Soulager les maux de dos n’est pas une mince affaire. Mais traiter le problème est tout aussi difficile. Heureusement, comme de nombreuses solutions orthopédiques sont mécaniques par nature, ce domaine attire quelques-uns des meilleurs ingénieurs et opérateurs du monde. NuVasive Inc., société leader agissant dans le secteur des dispositifs médicaux et basée à San Diego, Californie, exploite les deux disciplines afin de venir à bout de ce défi biomécanique.

NuVasive développe des implants qui alignent et contribuent à réparer la colonne vertébrale, ainsi que les outils qui permettent que la pose de ces implants se fasse de la manière la plus optimale possible pour le chirurgien. Afin de parfaire ses produits, l’imposant siège social de NuVasive abrite des installations de recherche médicale, des laboratoires de conception et un atelier d’usinage de pointe.

« Nous produisons des prototypes et des pièces de démonstration de faisabilité relatifs à nos implants de fusion et outils chirurgicaux, » explique Jeff Castleberry, responsable de l’atelier d’usinage. « 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. L’objectif est de réduire la douleur provoquée par les vertèbres qui compriment les nerfs rachidiens.

Lors de telles interventions, l’un des défis auquel doit faire face le chirurgien est de réussir à insérer et à positionner ces implants le long de la colonne vertébrale du patient en endommageant le moins possible les tissus environnants.

Pour ce type de chirurgie, la procédure idéale consiste à élargir mécaniquement une mini-incision latérale à la largeur requise. La gamme ingénieuse d’outils chirurgicaux proposée par NuVasive, Maximum Access Surgery (MAS™), joue un rôle important dans ces procédures.

« 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, » explique M. Castleberry. « Un médecin peut ainsi souhaiter un outil d’une dimension spécifique reflétant exactement les besoins de son patient ou simplement nous demander un outil épousant parfaitement sa prise en main. »

Les machines-outils adéquates

En 2001, Jeff Castleberry installe le tout premier atelier d’usinage de NuVasive, un espace d’environ 2,5 m sur 4,5 m 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.

« Des amis m’avaient vanté les mérites des machines et du service Haas, » se souvient M. Castleberry. « Nous avons été convaincus et ne jurons plus que par Haas depuis. »

L’atelier d’usinage de NuVasive, qui n’a cessé de s’agrandir, 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. Mais, le plus important, c’est que nous gagnons du temps grâce à leurs fonctionnalités de montage unique et de positionnement multi-axe, qui nous permettent de 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. »

« Une grande partie de nos pièces usinées est à pince, ce qui nous évite toute fixation complexe, » développe Jeff Castleberry. « Mais même si l’équipement rotatif est monté de cette manière, nous ne perdons pas de temps à l’enlever. Nous utilisons simplement une autre machine configurée pour ce que nous voulons faire. »

Exigences matérielles et médicales

« Aucune de nos pièces d’usinage n’est simple, » ajoute Jeff Castleberry, « car pratiquement tout ce que produit l’atelier est destiné à être inséré dans ou sorti d’un corps humain, et manipulé, qui plus est, 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 M. Castleberry. « Dès lors, nous configurons soigneusement notre post-traitement FAO afin de bénéficier des capacités de la broche 15 000 tr/min et des fonctions d’anticipation à grande vitesse de nos centres d’usinage et tourillons Haas. En effet, 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, » reprend-il. « Dans le cadre de nos activités, nous thermotraitons l’acier en interne, puis l’usinons dur afin d’obtenir un fini propre et des dimensions finales prévisibles. Nous passivons ensuite les pièces en acier inoxydable et titane afin d’éliminer toute réaction potentiellement dangereuse une fois qu’elles sont 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-t-il.

« En outre, les accélérations G sollicitent énormément la machine, » ajoute Jeff Castleberry, « mais la fonction d’anticipation à grande vitesse de notre Super Mini Mill 2 parvient à résoudre ces problèmes. »

« Il nous arrive d’atteindre des tolérances non satisfaisantes, mais comme nous assemblons toutes les pièces en ajustement serré, nous atteignons généralement des tolérances finales acceptables. En fait, nous usinons tellement dans des matériaux durs que travailler une pièce « facile » en plastique ou en aluminium est un véritable enjeu, » plaisante à moitié M. 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 Jeff Castleberry. « 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. »