imprimer 3D en interne a permis à Biorep de diversifier ses offres de produits et ses revenus. « Nous pouvons aujourd’hui concevoir et prototyper un plus large éventail de projets », dit-il. « En ce moment, nous travaillons à titre d’exemples sur des applications de recherches en ophtalmologie, des concepts d’instruments chirurgicaux. Nous n’avions pas eu le temps ni les ressources pour faire ces choses dans le passé. »

Biorep a trouvé beaucoup de valeurs dans son imprimante 3D Objet au point que l’entreprise envisage aujourd’hui d’ajouter une deuxième imprimante 3D qui permet d’imprimer des modèles fonctionnels en utilisant une large gamme de matériaux.

Echeverri note que si Biorep a gagné autant de valeur monétaire grâce à l’imprimante 3D Objet pour justifier son coût, l’avantage réel est la connaissance que les dispositifs qu’elle prototype et perfectionne contribuera à changer la vie des gens. « Voilà pourquoi nous l’avons fait », dit Echeverri. « Tout ceci a pour objectif de trouver un remède. »