Une précision entièrement automatisée pour des prothèses dentaires optimisées

Avec un total de onze centres de fraisage de précision du type Kern Micro, la société etkon GmbH augmente d’un facteur dix la précision de la fabrication de prothèses dentaires supportées par des implants et accélère nettement la production. Ceci a également été rendu possible grâce au fait que Kern et etkon ont optimisé ensemble les machines afin de répondre aux exigences spécifiques de cette fabrication.

Lorsque René Hamisch explique aux visiteurs qu’environ 450 000 prothèses dentaires sont fabriquées annuellement au centre de fraisage etkon à Markkleeberg, il ajoute aussitôt : « Il s’agit de 450 000 pièces uniques. » D’après le chef du centre de fraisage, elles sont fabriquées de façon hautement automatisée. C’est pour cette raison que cinq opérateurs seulement s’occupent des 89 machines de fraisage réparties sur quatre étages, ces machines de fraisage pouvant parfois également être utilisées pour la rectification.

La succursale etkon fondée en 2005 dans la petite ville voisine de Leipzig fabrique avec des moyens de CAO/FAO une large gamme de dents unitaires, de couronnes et de structures en plusieurs parties pour des prothèses dentaires supportées par des dents ou par des implants. Les clients sont les laboratoires de prothèse dentaire qui scannent les empreintes dentaires ou les empreintes de dentier et qui conçoivent la prothèse dentaire souhaitée à l’aide d’un logiciel d’etkon ou d’un autre fournisseur. A partir de ces blocs de données, l’entreprise de Markkleeberg établit automatiquement les données de fraisage et fabrique les pièces souhaitées.

Avec au total onze nouvelles machines de fraisage Kern Micro, le fabricant de prothèses dentaires fait considérablement évoluer ses propres capacités dans le secteur d’avenir de la réalisation de prothèses dentaires supportées par des implants. Outre la rentabilité et la qualité de surface, une précision micrométrique est nécessaire ici. Ce sont par exemple plusieurs implants posés par le dentiste qui servent de « support » dans la bouche du patient. Sur ces implants peuvent être installées les structures de bridges fabriquées par etkon qui servent de support à la prothèse dentaire visible de l’extérieur. Les points de fixation de ces bridges doivent s’adapter précisément sur les implants posés dans la mâchoire du patient par le dentiste, de façon à ce que la prothèse dentaire soit bien fixée et qu’elle n’occasionne aucune douleur.

Equilibrage thermique de grande précision de la machine

Avec sa très grande précision, la machine Kern Micro est parfaitement adaptée à cette tâche. Le centre de fraisage garantit une dispersion de positionnement de +/- 0,5 µm pour les axes linéaires, de +/- 3,0  » pour l’axe de pivotement  et de +/- 0,5  » pour l’axe de rotation. La vitesse de déplacement s’élève à 30 m/min, l’accélération à 10 m/s². Ces valeurs ne sont pas seulement atteintes au début, mais également à la fin de l’usinage d’une pièce pouvant durer de nombreuses heures.

Bernhard Uhr, le chef suppléant du service de développement chez Kern, explique la façon dont sont obtenues ces caractéristiques : « la base de cette performance se situe dans les mesures prises au stade de la conception ainsi que dans les exigences élevées en matière de qualité et de précision envers les fournisseurs de composants. Afin de minimiser les influences thermiques intérieures et extérieures, et de ce fait les imprécisions de la machine apparaissant par la force des choses, il est procédé en outre à l’emploi d’une gestion ingénieuse de la température. » Ainsi, les composants de la machine sont maintenus à une température constante avec une précision de ±0,1°C.

Toutefois, la précision ne constituait pas le seul motif du choix en faveur de Kern. Lorsqu’en 2014, la société etkon s’est mise en quête de la technologie adaptée à l’augmentation de son expertise dans le secteur des implants, René Hamisch a fait procéder, après une recherche sur le marché, au fraisage de pièces test chez trois fabricants de machines de fraisage et il a analysé la précision et la performance des machines en concurrence. « Kern a pu fraiser la pièce dans le laps de temps le plus court avec la précision la plus élevée et avec les meilleures qualités de surface », déclare René Hamisch.

Non seulement fournisseur, mais également partenaire

« Lors des négociations qui ont suivi, la société Kern s’est distinguée avec une flexibilité incroyable et avec la volonté  de réaliser nos souhaits », ajoute René Hamisch. ­Barbara Bergmann, directrice des ventes régionales chez Kern déclare à son tour : « Nous travaillons toujours avec un système modulaire, afin de pouvoir adapter les machines le plus facilement possible aux exigences spécifiques des clients. Toutefois, pour etkon, d’autres adaptations spéciales étaient nécessaires. Et celles-ci ont été réalisées avec une excellente qualité, d’après ce que nous a déclaré le chef du centre de fraisage. Avec Kern, nous avons non seulement un fournisseur, mais aussi un partenaire ».

Il a fallu, entre autres, investir beaucoup d’énergie dans des adaptations mécaniques. La machine Kern Micro dispose d’un changeur de pièces intégré permettant d’introduire de façon entièrement automatisée

30 palettes dans le système de serrage à point zéro de la machine et de les traiter avec une grande sécurité du processus. Pour la solution chez etkon, Kern a toutefois combiné respectivement deux machines avec un robot de manipulation externe, de façon à obtenir une cellule de fraisage. Celui-ci alimente les deux machines avec des pièces brutes et il extrait la pièce finie après l’usinage, selon la commande traitée.

Système de serrage taillé sur mesure pour les pièces brutes

Le développement d’un système de serrage taillé sur mesure pouvant maintenir les flans circulaires de façon stable et exempte de vibrations et assurer de manière optimale leur accessibilité pour les outils a nécessité le plus de créativité et de flexibilité. Les flans circulaires sont des pièces brutes, sous forme de disques ronds épais, de la matière devant constituer la prothèse dentaire.

Etant donné que les tests des dispositifs de serrage disponibles sur le marché n’avaient pas donné de résultats satisfaisants, Kern a commencé à développer un système adapté avec l’aide d’etkon. Encore aujourd’hui, René Hamisch est enthousiasmé par cette collaboration : « Il régnait une excellente harmonie ».

Il fallait notamment adapter l’arrosage aux nouveaux porte-pièces afin d’éviter que le liquide d’arrosage n’atteigne pas certaines zones. La plage de pivotement maximale a été augmentée pour passer des 15 degrés usuels à 30 degrés, car les angles avec lesquels les dentistes posent les implants sont très variables. Même l’axe d’usinage a dû subir des modifications.

Au regard de ces difficultés, la modification du magasin d’outils a été comparativement simple. Pour loger les outils inhabituellement longs dont etkon a besoin, les distances des plans d’outils étaient trop faibles dans le cas du compartiment d’outils standard. Maintenant, le magasin de la machine Kern Micro adaptée accueille presque 140 des outils etkon spécifiques avec des attachements HSK 40.

Les programmes de fraisage sont établis automatiquement

Une autre tâche d’adaptation consistait à raccorder les machines Kern Micro à la banque de données de commandes d’etkon et de créer ainsi une solution industrie 4.0. Chaque machine va chercher ses commandes de fraisage dans la banque de données, procède ensuite individuellement au fraisage de chaque pièce, sépare les pièces, les transmet au robot de manipulation et envoie un message d’achèvement à la banque de données. etkon peut donc consulter en permanence le statut et les données de chaque pièce.

Les données STL des laboratoires de prothèse dentaire sont préalablement converties automatiquement en un programme de fraisage pour la pièce respective par un logiciel spécial. Outre le chargement de la machine, la seule opération manuelle est le « nesting », à savoir la répartition des différentes commandes de fraisage sur les pièces brutes en forme de disques, de façon à ce que celles-ci soient exploitées de manière optimale. Les flans circulaires présentent un diamètre d’environ dix centimètres et leur épaisseur est de l’ordre du centimètre. Ils sont constitués par exemple de matériaux polymères, d’oxyde de zirconium polymères, d’alliages de cobalt, de chrome ou de titane.

Après le fraisage, le robot de manipulation transfère les pièces finies directement vers des prothésistes dentaires qualifiés pour la finalisation et le contrôle final. Ainsi, la livraison peut se faire très rapidement. Mises à part les pièces en zirconium devant encore être frittées et les constructions complexes de bridge et de passerelle, etkon prend  un engagement fort auprès de ses clients : en cas de réception des données avant midi, l’expédition se fait le jour suivant.

Depuis le milieu de l’année 2014 etkon est convaincue non seulement de la précision mais également de la fiabilité des machines. Le site de Markkleeberg est l’entreprise pilote au sein du groupement etkon. C’est ici que sont testées de nouvelles technologies avant qu’elles ne soient introduites dans d’autres usines. En conséquence, quatre machines Kern ­Micro travaillent dorénavant au siège principal et deux autres viendront s’ajouter début 2016. Deux machines se trouvent dans le centre de fraisage etkon au Japon qui démarrera bientôt la production. Huit machines de fraisage Micro sont en action sur le site américain au Texas et une machine est utilisée par le centre de développement etkon à Gräfelfing près de Munich.

En raison du bon partenariat qui les unit, cette collaboration est appelée à s’étendre à l’avenir. Ainsi, les deux entreprises travaillent actuellement ensemble à l’optimisation de l’usinage de pièces en oxyde de zirconium. Les machines de haute précision Kern ­Micro en constituent la base.

N° 74 mars 2016