Transcript Medical Surface Center

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Medical Surface Center
Qualité suisse
Préface | 3
2
La qualité ne tolère aucun compromis
Gestion de la qualité selon KKS
Notre Medical Surface Center est situé au cœur de
la Suisse. En l’espace de quelques décennies, KKS Ultra-
4
schall AG est devenu l’épicentre du nettoyage ultrasonique et du traitement de surface. Depuis 2003, nous
Propreté systématique
Aperçu de nos procédés et services
Nettoyage ultrasonique
proposons toute notre expertise technique et pratique
de ce domaine et mettons notre passion au service
6
d’une clientèle globale en offrant nos prestations innovantes et variées à une vaste gamme d’industries ;
8
toutefois, le secteur de la technologie médicale conserve une grande importance à nos yeux.
Processus mécaniques
En effet, l’industrie de la technologie médicale pose les
Tribofinition
12
exigences les plus strictes en matière de qualité de
14
surface et de fonctionnalité, et donc de qualité globale,
Sablage sec et humide
à la fois pour les implants et les instruments médicaux.
Pour ce qui est des implants, par exemple, la propreté et
Processus chimiques
Décapage et gravure à l'acide
Passivation
la biocompatibilité de la surface sont des facteurs
16
essentiels pour assurer une tolérance optimale des tissus
20
et donc une implantation réussie. Chaque procédé spé-
Processus électrochimiques
Polissage électrolytique
22
Anodisation couleur du titane et des alliages de titane – TioCol™
24
Anodisation grise type II du titane et des alliages de titane – TioDark™
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La propreté au
service de la santé
cifique de finition de surface comprend plusieurs étapes
consécutives afin d’obtenir la qualité de surface optimale voulue. Des processus validés garantissent la reproductibilité des résultats dans ce domaine.
Dans notre Medical Surface Center, nous collaborons
avec nos clients afin de développer des procédés adaptés
Marquage laser
32
à leurs besoins et de poursuivre nos recherches pour
élaborer de nouvelles méthodes plus performantes.
En tant qu’entreprise spécialisée dans la technique médicale, nous sommes certifiés selon la norme internationale DIN EN ISO13485 qui concerne la gestion de la
qualité pour la fabrication de produits médicaux.
Notre Medical Surface Center représente une alternative économique aux installations coûteuses et aux
investissements en interne. Nous sommes à l’écoute de
nos clients, nous nous concentrons sur leurs besoins
et nous étudions leurs applications. De cette manière,
nous développons des solutions technologiques de
pointe et améliorons les performances, l’efficacité et la
flexibilité pour créer une réelle valeur ajoutée.
De plus amples informations sont disponibles sur :
www.kks-ultraschall.ch
Gestion de la qualité KKS | 5
4
La propreté exige une gestion
de la qualité
Saisie des commandes via un logiciel
entièrement intégré
pour un enregistrement bout-en-bout
et inaltérable des
données de processus
théoretiques / réelles
Dans le secteur de la santé, les produits défectueux
peuvent avoir de graves conséquences, pour les patients
La qualité ne tolère
aucun compromis
comme pour les fabricants. En tant spécialisée dans la
technique médicale, nous sommes toujours conscients
de l'importance que revêt une qualité irréprochable.
Système de codebarres pour optimiser
la sécurité du processus et le transfert
des données :
– Étiquetage
– Identification
– Traçabilité
– Documentation
Notre Medical Surface Center est doté d'un système
haut de gamme de gestion de la qualité, dont nous poursuivons le développement en collaboration avec nos
clients afin de répondre aux normes les plus strictes en
matière de sécurité des produits. Bien entendu, nous
sommes certifiés selon les normes internationales ISO
9001 et ISO 13485 qui concernent la fabrication de
Des installations haut
de gamme garantissent
le contrôle de la qualité
produits médicaux.
La qualité grâce à l'innovation et
à la proximité avec le client
Tous les processus et les technologies sont le résultat
de nos travaux de développement en interne, ce qui
souligne le potentiel innovant de notre entreprise. Notre
but n'est pas seulement de répondre à vos besoins, mais
Contrôle qualité grâce
à la surveillance permanente des processus
aussi d’aller au-delà de vos attentes ! La recherche et
le développement sont donc des priorités pour KKS. Cela
comprend nos efforts permanents visant à améliorer
nos processus et nos produits, ainsi que le développement de nouvelles technologies. Grâce à notre connaisREM / EDX
Notre microscope électronique à balayage (SEM)
nous apporte des informations de haute résolution
sur la surface. Associé à la technologie DEX (analyse
par rayons X à dispersion d'énergie / spectroscopie),
nous disposons d’une méthode de mesure qui nous
permet d'effectuer les analyses matérielles appropriées sur les échantillons.
Nous utilisons activement ces deux méthodes dans
les domaines de la recherche et du développement,
ainsi que pour le contrôle de la qualité.
sance des exigences spécifiques de l'industrie, à nos
qualifications et à nos validations, nous pouvons nous
Analyse de surface par
microscope à balayage
électronique (SEM) et
détermination des éléments (EDX)
appuyer sur une large gamme de connaissances et vous
offrir un soutien à la mesure de notre savoir-faire. De
plus, la traçabilité bout-en-bout et la documentation des
processus font intrinsèquement partie de notre entreprise, tout comme le contrôle des dispositifs de contrôle
et de mesure et la formation continue de nos employés.
Un avantage pour vous – des performances
exceptionnelles d’une seule source
• Expertise complète concernant les exigences et les
réglementations régissant la technique médicale
• Des applications et des systèmes personnalisés,
développés sur la base de notre expérience interne
• Une flexibilité maximale grâce à la proportion importante de fabrication en interne
• Services d'assistance et de consultation pour la documentation et la validation des processus
• Réalisation des validations de processus / procédés
• Notre Medical Surface Center constitue un environnement de test réel et une attestation de la qualité des
processus et des technologies
• Une production proche du marché, orientée vers les
clients et respectueuse de l'environnement, avec des
délais d’exécution courts et une organisation logistique
parfaitement étudiée.
Aperçu de nos processus et services | 7
6
Tribofinition / polissage
•Ébavurage et arrondissage des bords
•Décalaminage, nettoyage
•Meulage
•Lissage, polissage, polissage au brillant
Nettoyage ultrasonique
•Nettoyage des surfaces, jusqu'aux pores
•Nettoyage des géométries les plus
complexes et des surfaces structurées
et poreuses, des ouvertures étroites
et des alésages
•Sélection ciblée des produits chimiques
de nettoyage
•Processus de nettoyage automatique
pour obtenir des résultats reproductibles
Sablage sec et humide
•Ajustement de la texture, élimination
du brillant, grainage
•Enlèvement de revêtements
•Nettoyage
•Densification de la zone périphérique
des pièces métalliques pour améliorer
leur résistance à la fatigue
Plus d'informations en page 12
Plus d'informations en page 14
Plus d'informations en page 8
niq
ues
Propreté
systématique
ul
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on
Pro
as
tr
ue
e Laser
Processu
s chimiq
ues
•Décapage – élimination des couches
d'oxyde, enlèvement ciblé de matière
•Gravure à l'acide – grainage, ajustement
de la texture des surfaces d'implants
•Ébavurage fin des bords et des surfaces
•Nettoyage et activation des surfaces
métalliques
•Création de surfaces métalliquement
pures et structurées
•Surfaces biocompatibles
Plus d'informations en page 16
Aperçu de nos traitements
us é
•Amélioration de la tenue à la corrosion
grâce au renforcement de la couche passive
• Élimination des impuretés métalliques
(«pureté métallique»)
•Augmentation de la durée de vie des pièces
•Surfaces biocompatibles grâce à la couche
d'oxyde de passivation
ces
s
•Surfaces biocompatibles grâce à la
couche d'oxyde de passivation
•Les dimensions de la pièce restent inchangées
•Excellentes caractéristiques en termes
de microdureté, de résistance à la fatigue,
de résistance aux rayures et d'usure abrasive
•Réduction de la teneur en éléments
d’alliage critiques dans la couche d'oxyde
•Bonne aptitude au marquage laser
Passivation
Pro
Anodisation grise type II du titane
et des alliages de titane – TioDark™
lect
roc
h
imi
que
s
Marquag
iq
Plus d'informations en page 32
us m
g
ya
to
et
•Marquage permanent et précis
de tous types de matériaux
•Étiquetage des géométries complexes
et des surfaces de forme libre
Décapage et gravure à l'acide
éca
N
Marquage laser
Plus d'informations en page 20
Plus d'informations en page 28
Dans son Medical Surface Center, KKS garantit
des surfaces parfaites pour vos implants et vos
instruments grâce à sa large gamme de procédés
et de services.
Anodisation couleur du titane
et des alliages de titane – TioCol™
•Surfaces biocompatibles grâce à la couche
d'oxyde de passivation
•Réduction de la teneur en éléments
d’alliage critiques dans la couche d'oxyde.
•Aucun changement des dimensions
des pièces
•Application de codage par couleur
des implants et des instruments.
•Marquage laser possible avant ou après
l'anodisation couleur
Plus d'informations en page 24
Polissage électrolytique
•Réduction de la rugosité de la surface et donc amélioration
de la brillance
•Ébavurage fin des bords et des surfaces
•Élimination des impuretés métalliques («pureté métallique»)
•Amélioration de la tenue à la corrosion de l'acier inoxydable
•Réduction de la friction
•Réduction de l'accumulation de salissures et de micro-organismes
Plus d'informations en page 22
Nettoyage ultrasonique | 9
8
La propreté, le cœur de notre métier
Écrasement d’une bulle par micro-jet à
proximité d'une surface périphérique
Nettoyage
ultrasonique
Application / utilisation :
Micro-jet
Avant et après chaque traitement de surface, il est
né­cessaire d'effectuer un nettoyage. Le nettoyage
ultrasonique a depuis longtemps fait ses preuves en
tant que procédé de nettoyage de précision adapté.
Bulle oscillante
Bulle écrasée
En utilisant des ondes ultrasoniques en association
avec des fluides aqueux, nous pouvons obtenir le plus
haut niveau de propreté dans notre Medical Surface
Ce processus crée des millions de bulles de cavitation
Center, avec une durée de nettoyage relativement
de tailles variables. Si un niveau suffisant d'énergie
courte, même pour les pièces aux formes complexes
ultrasonique est appliqué, la bulle de cavitation ne peut
et les pièces délicates aux surfaces texturées ou
plus osciller de manière stable et elle s'écrase pendant
poreuses, ainsi que pour les alésages et les rainures
la phase de compression suivante («cavitation tran-
de très petite taille. Le nettoyage ultrasonique est certes
sitoire») ; la bulle de cavitation se décompose alors en
un procédé garantissant un nettoyage approfondi,
un grand nombre de bulles plus petites ou disparaît
mais il préserve la surface des pièces si les paramètres
dans le liquide. Ce processus crée d'immenses pressions
de base sont respectés, et permet le nettoyage des
localisées (ondes de choc) ainsi que des turbulences
surfaces délicates, jusqu'aux pores.
et des courants. Ces phénomènes provoquent l'élimination des particules de salissure présentes à la surface
Principe de fonctionnement :
de la pièce. Au cours de ce processus, l'implosion des
Le générateur ultrasonique crée un champ électrique
bulles de cavitation se produit principalement au niveau
alternatif dont l'énergie est transformée en énergie
des surfaces périphériques situées entre le liquide
mécanique au moyen de transducteurs piézoélectri­ques
et la pièce à nettoyer. Les micro-jets créés par l'influx
avant d'être transmise dans la solution de nettoyage.
soudain de liquide sont dirigés vers la surface, exacte-
Cette technique crée des changements de compression
ment là où ils sont nécessaires pour le nettoyage.
du liquide. Les liquides sont assemblés par des forces
de liaison, dénommées forces cohésives. Ces forces
Facteurs de nettoyage :
agissent sur les atomes et les molécules d'une sub-
Pour assurer un nettoyage ultrasonique efficace,
stan­ce et déterminent donc la résistance à la traction
plusieurs paramètres doivent être pris en compte.
d'un liquide.
Première­ment, le matériau de la pièce à nettoyer
détermine la nature du solvant de nettoyage.
Compression / Expansion
Haute pression acoustique, compression
Surface
Température
Phase de basse pression, expansion
Les changements de pression causés par les ondes
ultrasoniques (expansion et compression) déchirent
les liens intermoléculaires du liquide, ce qui crée
des cavités transitoires similaires à des bulles (bulles),
celles-ci se remplissent instantanément de vapeur
en raison de la vaporisation du liquide à la limite de la
cavité. Pendant la phase de compression, cette
vapeur se condense à nouveau.
Nettoyeur
H 2O
Temps
Ultrasoniques
10 | iNettoyage ultrasonique
Nettoyage ultrasonique | 11
différents de fréquences d'ultrasons pour le nettoyage
Le rayon de résonance des bulles de cavitation
d'au moins deux réservoirs de nettoyage et de plu-
ultrasonique à fréquence DUAL, ou le nettoyage
en tant que fonction de la fréquence acoustique
sieurs réservoirs de rinçage. Ces derniers sont remplis
ultrasonique à fréquence MIX dans le cas d'une cuve
d'eau de différentes qualités, voire d'eau déminérali-
munie de transducteurs sur plusieurs côtés.
sée (de meilleure qualité), qui est constamment renouvelée. En fonction de la puissance ultrasonique requise,
De cette manière, nous pouvons nettoyer avec une
les réservoirs de nettoyage ultrasoniques sont munis
grande efficacité et une grande flexibilité des pièces
de plusieurs transducteurs sur leur base ou sur leur côté.
composées de différents matériaux et présentant un
Les générateurs d'ultrasons fournissent deux types
degré d’encrassement variable. L'application et la combinaison de fréquence ultrasoniques à haute et basse
fréquence est effectuée en fonction des propriétés
Rayon de résonance de la bulle (μm)
utilisées pour les produits médicaux, sont constituées
350
300
250
200
150
100
50
0
0
50
100
150
200
250
Fréquence ultrasonique (kHz)
Deuxièmement, le degré d’encrassement et le type
~
de solvant de nettoyage déterminent la température et
la durée de l'étape de nettoyage. Troisièmement, les
physiques des bulles de cavitation et en tant que fonc-
paramètres ultrasoniques dépendent de la ténacité des
tion de la fréquence ultrasonique appliquée. Les basses
salissures et de la sensibilité du matériau de la pièce.
fréquences créent de larges bulles de cavitation dont
l'implosion produit des ondes de choc qui dégagent une
Quatrièmement, le rinçage de la pièce avec de l'eau de
différentes qualités est une étape extrêmement im-
Haute fréquence
importante quantité d'énergie. Cependant, les hautes
portante pour éliminer les solvants de nettoyage et les
Basses fréquences pour les contaminations importantes.
particules de saleté présentes à la surface de la pièce.
fréquences créent des bulles d'un rayon moins important
dont l'implosion dégage une quantité d'énergie moindre.
L'utilisation d'une eau déminéralisée pour les dernières
C'est pourquoi il est possible de nettoyer la contamina-
étapes permet de garantir une surface nette après
tion tenace à l'aide d'ultrasons à basse fréquence. Toute­
le séchage.
fois, les surfaces des matériaux sensibles peuvent être
endommagées par la cavitation. Pour ces surfaces, nous
Technologie :
utilisons des ultrasons à fréquence plus élevée, pour
Les installations pour le nettoyage ultrasonique manuel
lesquels la cavitation provoque moins de dommages.
et automatique sont constituées d'au moins un réser-
Ils produisent également des vitesses de flux plus importantes, ce qui est tout particulièrement efficace pour
voir de nettoyage et d’une armoire de séchage. Les in­stallations de nettoyage modernes, telles que celles
Basse fréquence
Hautes fréquences pour les petits alésages et les structures délicates.
l'élimination des petites particules moins tenaces.
Processus mécaniques | i13
12
Pour une qualité sans compromis
ou un tambour vibrant sera utilisé. En choisissant la
géométrie et la taille d'abrasif appropriée, nous pouvons
Tribofinition
et polissage
Application / utilisation :
appliquer une finition, à l'intérieur comme à l'extérieur
Le secteur de la technique médicale impose les normes
des pièces, d'une manière optimale. Nous utilisons
les plus strictes et n'accepte aucun compromis, en
principalement une machine à disque centrifuge à régi-
particulier en ce qui concerne la qualité de la surface des
me élevé pour le polissage qui est bien souvent l'étape
implants. Les processus de tribofinition et de polissage
qui suit la tribofinition. Les produits de polissage sont
proposés par notre Medical Surface Center garantissent
sélectionnés en fonction du matériau de la pièce à
un résultat optimal pour le traitement des produits /
traiter. La taille et la teneur en minéraux abrasifs ou en
pièces (par ex. pour l'ébavurage, l’arrondissage, le po-
minéraux de polissage déterminent l'agressivité, l'usure
lissage des implants et des instruments), ainsi qu'un
et la qualité de surface de la pièce que l’on peut ob-
haut niveau de précision des dimensions et des formes.
tenir. Dans notre Medical Surface Center, nous pouvons
De plus, la tribofinition et le polissage sont souvent
compter sur de nombreuses années d'expérience en
des étapes indispensables en vue du prétraitement en
matière de finition mécanique de surface des implants
amont des procédés de traitement de surface électro-
en acier inoxydable et en titane, ce qui nous permet
chimiques.
de garantir constamment des conditions de traitement
optimales.
Principe de fonctionnement :
La tribofinition est un procédé abrasif pour le traite-
Produit de tribofinition
ment des surfaces utilisé principalement pour les pièces
métalliques. Les pièces sont placées en vrac dans un
récipient avec le produit abrasif. Ce dernier est généralement constitué d'une base céramique ou polymère,
Métal
dans laquelle des particules dures et abrasives sont incorporées. Le mouvement de ces produits abrasifs
sur la surface de la pièce élimine le métal. La pièce est
Produit de polissage
ébavurée et légèrement abrasée tandis que les couches
d'oxyde et les protubérances microscopiques susceptibles de gêner le traitement sont éliminées. Pour
terminer la finition, le polissage est utilisé pour éliminer une quantité de matière bien moins importante.
En sélectionnant les méthodes de tribofinition et les
produit de polissage appropriées, toutes les piqûres et
microfissures qui demeurent après la tribofinition sont
éliminées. Résultat: Une surface lisse et brillante.
Technologie :
Un mouvement rotatif ou vibrant du récipient crée un
mouvement relatif entre la pièce et le produit abrasif.
Ce procédé cause l'élimination du matériau de la pièce,
particulièrement dans les bords et les coins. La géométrie, la taille, ainsi que la qualité de surface recherchée
pour la pièce à traiter déterminent si un disque rotatif
centrifuge, un système de finition par entraînement,
Métal
Processus mécaniques | i15
14
Toujours des surfaces haut de gamme
Application / utilisation :
Les techniques de sablage sont d'importantes méthodes
de finition des surfaces. Quelles que soient les techniques employées, notre Medical Surface Center obtient
Sablage
à sec et humide
toujours des résultats haut de gamme en utilisant la
technologie de sablage, l'armoire de sablage et le pro-
Ébavurage et nettoyage
duit de sablage appropriés. Les procédés peuvent être
abrasifs pour texturiser les surfaces ou pour éliminer les
revêtements, les irrégularités de surface et les impuretés.
Nous utilisons des produits de sablage pour aug­men­­ter la rugosité des implants sans ciment, ce qui faci­lite
l’ostéo-intégration. Toutefois, nous pouvons également
utiliser des produits qui provoquent une densification
de la matière dans les zones périphériques (déformation
Enlèvement des revêtements
plastique). Cette technique améliore la résistance à la
fatigue des pièces. En outre, le sablage humide permet
de créer des surfaces sur lesquelles les empreintes
digitales (par exemple sur les instruments chirurgicaux)
ne sont pas visibles.
Principe de fonctionnement :
En utilisant de l'air comprimé, le produit de sablage est
projeté directement sur la pièce à l'aide d'une buse.
Grainage / ajustement de la texture
Lors de ce processus, nous faisons la distinction entre
les projections fines (par ex. billes de verre à basse
pression) et les projections grossières (par ex. corindon
à haute pression). Les billes en céramique ou en métal
et les hautes pressions sont principalement utilisées
pour la densification du matériau. Le produit de sablage
peut également être appliqué sur la pièce au moyen
d'une projection d'eau à haute pression. Cette technique
permet d’obtenir des surfaces délicatement sablées.
Technologie :
Nous utilisons des techniques de sablage sec et humide
dans des systèmes à fonctionnement manuel ou automatique. Pendant le sablage humide, le mélange de produit de sablage et d'eau est régulé de manière automatique, ce qui garantit des conditions de traitement
constantes.
Densification
Processus chimiques | i17
16
Nettoyage et activation intensifs
Application / mutilisation :
Enlèvement du titane en fonction de
Le décapage, que nous proposons également dans notre
la durée et du type de décapage
Medical Surface Center, est une étape qui intervient
est toujours indispensable lorsque leur couche passive
naturelle constituée d'oxyde de chrome est fortement
contaminée et endommagée. Cette situation se produit
rarement pendant la fabrication d'implants et d'instru­
ments médicaux, qui ne nécessitent donc pas de déca-
Décapage
page. En revanche, le titane et les alliages de titane,
doivent être décapés si des processus électrochimiques,
tels que l'anodisation couleur par exemple, ou si
12
Élimination de métal (μm)
avant la passivation des aciers inoxydables et qui
Type de décapage 1
10
8
6
Type de décapage 2
4
Type de décapage 3
2
0
0
50 100 150200
Durée du décapage (s)
un enlèvement de matière spécifique doit avoir lieu.
Principe de fonctionnement :
Les pièces en titane sont décapées en utilisant la techni-
Le décapage est un processus chimique pendant lequel
que d'immersion. Les pièces sont immergées dans la
la couche d'oxyde du métal est dissoute. Dans la plu-
solution de décapage ; elles sont placées dans un panier
part des cas, seul l'acide fluorhydrique permet d'obtenir
résistant aux produits chimiques, ou sont fixées à une
cet effet. Nous utilisons de nombreuses solutions
élingue, et sont constamment mises en mouvement
de décapage, qui contiennent de l'acide fluorhydrique
avant d’être immédiatement rincées à l'eau après un dé-
mélangé avec d'autres acides et d'autres substances.
capage d'une durée prédéfinie. Étant donné que la
En fonction du matériau, de l’état de sa surface et de la
couche d'oxyde de titane se forme immédiatement sur
le titane dans des conditions normales d'oxygénation,
Dissolution de la couche d'oxyde de titane
Solution de décapage
tous les processus électrochimiques requis sont effectués dès que le décapage et le rinçage sont terminés.
Technologie :
Titane
Titane
Les pièces en titane sont décapées en utilisant la technique d'immersion. Les pièces sont immergées dans la
Oxyde de titane
solution de décapage ; elles sont placées dans un panier
Autres oxydes de métal, impuretés
résistant aux produits chimiques, ou sont fixées à une
Particules de sablage
élingue, et sont constamment mises en mouvement
avant d’être immédiatement rincées à l'eau après un décapage d'une durée prédéfinie. Étant donné que la
quantité d’enlèvement de matière souhaitée, nous
couche d'oxyde de titane se forme immédiatement sur
utilisons différentes solutions de décapage d'une ma-
le titane dans des conditions normales d'oxygénation,
nière ciblée. Le degré d’enlèvement de matière dépend
tous les processus électrochimiques requis sont effec-
de la durée du décapage et du type de solution de
tués dès que le décapage et le rinçage sont terminés.
dé­capage utilisé dans ce processus. Une fois le décapage terminé, la surface en titane propre et exempte
d'oxyde présente les caractéristiques idéales pour la
création de couleurs claires et vives lors du processus
anodique TioColTM (plus d'informations en page 24).
Processus chimiques | i19
18
Stabilité optimale grâce à la rugosité
Application / utilisation :
Principe de fonctionnement :
Avec la gravure à l'acide du titane dans notre Medical
La gravure à l'acide est un processus chimique qui dissout
Surface Center, nous obtenons une surface d'une
la couche d'oxyde de métal et attaque chimiquement
grande rugosité, ce qui facilite l'ostéo-intégration des
le substrat en titane. Toutes les particules de corindon
implants médicaux. La gravure à l'acide est une étape
qui pourraient demeurer sur la surface après le processus
essentielle de la finition de surface, particulièrement
de sablage sont éliminées de manière permanente.
pour les implants dentaires.
Les solutions de la gravure à l'acide que nous utilisons
sont des mélanges d'acides. Nous déterminons le type
de mi­crostructure qui est créé par ce processus en
sélectionnant les types d'acides utilisés, leur concentration et leurs proportions, la température et la durée de
la gravure à l'acide.
Technologie :
Nous utilisons le processus d'immersion pour la gravure
à l'acide des implants en titane. Les pièces sont fixées
à des supports spécifiques, immergées dans le mélange
acide puis immédiatement rincées à l'eau après une
Surface avant la gravure à l'acide × 10 000
gravure à l'acide d'une durée prédéfinie. Ce processus
peut comprendre un seul ou plusieurs mélanges acides
successifs. La gravure à l'acide peut être effectué
manuellement ou automatiquement.
Gravure à l'acide
Surface après la gravure à l'acide × 2 500
Surface après la gravure à l'acide × 10 000
Processus chimiques | i21
20
Protection active contre la corrosion
Traitement chimique pour empêcher la formation de
corrosion : l'oxyde de chrome forme une couche passive
Application / utilisation :
Solution de passivation
Tous les alliages d'acier inoxydable utilisés dans le sec­­
teur de la technique médicale doivent être résistants
à la corrosion induite par tous les fluides environnants
Acier inoxydable
Acier inoxydable
et par les fluides / tissus corporels. Afin de restaurer
la couche passive naturelle de l'acier inoxydable qui est
Oxyde de chrome
endommagée pendant la fabrication des implants et
Oxydes de fer
in­struments médicaux fabriqués à partir de ce matériau,
Impuretés
nous appliquons le processus de passivation à ces
pièces dans Medical Surface Center.
Passivation
la rouille. Toutefois, l'acide citrique ne facilite pas la forPrincipe de fonctionnement :
mation d'une couche d'oxyde de chrome.
Le chrome contenu dans l'acier inoxydable réagit spon-
Le traitement à l'acide citrique et/ou à la formule
tanément à l'oxygène de l’atmosphère à la surface
d'acide citrique constitue donc un processus de net-
de la pièce, ce qui forme une couche d'oxyde de chrome
toyage acide. Ce processus est également appelé
d'une épaisseur de 3 à 5 nanomètres. Cette couche
passivation. Le titane ne nécessite pas de passivation
prot­ège le substrat contre la destruction corrosive (cou­-
chimique, puisqu'il forme spontanément une couche
che passive). Pendant le processus de fabrication
d'oxyde stable. En cas de contamination superficielle
de la pièce, cette couche passive est contaminée et/ou
par d'autres métaux, particulièrement pour les pièces
endommagée de plusieurs façons. Le fer dégagé par
avec revêtement titane par plasma, un traitement
ce procédé crée de la rouille et donc des imperfections
à l'acide citrique ou nitrique peut s’avérer utile.
de surface, qui peuvent causer une fracture de l'implant ou de l'instrument. Un traitement de surface,
Technologie :
communément dénommé passivation, est alors indis-
Nous effectuons la passivation des pièces en acier
pensable. Au sens chimique, la passivation fait réfé-
inoxydable en utilisant le processus d'immersion. Les
rence à la formation d'une couche d'oxyde, dans le cas
pièces sont placées dans un panier en matériau ré-
de l'acier inoxydable, il s'agit d'oxyde de chrome.
sistant à l'acide citrique et nitrique et sont immergées
En utilisant un acide oxydant, tel que l'acide nitrique,
dans l'acide de passivation pendant la durée de passi-
une nouvelle couche d'oxyde peut être créée rapide-
vation requise. La concentration en acide, la tempé-
ment et de manière fiable. Dans le même temps, l'acide
rature et la durée de passivation sont conformes aux
nitrique élimine également le fer exposé ainsi que
processus NITRIQUE-2 et NITRIQUE-4 pour l'acide
toutes les autres impuretés métalliques présentes à la
nitrique et CITRIQUE 1, CITRIQUE 2 et CITRIQUE 3 pour
surface afin de faciliter la formation de l'oxyde de
l'acide citrique, conformément aux normes ASTM-F86,
chrome. Si la couche passive naturelle est fortement
ASTM A967-05 et ASTM A380-06. Une fois la passi-
contaminée et perturbée, il est utile de décaper la
vation terminée, les pièces sont rincées abondamment
pièce avant la passivation afin de créer une surface
avec de l'eau de haute qualité (eau d'osmose, eau
métallique pure. Dans ce cas, il est toujours nécessaire
déminéralisée) et séchées immédiatement. Outre le pro-
de procéder à la passivation à l'acide nitrique. Si la
­cessus d'immersion, nous effectuons également la
couche passive n'est pas endommagée et si seules des
passivation par essuyage, par exemple si un instrument
traces d’autres métaux demeurent sur la surface de
médical déjà assemblé contient des pièces qui ne
la pièce, ces traces peuvent également être éliminées
sont pas stables contre les acides de passivation. Dans
à l'aide d'autres acides. L'acide citrique est d'une grande
ce cas, la passivation de la zone en acier inoxydable
efficacité pour cette fonction, particulièrement pour
exposé est effectuée par essuyage.
éliminer le fer de la surface en formant un complexe de
citrate de fer, ce qui permet d'éviter la formation de
Processus électrochimiques | i23
22
Nettoyage intensif et passivation
Enlèvement électrochimique du métal
Surface rugueuse
et contaminée
Bain de galvanisation
Application / utilisation :
Acier inoxydable /
Titane
Métal à Ion métallique +
Électrons
Le polissage électrolytique réduit la rugosité des
–
+
Surface lisse
en métal pur
surfaces. Les aspérités, les bords et les angles sont
réduits plus rapidement grâce à ce processus.
Un autre effet est l'ébavurage de finition de la totalité
de la surface, ce qui réduit la possibilité d’impuretés et
de germes collés à la surface de la pièce. Dans notre
Medical Surface Center nous traitons les instruments
–
+
Les aspérités coupantes
sont arrondies
les implants temporaires peuvent être retirés plus
facilement après la régénération de l'os. Le polissage
Métal
M2+
Métal
chirurgicaux ainsi que les implants en utilisant cette
méthode. En raison de la surface lisse qui en résulte,
M2+
L'ondulation n'est pas
éliminé
électrolytique augmente également la robustesse, la
tenue à la corrosion et donc la durée de vie des pièces
Polissage
électrolytique
Acier inoxydable /
Titane
sujettes à des contraintes mécaniques importantes,
ce procédé est parfois appelé passivation électrolyti­
puisqu'il permet d'éliminer les fissures de contrainte et
que. Le polissage électrolytique élimine égale­ment
les modifications structurelles de la surface. De plus,
toutes les impuretés provenant d'autres métaux, c'est
l'élimination de la microrugosité crée une surface
pourquoi il peut être considéré comme un procédé
brillante.
de nettoyage électrolytique.
Principe de fonctionnement :
Technologie :
Le polissage électrolytique est un processus électro-
Pour le processus de polissage électrolytique, nous
chimique. Les pièces qui doivent être traitées par ce
fixons la pièce à un cadre en titane, qui est plongé dans
procédé sont immergées dans un bain galvanique puis
l'électrolyte et connecté à un courant continu pour
sont mises en contact avec une anode. Un courant
former l'anode. Le polissage électrolytique peut être
continu est appliqué, ce qui génère la formation de
effectué avec une densité de courant prédéfinie. La du-
lignes de champ entre la cathode et l'anode (c.-à-d. la
rée du traitement détermine la quantité de matière
pièce). Ces lignes attaquent principalement les aspé-
à enlever. Par ailleurs, le processus peut être effectué
rités de la surface de la pièce, ce qui crée un champ
avec une tension définie et pendant une durée définie,
local d'une grande puissance. Le polissage électrolyti­
il n’est alors pas nécessaire de connaître l'aire de la
que est donc un processus d’enlèvement de matière.
surface des pièces. Toutefois, dans ce cas, la tension et
En raison des propriétés chimiques de l'électrolyte,
la durée souhaitées doivent d'abord être déterminées
le métal se dissout, il est éliminé de la surface et reste
au moyen de tests préliminaires. Puisque le polissage
dans l'électrolyte. Ce procédé arrondit les aspérités
électrolytique nécessite la formation de lignes de champ
coupantes. Toutefois, le gondolement en surface de-
entre la surface de la pièce à traiter et la cathode, les
­meu­re après le processus de polissage électrolytique
zones exposées (par ex. les cavités) peuvent unique-
et il peut même devenir plus prononcé. Ensuite, le
ment être traitées avec des configurations différentes
chrome, qui revêt une grande importance pour la passi­
de cathodes. Nos effectuons le polissage électrolyti­
vité de l'acier inoxydable, est dissout moins efficace-
que de l'acier inoxydable et du titane avec différents
ment et il s'accumule sur la surface, en formant une
électrolytes et différents paramètres de polissage
couche dense d'oxyde de chrome à la surface de la pièce,
électrolytique.
par réaction avec l'oxygène de l'atmosphère, ainsi que
l'oxygène formé à l'anode. Cette caractéristique augmente la tenue à la corrosion de la pièce. Par consé­quent,
Processus électrochimiques | i25
24
Sécurité accrue grâce à la coloration
Application / utilisation :
n = Indice de réfraction de la couche
d = m·λ/2 √n2-sin2α
m= 1, 2, 3 …
Le «codage par couleur» des implants et des instruments médicaux en titane et en alliage de titane est
d'une grande utilité pour les chirurgiens, à la fois avant
TiO2
et après la chirurgie ; les différents types et tailles des
produits d'ostéosynthèse, tels que les vis, fils, plaques
ou clous intra-médullaire, sont plus faciles à distinguer
s'ils sont de couleur différente.
α
Rayon lumineux entrant
de longueur d'onde λ
Titane
Anodisation couleur –
TioCol™
ßdà
Rayon lumineux réfléchi
Nous avons obtenu cette coloration dans notre Medical
Surface Center grâce à l'anodisation couleur du pro-
Principe de fonctionnement :
cessus TioCol™. Les implants en titane à l'anodisation
Le processus TioCol™ crée des couleurs avec une couche
couleur ont démontré une excellente biocompati-
d'oxyde de titane, qui provoque un effet d'interférence
bilité, quelle que soit leur couleur. La réduction du dé-
optique. La lumière entrante est réfléchie à la surface
gagement des éléments d'alliage des alliages de titane
de la couche d'oxyde ainsi qu'à la base de cette couche,
est un autre effet positif du traitement TioCol™. Les
qui est elle-même incolore. Cependant, en raison du
implants et les instruments à surface TioCol™ peuvent
chevauchement des ondes lumineuses qui sont réfléchies
être marqués au laser avant ou après le traitement
(l'interférence), la couche semble colorée. Différentes
avec d'excellents résultats.
épaisseurs de couche créent différentes couleurs.
Codes couleur
TioColTM Color Codes
5M
7M
10 M
12 M
15 M
17 M
20 M
22 M
25 M
47 M
45 M
42 M
40 M
37 M
35 M
32 M
30 M
27 M
50 M
52 M
55 M
57 M
60 M
62 M
65 M
67 M
70 M
92 M
90 M
87 M
85 M
82 M
80 M
77 M
75 M
72 M
95 M
97 M
100 M
102 M
105 M
TioDarkTM
100 200 300400 500 600
Épaisseur de la couche (nm)
Tension Épaisseur de la couche en (nm)
26 | iProcessus électrochimiques
27
300
• = mesure les épaisseurs de couche
200
100
0
0 25 50 75 100125
Tension
Dans des conditions environnementales normales,
le titane forme spontanément une couche d'oxyde de
titane sur sa surface, d'une épaisseur d'environ 5 nano­
mètres. Cette couche protège le substrat contre la
destruction corrosive étendue (passivation). L'épaisseur de cette couche peut être augmentée de plusieurs
manières. Avec TioCol™, nous créons une couche d'oxyde de titane d'une épaisseur allant jusqu'à 300 nanomètres à l'aide d'un processus électrochimique.
Technologie :
En fonction des besoins, nous procédons d'abord à
un prétraitement des implants (prétraitements mécaniques, nettoyage, décapage). Pendant le processus
d'anodisation TioCol™, l'épaisseur spécifique pour la
couleur de la couche d'oxyde de titane (TiO2) est atteinte par procédé électrochimique en appliquant un
courant électrique continu.
TiO2
Titane
Titane
TiO2
–
+
Processus électrochimiques | i29
28
Lorsqu’une dureté maximale
est nécessaire
Application / utilisation :
Si des surfaces dures et résistantes aux rayures sont
nécessaires pour les implants et les instruments en
titane et en alliages de titane, nous recommandons le
Anodisation grise type II –
TioDark™
processus d'anodisation grise type II TioDark™ proposé
par notre Medical Surface Center. Ce processus augmente
la résistance à la fatigue des pièces et réduit l'usure de
friction. La couche crée par ce processus a fait la preuve
de son excellente biocompatibilité. Le procédé TioDark™
est conforme aux critères de cytotoxicité (ISO 10933-3/5),
aux tests d'hémocompatibilité (ISO-10993-4) et aux
tests HET-CAM (ISO 10993-4/10). De plus, l'anodisation
grise type II empêche le dégagement d'éléments d'alliage critiques. Les surfaces TioDark™ peuvent être
marquées au laser avec d'excellents résultats. En raison
de leur couleur gris foncé et de leurs agréables propriétés au toucher, elles offrent un contraste intéressant
aux surfaces TioCol™.
30 | Processus électrochimiques
31
1600
800
600
400
200
Largeur
d'image
0,478mm
300
200
100
0
0.00
Technologie :
cpTi (Grade 2)
cpTi (Grade 4)
TioDark
0.05
non traité
0.10
TioCol
0.15
non traitét
blement réduite par rapport aux autres surfaces dures.
0.20
TioDark
pièces non traitées. La friction est également considéra-
0.25
TioCol
sont considérablement améliorées par rapport aux
0.30
non traité
la fatigue (test de flexion à 4 points) des pièces traitées
Micro-dureté cpTi
Grade 2
Force 1 N
Résistance à la fatigue
Test de flexion à 4 points
Ti6AI4V
TioDark
Profondeur de pénétration 0,001 mn à une
force maximale de 30 N
La dureté de la surface, la résistance aux rayures et à
TioDark
400
0
Coefficient de friction
(à 6,7 mm)
non traité
Profondeur de pénétration 0,020 mn à une
force maximale de 30 N
1000
+ 49 %
TioDark
ment plus importante et dépasse également l'épais-
1200
500
+ 14,7 %
non traité
1400
Pression (MPa)
couche d'oxyde crée par TioDark™ est considérable-
Test de rayure
Ti6AI4V
TioCol vert
0
épai­sseur d'environ 5 nanomètres. L'épaisseur de la
seur de la couche crée par TioCol™.
TioCol or
200
TioDark
spon­tanément une couche d'oxyde de titane d'une
600
400
Dureté Vickers
ditions environnementales normales, le titane forme
TioCol bleu
mière pénètre dans les couches d'oxyde. Dans des con-
800
TioDark
optiques et par des effets d'absorption lorsque la lu-
1200
1000
non traité
Dark™ est créée par une combinaison d'interférences
1400
non traité
La couleur gris sombre produite par le processus Tio-
Épaisseur de la couche
d'oxyde (nm)
Principe de fonctionnement :
Ti6Al4V (Grade 5)
Le traitement TioDarkTM modifie la couche d'oxyde de
est plongé dans un bain d’électrolyte aqueux et con-
passivation au moyen d'un traitement électrochimi­que
necté à un courant continu pour former une anode.
(anodisation grise type II – AMS 2488). En fonction
En raison de la nature particulière de l'électrolyte et
des besoins, les pièces à traiter sont d'abord soumises à
de l'exécution du processus, cette technique génère
un prétraitement (par ex. prétraitements mécaniques
des ruptures diélectriques (étincelles) qui provoquent
et nettoyage).
la refonte de la couche d'oxyde. Deux couches sont
for­mées : une couche d'oxyde de conversion et une
Poröse Oxidschicht
Umwandlungs-Oxidschicht
Titanium
couche poreuse d'oxyde extérieure. Nous éliminons ensuite cette dernière par un sablage à sec. La couche
de conversion présente une épaisseur moyenne de
1,0 à 1,5 µm. Cette épaisseur est déterminée par la pro­fondeur de la couche à laquelle la teneur en oxygène
du gradient d'oxygène atteint 50 %.
–
Pendant le processus d'anodisation suivant, l'épaisseur
de la couche d'oxyde est considérablement augmentée
+
par l'application d'un courant électrique. Pour ce faire,
les implants en titane sont fixés à un cadre, ce dernier
Implant
Étincelles
Électrolyte
H2
O2
Marquage laser | i33
32
Un marquage exact et résistant
Application / utilisation :
Marquage laser
Le marquage laser des pièces fait partie intégrante de la
De ce fait, les pièces deviennent sensibles à la corrosion
plupart des industries modernes. Ce processus, égale-
dans la zone de marquage. Les parties de la pièce doi-
ment proposé par notre Medical Surface Center, est tout
vent à nouveau être soumises à la passivation après le
particulièrement important pour la technique médicale,
marquage. De nombreux polymères peuvent également
secteur dans lequel la traçabilité de tous les implants est
être marqués au laser. En fonction du type de polymère,
essentielle. En choisissant les paramètres laser appro-
le marquage peut être effectué par gravure, coloration
priés, il est possible de marquer pratiquement n'importe
ou blanchiment, moussage ou élimination de couche.
quel matériau solide.
Certains polymères, toutefois, nécessitent des additifs
chimiques afin de pouvoir être marqués. D'autre part,
Principe de fonctionnement :
le PEEK, un polymère largement utilisé dans la technique
Un faisceau laser est un faisceau lumineux monochro-
médicale, peut être marqué avec une grande facilité sans
matique étroit, d'une haute intensité et d'une grande
emploi d'additifs.
cohérence. S'il est dirigé vers une surface solide, par
exemple la surface d'un implant, il est possible d'obtenir
Technologie :
différents effets en fonction du matériau et des para­
Nous convertissons le marquage souhaité par le client
mètres laser.
en un ensemble de paramètres en utilisant le logiciel
du système laser. Il existe, pour chaque type d'application, des ensembles de paramètres spécifiques, que
nous élaborons sur des pièces d’essai en amont du marquage de routine des pièces. En outre, nous créons une
image de la géométrie de chaque pièce pour garantir
un positionnement reproductible des marquages sur
les pièces. Les pièces en acier inoxydable sont soumises à un processus appelé seconde passivation après
le processus de marquage, qui utilise les mêmes acides que lors de la première passivation, mais avec une
Lors du marquage des métaux, comme l'acier inoxydable
ou le titane, nous faisons la distinction entre le marquage par recuit et la gravure. Dans le cas du marquage,
le matériau de la pièce à l'endroit que touche le faisceau
laser est chauffé à une température inférieure au point
de fusion, ce qui crée des couleurs que l'on nomme
coul­eurs de recuit, c.-à-d. des couches d'oxyde de différentes épaisseurs. L'énergie appliquée se répand dans le
matériau au niveau des zones situées autour de la lettre
; toutefois lorsque l'application d'énergie est excessive,
les lettres deviennent floues. D'autre part, lors du processus de gravure, l'application d'énergie est telle qu'une
partie du substrat se vaporise, ce qui provoque une
coupe sur la surface. Le marquage au laser de l'acier
inoxydable compromet la couche d'oxyde de chrome, ce
qui provoque le dégagement de fer du substrat.
durée plus courte. En choisissant les paramètres laser adéquats, nous créons, grâce à ce processus, des
marquages durables et riches en contraste.
34
Pour de plus amples informations, veuillez consulter le site :
www.kks-ultraschall.ch
35
36
KKS Ultraschall AG
Qualité suisse
Frauholzring 29
Case postale 168
CH-6422 Steinen
Téléphone +41 41 833 87 87
Téléfax +41 41 832 25 50
[email protected]
www.kks-ultraschall.ch
www.kks-ultraschall.ch