Dans le domaine de la médecine, toujours plusd’applications mettent en œuvre des polymères ther-moplastiques. Outre les articles à usage unique, ceux-ci jouent un rôle croissant dans les systèmes plus com-plexes. Le développement continuel des produits exis-tants n’a pas seulement pour objectif d’optimiser lescoûts mais également d’améliorer le confort pour lepatient. Cette tendance est également perceptible dansles thérapies ambulatoires bon marché. Celles-ci pro-curent au patient, parallèlement à la réduction du coûtdes traitements, la mobilité et la sécurité. La pompe àperfusion RowePump de la société RoweMed AG, sou-dée à l’aide d’une soudeuse laser Leister du typeNovolas WS, remplit ces critères.

Le produitLa RowePump est une pompe à perfusion brevetée àfonctionnement mécanique. Destinée à l’administration demédicaments critiques, elle est la première pompe à perfu-sion au monde, intégrant une régulation de constance dedébit sans aide électrique externe. Elle concilie fonction,sécurité, confort et mobilité pour le patient et peut êtreutilisée en perfusion intraveineuse ou sous-cutanée. Lelarge éventail d’utilisation de la Rowepump va desdomaines de la cancérologie, du traitement de la douleur, àla cardiologie, en passant par les administrationsd’antibiotiques, de corticoïdes, d’hormones, d’anti-épileptiques ou d’antispasmodiques.

Cette pompe robuste existe en plusieurs contenances etpeut en fonction du besoin, dispenser un débit de 0.5 à25 ml/h. La constance du débit est hors pair, avec unevariation sur toute la durée d’administration de seulement±5%. Un autre point intéressant est le faible volume résiduelde médicament dans l’appareil ( < 1 ml ). L’ensemble de cesaspects, positifs pour le médecin comme pour le patient,résulte d’une conception aboutie, du choix de matériaux etadditifs adaptés, tout comme du choix judicieux du pro-cédé de fabrication. Afin d’atteindre la grande précisionimpérative, le processus de fusion, particulièrement au niveaudes pièces importantes pour le dosage, doit satisfaire à descontraintes élevées. La soudure laser par transparence, sanscontact et offrant une maîtrise parfaite de l’apport d’énergienécessaire à la fusion, s’avère être le moyen de soudageadéquat.

Le principe de fusionCes dernières années, la soudure laser par transparencedes plastiques s’est imposée dans les procédés industrielsd’assemblage par fusion. Sa mise en œuvre dans ledomaine médical est de plus en plus fréquente. Dans le casde la soudure par transparence, une pièce dite transpa-rente au rayon généré par un laser à diode est soudée avecune autre pièce dite absorbante. Préalablement au sou-dage, les pièces sont mises en contact à l’aide d’un méca-nisme de pressage. Le rayon laser traverse la pièce trans-parente et est absorbé par la pièce partenaire.

Soudage laser par transparence d’une pompe à perfusion

Solution propre et efficace

Success Story, No 1/09 / FRE Avril 2009

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Soudage de deux couvercles de la Rowepump avec grande précision et extrême propretésuivant le principe du soudage laser par transparence.

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L’absorption transforme l’énergie du rayon en chaleur defusion. Par conduction et précisément dans la zone con-cernée, la fusion se transmet de la pièce absorbante à lapièce transparente. Sous l’effet du pressage et après refroi-dissement, une solide soudure est constituée.

Choix du procédé et optimisationLes exigences de soudure pour la Rowepump sont éle-vées. La matière utilisée est un polycarbonate spécialementoptimisé pour les applications médicales. La pièce centraledu boîtier est, conformément aux spécifications de design,de couleur bleue. Un couvercle transparent est soudé dechaque côté de cette pièce. L’assemblage doit résister àune pression interne pouvant atteindre 4 bars. En raisond’exigences élevées d’hygiène pour cause d’utilisationdirecte sur le patient et de présence de micro-canaux inté-grés de diamètre pouvant être de l’ordre de 10 µm, les sou-dures doivent être rigoureusement exemptes de particules.Les micro-canaux se trouvent à côté de la soudure, ce quiréclame une grande maîtrise de l’énergie dispensée. Deplus, le temps de cycle doit être aussi court que possible.Lors de la recherche du procédé de soudure satisfaisant àl’ensemble de ces contraintes, la soudure laser par trans-parence s’est rapidement révélée comme incontournable.

La solution ne fut pour autant pas immédiate, les essaispréalables peu encourageants. La pénétration du rayonlaser testé était bien trop importante sur la pièce pigmentéede couleur bleue. La fusion trop profonde ne permettait desatisfaire ni aux contraintes dimensionnelles, ni à la tenuemécanique.

C’est alors que débuta une collaboration intense entreTreffert Polymertechnologie, le concepteur de laser Leisteret le client final RoweMed.

L’objectif était de développer une teinte fonctionnelle cor-respondant au bleu du client, conforme aux contraintesélevées du domaine de la médecine, n’influant pas sur lescaractéristiques mécaniques de la matière, tout en assu-rant une absorption optimale de l’énergie laser en surfacede la pièce.

Les plastiques laissent, en général, en fonction du type depolymère, passer librement jusqu’à 95% de la lumière dansla zone du proche IR. Ce n’est que par rajout d’additifset/ou de pigments, que l’absorption de l’énergie et la fusionsont assurées.

Afin de définir la configuration optimale, un premier essaiavec une longueur d’onde de 980 nm fut effectué, ce quiaboutit à une absorption surfacique trop faible.L’absorption optimale était obtenue avec une longueurd’onde de 1064 nm. Néanmoins la teinte de la pièce ne cor-respondait pas totalement à l’attente du client.L’association optimale ton/absorption fut obtenue avec unelongueur d’onde moindre et la réalisation d’un compoundpermit de garantir une répartition homogène du pigmentdans le polymère.

La longue expérience de Treffert dans le développement deteintes transparentes ou absorbantes vis-à-vis du laser,permit de trouver la solution optimale pour cette applica-tion.

L’étape suivante consista, via l’optimisation de l’outil et duprocédé d’injection, à éliminer des retraits, cause de jeuxcompromettants (>0,1 mm) entre les pièces à souder.

Le système laser en fabricationLa soudure des composants de la Rowepump est assuréeà l’aide d‘une soudeuse laser du constructeur suisseLeister Process Technologie. Le choix s’est porté sur unsystème du type Novolas WS. Le moyen de fabricationintègre un laser à diode de puissance de sortie de 50 W etde longueur d’onde adaptée à la pièce absorbante. Ledéplacement du laser par rapport à la pièce est assuré pardeux axes linéaires de course de 250 mm chacune.

Afin d’assurer la production annuelle de 200’000 à 400’000pièces, une station de travail manuelle standard est parfai-tement adaptée, chargement/déchargement manuel descomposants, soudure réalisée automatiquement enenceinte protégée.

Le mécanisme de mise en contact des pièces comportedeux empreintes de posage, deux pièces peuvent être

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Les couvercles de la Rowepump sont soudés sur un systèmelaser Leister du type Novolas WS.

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indépendamment l’une de l’autre être pré-serrées, piècesupérieure sur l’une, inférieure sur l’autre. Ainsi deux piècessont toujours présentes dans la machine et à chaque cyclede soudage une partie haute est soudée sur la pièce cen-trale et une pièce inférieure sur le sous-ensemble du typeprécédent. Cette organisation permet de sortir à chaquecycle machine une pompe totalement soudée, sans néces-sité de travailler par campagnes et sans stockage intermé-diaire de demi-produits.

Afin de faciliter la tâche de l’opérateur et de garantir un bondéroulement du procédé de soudage, la machine est équi-pées d’options complémentaires ; reconnaissance de pré-sence et bon positionnement des pièces dans les emprein-tes, zone de chargement équipée d’une barrière lumineusede sécurité pour démarrage automatique du cycle en fin demise en place, rendant superflue une action spécifique delancement du cycle.

La production annuelle à cette cadence correspond à unecharge machine de 50%. La capacité disponible convient àun accroissement potentiel de la demande, la soudured’autres pièces, voire la réalisation de sous-traitanceRoweMed pour d’autres sociétés.

ConclusionLe soudage laser par transparence de polymères thermo-plastiques s’impose de plus en plus pour les applicationsdu domaine de la médecine. Les restrictions liées auxteintes disparaissent grâce à des absorbants de plus enplus performants et des teintes de plus en plus variées.Tout en devenant meilleur marché, les systèmes lasers sontde plus en plus performants, de nouveaux procédés desoudage élargissent les domaines d’application. Les utilisa-teurs profitent pleinement des avantages d’une fusion degrande précision, propre et exempte de particules, sansfaire de compromis vis à vis des autres caractéristiques del’assemblage, comme la résistance. Une collaboration effi-cace entre producteur, fournisseur de compound/mélange-maître et constructeur du système laser, si possible le plusen amont du projet, permet dans de nombreux cas, deproposer et d’industrialiser une solution performante, éco-nomique, d’un niveau de qualité élevé.

Success Story, No 1/09 / FRE

Auteurs : Dipl.-Ing. Oliver Hinz, Chef de Produit Systèmes Laser, Leister Process Technologies, Kägiswil/Suisse, oliver.hinz@leister.com

Dipl.-Ing. Nadia Einnolf, Chef de Produit, RoweMed AG, Parchim/Allemagne, nadia.einnolf@rowemed.de

Dr. Sibylle Glaser, Responsable Développement, Treffert GmbH & Co.KG, Bingen/Allemagne, sibylle.glaser@treffert.org

La pompe à perfusion Rowepump de la RoweMedAG (Taille originale : 100 x 60 x 20mm)

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