Avez-vous déjà observé attentivement votre armoire à pharmacie ? La grande variété de formes, de tailles et d’enrobages de comprimés n’est pas qu’un choix esthétique : c’est une exigence fonctionnelle et technique. Une modification minime de la géométrie d’un comprimé peut radicalement changer sa vitesse de dissolution, sa facilité d’ingestion et l’efficacité de la libération de ses principes actifs.

Depuis des décennies, les entreprises pharmaceutiques sont confrontées à un obstacle majeur : la compression des comprimés, un processus empirique complexe. Concevoir un comprimé qui ne s’effrite pas, ne s’écaille pas et ne colle pas lors d’une production à grande vitesse exigeait traditionnellement des semaines de tests en laboratoire coûteux. Mais ce paradigme est en train de changer. En intégrant la solution MODSIM (Modélisation et Simulation Unifiées) à la plateforme 3DEXPERIENCE , Dassault Systèmes révolutionne la collaboration entre les concepteurs d’outillage et les experts en formulation pour développer la prochaine génération de traitements vitaux.

Le coût élevé de la compression physique des comprimés

Dans une installation de fabrication classique, le processus de compression des comprimés semble simple. On mélange la poudre pharmaceutique, on remplit une matrice, on applique une légère précompression, puis on soumet le tout à une compression principale à haute pression pour former le comprimé final. Enfin, le comprimé est éjecté de la machine.

En réalité, ce procédé mécanique à grande vitesse est un véritable nid à défauts. Les pressions extrêmes et la libération subséquente des forces entraînent souvent de graves défaillances de fabrication :

• Ouverture : Le haut ou le bas de la tablette se sépare horizontalement.
• Lamination : La tablette se divise en plusieurs couches distinctes.
• Écaillage et collage : des morceaux de la tablette se détachent sur les bords ou adhèrent aux faces perforées.

Traditionnellement, les experts en formulation devaient choisir une forme d'outil standard, réaliser des tests de compression physique en laboratoire et évaluer les propriétés physiques telles que la dureté et la friabilité. En cas d'échec du comprimé, ils devaient repenser l'outillage et recommencer. Ce cycle itératif est extrêmement lent, entraîne un gaspillage de principes actifs pharmaceutiques (API) précieux et retarde la mise à disposition de médicaments essentiels aux patients.

Qu'est-ce que MODSIM et pourquoi est-ce important pour l'industrie pharmaceutique ?

C’est là qu’intervient MODSIM. Au lieu de considérer la conception assistée par ordinateur (CAO) et l’ingénierie assistée par ordinateur (IAO) comme deux services distincts et cloisonnés, MODSIM les unifie sur un modèle de données unique. Auparavant, un concepteur créait un modèle CAO et le transmettait à un spécialiste en simulation, qui devait convertir le fichier, nettoyer la géométrie et créer le maillage de A à Z. Si une modification de la conception s’avérait nécessaire, tout ce cycle fastidieux se répétait, comme le détaillent les experts du secteur chez GoEngineer.

En intégrant SOLIDWORKS aux solveurs avancés SIMULIA Abaqus sur la 3DEXPERIENCE , MODSIM établit une source unique de référence. Lorsqu'un concepteur d'outillage modifie le rayon d'une tablette dans SOLIDWORKS, le modèle de simulation sous-jacent est automatiquement mis à jour. Cette démocratisation de la simulation permet aux experts en formulation, même s'ils ne sont pas des spécialistes de l'analyse par éléments finis (FEA), d'effectuer des validations physiques complexes dès les premières étapes de la conception.

Le flux de travail MODSIM en 4 étapes pour la conception de tablettes

Pour éviter les essais et erreurs physiques, Dassault Systèmes a défini un flux de travail de prototypage virtuel simplifié en quatre étapes sur la plateforme 3DEXPERIENCE .

1. Création de modèles paramétriques

Tout commence par la géométrie. Les concepteurs peuvent créer un assemblage d'outil paramétrique directement dans SOLIDWORKS ou sur la plateforme 3DEXPERIENCE . Les utilisateurs SOLIDWORKS peuvent exploiter cette fonctionnalité de deux manières :

• Modifications simultanées de la conception : exécutez une simulation sur une conception de base, modifiez la géométrie dans SOLIDWORKS en fonction des points chauds de contrainte et mettez à jour instantanément le modèle de simulation sans reconstruire les conditions aux limites.
• Études de conception paramétrique : utilisez l’applicationSOLIDWORKS Designapp pour exécuter des explorations de conception automatisées, en faisant varier des dimensions telles que la convexité et l’épaisseur ainsi que les paramètres de simulation afin de trouver la forme optimale.

2. Étalonnage des matériaux

Le compactage des poudres est un processus extrêmement complexe. Il comprend une transition progressive, depuis le réarrangement initial des particules jusqu'à la déformation élasto-plastique, suivie d'une récupération élastique non linéaire (dilatation) une fois la force de compactage relâchée. Pour modéliser ce comportement, le flux de travail utilise le modèle Drucker-Prager intégré avec plasticité de cap. Grâce à l'application d'étalonnage des matériaux de la plateforme, les experts en formulation peuvent facilement saisir des données d'essais physiques pour étalonner ces modèles de matériaux avancés, sans nécessiter de doctorat en science des matériaux.

3. Configuration de la simulation de compactage

Une fois la géométrie et les propriétés des matériaux définies, la simulation reproduit le processus physique d'emboutissage. Le logiciel calcule des indicateurs clés de performance (KPI) tels que la distribution de la densité relative, les zones de concentration de contraintes et les forces d'éjection. Ceci permet aux ingénieurs de repérer les zones potentielles de blocage ou d'adhérence avant même la première découpe.

4. Démocratisation de la compression des comprimés

En s'appuyant sur le rôle d'ingénieur en optimisation multidisciplinaire, les spécialistes en simulation peuvent intégrer ces configurations complexes d'analyse par éléments finis dans des modèles standardisés et réutilisables. Un formulateur peut ainsi importer sa bibliothèque CAO SOLIDWORKS , sélectionner le matériau en poudre pré-calibré, exécuter le modèle et vérifier immédiatement si la conception respecte les spécifications requises en termes de densité relative et d'épaisseur.

Plat vs. Convexe : une étude de cas

Pour illustrer ce processus, prenons l'exemple d'une étude de cas comparant trois variantes géométriques de comprimés, conçues pour répondre à des critères stricts d'épaisseur et de densité relative. La densité relative est cruciale : si elle est trop faible, le comprimé s'ébréchera ; si la répartition de la densité est non uniforme, il risque de coller ou de se recouvrir.

Comme le montrent les résultats de la simulation, le comprimé à face plane respectait l'épaisseur requise, mais sa faible densité relative engendrait un risque d'écaillage des bords. La variante convexe 1 présentait une courbure excessive, ce qui entraînait une densité non uniforme au centre et un risque élevé d'adhérence. Seule la variante convexe 2, grâce à sa convexité optimisée et réduite, a permis d'obtenir à la fois une densité uniforme et l'épaisseur requise, se révélant ainsi la conception la plus facile à fabriquer.

L'avenir des jumeaux virtuels dans les sciences de la vie

Le passage des tests de compactage physique aux jumeaux numériques révolutionne le secteur pharmaceutique. En adoptant un flux de travail unifié SOLIDWORKS et 3DEXPERIENCE MODSIM, les entreprises peuvent considérablement raccourcir leurs délais de développement, protéger leurs précieux principes actifs et commercialiser plus rapidement des thérapies personnalisées.

Pour une analyse plus approfondie de la manière dont la modélisation et la simulation unifiées transforment d'autres secteurs hautement réglementés, consultez le de Dassault Systèmes SIMULIA blog.

Êtes-vous prêt à décloisonner vos équipes de conception et de simulation ? Comment un flux de travail MODSIM unifié pourrait-il transformer votre cycle de développement produit actuel ? Partagez votre avis dans les commentaires ci-dessous !

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