17-4 PH Acier Inoxydable Médical Usinage CNC | Pièces Fiables d'Instruments Chirurgicaux Spinaux à 5 Axes
Services d'usinage CNC pour composants métalliques sur mesure. Le fraisage et le tournage de haute précision garantissent des tolérances serrées, des finitions lisses et une production fiable pour les applications industrielles et d'ingénierie.
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Product Details
Usinage CNC 5 axes d'instrument chirurgical en acier inoxydable 17-4 PH :
Chez Flow Wing Metal, nous sommes spécialisés dans l'usinage CNC pour les dispositifs médicaux de haute précision, les composants aérospatiaux et les pièces industrielles. Notre expertise en usinage CNC 5 axes nous permet de produire des pièces monolithiques complexes avec des tolérances serrées, minimisant l'assemblage et améliorant la fiabilité.
Équipement CNC chez Flow Wing Metal :
Notre atelier d'usinage est équipé d'une gamme d'usinages CNC pour répondre à diverses géométries de pièces, volumes et tolérances.
Client : OS Medical (certifié ISO 13485, Allemagne)
Industrie : Dispositif médical (chirurgie de la colonne vertébrale)
Défi : OS Medical avait besoin d'un instrument de réduction tige-vis pédiculaire spinale utilisé en chirurgie mini-invasive de la colonne vertébrale. La pièce (150 mm de longueur totale, 12 mm de diamètre maximum)
présentait :
Une poignée ergonomique complexe avec des rainures pour les doigts en contre-dépouille.
Une “ languette de réduction ” distale avec une fente rectangulaire précise de 2,5 mm × 3 mm (tolérance ±0,01 mm).
Un arbre canulé (creux) avec un trou traversant interne de 2,0 mm.
Une interface d'engagement à cliquet nécessitant un rayon de fond de 0,15 mm (coin interne vif impossible avec des fraises à bout sphérique standard).
Défi initial :
L'instrument était auparavant fabriqué comme un assemblage de 3 composants (poignée usinée séparément, arbre avec fente brochée, insert de cliquet soudé en place).
Cela entraînait :
Un coût de main-d'œuvre d'assemblage élevé.
Des points faibles de soudure (risque de corrosion caverneuse après stérilisation).
Un positionnement de fente incohérent (±0,08 mm entre les lots) conduisant à un mauvais ajustement de l'instrument en peropératoire.
Un délai de 8 semaines.
Demande d'OS :
Un instrument monolithique, sans soudure, d'une seule pièce, usiné en acier inoxydable 17-4 PH (durci par précipitation, haute résistance, résistant à la corrosion), avec :
Aucun assemblage requis.
Tolérance de fente ±0,01 mm (moitié de la tolérance précédente).
Caractéristique de cliquet interne avec rayons de fond de 0,15 mm (EDM ou usinage 5 axes).
Délai ≤ 4 semaines pour 200 unités.
L'exécution par Flow Wing Metal :
Étape 1 : Sélection du matériau et préparation de l'usinage CNC
Matériau : Barre d'acier inoxydable 17-4 PH, état A (recuit de mise en solution – plus tendre pour l'usinage), puis vieilli par durcissement à l'état H900 après usinage (limite d'élasticité ≥ 1 170 MPa / 170 ksi).
Taille de la barre : Ébauches de 16 mm de diamètre × 250 mm de longueur.
Certification : Matériau traçable selon ASTM A564 avec rapports d'essai en usine (MTR) et vérification de la biocompatibilité (non-cytotoxicité ISO 10993-5).
Étape 2 : Programmation et simulation CNC
Logiciel FAO : Mastercam 2024 avec module simultané 5 axes.
Machine : DMG MORI DMU 65 (centre d'usinage 5 axes avec broche 20 000 tr/min, porte-outil HSK63, arrosage traversant à 70 bar/1 000 PSI).
Bridage : Mors doux personnalisés avec un montage à queue d'aronde offrant un accès 5 faces.
Trajectoires d'outils :
Ébauche : Fraisage dynamique à haute efficacité (trajectoires trochoïdales) avec une fraise en carbure 5 dents de 10 mm.
Semi-finition : Fraise à bout sphérique de 6 mm (hauteur de vague 0,02 mm).
Finition (rainures/fente) : Fraise en carbure miniature de 1,5 mm (7 dents, portée à col réduit).
Caractéristique de cliquet : Fraise à bout sphérique conique de 0,5 mm (rayon de coin de 0,15 mm programmé).
Trou traversant interne : Perçage profond (2,0 mm de diamètre, 120 mm de profondeur – rapport L/D 60:1) suivi d'un alésoir en carbure.
Étape 3 : Processus d'usinage (usinage CNC simultané 5 axes)
Opération Outil Paramètres Résultat :
- Surfaçage et tournage du diamètre extérieur Plaquette CNMG 432 (tournage) 200 SFM, 0,1 mm/tr 15,8 mm de diamètre
- Perçage du trou central Foret carbure 1,8 mm 4 500 tr/min, 0,025 mm/tr Trou pilote
- Perçage profond du trou traversant Foret profond 2,0 mm (avec arrosage) 8 000 tr/min, 0,02 mm/tr 2,0 mm +0,00/0,02 mm
- Ébauche dynamique Fraise à bout 10 mm 8 000 tr/min, 2 000 mm/min 80 % de matière enlevée
- Finition de la poignée 5 axes Fraise à bout sphérique 6 mm 12 000 tr/min, 1 500 mm/min Surface de la poignée RA 0,8 µm
- Fente rectangulaire (languette de réduction) Fraise à bout 1,5 mm (7 dents) 18 000 tr/min, 400 mm/min 2,5 mm × 3,0 mm ±0,008 mm
- Caractéristique de cliquet Fraise à bout sphérique conique 0,5 mm (rayon 0,15 mm) 22 000 tr/min, 200 mm/min Rayon de fond de 0,15 mm conservé
- Alésage final du trou traversant Alésoir carbure 2,0 mm 2 000 tr/min, 0,1 mm/tr 2,0 mm +0,005/0,000 mm
Étape 4 : Traitement thermique et finition après usinage
Traitement thermique : Vieillissement par durcissement à H900 (480 °C / 900 °F pendant 1 heure, refroidissement à l'air). Dureté atteinte : 44 HRC (cible 43–46 HRC).
Finition de surface :
Électropolissage : 30 minutes dans un bain électrolytique pour enlever une couche de 0,01 mm, résultant en une surface brillante, lisse (RA ≤ 0,2 µm) et passivée. Cela a éliminé toutes les bavures de l'outil de cliquet de 0,5 mm.
Passivation : Bain d'acide citrique subséquent pour assurer la restauration de l'oxyde de chrome (selon ASTM A967).
Inspection :
MMT (Machine à Mesurer Tridimensionnelle) pour une inspection dimensionnelle complète 5 axes.
Système de vision pour la vérification du rayon de fond de cliquet de 0,15 mm.
Comparateur optique pour la tolérance de la fente.
Profilomètre de rugosité de surface (RA 0,18 µm atteint).
| Exigence | Spécifié | Flow Wing Résultat | Réussite/Échec |
| Matériau | 17-4 PH H900 | 17-4 PH H900 (44 HRC) | Réussite |
| Tolérance de fente | ±0,010 mm | ±0,006 mm (Cpk 1,8) | Réussite |
| Diamètre du trou traversant | 2,0 mm +0,01/0,00 mm | 2,003 mm en moyenne | Réussite |
| Rayon de fond de cliquet | ≤ 0,18 mm de rayon | 0,152 mm de rayon | Réussite |
| Finition de surface (fonctionnelle) | RA ≤ 0,4 µm | RA 0,18 µm (électropoli) | Réussite |
| Délai (200 unités) | 4 semaines | 3,5 semaines | Réussite |
| Coût unitaire (vs. assemblage 3 pièces) | ≤ 25 % | Réduction de 38 % | Réussite |
Usinage CNC le Résultat :
Économies de coûts : 38 % de coût unitaire inférieur par rapport à l'assemblage précédent de 3 composants (148 € → 30 € par instrument).
Réduction du délai : De 8 semaines à 3,5 semaines pour 200 unités (de l'usine au prêt à stériliser).
Amélioration de la qualité: Tolérance de positionnement de la fente ±0,006 mm contre ±0,08 mm auparavant (13× plus précis). Aucune reprise ou rebut dans la série de production.
Fiabilité : Zéro défaillance sur le terrain après 24 mois (plus de 3 500 utilisations chirurgicales). Pas de corrosion caverneuse, pas de fractures de soudure (il n'y a pas de soudures), et la surface électropolie se nettoie plus rapidement en traitement stérile.
Retour clinique : “ L'instrument d'une seule pièce semble plus solide, s'engage sur la vis pédiculaire sans jeu, et la poignée ergonomique a réduit la fatigue de la main du chirurgien d'environ 40 %. ” – Chirurgien principal du rachis, Hôpital universitaire de Munich
Témoignage client :
“ Flow Wing Metal a transformé un ensemble soudé en trois parties en un chef-d'œuvre d'usinage CNC monolithique à 5 axes. Le coin interne de 0,15 mm sur la fonction de cliquet – obtenu avec une fraise en bout de 0,5 mm – est la raison pour laquelle nous les avons choisis parmi cinq autres ateliers d'usinage CNC. Ils comprennent la qualité médicale. ”
