Les fabricants d'équipements pour les sciences de la vie, le secteur médical et biomédical doivent constamment améliorer leurs technologies de pointe, leurs flux de travail et leurs processus afin de rester compétitifs et de stimuler la croissance du marché. Toutefois, le progrès ne peut se limiter à l'expansion du marché ; il doit également garantir la précision, la fiabilité et la fonctionnalité en cours d'utilisation, et prévenir les pannes.

Négliger les améliorations et les mesures de sécurité d'un composant apparemment mineur des systèmes de mouvement linéaire en cours de production peut avoir des conséquences allant du simple désagrément à la catastrophe. Les fabricants, tout comme les utilisateurs, doivent rester vigilants.

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

Conséquences

La fiabilité du mouvement linéaire étant essentielle au fonctionnement des équipements, les fabricants et les utilisateurs doivent surveiller de près, tout au long du processus, les risques de défaillance, même relativement rares, des composants ou systèmes de mouvement linéaire. Cette préoccupation concerne des équipements aussi divers que le séquençage de l'ADN, la bio-impression et les microscopes à force atomique (AFM).

L'enjeu est énorme.

La défaillance d'une seule pièce ou d'un seul système peut coûter aux utilisateurs d'équipements des centaines de milliers de dollars, même pour une interruption de service relativement courte. Selon le lieu, la gravité et le délai d'intervention pour la réparation ou le remplacement, les coûts peuvent s'accumuler considérablement.

La sécurité du personnel est une autre préoccupation majeure. Bien que rares, les défauts de conception ou le non-respect des consignes de sécurité peuvent entraîner des incidents tels que des pincements, des emballements de la machine et des blessures allant de l'écrasement à l'électrocution.

Spécifications et conception

L'usine de fabrication de systèmes de mouvement linéaire doit être entièrement certifiée ISO afin de garantir la cohérence de tous ses processus clés. De plus, la réalisation méticuleuse de prototypes permet d'identifier les étapes essentielles au maintien des performances et de la fiabilité du composant ou du système de mouvement final. Omettre ou mal exécuter l'une des nombreuses petites étapes cruciales d'assemblage ou de test pourrait entraîner une défaillance du système sur le terrain.

De nombreux fabricants fixent des objectifs qui garantissent plusieurs années de service fiable avant la mise à niveau des équipements. Il est donc essentiel de calculer précisément la durée de vie des composants. Les cycles de service pouvant varier d'une application à l'autre, la durée de vie de nombreux composants de mouvement linéaire est exprimée en kilomètres parcourus. Le fabricant de systèmes de mouvement linéaire doit ensuite intégrer ce calcul dans ses décisions relatives au produit.

Par exemple, un câble couramment utilisé est spécifié pour plus de 10 millions de cycles de flexion si un rayon de courbure de 50 mm ou plus est maintenu. Cependant, si le rayon de courbure n'est pas correctement dimensionné, des particules se détachant du câble ou des contraintes sur les pistes ou les connecteurs pourraient entraîner une défaillance prématurée (surtout si les programmes de maintenance ne sont pas rigoureusement respectés).

Envisagez la personnalisation

Les composants standard jouent un rôle crucial dans de nombreux assemblages d'équipements. Par exemple, un élément standard de platine de translation linéaire peut ne pas avoir été conçu et fabriqué pour fonctionner avec la combinaison précise d'autres composants et structures que le fournisseur assemble. Des incompatibilités inattendues peuvent alors survenir.

La question est la suivante : un fabricant détectera-t-il les problèmes lors de ses protocoles de conception, de contrôle qualité et d’inspection de routine ? Probablement. Mais pas certainement.

Souvent, seules des solutions sur mesure permettent de répondre aux exigences spécifiques de performance et de conception. Elles permettent au fabricant de se concentrer sur les aspects de conception de la plateforme nécessaires à l'application, en adaptant précisément des facteurs tels que la vitesse, l'accélération et la stabilité. Elles peuvent même réduire les coûts en éliminant les fonctionnalités superflues incluses de série sur une plateforme standard. Enfin, elles garantissent une solution intégrée sans incompatibilités cachées.

Les fournisseurs doivent exiger du fabricant de systèmes de mouvement linéaire une maîtrise totale de leur commande, de la fiche technique à la fabrication du prototype. Une telle personnalisation intelligente est essentielle pour anticiper et corriger les défauts du produit, éviter les blocages d'intégration et prévenir les défaillances tout au long du processus.

Spécifiez des produits aux dimensions, formes, revêtements ou matériaux précis, adaptés aux exigences du projet. Exigez des solutions répondant aux objectifs spécifiques de précision, rapidité, planéité, précontrainte (pour accroître la rigidité en éliminant les jeux internes), durée de vie, facilité d'entretien et prix.

Parfois, des matériaux plus innovants peuvent également contribuer à réduire les risques liés à certaines conceptions sur mesure. Par exemple, la construction en fibre de carbone permet d'optimiser la résistance, la rigidité et la stabilité structurelles (malgré un poids et une épaisseur réduits). Parallèlement, les roulements en céramique peuvent constituer une solution efficace à certains problèmes de lubrification.

Manipuler avec précaution

Une fois qu'un composant de mouvement linéaire destiné à une application spécifique arrive dans l'atelier du fabricant d'équipements, d'autres risques peuvent survenir.

Les fabricants de systèmes de mouvement linéaire peuvent être sollicités pour résoudre divers problèmes survenant à ce stade intermédiaire. Par exemple, un moteur linéaire peut se bloquer : la bobine, se déplaçant à l’intérieur du rail, frotte contre celui-ci. Ce problème peut être dû à une manipulation brutale provoquant un léger décalage de la bobine ou du rail. Il est également possible que le chariot (le segment mobile de la platine) subisse un choc et se déforme. Lors de la construction de l’outil principal, des vis trop longues peuvent être utilisées, traversant une plaque de mouvement linéaire et engendrant des rayures et un risque de forces imprévisibles en fonctionnement. Enfin, il est possible qu’une bobine soit dévissée de son support pour permettre le passage d’un câble supplémentaire, puis revissée incorrectement.

De tels incidents peuvent entraîner des risques allant d'une légère baisse de performance à la destruction des moteurs et à des arrêts de production majeurs. La préparation des surfaces exige également une attention particulière. Les tolérances doivent être parfaitement respectées.

Dans certains cas, un fabricant d'outils pour ces procédés peut se procurer un composant de mouvement linéaire conçu pour une planéité de course de 0,0127 mm (0,0005 pouce). Cependant, l'outilleur fixe ensuite ce composant sur un ensemble plus grand dont la planéité n'est que de 0,127 mm (0,005 pouce). La torsion qui en résulte peut être presque imperceptible. Par exemple, cela peut provoquer le grippage des roulements, entraînant une usure prématurée de ces derniers, des contraintes supplémentaires sur la vis à billes ou une augmentation de la consommation d'énergie des moteurs linéaires, ce qui peut engendrer une surchauffe excessive et une panne.

Restez 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 prévenir tout problème ultérieur. Un tel oubli peut entraîner des risques d'électrocution pour les opérateurs et affecter les performances du système.

Une boucle de masse dans le système, avec retour par la masse, pourrait induire des lectures erronées dans l'encodeur : un composant pourrait ne se déplacer que de 1 mm, tandis que le contrôleur enregistrerait un déplacement de 100 mm. Si ce défaut passe inaperçu, par exemple, une précision de positionnement insuffisante pourrait entraîner des erreurs de lecture des instruments et, par conséquent, une analyse inexacte.

Transport et installation

La résistance relativement faible des systèmes de mouvement linéaire aux chocs a été abordée précédemment. Les points de risque les plus importants se situent naturellement en trois périodes :

• Lors du transport du fournisseur de mouvements linéaires au fabricant d'outils d'équipement ;
• Lors de l'arrivée et de l'intégration du système dans l'outil d'équipement ;
• Lors du transport de l'ensemble d'équipement fini vers l'atelier de production et son installation.

Un fournisseur de systèmes de mouvement linéaire fiable et expérimenté peut réduire considérablement les risques de dommages dus aux chocs lors de la première phase. Ses experts peuvent identifier rapidement les contraintes d'espace de production, évitant ainsi de concevoir une plateforme trop volumineuse ou trop lourde pour un montage aisé en salle blanche ou en atelier. Ils peuvent également planifier l'utilisation des équipements de transport (grues, chariots, etc.) afin que la plateforme puisse être acheminée en toute sécurité de sa caisse à l'outillage, minimisant ainsi les risques de blessures pour le personnel sur site et les risques 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 passives nécessaires (telles que des pieds ou des coussinets en élastomère) ou d'amortisseurs d'isolation actifs (systèmes de coussins d'air à réglage par capteur) afin de réduire le risque de chocs ou de vibrations excessifs lors des opérations ultérieures.

Dans la salle blanche

Pour les deux phases, le fournisseur de systèmes de mouvement linéaire doit respecter les meilleures pratiques en matière de conception des caisses de transport et des systèmes d'emballage. Par exemple, un fournisseur de premier plan emballe le système dans deux sacs : le premier sous atmosphère d'azote et le second en salle blanche, pour le transport. Il fournit ensuite des dispositifs de levage et des chariots spécifiques pour les manipulations délicates.

Dans la troisième phase, si le système est placé sur l'outillage par le haut, la grue de l'outilleur peut suffire. Toutefois, si une manœuvre de chargement latéral plus complexe est nécessaire, le fournisseur propose une caisse spéciale, qui peut être boulonnée sur le côté de l'outil jusqu'à son montage.

Lubrification

Bien que les systèmes de mouvement linéaire fonctionnent généralement cycle après cycle sans problème ni intervention particulière, un minimum d'entretien régulier est toujours essentiel. Trois éléments sont clés pour un entretien efficace : la lubrification, la lubrification et encore la lubrification.

Chaque fournisseur de systèmes de mouvement linéaire livre son produit avec un cycle d'entretien de relubrification spécifié. Cependant, la nature humaine étant ce qu'elle est, de nombreux problèmes sont dus à de simples erreurs de non-respect de ce cycle recommandé. Sans lubrification adéquate, les contraintes de frottement s'accumulent et finissent par provoquer des incidents extrêmement indésirables, tels que des arrêts ou des pannes de moteur.

Parmi les autres problèmes de lubrification, on peut citer la défaillance prématurée des roulements, entraînant une réduction des performances telles que la rectitude, la planéité, le tangage, le roulis et le lacet.

Il est essentiel d'utiliser uniquement la graisse appropriée pour 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 même machine d'un cycle à l'autre. Un tel mélange modifie la viscosité requise et entraîne souvent la formation d'une substance collante et cimentée, à proscrire absolument dans un équipement délicat. Si cette substance contient également des particules provenant d'un câble trop fléchi, d'un porte-câble ou d'une autre source, une défaillance des rails surviendra généralement rapidement.

Feuille de route des performances

Pour répondre aux exigences des fabricants d'équipements, les concepteurs de systèmes de mouvement linéaire s'efforcent constamment d'améliorer leurs performances. Mais avant tout, ils doivent veiller à ce que ces améliorations n'augmentent pas involontairement le risque de défaillance des systèmes de mouvement linéaire.

Un bon fournisseur de systèmes de mouvement linéaire vous fournira une feuille de route des performances mettant en évidence les éléments du système pouvant être conçus non seulement pour répondre aux exigences actuelles, mais aussi pour les applications de nouvelle génération. Cet engagement est particulièrement crucial dans la fabrication de technologies de pointe pour les sciences de la vie, le secteur médical et biomédical.

Les systèmes de mouvement linéaire ne sont peut-être pas les éléments les plus visibles dans la plupart des équipements technologiques de pointe, et ils ne constituent généralement pas une préoccupation majeure pour la plupart des utilisateurs. Pourtant, leur défaillance peut avoir de graves conséquences pour tous les acteurs concernés. Heureusement, une conception, une installation, une exploitation et une maintenance rigoureuses permettent de garantir que les systèmes de mouvement linéaire jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement continu, critique et parfois vital, des équipements les plus sophistiqués utilisés dans les sciences de la vie, la médecine et la biomédecine.