TITRE : PROCEDE DE FORMAGE DE LOPIN POUR IMPLANT

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne le domaine général des implants et plus particulièrement un procédé de préformage d'un lopin en métal ou alliage de métal biocompatible destiné à être forgé puis usiné pour réaliser la composante fémorale d'une prothèse de hanche.

Etat de la technique

Il est connu de fabriquer des prothèses de hanche comportant une composante fémorale, également appelée tige, destinée à être en partie insérée dans le canal diaphysaire du fémur du patient à opérer et se prolongeant par un col prothétique, dont l'extrémité libre reçoit une tête destinée à coopérer avec un noyau de frottement globalement sphérique apte à être mis en place dans la cavité cotyloïdienne de l'os iliaque de l'articulation coxo-fémorale.

Il est également connu de fabriquer ladite composante fémorale à partir de métal ou alliage de métal biocompatible forgé tel que, par exemple, de l'acier inoxydable, du titane ou d'alliage de titane, ou encore un alliage à base cobalt, comme cela est décrit, par exemple, dans la demande de brevet coréen KR 2013 0009920. Pour cela, en référence à la figure 1, on procède classiquement de la manière suivante :

- découpe d'un lopin cylindre A en titane ou alliage de titane,

- préformage d'un lopin allongé B à partir du lopin cylindrique A par repoussage, refoulage ou forgeage de matière,

- estampage du lopin allongé B pour obtenir une ébauche C d'une composante fémorale d'une prothèse de hanche,

- obtention de la composante fémorale D par détourage, usinage, traitements thermiques et/ou chimiques et polissage de ladite ébauche C.

Ce procédé de fabrication est certes efficace mais il présente l'inconvénient majeur de devoir mettre en œuvre des efforts mécaniques très importants pour préformer le lopin allongé B.

Résumé de l'invention

Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients de l'état de la technique précédemment décrits en proposant une alternative aux procédés de fabrication connus, à savoir un procédé de préformage d'un lopin destiné à la fabrication de la composante fémorale d'une prothèse de hanche ne nécessitant pas de mise en œuvre d'efforts mécaniques très importants.

Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de préformage d'au moins un lopin pour la fabrication d'un implant à partir d'un barreau en métal ou alliage de métal biocompatible, remarquable en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :

- mise en température du barreau de façon localisée et selon différents gradients de température prédéterminés,

- étirage du barreau mis en température localement jusqu'à obtenir le lopin.

L'étape de mise en température localisée du barreau est avantageusement effectuée par chauffage à l'aide de moyens de chauffage tels qu'un chauffage par induction, un chauffage radiant ou encore des écrans thermiques.

L'étape de mise en température localisée du barreau peut être en outre obtenue par un chauffage de façon homogène du barreau à une température élevée puis par un refroidissement dudit barreau de façon localisée pour obtenir les différents gradients de température prédéterminés.

De manière avantageuse, le procédé de préformage comprend, avant l'étape de mise en température localisée, une étape de réalisation du barreau formé par au moins un cylindre muni à chacune de ses extrémités d'un organe de liaison.

De même, le procédé de préformage comprend, après l'étape d'étirage du barreau, une étape de découpage du ou des lopin(s).

Pour obtenir au moins un lopin pour la fabrication de la composante fémorale d'une prothèse de hanche à partir d'un barreau et composé d'un corps de forme allongée comprenant avantageusement une première portion cylindrique, une première portion tronconique s'étendant depuis la première portion cylindrique en rétrécissant, une deuxième portion tronconique s'étendant depuis la première portion tronconique en rétrécissant, une troisième portion tronconique s'étendant depuis la première portion cylindrique en rétrécissant, et une deuxième portion cylindrique de diamètre inférieur à celui de ladite première portion cylindrique et s'étendant depuis la troisième portion tronconique, l'étape de mise en température localisée du barreau comporte :

- une mise en température d'un premier volume VI du barreau à une température Tl constante pour obtenir, après étirage, la deuxième portion cylindrique,

- une mise en température d'un deuxième volume V2 adjacent du barreau à une température variant de la température Tl à une température T2 inférieure à la température Tl pour obtenir, après étirage, la troisième portion tronconique,

- une mise en température d'un troisième volume V3 adjacent du barreau à une température T3 constante proche de la température ambiante pour limiter les déformations et obtenir, après étirage, la première portion cylindrique,

- une mise en température d'un quatrième volume V4 adjacent du barreau à une température variant d'une température T4 à une température T5 supérieure à la température T4 pour obtenir, après étirage, la première portion tronconique, et

- une mise en température d'un cinquième volume V5 adjacent du barreau à une température variant de la température T5 à une température T6 supérieure à la température T5 pour obtenir, après étirage, la deuxième portion tronconique.

Pour obtenir au moins un lopin pour la fabrication de la composante fémorale d'une prothèse de hanche à partir d'un barreau et composé d'un corps de forme allongée comprenant une première portion cylindrique, une première portion tronconique s'étendant depuis la première portion cylindrique en rétrécissant, et une deuxième portion tronconique s'étendant depuis la première portion tronconique en rétrécissant, l'étape de mise en température localisée du barreau comporte : - mise en température d'un premier volume VI' du barreau à une température TT constante proche de la température ambiante pour limiter les déformations et obtenir après l'étape d'étirage la première portion cylindrique,

- mise en température d'un deuxième volume V2' adjacent du barreau à une température variant d'une température T2' à une température T3' supérieure à la température T2' pour obtenir après l'étape d'étirage la première portion tronconique, et

- mise en température d'un troisième volume V3' adjacent du barreau à une température variant de la température T3' à une température T4' supérieure à la température T3' pour obtenir après l'étape d'étirage la deuxième portion tronconique.

Enfin, pour obtenir au moins un lopin pour la fabrication de la composante fémorale d'une prothèse de hanche à partir d'un barreau et composé d'un corps de forme allongée comprenant avantageusement une première portion cylindrique et une première portion tronconique s'étendant depuis la première portion cylindrique en rétrécissant, l'étape de mise en température localisée du barreau comporte : - mise en température d'un premier volume VI" du barreau à une température Tl" constante proche de la température ambiante pour limiter les déformations et obtenir après l'étape d'étirage la première portion cylindrique, et - mise en température d'un deuxième volume V2" adjacent du barreau à une température variant d'une température T2" à une température T3" supérieure à la température T2" pour obtenir après l'étape d'étirage la première portion tronconique.

Brève description des figures

D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d’un mode d’exécution de l’invention, en référence à la figure annexée sur laquelle :

[Fig 1] est une vue présentant les principales étapes de la fabrication de la composante fémorale d'une prothèse de hanche selon l'Etat de la technique,

[Fig 2] est une vue schématique d'un barreau pour le procédé de préformage conforme à l'invention.

[Fig 3] est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un lopin préformé par le procédé de préformage conforme à l'invention.

[Fig 4] est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un lopin préformé par le procédé de préformage conforme à l'invention.

[Fig 5] est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation d'un lopin préformé par le procédé de préformage conforme à l'invention.

[Fig 6] est une vue schématique du procédé de préformage conforme à l'invention d'au moins un lopin conforme à la figure 3,

[Fig 7] est une vue schématique du procédé de préformage conforme à l'invention d'au moins un lopin conforme à la figure 4,

[Fig 8] est une vue schématique du procédé de préformage conforme à l'invention d'au moins un lopin conforme à la figure 5.

Description des modes de réalisation

Sur les figures 2 et 3, on a représenté un barreau 1 apte à être mis en forme par le procédé de préformage selon l'invention pour obtenir un lopin 2 destiné à la fabrication par estampage de la composante fémorale d'au moins une prothèse de hanche.

En référence à la figure 2, le barreau 1 est formé par au moins un cylindre 3 de longueur L3 réalisé à partir de métal ou alliage de métal biocompatible tel que, par exemple, de l'acier inoxydable, du titane ou d'alliage de titane, ou encore un alliage à base cobalt, et étant tel que sa section transversale est globalement un cercle de diamètre D3. On désigne ici par "globalement un cercle" le fait qu'un élément comporte une section transversale pouvant être en forme totalement ou partiellement de cercle, d'ellipse ou de courbe plane fermée ne comportant pas d'angle droit.

Selon un premier mode de réalisation représenté à la figure 3, le lopin 2 est composé d'un corps 4 de forme allongée et de longueur L4 comprenant avantageusement les portions suivantes :

- une première portion cylindrique 5 dont la section transversale est globalement un cercle de diamètre D5 sensiblement égal au diamètre D3 du cylindre 3 du barreau 1,

- une première portion tronconique 6 disposée dans le prolongement de la première portion cylindrique 5 et dont la section transversale est globalement un cercle dont le diamètre varie d'une valeur égale au diamètre D5 de la première portion cylindrique 5 à une valeur égale à un diamètre D6 inférieur au diamètre D5 de la première portion cylindrique 5,

- une deuxième portion tronconique 7 disposée dans le prolongement de la première portion tronconique 6 et dont la section transversale est globalement un cercle dont le diamètre varie d'une valeur égale au diamètre D6 de l'extrémité libre de la première portion tronconique 6 à une valeur égale à un diamètre D7 inférieur au diamètre D6 de l'extrémité libre de la première portion tronconique 6,

- une troisième portion tronconique 8 disposée dans le prolongement de la première portion cylindrique 5 et du côté opposé à la première portion tronconique 6, et dont la section transversale est globalement un cercle dont le diamètre varie d'une valeur égale au diamètre D5 de la première portion cylindrique 5 à une valeur égale à un diamètre D8 inférieur au diamètre D5 de la première portion cylindrique 5, et

- une deuxième portion cylindrique 9 disposée dans le prolongement de la troisième portion tronconique 8 et dont la section transversale est globalement un cercle de diamètre égale au diamètre D8 de l'extrémité libre de la troisième portion tronconique 8.

On désigne ici par "sensiblement égal" le fait qu'une dimension (diamètre, longueur, largeur, etc.) est égale à une dimension à plus ou moins 20%.

Par ailleurs, le terme "tronconique" désigne de manière usuelle une forme de tronc de cône. Toutefois, dans la présente demande le terme "cône" est à prendre au sens large, c'est-à-dire qu'il désigne non seulement un solide dont la surface externe est définie par une droite, appelée génératrice, passant par un point fixe appelé sommet et un point variable décrivant une courbe (pas uniquement un cercle) appelée courbe directrice, mais également un solide dont la surface externe est définie par une génératrice courbe passant par un sommet et un point variable décrivant une courbe directrice.

On comprend bien qu'en fonction du type de prothèse ou implant le lopin pourra être différent du lopin 2 précédemment décrit, sans sortir du cadre de la présente invention.

Ainsi, selon un deuxième mode de réalisation représenté à la figure 4, le lopin 2' est semblable au lopin 2 précédemment décrit et est, par exemple, composé d'un corps 4' de forme allongée et de longueur L4' comprenant avantageusement les portions suivantes :

- une première portion cylindrique 5' dont la section transversale est globalement un cercle de diamètre D5' sensiblement égal au diamètre D3 du cylindre 3 du barreau 1,

- une première portion tronconique 6' disposée dans le prolongement de la première portion cylindrique 5' et dont la section transversale est globalement un cercle dont le diamètre varie d'une valeur égale au diamètre D5' de la première portion cylindrique 5' à une valeur égale à un diamètre D6' inférieur au diamètre D5' de la première portion cylindrique 5', et

- une deuxième portion tronconique 7' disposée dans le prolongement de la première portion tronconique 6' et dont la section transversale est globalement un cercle dont le diamètre varie d'une valeur égale au diamètre D6' de l'extrémité libre de la première portion tronconique 6' à une valeur égale à un diamètre D7' inférieur au diamètre D6' de l'extrémité libre de la première portion tronconique 6'.

De même, selon un troisième mode de réalisation représenté à la figure 5, le lopin 2" est semblable au lopin 2 précédemment décrit et est composé d'un corps 4" de forme allongée et de longueur L4" comprenant au moins les portions suivantes :

- une première portion cylindrique 5" dont la section transversale est globalement un cercle de diamètre D5" sensiblement égal au diamètre D3 du cylindre 3 du barreau 1,

- une première portion tronconique 6" disposée dans le prolongement de la première portion cylindrique 5" et dont la section transversale est globalement un cercle dont le diamètre varie d'une valeur égale au diamètre D5" de la première portion cylindrique 5" à une valeur égale à un diamètre D6" inférieur au diamètre D5" de la première portion cylindrique 5". On comprend bien que l'Homme du Métier saura sans difficulté modifier les dimensions (diamètre, longueur) de chacune des première et deuxième portions cylindriques 5, 5', 5", 9 et des première, deuxième et troisième portions tronconiques 6,6',6"7,7',8 en fonction des dimensions de la composante fémorale souhaitée de la prothèse de hanche.

Sur la figure 6, on a représenté, de façon schématique, le procédé de préformage d'au moins un lopin 2 représenté à la figure 3 et destiné à la fabrication par estampage de la composante fémorale d'au moins une prothèse de hanche à partir d'un barreau la.

Dans l'exemple représenté, ledit barreau la est formé par au moins un cylindre 3a de longueur L3 a étant tel que sa section transversale est globalement un cercle de diamètre D3a. Ledit cylindre 3a correspond avantageusement à deux cylindres mis bout-à-bout et étant chacun identique au cylindre 3 du barreau 1 précédemment décrit et représenté sur la figure 2. Ainsi, le cylindre 3a est tel que sa longueur L3a est égale à deux fois la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 et que son diamètre D3a est égal au diamètre D3 dudit barreau 3.

On comprend alors bien qu'avec ce barreau la on obtiendra en même temps deux lopins 2 tels que précédemment décrits et représentés sur la figure 3.

Ledit barreau la comporte en outre à chacune des extrémités du cylindre 3a un organe de liaison, avantageusement un filetage 10, apte à coopérer avec un organe de liaison complémentaire, avantageusement un taraudage, d'une machine de traction, non représentée, permettant d'étirer ledit barreau la.

L'Homme du Métier n'aura aucune difficulté pour définir ou adapter les organes de liaison du barreau la en fonction des organes de liaison complémentaires de la machine de traction.

Le procédé de préformage, selon l'invention, d'au moins un lopin 2 pour la fabrication de la composante fémorale d'au moins une prothèse de hanche à partir d'un barreau la comprend alors les étapes suivantes :

- réalisation du barreau la à partir de métal ou alliage de métal biocompatible , par exemple, par usinage à l'aide d'un tour à commande numérique,

- mise en place dudit barreau la sur une machine d'étirage en faisant coopérer les organes de liaison dudit barreau la avec les organes de liaison complémentaires de ladite machine de traction,

- mise en température dudit barreau la de façon localisée et selon différents gradients de température prédéterminés (pour obtenir les différentes déformations souhaitées après l'étape d'étirage),

- étirage du barreau la mis en température localement, selon les directions opposées D et Dl, jusqu'à obtenir deux lopins 2 solidarisés l'un à l'autre de façon symétrique, c'est-à-dire par leur première portion cylindrique 5 ou leur troisième portion tronconique 9,

- découpage du barreau la pour obtenir deux lopins 2 indépendants.

Une fois découpé, chacun des deux lopins 2 sera notamment estampé, détouré, usiné, traité thermiquement et/ou chimiquement puis poli, afin d'obtenir la composante fémorale d'une prothèse de hanche.

On comprend bien que le fait de mettre en température de manière localisée le barreau la permet à ce dernier de se déformer de manière différente au niveau des zones mises à des températures différentes. En effet, pour un même effort de traction, plus une zone sera chaude plus elle va se déformer.

De même, on comprend bien que le fait d'exercer des efforts de traction selon la direction d'allongement du barreau permet de limiter la valeur des efforts à mettre en œuvre, cette valeur étant encore réduite par la mise en température dudit barreau.

Ainsi, en référence au graphique de la figure 6 donnant la température T en fonction de la longueur L du cylindre 3a du barreau la, pour obtenir l'un des deux lopins 2 tels que précédemment décrits et représentés sur la figure 3, on va mettre en température, avant étirage, le barreau la sur une longueur du cylindre 3a égale à la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 (Cf. figure 2) de la manière localisée suivante :

- mise en température d'un premier volume VI du barreau la à une température Tl constante pour obtenir après l'étape d'étirage la deuxième portion cylindrique 9,

- mise en température d'un deuxième volume V2 adjacent du barreau la à une température variant de la température Tl à une température T2 inférieure à la température Tl pour obtenir après l'étape d'étirage la troisième portion tronconique 8,

- mise en température d'un troisième volume V3 adjacent du barreau la à une température T3 constante proche de la température ambiante pour limiter les déformations et obtenir après l'étape d'étirage la première portion cylindrique 5,

- mise en température d'un quatrième volume V4 adjacent du barreau la à une température variant d'une température T4 à une température T5 supérieure à la température T4 pour obtenir après l'étape d'étirage la première portion tronconique 6, et

- mise en température d'un cinquième volume V5 adjacent du barreau la à une température variant de la température T5 à une température T6 supérieure à la température T5 pour obtenir après l'étape d'étirage la deuxième portion tronconique 7.

On comprend bien que, pour obtenir l'autre lopin 2, on va mettre en température, avant étirage, le barreau la sur la longueur restante du cylindre 3a égale à la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 d'une manière localisée symétrique à celle précédemment décrite.

Sur la figure 7, on a représenté, de façon schématique, le procédé de préformage d'au moins un lopin 2' représenté à la figure 4 et destiné à la fabrication par estampage de la composante fémorale d'au moins une prothèse de hanche à partir d'un barreau la'.

Dans l'exemple représenté, ledit barreau la' est formé par au moins un cylindre 3a' de longueur L3a' et étant tel que sa section transversale est globalement un cercle de diamètre D3a'. Ledit cylindre 3a' correspond avantageusement à deux cylindres mis bout-à-bout et étant chacun identique au cylindre 3 du barreau 1 précédemment décrit et représenté sur la figure 2. Ainsi, le cylindre 3 a' est tel que sa longueur L3a' est égale à deux fois la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 et que son diamètre D3a' est égal au diamètre D3 dudit barreau 3.

Ainsi, en référence au graphique de la figure 7 donnant la température T en fonction de la longueur L du cylindre 3a' du barreau la', pour obtenir l'un des deux lopins 2' tels que précédemment décrits et représentés sur la figure 4, on va mettre en température, avant étirage, le barreau la' sur une longueur du cylindre 3a' égale à la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 (Cf. figure 2) de la manière localisée suivante :

- mise en température d'un premier volume VI' du barreau la' à une température Tl' constante proche de la température ambiante pour limiter les déformations et obtenir après l'étape d'étirage la première portion cylindrique 5',

- mise en température d'un deuxième volume V2' adjacent du barreau la' à une température variant d'une température T2' à une température T3' supérieure à la température T2' pour obtenir après l'étape d'étirage la première portion tronconique 6', et

- mise en température d'un troisième volume V3' adjacent du barreau la' à une température variant de la température T3' à une température T4' supérieure à la température T3' pour obtenir après l'étape d'étirage la deuxième portion tronconique 7'. On comprend bien que, pour obtenir l'autre lopin 2', on va mettre en température, avant étirage, le barreau la' sur la longueur restante du cylindre 3a' égale à la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 d'une manière localisée symétrique à celle précédemment décrite.

Sur la figure 8, on a représenté, de façon schématique, le procédé de préformage d'au moins un lopin 2" représenté à la figure 5 et destiné à la fabrication par estampage de la composante fémorale d'au moins une prothèse de hanche à partir d'un barreau la".

Dans l'exemple représenté, ledit barreau la" est formé par au moins un cylindre 3a" de longueur L3a" et étant tel que sa section transversale est globalement un cercle de diamètre D3a". Ledit cylindre 3a" correspond avantageusement à deux cylindres mis bout-à-bout et étant chacun identique au cylindre 3 du barreau 1 précédemment décrit et représenté sur la figure 2. Ainsi, le cylindre 3a" est tel que sa longueur L3a" est égale à deux fois la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 et que son diamètre D3a" est égal au diamètre D3 dudit barreau 3.

Ainsi, en référence au graphique de la figure 8 donnant la température T en fonction de la longueur L du cylindre 3a" du barreau la", pour obtenir l'un des deux lopins 2" tels que précédemment décrits et représentés sur la figure 5, on va mettre en température, avant étirage, le barreau la" sur une longueur du cylindre 3a" égale à la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 (Cf. figure 2) de la manière localisée suivante :

- mise en température d'un premier volume VI" du barreau la" à une température Tl" constante proche de la température ambiante pour limiter les déformations et obtenir après l'étape d'étirage la première portion cylindrique 5",

- mise en température d'un deuxième volume V2" adjacent du barreau la" à une température variant d'une température T2" à une température T3" supérieure à la température T2" pour obtenir après l'étape d'étirage la première portion tronconique 6".

On comprend bien que, pour obtenir l'autre lopin 2", on va mettre en température, avant étirage, le barreau la" sur la longueur restante du cylindre 3a" égale à la longueur L3 du cylindre 3 du barreau 1 d'une manière localisée symétrique à celle précédemment décrite. Par ailleurs, on comprend bien que pour obtenir l'un ou l'autre des lopins 2, 2', 2" précédemment décrits, on partira d'un cylindre 3 dont les diamètre D3 et longueur L3 seront adaptées au besoin.

De même, on comprend bien que pour obtenir deux lopins 2 ou 2' ou 2", on pourra mettre en température de façon localisée un barreau la ou la' ou la" selon un ordre inverse à ceux précédemment décrits de sorte à obtenir après étirage, par exemple, deux lopins 2" joints bout-à-bout par leur première portion tronconique 6".

En outre, on comprend bien qu'avec un seul barreau de dimensions adéquates, on pourra obtenir plus de deux lopins 2 ou 2' ou 2" tels que ceux précédemment décrits.

L'étape de mise en température de façon localisée du barreau 1,1 a, la', la" est avantageusement effectuée par chauffage à l'aide de moyens de chauffage tels que, par exemple, un chauffage par induction, un chauffage radiant ou encore des écrans thermiques. On pourra également chauffer de façon homogène le barreau 1,1 a, la', la" à une température élevée au moins supérieure aux températures T6,T4',T3" puis le refroidir de façon localisée à l'aide, par exemple, de jet d'air frais pour obtenir les différents gradients de température prédéterminés.

Par ailleurs, on comprend bien que, notamment pour des lopins dont la durée d'allongement est relativement longue par rapport à leur vitesse de refroidissement, il sera nécessaire que la mise en température selon un gradient prédéterminé s'adapte à l'allongement du volume associé.

On comprend bien que, même si cela est moins avantageux, le procédé de préformage selon l'invention peut également être mis en œuvre à partir d'un barreau 1,1 a, la', la" formé uniquement par un cylindre 3 tel que représenté à la figure 2 de sorte à n'obtenir qu'un seul lopin 2, 2', 2" à la fois, ledit cylindre 3 étant alors muni à chacune de ses extrémités d'un organe de liaison.

Par ailleurs, l'Homme du Métier saura déterminer les dimensions du cylindre 3 et des volumes VI à V5,VT à V3',V1" à V2" du barreau 1,1 a, la', la" respectif et les températures Tl à Tό,TG à T4',T1" à T3" à mettre en œuvre en fonction des formes et dimensions du (ou des) lopin(s) 2, 2', 2" à obtenir et de la machine de traction.

Le procédé de préformage selon l’invention est particulièrement adapté au préformage d'un lopin pour la fabrication de la composante fémorale d'une prothèse de hanche, mais il va de soi que ce procédé peut également être employé pour le préformage d'un lopin destiné à la fabrication de tout type d'implants, dès lors que ledit lopin n'est de préférence pas strictement cylindrique. Enfin, il va de soi que les exemples de procédés de préformage conformes à l'invention qui viennent d'être décrits ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives de l'invention.