- La RFID HF (13,56 MHz) est idéale pour la production dentaire grâce à sa bonne lisibilité et sa capacité de miniaturisation.
- Les noyaux en ferrite augmentent l'efficacité et permettent la fabrication de transpondeurs très petits pour outils dentaires.
- La gestion RFID empêche l'utilisation d'outils inadaptés, réduisant ainsi les risques de dommages aux implants et aux machines.
- La maintenance préventive et la gestion numérique des outils améliorent la planification, réduisent les temps d'arrêt et augmentent la disponibilité des équipements.
Les processus et procédures utilisés dans l'ingénierie de production industrielle font l'objet d'une optimisation continue depuis des décennies. Les capteurs installés sur les machines et les outils fournissent des données permettant d'améliorer les processus afin de réduire les temps de configuration et de déterminer avec toujours plus de précision les temps de fonctionnement. L'objectif est d'utiliser de manière optimale les systèmes de production et d'éviter autant que possible les temps d'arrêt improductifs.
Afin de pouvoir prévoir de manière fiable les dates de révision et/ou de remplacement des équipements en service et ainsi optimiser la planification des systèmes et de la maintenance, il est utile de connaître de manière aussi exhaustive que possible le cycle de vie et l'état actuel de tous les composants concernés.
Dans les centres d'usinage modernes, tous les composants impliqués dans le processus de fabrication sont numérisés et reliés par ordinateur. Élément clé de l'industrie 4.0, les systèmes CAM, associés aux systèmes ERP, optimisent la technologie de production industrielle. La technologie des transpondeurs RFID joue ici un rôle important.
Avantages de la RFID
Avantages des transpondeurs RFID
Il existe différentes méthodes pour identifier des objets. Les matières premières telles que les métaux non ferreux sont généralement identifiées à l'aide d'un simple code couleur. Lorsque le nombre d'objets augmente, les méthodes d'identification optique telles que les codes-barres ou les codes QR sont utiles. Cependant, ces méthodes perdent leur contenu informatif si elles sont endommagées ou perdues. De plus, il n'est pas possible de modifier le contenu des données et la flexibilité est limitée.
Les éléments d'identification électroniques, appelés « étiquettes RFID », éliminent les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Fréquences pour diverses applications
Il existe différentes bandes de fréquences pour les applications RFID : basse fréquence (LF – 125 kHz), haute fréquence (HF – 13,56 MHz) et ultra haute fréquence (UHF – 434 et 868 MHz). Chaque gamme de fréquences présente certains avantages et inconvénients.
L'utilisation de la HF est particulièrement recommandée lorsqu'une identification sélective des objets est nécessaire, comme dans la production dentaire. L'identification erronée d'un autre objet peut ainsi être pratiquement exclue.
Contrairement à la LF, les antennes des étiquettes HF peuvent être miniaturisées grâce à une conception intelligente, ce qui permet de les intégrer dans des objets de très petite taille. Par rapport aux étiquettes UHF, les étiquettes HF offrent une bonne lisibilité, même à partir d'objets métalliques ou dans un environnement métallique.
Un autre aspect important est que la HF et la Near Field Communication (NFC) fonctionnent avec la même fréquence porteuse de 13,56 MHz. Cela signifie que les étiquettes HF peuvent également être lues par des appareils mobiles dotés d'une fonction NFC. Cela élimine le besoin d'un lecteur industriel dans de nombreuses applications.
« En tant qu'étiquettes électroniques, les étiquettes RFID facilitent l'identification et le suivi des objets dans la production médicale. Dans les centres de traitement dentaire, les transpondeurs doivent être particulièrement petits. Les noyaux de ferrite répondent aux exigences les plus élevées en termes d'efficacité et de miniaturisation des antennes. Une ligne directrice pour le développement des étiquettes. »
Matthias Höß - Directeur R&D et gestion de projet
Miniaturisation
Miniaturisation des étiquettes RFID HF
Alors que les outils industriels et les matières premières ont généralement une certaine taille dans laquelle un transpondeur peut être facilement intégré, les centres d'usinage pour les composants médicaux, tels que les fraiseuses pour implants dentaires, disposent d'un espace nettement plus réduit. Les outils dentaires ont souvent une largeur de travail inférieure à un millimètre.
Un transpondeur RFID doit donc être conçu de manière à ce que l'étiquette soit aussi petite que possible, tout en restant puissante. Un matériau ferrite magnétique doux (MnZn ou NiZn) est utilisé comme noyau d'antenne pour les étiquettes HF. Cela augmente considérablement l'efficacité du transpondeur par rapport à une bobine à noyau d'air. De plus, le noyau en ferrite sert de support mécanique pour le circuit intégré RFID et pour l'enroulement de l'antenne.
Conception du noyau en ferrite
Il existe différentes méthodes pour façonner les noyaux en ferrite. Le matériau ferrite utilisé est l'un des facteurs déterminants. On distingue principalement les procédés de moulage par compression et par injection.
Le processus de pressage
La plupart des noyaux magnétiques doux pour bobines haute fréquence sont fabriqués par moulage par compression en raison de leur forme relativement simple. Pour des raisons de fabrication, le rapport d'élancement, c'est-à-dire le rapport entre la longueur et le diamètre, ne doit pas dépasser 6. Dans le cas de conceptions à parois minces telles que les noyaux tubulaires, le degré d'élancement dépend également de l'épaisseur de la paroi.
Le processus de moulage par injection
Les exigences de tolérance élevées pour la géométrie du noyau peuvent être satisfaites avec plus de précision en utilisant le procédé de moulage par injection. Cela permet de produire des formes très petites et à parois minces. Avec le moulage par injection, le degré d'élancement n'est pas critique. Un rapport longueur/diamètre de 20 est possible. Les autres paramètres techniques comprennent une épaisseur de paroi de 0,2 mm, un volume compris entre 1 et 8 000 mm3 et des tolérances de base de ±2 %.
Gestion des composants
Adaptations du transpondeur
Le schéma électrique équivalent d'un transpondeur RFID passif (fig. 1) peut être représenté par le circuit de la fig. 2. Si le transpondeur RFID est utilisé dans un environnement ferromagnétique, cela influence ses propriétés électromagnétiques. Le circuit résonnant composé de l'inductance L et de la capacité C de l'antenne, qui fonctionne idéalement à la fréquence centrale de 13,56 MHz, est modifié par l'environnement métallique.
En ajustant l'inductance L de l'antenne, le circuit résonnant du transpondeur peut être réglé à nouveau sur la fréquence correcte (fig. 3). Les ajustements du transpondeur doivent être effectués pour chaque matériau, car le degré de désaccord dépend du matériau. Ce processus garantit que les plus petites étiquettes RFID peuvent atteindre une portée de lecture maximale avec un encombrement minimal.
Gestion numérique des composants
La gamme de matériaux utilisés dans les applications dentaires est très vaste. On utilise notamment des métaux frittés, des céramiques, du titane, des alliages de cobalt-chrome, de l'oxyde de zirconium et de l'oxyde d'aluminium ou des plastiques tels que le PMMA et le PEEK. Les centres d'usinage pour implants effectuent une grande variété de tâches d'usinage telles que le perçage, le meulage, le polissage et la gravure de pièces.
Il existe des outils spéciaux pour chaque matériau utilisé et pour chaque processus d'usinage, ce qui augmente la variété des outils. L'identification RFID vise à empêcher l'utilisation d'un outil inadapté pour une étape d'usinage, car cela risquerait d'endommager l'implant, l'outil ou même la machine.
Gestion des outils et maintenance préventive
Les systèmes de gestion des outils et des pièces à usiner assistés par RFID empêchent toute sélection incorrecte et permettent une utilisation sans erreur des outils. Des critères tels que la vitesse de rotation ou la vitesse d'avance sont définis spécifiquement pour chaque outil afin d'optimiser l'usure, la consommation de matière et l'échauffement pendant l'usinage.
Pour la maintenance préventive, il est possible de créer un historique complet pour chaque outil individuel. Cela signifie que la durée de vie restante de l'outil peut être déterminée avant le début du traitement, de sorte que le travail peut être effectué sans changer d'outil.
Une connexion en ligne aux centres d'usinage dentaire offre des services supplémentaires de maintenance à distance, d'assistance au diagnostic et de commande en ligne de consommables, ce qui augmente encore la disponibilité des systèmes.
Identification RFID
Autres avantages de l'identification RFID
L'utilisation de la technologie RFID réduit considérablement le taux d'erreur dans le fonctionnement des centres d'usinage médicaux complexes. La sélection des outils adaptés au traitement d'une large gamme de matériaux est transférée une seule fois au système numérique par un opérateur expérimenté. Cela signifie que les nouveaux employés n'ont plus besoin de connaissances spécialisées et que les phases d'apprentissage et de formation sont moins longues.
Preuve d'authenticité
Les fabricants de machines peuvent empêcher spécifiquement l'utilisation de fournisseurs tiers pour les matières premières et les outils en n'approuvant que les produits d'origine pour une utilisation dans la machine. Cela peut être réalisé à l'aide du code unique qui est stocké individuellement dans chaque transpondeur.
Alternativement, un fabricant peut programmer des étiquettes d'outils ou des numéros de série dans l'espace mémoire librement programmable du circuit intégré RFID, qui servent d'informations supplémentaires pour le contrôle du système. De tels systèmes agiles garantissent une qualité élevée constante et assurent des canaux d'approvisionnement stables pour les consommables.
Réduction des temps d'arrêt et augmentation de l'efficacité La technologie RFID réduit activement les temps d'arrêt et les temps d'inactivité des centres de traitement médical et maximise l'efficacité globale des équipements. Cela garantit un fonctionnement rentable et augmente le retour sur investissement des systèmes correspondants.
