Épreuve E4 - BTS Fonderie - juin 2024

Mise en situation

L’entreprise est une fonderie de précision, procédé "cire perdue", produisant des composants techniques pour les industries de l'aéronautique, de l'énergie, de l'hydraulique et du médical.

L’entreprise est positionnée sur des marchés de petites et moyennes séries, transforme des alliages à base de fer, principalement inoxydables, des alliages à base de cobalt, de nickel, ainsi que quelques alliages à base de cuivre ou d’aluminium coulés à l'air ou sous vide.

L’entreprise a été sollicitée pour la production de prothèses de genoux.

Les prothèses du genou ont pour but de remplacer l’articulation du genou en cas d’arthrose, c’est-à-dire lorsque le cartilage articulaire a disparu.

Cette prothèse de genou peut être totale, remplaçant les trois compartiments du genou (interne, externe et rotulien) ou partielle, remplaçant un seul compartiment (interne ou externe).

Environ 40 000 prothèses du genou sont posées chaque année. Elles permettent le plus souvent de faire disparaître les douleurs et de retrouver une bonne mobilité.

Le chirurgien va remplacer la totalité des surfaces articulaires du fémur, du tibia et de la rotule par une prothèse totale qui se compose de trois implants différents :

• la prothèse fémorale qui va glisser et rouler sur le plateau tibial en polyéthylène,
• la prothèse tibiale qui comprend elle-même deux parties :

• un plateau métallique ancré dans le tibia ;
• une plateforme rotative ou fixe en polyéthylène qui repose sur le plateau métallique tibial ;

• la prothèse de la rotule : en polyéthylène, elle n’est pas posée systématiquement, cela dépend de l’usure de la rotule et du type de prothèse utilisée.

Généralement, les implants métalliques sont en Chrome-Cobalt (alliage inoxydable médical).

Cependant, ce type d’alliage comporte des traces de Nickel. En cas d’allergie au Nickel, l’usage d’implants en titane est possible.

Pour s’adapter à toutes les morphologies, les prothèses sont déclinées en plusieurs types : TP (Très Petite), P (Petite), M (Moyenne), G (Grosse), TG (Très Grosse) pour genoux droit et gauche (les dimensions des pièces varient quelque peu en fonction du type).

Sujet de l’étude :

Dans ce sujet il vous est proposé d’étudier la fabrication de la prothèse fémorale ci-dessous:

Pièce : Prothèse fémorale PFDTP BR22 (sujet de l’étude – Prothèse Fémorale Droite Très Petite)
Domaine : Médical
Alliage : NF ISO 5832-4 (voir analyse spectrographique DT15) : STELLITE (nom commercial appartenant à Kennametal Inc)

Extrait du cahier des charges :

• Rm mini : 665 MPa ;
• Rpe mini : 450 MPa ;
• Allongement mini : 8 % ;
• État de livraison : brut avec forme extérieure polie ;
• Retrait linéaire métal : 1,7 % ;
• Tolérance générale : ± 0,2 mm ;
• Rugosité générale Ra : 1,6 µm ;
• Rugosité générale sur 100 % de la surface de frottement de la pièce : Ra 0,2 µm ;
• Nombre de moules d’injection cire : 5 pour les pièces de type « gauche » et 5 pour les pièces de type « droit ». Soit dix moules au total pour pouvoir faire toutes les tailles ;
• Nombre d'empreinte par moule d’injection cire : 1.

Objectif de production, contraintes :

• les premiers prototypes seront à livrer au 4ème trimestre de l’année prochaine ;
• par la suite, la production sera de 30 pièces / mois pour chaque type dès la première année sur 5 ans.

Travail demandé 

Le sujet comporte cinq parties indépendantes qui peuvent être traitées dans un ordre indifférent.

PARTIE 1 – Étude de la prothèse
PARTIE 2 – Étude de faisabilité
PARTIE 3 – Étude de l’alliage
PARTIE 4 – Étude de l’outillage d’injection cire
PARTIE 5 – Élaboration d’un devis