Télécharger le Livret Biomédical - CRITT MDTS

Département
Biomédical
critt-mdts@critt-mdts.com

AVANT-PROPOS
La vocation de ce guide est de recenser les prestations dites « standards »
réalisées au sein du CRITT-MDTS dans le domaine biomédical. Il fournit
quelques repères pour mieux comprendre nos services tels que : les normes
relatives aux essais, leur schéma de principe, leur résultat.
Notre implication dans le domaine de l’orthopédie :
Le CRITT-MDTS est accrédité COFRAC selon l’ISO/CEI 17025 « Exigences
générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et
d'essais » _ entre autre dans le domaine n°136 concernant les implants
orthopédiques.
Vous pouvez consulter notre portée d’accréditation sur le site du COFRAC :
www.cofrac.fr avec les codes suivants pour nos deux sites :
Charleville : 1-0097 / Nogent :1-1648
Nous sommes aussi présents aux commissions AFNOR dans les domaines des
implants orthopédiques afin de suivre l’ensemble des normes du secteur et de
participer à leur évolution.
Pour répondre à une demande croissante, nos protocoles d’essais se basent
aussi sur les standards américains ASTM, et nous fournissons nos rapports en
anglais pour vos dossiers auprès de la FDA.
Le CRITT-MDTS _ site de Charleville-Mézières

SOMMAIRE
VOLET I : EXAMENS DES MATERIAUX 4
• Matériaux métalliques….………………………………. 4
• Matériaux céramiques : Al2O3 et Zr02 ……………….. 5
• Matériaux polymères : UHMWPE, PEEK…………..... 5
• Revêtements poreux …………………………….…..... 6
• Essais sur éprouvettes.……………...……………....... 7
VOLET II : CONTRÔLES DU PROCESS 8
• Contrôles dimensionnels ……………………………… 8
• Topographie de surface .…………………………….… 9
• Contrôles de la propreté des implants …………….…. 10
• Contrôles métallurgiques ...………………………….… 11
• Contrôles non destructifs………………………….…… 12
• Expertise process ……………………………………… 12
VOLET III : ESSAIS SUR PRODUITS FINIS 13
• Prothèses de hanche ………………………………….. 13
• Prothèses de genou …………………………………… 17
• Autres prothèses articulaires ……………………......... 19
• Implants sur rachis …………………………………….. 20
• Systèmes d’ostéosynthèse ………………………........ 24
• Vis métalliques ……………………………………........ 25
• Vis résorbables ……………………………………....... 25
• Ligaments artificiels ………………………………........ 25
• Instrumentation ……………………………………........ 25
• Agrafes à mémoire de forme …………………………. 26
• Implants dentaires ……………………………………... 27
VOLET IV : TRAITEMENTS INDUSTRIELS 28
• Traitements thermiques ……………………………….. 28
• Projection thermique …………………………………… 29
• Plasma froids et PVD ……………………................... 30
• Métal ou Ceramic Injection Molding ………………..... 31
VOLET V : SIMULATION NUMERIQUE 32
VOLET VI : EXPERTISES 34

4
VOLET I : EXAMENS DES MATERIAUX
bjectif : Valider la conformité de la matière première approvisionnée
pour la fabrication des implants orthopédiques en termes de composition
chimique, de résistance mécanique, de microstructure,…
LES MATERIAUX METALLIQUES
Les matériaux Normes de références
Acier à forger inoxydable ISO 5832-1
Titane non allié ISO 5832-2
Alliage à forger à base de Ti, Al6 et de V4 ISO 5832-3
Alliage à couler à base de Co ISO 5832-4
Alliage à forger à base de Co, Cr, W & Ni ISO 5832-5
Alliage à forger à base de Co, Ni, Cr et Mo ISO 5832-6
Alliage à forger & mis en forme à froid à base de Co ISO 5832-7
Alliage à forger à base de Co, Ni, Cr, Mo, W, Fe ISO 5832-8
Acier à forger inoxydable à haute teneur en azote ISO 5832-9
Alliage à forger à base de Ti, Al5, Fe 2,5 ISO 5832-10
Alliage à forger à base de Ti, Al6, Nb7 ISO 5832-11
Alliage corroyé à base de Co, Cr, Mo ISO 5832-12
Alliage corroyé à base de titane, 15Mo, 5Zr, 3Al ISO 5832-14
Zoom Zo sur l’analyse d’un acier inoxydable M30NW selon l’ISO 5832-9 :
Examen micrographique
Taille de grain
Cotation inclusionnaire
Absence de ferrite delta
et de carbures
Résistance mécanique
Effort (Mpa)
Résistance maximale
Limite d’élasticité
Allongement
1200
1000
800
600
400
200
Courbe de traction
0
0,17 1,51 5,43 11,54
Déplacement (mm)
Analyse chimique
Teneur en gaz : S, C, N
et éléments : P, Mo, Mn,
Cr, Ni, Si, Nb, Cu

CÉRAMIQUES INERTES :
Les résultats :
5
LES MATERIAUX CERAMIQUES
Les matériaux Normes de références
L’alumine Al2O3 ISO 6474-1 et ASTM F 603
La zircone ZrO2 ISO 13356 et ASTM F 1873
Les résultats :
La taille de grain
La composition chimique
La densité
La porosité ouverte
La résistance en flexion
La proportion des phases monocliniques
et tétragonales (pour les céramiques de zircone)
LES MATERIAUX POLYMERES
Les matériaux Normes de références
Le PE-UHMW en poudre ISO 5834-1 / ASTM F 648
Le PE-UHMW lopin ISO 5834-2 / ASTM F 648
Le PEEK ASTM F 2026
Sur poudre ou lopin
• Le taux de cendre
• L’analyse des cendres (Ca, Ti, Al, Cl)
• La propreté particulaire (sur poudre)
Sur lopin
• La résistance en traction
• Le choc IZOD
• Le choc CHARPY
• L’allongement sous contraintes
• Densité
• Dureté Shore (pas normalisée)
• Point de fusion (pas normalisé)
Microstructure d’une zircone
vue au MEB

LE POLYÉTHYLENE (PE-UHMW) :
Les analyses Normes Résultats
Les études Normes de références
Granulométrie sur les poudres Granulomètre laser
Epaisseur des revêtements
Morphologie des dépôts
ASTM F 1854 ou protocole CRITT
Etat de surface (rugosité) S 94.071
Taux de porosité Sur coupe pour analyse d’image
Taux d’incrustation linéaire S 94.438-3 (annulée, non remplacée)
Analyse chimique des poudres et dépôts d’HAP
Teneur en métaux lourds ISO 13779-1, 2, 3
Métaux totaux
(Pb, Hg, Bi, Ar, Sb, Sn, Cd, Ag, Cu, Mo)
Liste issue de l’USP 25[231]
Rapport Ca/P ISO 13779-1, 2, 3
Phases étrangères ISO 13779-1, 2, 3
Taux de cristallinité ISO 13779-1, 2, 3
Analyse infrarouge de l’HAP
FDA 510 (k) Information needed for
(impureté, absence d’eau, groupements) Hydroxyapatite coated Implants
Analyse chimique sur poudre de titane
Analyse des gaz O, C, N, H Analyseur de gaz
Dosage du fer et autres éléments ICP
Essais mécaniques sur les dépôts :
Mesure de l’adhérence
Essai de traction statique S 94.072, ISO 13779-4, ASTM F 1147
Essai de cisaillement statique ASTM F 1044
Traction ou cisaillement en fatigue ASTM F 1160
Mesure de l’abrasion sur titane poreux
Essais TABER ASTM F 1978
6
Evaluation de la morphologie ISO 5834-5 Quotation des infondus
Détermination du taux de gel et du
pourcentage extrait
ASTM D 2765
Mesurage de l’indice d’oxydation ISO 5834-4
LES REVETEMENTS POREUX
Evaluation du
crosslinking
Profil d’oxydation et de
cristallinité
Réalisation du « Small punch test » ASTM F 2183 Energie en mJ

DIVERS ESSAIS SUR EPROUVETTES
Les essais Descriptif
Matériaux métalliques
Essai de corrosion en cellule
électrochimique
Tous types de matériaux,
revêtus ou non
Pion disque
Matériaux métalliques
revêtus ou non
Flexion rotative
Matériaux métalliques
ou polymères
Essais statiques divers
7
ASTM F 746
Mesure de la résistance à la corrosion
par piqûre ou crevasse de matériaux
passivés
ASTM G 99
Essai de tribologie pion disque :
mesure du coefficient de frottement
d’un couple de matériaux, évaluation
de l’usure
Tribomètre pion/disque
Mesure de la résistance à l’effet
d’entaille
Essais de traction, torsion, flexion par
choc, mesures de dureté, essai de
fluage…

VOLET II : CONTRÔLES DU PROCESS
bjectif : Effectuer des contrôles sur produits semi-finis ou finis pour
valider les paramètres de production.
CONTRÔLES DIMENSIONNELS
Les mesurages et étalonnages Normes Résultats
Contrôles dimensionnels des
instruments et calibres
Mesurage de la sphéricité et de
la circularité des inserts, cupules
et têtes
Mesure de rugosité (sur col, sur
surface articulaire)
Réalisation d’un palpage 3D
(voir exemple ci-dessous)
Zoom Zo sur un palpage 3D
Après une première
phase d’essai d’usure
COFRAC
étalonnage
ISO 7206-2
ISO 4288
/
Conformité du matériel de
production. Analyse de la
variance dans le temps.
Evaluation du défaut de forme.
Valeur du Ra (spécifications
dans la norme ISO 7206-2 et
EN 12010).
Comparaison avec le fichier
CAO (IGES).
Après une seconde
phase d’essai d’usure
Représentation 3D de l’écart de forme entre le profil mesuré et le profil CAO
8

Zoom Zo sur l’Altisurf 500:
9
TOPOGRAPHIE DE SURFACE
Altisurf 500: l’outil de topographie et de mesure de surface sans contact
Topographie de surface avec exploitation 3D et 2D,
Mesure de rugosité linéaire et surfacique (ISO 4287 et ISO 25178),
Palpage pour retro engineering,
Evolution des surfaces...
Exemple sur un insert en UHMWPE usiné
Mise en évidence d’un défaut de surface
Insert sans défaut: Visualisation et profondeur d’une
rayure sur une seconde pièce:

CONTRÔLE DE LA PROPRETÉ DES IMPLANTS
Pour valider les paramètres de nettoyage des pièces (norme XP S 94-091) :
Type de résidus Eléments recherchés Moyens d’analyse
Hydrocarbures HCT
Ex : Huile de coupe
Produits « gras »
Base grasse de pâte à polir
Lubrifiants
Carbones organiques Totaux (COT)
Résidus de pâte à polir à base
d’alumine
Résidus lessiviels, d’eau de lavage
ou de rinçage
Traces de métaux, métaux lourds
Résidus organiques
Ex : Alcool, éthers, solvants divers,
naphtas légers
Huiles végétales
Produits organiques volatils à
T

CONTRÔLES METALLURGIQUES
Les contrôles Micrographies
QUALITE DES FILETAGES :
Vérification de la morphologie du
pas de vis, présence de bavures,
de microfissures en fond de filet…
QUALITE DES SOUDURES :
Vérification de l’absence de défauts :
porosité, fissuration, retassures,…
Morphologie de la soudure,
Examen métallographique.
QUALITE DU MARQUAGE LASER Voir exemple ci-dessous :
Zoom Zo sur une validation du marquage laser
G x 50
Surface de
l’échantillon :
Légère oxydation
G x 1000
Présence de
fissures ≈ 2 µm
11
G x 500
Profondeur
affectée ≈ 4/5 µm
G x 500
Couche de
contamination
de 50 µm

Type de contrôle Objectif
Ultrasons
Magnétoscopie
CONTROLES NON DESTRUCTIFS
Détection des défauts internes aux pièces
(exemples : retassure dans les pièces moulées,
fissures dans les soudures, criques, porosité
interne,...)
Recherche de défauts débouchants sur pièces
magnétiques
Ressuage Recherche de défauts débouchants
Radiologie industrielle
Courants de Foucault
Endoscopie
12
Contrôle des pièces moulées, forgées,
laminées,...
Recherche de défauts superficiels et sous jacents
sur alliages ferreux et non ferreux
Visualisation de l’intérieur des tuyaux à l’aide d’un
flexible de 3 m de long. Recherche de dépôts, de
piqûres, … Prise de photographie
EXPERTISE PROCESS
Vous rencontrez une anomalie sur le produit lors du process de
fabrication de votre implant (microstructurale, dimensionnelle, tâches…) ?
Nous mettons à votre service tous nos moyens d’analyse et notre expertise
dans le domaine des matériaux pour identifier la nature et l’origine du défaut,
réfléchir sur les causes de son apparition et vous aidez dans votre recherche de
solutions.

VOLET III : ESSAIS SUR PRODUITS FINIS
bjectif : Valider le produit fini avant sa mise sur le marché ou comparer
les performances de différents produits.
PROTHESE DE HANCHE _ Standards ISO
Les essais Normes de références
Mesures dimensionnelles ISO 7206-2
Essais de fatigue
Conditions d’implantation
ISO 7206-4
Essais de fatigue
Conditions d’essai
ISO 7206-8
Essais de fatigue
ISO 7206-6
Têtes et cols (cimentation haute)
Essais statiques sur têtes ISO 7206-10 et ASTM F 2345
Essais statiques sur tiges NF S 90-448
Zoom Zo sur un essai de fatigue selon le projet PR NF ISO 7206-8:
Configuration II : Réalisation d’un
essai avec une augmentation de la
charge par palier. Déduction par calcul
de la limite élastique.
13
Configuration I : Réalisation
d’essais de fatigue à différentes
charges. Le nombre de cycles lors
de la rupture permet de tracer la
courbe de fatigue et de déterminer
la limite théorique en fatigue.

PROTHESE DE HANCHE _ Standards CRITT
Les essais Schéma de principe
Essais de compression statique et
dynamique sur ensemble tête/
insert
Essais de compression statique et
dynamique sur montage angulé
(différentes angulations possibles)
Essai de torsion sur un insert dans
son métal back ou entre les deux
composants d’un insert bicouche.
Essai de tenue sur pattes de
cotyles en statique et en
dynamique
Essai de basculement sur un insert
dans son métal back ou entre les
deux composants d’un insert
bicouche.
14

Essai d’extraction dans l’axe sur
insert rétentif
Essai d’extraction avec effet de
came sur insert rétentif
ASTM F 1820
Essai d’expulsion sur insert bicouche.
ASTM F 2009
Détermination de la force axiale
nécessaire pour désassembler le
col et la tête.
ISO/CD 7206-12
Essai de déformation des cupules
acétabulaires
Mise en compression et évaluation
de la déformation en diamètre
et sphéricité des composants
« press-fit »
15
PROTHESE DE HANCHE _ Standards CRITT, ASTM, Projets
Ø

Force (N)
Le signal de force et les cinématiques d’angles représentant le pas de marche :
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0 20 40 60 80 100
Temps (%)
Détail des signaux :
Charge de compression : 3000N
Rotation axiale : -11°/+2°
Flexion Extension : +25°/-18°
Abduction Adduction : -4°/+7°
Le simulateur fonctionne sur chacun des
4 axes sur le principe d’une boucle
d’asservissement fermée, qui assure à
chaque cycle l’exactitude du signal.
- Mesure de la perte de masse des composants
articulaires sur une balance de précision de
0,01 mg.
- Evaluation de l’état de surface au travers des
paramètres de rugosité.
- Mesure du diamètre, de la sphéricité et de la
circularité des inserts, cupules et têtes
Les couples testés :
16
PROTHESE DE HANCHE _ Essais d’usure
Zoom Zo sur un essai d’usure selon l’ISO 14242-1:
Les caractérisations gravimétriques et dimensionnelles :
Métal/PE, métal/métal, céramique/céramique, simple
et double mobilité.
Angle (°)
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-10
-20
-30
Temps (%)
Flex /Ext [°]
Add / Abd[°]
Rot[°]

PROTHESE DE GENOU
Les essais Schéma de principe
Essais de compression statique
et dynamique.
Essais d’endurance sur embases
tibiales.
Essais de compression statique sur
condyle.
Essais statique de
désassemblage entre le plateau
tibial et l’insert.
17
ASTM F 1800
NF ISO 14 879-1
(configuration similaire à l’ASTM
F 1800)

Le signal de force et les cinématiques d’angles représentant le pas de marche
Charge (N)
3500,00
3000,00
2500,00
2000,00
1500,00
1000,00
500,00
0,00
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Détail des signaux :
Temps (%)
Charge Flexion
Charge de compression : 168 à 2600 N
Rotation axiale : -1.9° à 5,7°
Flexion Extension : 0° à 58°
Déplacement antéropostérieur : 0 à - 5,2 mm
Les caractérisations gravimétriques et
dimensionnelles :
70
60
50
40
30
20
10
Angle (°)
18
PROTHESE DE GENOU _ Essais d’usure
Les essais Normes de références
Essai de tribologie 4 axes ISO 14243-3
Mesures gravimétriques ISO 14243-2
Zoom Zo sur un essai de tribologie selon l’ISO 14242-3
- Mesure de la perte de masse des
composants articulaires sur une balance
de précision de 0,01 mg.
- Evaluation de l’état de surface au travers
des paramètres de rugosité.
- Relevé de la topographie de l’insert
6
4
2
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-2
-4
-6
-8
-10
-12
Rotation Antéro-Post

AUTRES PROTHESES ARTICULAIRES
Les produits Les essais
Prothèse d’épaule :
Essais de dissociation de l’insert
glénoïdien dans les directions
suivantes :
Inférieure/Supérieure
Antéropostérieure
Prothèse d’épaule
Prothèses d’épaule et de cheville
ASTM F 1829
Essais de compression statique et
dynamique. Elaboration d’une courbe
de fatigue.
Essais d’usure avec l’adaptation d’une
cinématique spécifique sur simulateur
4 axes
Prothèse articulaire main & pied Essais d’usure en flexion-extension
Zoom Zo sur la machine de tribologie deux axes :
Etrier de flexion
Moteur électrique
Système
d’entraînement
bielle-manivelle
Vérin
pneumatique
Essai de flexion / extension
avec application d’une
compression axiale
19

ESSAIS SUR RACHIS _ Cages intervertébrales
Les essais Schéma de principe
ASTM F 2267
Essai d’affaissement réalisé
lors d’une compression
statique des cages
intervertébrales entre deux
blocs métalliques puis deux
blocs de substitut osseux
(mousse polyuréthane)
ASTM F 2077
1) Essais de compression
axiale statique
(blocs métalliques)
et dynamique
(blocs en POM)
2) Essais de compression
en cisaillement statique et
dynamique
(angle de 45°)
Etablissement d’une
courbe de fatigue lors des
essais dynamiques.
20
Cage
1 2

Les essais Schéma de principe
ASTM F 2077
3) Essais statiques et
dynamiques de torsion 1 2
sur cages intervertébrales
Etablissement de la
courbe de fatigue.
Essais d’impaction sur cages :
Cage
Une cage et son ancillaire
subissent une force
d’impaction de plus en plus
grande (par un poids lâché de
plus en plus haut).
Le test est réitéré à la hauteur
de rupture pour affiner le
calcul de la force à laquelle
les cages se cassent.
Mesure de la force
nécessaire à l’expulsion des
cages.
21

ESSAIS SUR RACHIS _ Cages intervertébrales
Les essais Normes de référence
Essais statiques et dynamiques de
compression axiale, compression avec
cisaillement et torsion
Essai de tribologie 4 axes sur disques
cervicaux et lombaires
Schéma de sollicitations :
Flexion latérale
Compression
Rotation
Flexion-Extension
Cinématique et paramètres de charge :
22
Zoom Zo sur un essai de tribologie 4 axes :
Charge Flexion/Ext Rotation
Flexion latérale
Cervical 150-50 N -7,5° / +7,5° -4° / +4° -6° / +6°
Lombaire 2000-600 N -3° / +6° -2° / +2° -2° / +2°
Caractérisations dimensionnelles et gravimétriques :
ASTM F 2346
(configuration similaire à l’ASTM
F 2077)
ISO 18192-1
Mesure de la perte de masse, de l’évolution du défaut de forme.
Evaluation de l’état de surface par macrophotographies et mesures de rugosité.

ESSAIS SUR RACHIS _ Ensembles de vertébrectomie
Les essais Schéma de principe
ASTM F 1717
Essais de compression,
traction, torsion,
statiques et dynamiques
sur ensembles tiges/vis/
connecteur ou tiges/vis/
crochets.
Établissement de la courbe
de fatigue.
ISO 12189
Essai de fatigue sur
assemblages lombaires et
cervicaux utilisant un
support antérieur
Pour implants « semirigides
ou dynamiques »
ASTM F 1798
Essais statiques et
dynamique sur organes de
connections :
- Rotation autour de la tige.
- Glissement de la tige
dans le connecteur.
- Flexion de la tige.
- Torsion.
ASTM F 2193
Essais statiques et dynamiques
de flexion sur plaques.
23
rotation
ressorts
glissement
flexion
plaque

ESSAIS SUR SYSTEMES D’OSTEOSYNTHESE
Les essais Normes de référence
Flexions 4 points sur plaque.
Essais de fretting sur ensemble vis/
plaque.
Mise en mouvement cyclique de la vis
par rapport à la plaque.
Mesure de la perte de masse des vis
et des plaques après essai.
Essais statique et dynamique sur
ensemble vis/plaque.
Essais statique et dynamique sur
ensemble de reconstruction osseuse
angulé.
Essais de flexion 4 points sur tige inter
médullaire.
24
/
ASTM F 382
(similaire à la norme ASTM F 2193)
ou ISO 9585
ASTM F 897
ASTM F 384
ASTM F 1264

ESSAIS SUR VIS RESORBABLES
Les essais Normes de référence
Essai de dissolution ASTM F 1635
Analyse FTIR ASTM F 2313
Mesure de la viscosité ASTM F 2313
ESSAIS SUR LIGAMENTS ARTIFICIELS
Les essais Normes de référence
Détermination de la résistance et de
l’allongement lors d’essais statiques de XP S 94-167-2
traction.
Détermination de la résistance à
NF S 94-167-3
l’abrasion et à la torsion.
ESSAIS SUR INSTRUMENTATIONS
Les essais Résultats
Essais de torsion sur ensemble
tournevis/vis ou tournevis seul.
Essais mécaniques statiques et
dynamiques sur râpes.
Essais de stérilisation avec des
passages répétés à l’autoclave et
possibilité d’immersion dans un bain
de soude.
Expertises sur instruments rompus ou
corrodés.
25
ESSAIS SUR VIS METALLIQUES
Les essais Normes de référence
Propriétés en torsion
Couple de serrage
Arrachement axial
Performances d’auto-taraudage
ASTM F 543-07
Résistance maximale à la torsion
(déformation de l’empreinte, rupture
du tournevis…)
Résistance en flexion.
Résistance à la corrosion des
instruments décontaminés selon la
circulaire 138.
Analyse de la matière, recherches des
causes du dommage.

ESSAIS SUR AGRAPHES
Les essais Normes de référence
Mesure de la déformation des AMF lors
de changements de température.
Essais statiques et dynamiques de
traction (ou compression) et flexion
combinées.
Flexion 4 points.
Essais d’arrachements dans l’axe (1) et
en cisaillement (2)
Agrafe
26
ASTM F 2082
ASTM F 564
ASTM F 564
ASTM F 564
1 2

ESSAIS SUR IMPLANTS DENTAIRES
Les essais Schéma de principe
NF EN ISO 14801
Essai de compression sur
implant dentaire :
L’implant est cimenté avec
un angle de 30° par rapport
à l’axe d’application
de la charge.
Réalisation d’une courbe de
fatigue avec différents niveaux
de charge.
27
ESSAIS SUR MESURE
A votre demande, nous réalisons sur tout type d’implant des essais sur mesure
afin de valider les thèmes de votre analyse de risques en rapport avec les spécificités
de vos produits (design, matériau, emboitements…).

VOLET IV : TRAITEMENTS INDUSTRIELS
bjectif : Le matériel industriel du CRITT-MDTS permet de passer d’une idée à
son industrialisation. Dans le cadre d’un transfert de technologie, les études que nous
réalisons à l’aide de ces équipements, intègrent la phase de prototypage jusqu’à la
présérie.
Prestation :
TRAITEMENTS THERMIQUES
Mise au point et étude de la faisabilité de traitements thermiques spécifiques sur
différents types de pièces (prototype, présérie industrielle,...) suivi ou non d'un
traitement de surface.
Applications :
Amélioration de l'état de surface.
Amélioration des caractéristiques mécaniques.
(meilleure résistance à la fatigue, plus
grande résilience,...)
Homogénéisation structurale.
Détensionnement.
Dégazage.
Matériels :
Equipement de traitement
thermique et de dégazage
2 fours industriels de trempe sous gaz surpressé jusque 6 bars (température
maxi 1350°C, charge maxi 300 kg) équipés d'une pompe à diffusion pour un
niveau de vide maxi de 10-6 mbars
28

Prestation :
PROJECTION THERMIQUE
Mise en œuvre de revêtements (métaux purs, alliages métalliques, céramiques,
oxydes, cermets,...) au moyen des différentes techniques de projection (plasma,
arc-fil, flamme-fil, flamme poudre,...)
Applications :
Sur différentes natures et formes :
Revêtement contre l'usure : bonne
résistance à l'abrasion, à la fatigue, à
l'érosion.
Protection contre la corrosion
Revêtements céramiques biocompatibles
Matériels :
29
Torche à Plasma
Un équipement industriel automatisé de projection thermique
(taille maximale des pièces traitées : 2 mètres)
Différentes sources de chaleur :
Torche plasma (jusqu'à 15 000°C), HVOF, Flamme oxyacétylemique, Arc
électrique.
Une corindonneuse à commande numérique (volume 1 m³) permettant de
préparer les substrats avant dépôt.
Un ensemble accuraspray-G3 : système de contrôle du jet de particules
en projection thermique (vitesse, température, déviation, intensité,...).

Prestation :
PLASMA FROID ET PVD
Le CRITT MDTS dispose d'une plate-forme industrielle polyvalente utilisant la
technologie des plasmas froids dans le secteur des Traitements et
Revêtements de Surface.
Applications :
Préparation de surface avant mise en
peinture (polymères et métaux).
Nettoyage et activation de surfaces avant
collage, de tous les matériaux
métalliques, céramiques et polymères.
Dépôts par pulvérisation.
Dépôts en phase gazeuse sur pièces
massives (mode statique) et sur films
(mode dynamique).
Stérilisation.
Amélioration de la durée de vie des
outillages de fabrication en limitant l'usure
et de la précision des pièces produites
pour les outils coupants, d'extrusion,
d'étirage, de repoussage, de refoulement,
d'emboutissage, de pliage, de découpage,
outils de frappe, moules, outillages de
verrerie...
Résolution des problèmes de frottement
et de corrosion, de démoulage...
Matériels :
Plate forme plasma froid
Réacteur plasma froid et enceinte PVD (Physical Vapor Deposition)
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Prestation :
METAL ou CERAMIC INJECTION MOLDING
Création de pièces en céramique et en métal par un procédé d’injection de
polymères chargés métal ou céramique. Les pièces obtenues sont ensuite
déliantées (élimination du polymère d’enrobage) et frittées.
Applications :
Obtention de produits finis ne
nécessitant pas de reprise d’usinage.
Poids des pièces généralement
compris entre 1 et 100g.
Procédé de fabrication adapté aux
grandes séries.
Nuances utilisées : bases fer, bases
nickel, bases cobalt, bases titane…
Céramiques utilisées à base d’alumine
et de zircone.
Densité des pièces autour de 98%.
Matériels :
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Presse d’injection
Procédé de déliantage à l’acide ou catalytique et thermique
Four de frittage (sous atmosphère neutre ou réductrice)
Presse d’injection des poudres

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VOLET V : SIMULATION NUMERIQUE
bjectif : Dès les premières phases de conception, la simulation
numérique permet de tester le produit avant même la réalisation de prototypes.
On peut ainsi diminuer les coûts et délais d’un projet mais aussi tester
virtuellement sur le produit l’effet de modifications. L’utilisation de cet outil en
parallèle avec la réalisation d’essais dynamiques permet à la fois de valider le
modèle, mais aussi d’élargir le champ des investigations.
Conception Assistée par Ordinateur (CAO)
Ces applications permettent la réalisation d’études complètes en
trois dimensions ainsi que des plans d’ensemble et de détail. Au
delà, les données seront exploitables pour programmer les
machines à commande numérique.
Simulation Numérique
Ces applications permettent la validation de la tenue mécanique
sous sollicitation statique ou dynamique.
La philosophie d’ABAQUS est d’appréhender un modèle de
manière physique pour s’approcher au plus près de la réalité, nous
permettant de prévalider une pièce sans réaliser de prototype
physique.
Simulation Rhéologique
Cette application permet de valider la conception de vos pièces
réalisées en matériau biocompatible obtenues par les procédés
PIM MIM* ou CIM**
* Metal Injection Molding / ** Ceramic Injection Molding

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Reverse Engineering
Ce module de reconstruction s’appuie sur CATIA, il permet de
reconstruire un modèle géométrique à partir d’un nuage de points
obtenu sur une machine de mesure tridimensionnelle possédant
les 3 technologies de mesure (optique, laser, palpeur dynamique).
1- Prothèse de hanche modélisée sous Catia
2- Sollicitation d’une prothèse de hanche
3- Simulation d'injection par Mold flow
4- Nuage de points d’une cupule

VOLET VI : EXPERTISES
bjectif : Réaliser un examen approfondi d’un explant ou d’un instrument
afin de déterminer les causes des avaries.
Les composants Les examens
Pièces en céramique
(têtes, inserts)
Pièces métalliques
(tige fémorales, vis,
tiges, plaques…)
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Exemple d’une tête fémorale:
Examen du faciès de rupture à la loupe
binoculaire
Examen micrographique sur coupe
Evaluation des zones de contact entre la tête et
le cône
Détermination de la taille de grain
Détermination de la porosité et de la masse
volumique
Détermination de la composition chimique selon
l’ISO 6474 ou ISO 13356
Pour les pièces en zircone :
Evaluation par diffraction X de la proportion des
phases tétragonales et monocliniques sur les
têtes zircones
Examen macrographique et imagerie MEB
permettant de définir le type d’avarie,
observation du faciès de rupture, détermination
de la zone d’amorce de rupture.
Examen sur coupes métallographiques :
caractérisation de la santé métallurgique du
matériau (taille de grain, dureté,…), recherche
d’éventuels défauts sur les zones critiques de
l’implant.
Vérification de la composition chimique

Pièces en UHMWPE
(insert)
Repérage de la zone
d’amorce de rupture
Microstructure conforme
Pas d’anomalie en
surface près de la zone
d’amorce de la rupture
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Examen macrographique permettant de définir le
type d’avarie
Mesure tridimensionnelle pour comparer le défaut
de forme avec le fichier IGES.
Vérification de la composition chimique
Possibilité de déterminer la nature de particules
incrustées
Réalisation de profils d’oxydation, de mesures de
cristallinité, du taux de cendres
Mesure du taux de cross-linking
Zoom Zo sur l’expertise d’une pièce métallique rompue :
Examens macrographiques
à la loupe binoculaire
Les lignes de
propagation
(flèches noires)
montrent qu’il
s’agit d’une
rupture en fatigue
Examens sur coupe
micrographique
G x 100
Gx500
Rupture en fatigue
(surcharge)
Pas d’anomalie
de la pièce
En surface de la pièce
rompue : pas de
traces de coup, etc…
Présence de petites
fissures en surface :
La rupture s’est
propagée lentement

CRITT Matériaux - Dépôts et Trait em ents de S urfa ce
3 Boulevard Jean Delautre
Zone de Haute Technologie
du Moulin Leblanc
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