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Le mouvement linéaire, une bouée de sauvetage en médecine

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Défis spécifiques en matière de conception et de fonctionnement dans les applications médicales et les salles blanches.

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Platine XYZ à mouvement linéaire pour le positionnement des échantillons

Les fabricants d'équipements médicaux, biomédicaux et des sciences de la vie doivent constamment chercher à améliorer les technologies avancées, les flux de travail et les processus pour faire face aux pressions concurrentielles et à la croissance du marché. Mais le progrès ne peut se limiter à l'expansion du succès ; il doit également garantir la précision, la fiabilité, la fonctionnalité pendant le fonctionnement - la prévention des défaillances en cours d'utilisation.

Négliger les améliorations et les mesures de protection d'un composant apparemment mineur des systèmes de mouvement linéaire en cours de fabrication peut avoir des conséquences allant de l'inconvénient à la catastrophe. Les fabricants, tout comme les utilisateurs, doivent rester vigilants.

Avec une attention particulière, les systèmes de mouvement linéaire de la prochaine génération peuvent être spécifiés, conçus, installés et entretenus pour faire progresser et garantir les avantages des équipements médicaux, biomédicaux et des sciences de la vie dans des applications vitales, voire vitales.

Conséquences

La fiabilité du mouvement linéaire étant une nécessité opérationnelle, les fabricants et les utilisateurs d'équipements doivent surveiller les risques de défaillance, même relativement rares, des composants ou des systèmes de mouvement linéaire tout au long du processus. Ce problème concerne des équipements allant du séquençage de l'ADN à la bio-impression en passant par les microscopes à force atomique (AFM).

Les enjeux sont énormes.

La défaillance d'une seule pièce ou d'un seul système peut coûter des centaines de milliers de dollars aux utilisateurs d'équipements, même pour un temps d'arrêt relativement court. En fonction de la localisation, de la gravité et du temps de réponse pour la réparation ou le remplacement, les coûts peuvent s'élever à beaucoup plus.

Le risque pour la sécurité du personnel est une autre préoccupation majeure. Bien que rares, les défauts de conception ou le non-respect des mesures de protection opérationnelles peuvent conduire à des points de pincement ou à des étapes d'emballement et causer des dommages allant de blessures par écrasement à des chocs électriques.

Spécifications et conception

Les installations de fabrication de mouvements linéaires sont entièrement certifiées ISO afin de garantir la cohérence de tous leurs processus clés. En outre, la construction méticuleuse de prototypes permet de découvrir des étapes essentielles au maintien des performances et de la fiabilité du composant ou du système de mouvement fini. L'omission ou la mauvaise exécution de l'une des nombreuses petites étapes cruciales de l'assemblage ou des essais peut, en fin de compte, entraîner la défaillance du système sur le terrain.

De nombreux fabricants fixent également des objectifs qui se traduisent par de nombreuses années de service fiable avant une mise à niveau de l'équipement. Il est donc important de calculer correctement la durée de vie des composants. Comme les cycles d'utilisation peuvent varier d'une application à l'autre, la durée de vie est indiquée en kilomètres parcourus pour de nombreux composants de mouvement linéaire. Le fabricant de mouvements linéaires doit ensuite traduire ce calcul en diverses décisions concernant le produit.

Par exemple, un câble très répandu indique plus de 10 millions de cycles de flexion si un rayon de courbure de 50 mm ou plus est respecté. Mais si le rayon de courbure n'est pas correctement dimensionné, les particules tombant du câble ou la tension exercée sur les pistes du câble ou les connecteurs pourraient vraisemblablement provoquer une défaillance précoce dans le processus (en particulier lorsque les calendriers de maintenance ne sont pas strictement respectés).

Envisager la personnalisation

Les pièces disponibles sur le marché jouent un rôle essentiel dans de nombreux équipements. On peut craindre, par exemple, qu'un élément de la platine à mouvement linéaire n'ait pas été conçu et construit pour fonctionner avec la combinaison précise d'autres composants et structures que le fournisseur est en train d'assembler. Des incompatibilités inattendues peuvent survenir.

La question est la suivante : un fabricant détectera-t-il les problèmes au cours de ses protocoles habituels de conception, de contrôle de la qualité et d'inspection ? Probablement. Mais ce n'est pas certain.

Souvent, seules les offres personnalisées peuvent répondre aux objectifs de performances spécifiques et aux exigences de conception. Elles permettent au fabricant de se concentrer sur les aspects de la conception de l'étage que l'application exige, en adaptant spécifiquement les facteurs allant de la vitesse à l'accélération en passant par la stabilité. Ils peuvent même réduire les coûts en éliminant les fonctions inutiles qui sont livrées en standard avec un étage standard. Enfin, ils garantissent une solution intégrée sans incompatibilités cachées.

Les fournisseurs doivent s'attendre à un véritable contrôle de leur commande par le fabricant de mouvements linéaires, de la feuille de spécifications à la réalisation du prototype. Cette personnalisation intelligente est essentielle pour anticiper et éliminer les lacunes du produit, éviter les obstacles à l'intégration et prévenir les défaillances à tous les niveaux.

Spécifiez des produits ayant la taille, la forme, le revêtement ou le matériau précis requis par la tâche à accomplir. Et insistez sur les solutions qui répondent aux objectifs uniques de précision, de vitesse, de planéité, de précharge (pour augmenter la rigidité en éliminant les jeux internes), de durée de vie, de niveaux d'entretien et de prix.

Parfois, des matériaux plus innovants peuvent également contribuer à réduire les risques dans certaines conceptions personnalisées. Par exemple, la construction en fibre de carbone peut optimiser la résistance structurelle, la rigidité et la stabilité (malgré un poids et une épaisseur réduits). Parallèlement, les roulements en céramique peuvent constituer une solution viable pour des problèmes de lubrification spécifiques.

Manipuler avec précaution

Une fois qu'un composant de mouvement linéaire destiné à une application spécifique arrive chez le fabricant d'équipement, d'autres risques peuvent survenir.

Les fabricants de mouvements linéaires peuvent être appelés à résoudre toute une série de problèmes survenant à ce stade intermédiaire. Par exemple, un moteur linéaire peut souffrir d'un problème de liaison, où la bobine se déplaçant à l'intérieur du rail du moteur frotte contre le rail dans sa course. Cela peut être dû à un problème de manipulation dû à des secousses qui désaxent légèrement la bobine ou le rail. Il est possible que la selle - le segment mobile de l'étage - soit heurtée et subisse une distorsion. Lors de la construction d'un outil plus grand, des vis trop longues peuvent être ajoutées, poussant une plaque de mouvement linéaire dans une autre, provoquant des rayures et le risque de forces imprévisibles pendant le fonctionnement. Il est également possible qu'une bobine soit dévissée de son support pour permettre l'accès à un câble supplémentaire, puis revissée de manière incorrecte.

De telles mésaventures entraînent des risques allant d'une légère dégradation des performances dans le processus à des moteurs grillés et à des temps d'arrêt importants. La préparation de la surface doit également faire l'objet d'une attention particulière. Les tolérances doivent correspondre dans tous les domaines.

Dans certains cas, un fabricant d'outils pour ces processus peut se procurer un composant de mouvement linéaire conçu pour une planéité de course de 0,0005 pouce par exemple, mais le fabricant d'outils boulonne ensuite ce composant à l'aide d'une vis. Mais le fabricant d'outils boulonne ensuite ce composant à un ensemble plus grand dont la planéité n'est que de 0,005 pouce. La torsion de la platine qui en résulte peut être presque imperceptible. Par exemple, cela peut provoquer un grippage des roulements, ce qui entraîne une usure prématurée des roulements, des forces supplémentaires sur la vis à billes ou des exigences de puissance plus élevées des moteurs linéaires, ce qui entraîne une surchauffe excessive et une défaillance potentielle.

Mise à la terre

S'assurer que tous les composants du système de mouvement linéaire sont correctement mis à la terre est une autre précaution que les fabricants peuvent prendre pour éviter un problème futur. Une telle négligence peut entraîner des risques de choc électrique pour les opérateurs. Mais elle peut également avoir un impact sur les performances du système.

Une boucle de terre dans le système qui se répercute sur le chemin de terre peut induire de fausses lectures dans le codeur, de sorte qu'un composant ne se déplace que de 1 mm, alors que le contrôleur enregistre un déplacement de 100 mm. En cas d'oubli, par exemple, la précision de la position peut entraîner des erreurs dans les relevés des instruments, ce qui conduit à une analyse inexacte.

Transport et installation

La résistance relativement faible des systèmes à mouvement linéaire aux charges d'impact a été évoquée précédemment. Les points de risque les plus importants se situent naturellement à trois moments :

1. Pendant le transport entre le fournisseur du mouvement linéaire et le fabricant de l'équipement ou de l'outil ;

2. Lors de l'arrivée et de l'incorporation du système dans l'outil d'équipement ;

3. Pendant le transport de l'ensemble de l'équipement fini jusqu'à l'atelier et l'installation.

Un fournisseur de mouvements linéaires fiable et expérimenté peut réduire considérablement les risques de dommages dus aux chocs au cours de la première phase. Les experts du fournisseur peuvent déterminer à l'avance les contraintes d'espace de fabrication, afin de ne pas concevoir un étage trop grand ou trop lourd pour être facilement assemblé dans une salle blanche ou un atelier de fabrication. Ils peuvent également planifier l'utilisation des équipements de transport (grues, chariots, etc.) afin que la platine puisse être transportée en toute sécurité de la caisse à l'outil, en minimisant le risque de blessure pour le personnel sur place, ainsi que le risque d'impacts dommageables.

Enfin, lors de l'installation, le système de mouvement linéaire ou la partie concernée de l'outil peut être équipé des mesures d'isolation passive nécessaires (telles que des pieds ou des tampons en élastomère) ou des amortisseurs d'isolation active (systèmes de coussins d'air réglés par capteur) afin de réduire le risque de chocs ou de vibrations excessifs au cours des opérations ultérieures.

Dans la salle blanche

Pour la première et la deuxième phase, le fournisseur de mouvement linéaire doit suivre les meilleures pratiques dans la construction des caisses de transport et des systèmes d'ensachage. Par exemple, un fournisseur de premier plan enveloppe le système dans deux sacs, l'un appliqué dans l'atmosphère d'azote et l'autre dans une salle blanche, pour le transport. Il fournit ensuite des gréements et des chariots spéciaux pour les transferts délicats.

Dans la troisième phase, si le système doit être placé sur l'outil par le haut, la grue de l'outilleur peut suffire. Toutefois, si une manœuvre de chargement latéral plus délicate est nécessaire, le fournisseur fournit une caisse de chambre spécialisée, qui peut être boulonnée sur le côté de l'outil jusqu'à ce que le montage soit effectué.

Lubrification

Bien que les systèmes à mouvement linéaire fonctionnent généralement cycle après cycle sans problème ni attention particulière, un petit entretien régulier est toujours essentiel. Les trois clés d'une maintenance efficace sont la lubrification, la lubrification et la lubrification.

Tous les fournisseurs de systèmes de mouvement linéaire livrent leurs produits avec un cycle de service de relubrification spécifié. Pourtant, la nature humaine étant ce qu'elle est, de nombreux problèmes peuvent être attribués au simple fait de ne pas respecter le cycle recommandé. Sans la lubrification nécessaire, les contraintes de frottement augmentent et finissent par provoquer des événements extrêmement indésirables, tels que des arrêts ou des brûlures du moteur.

Parmi les autres problèmes de lubrification, citons la défaillance prématurée des roulements qui entraîne une réduction des performances telles que la rectitude, la planéité, le tangage, le roulis et le lacet.

Il est important d'utiliser la bonne graisse sur chaque machine. Veillez à ne jamais mélanger des huiles ou des graisses incompatibles. Cela inclut l'utilisation de graisses différentes lors de l'entretien d'une machine d'un cycle à l'autre. Cela modifie la viscosité requise et entraîne souvent l'accumulation d'une matière gommeuse, semblable à du ciment, qui est la dernière chose que l'on souhaite pour les équipements délicats. Si le matériau contient également des particules provenant d'un câble trop flexible, d'un porte-câble ou même d'un autre endroit, il en résulte généralement une défaillance du rail.

Feuille de route des performances

En réponse aux demandes des fabricants d'équipements, les fabricants d'équipements à mouvement linéaire s'efforcent continuellement de repousser les limites de la performance. Mais ils doivent d'abord s'assurer que les améliorations apportées n'augmentent pas par inadvertance le risque de défaillance du mouvement linéaire.

Un bon fournisseur de mouvement linéaire fournira une "feuille de route des performances" mettant en évidence les éléments du système qui peuvent être conçus non seulement pour les exigences actuelles, mais aussi avec la capacité de performance pour une utilisation de la prochaine génération. Cet engagement est particulièrement important pour la fabrication de technologies avancées dans les domaines des sciences de la vie, de la médecine et de la biomédecine.

Les systèmes de traitement par mouvement linéaire ne sont peut-être pas les éléments les plus visibles dans la plupart des équipements de technologie avancée, et ils ne sont pas non plus une préoccupation majeure pour la plupart des utilisateurs. Pourtant, leur défaillance peut avoir de graves conséquences pour toutes les personnes concernées. Heureusement, une attention appropriée à la conception, à l'installation, au fonctionnement et à la maintenance peut garantir que les systèmes de mouvement linéaire jouent un rôle vital dans le fonctionnement continu et critique, voire vital, des équipements les plus avancés dans le domaine des sciences de la vie, de la médecine et de la biomédecine.