L’impression 3D (ou fabrication additive) est désormais utilisée pour de nombreuses applications dans divers secteurs de l’industrie et des biens de consommation. Elle est passée d’une petite technique novatrice permettant d’imprimer des gadgets en plastique à l’une des techniques de fabrication les plus polyvalentes d’aujourd’hui. Bien que les applications dites « low-tech » soient encore largement répandues auprès du grand public avec de petites imprimantes, grâce au développement de l’impression à grande échelle d’objets en plastique et de l’impression 3D métal à un niveau commercial, les objets imprimés en 3D font leur apparition dans des domaines « high-tech » comme la conception de moteurs pour avions à réaction.
Mais qu’en est-il du secteur médical ? Cette branche de l’industrie est très réglementée. Les pièces, composants et appareils doivent évidemment répondre à des normes médicales et de nombreux processus, matériaux et produits doivent être certifiés avant d’être utilisés dans un environnement clinique. Bien que l’impression 3D de pièces médicales ne se soit développée que très récemment, de nombreux dispositifs médicaux créés par impression 3D sont déjà utilisés dans un cadre clinique pour des procédures médicales personnalisées exigeant des pièces ou des dispositifs médicaux fabriqués sur mesure afin d’être parfaitement adaptés au patient.
Il existe plusieurs techniques d’impression 3D en fonction du type de dispositif médical à imprimer et des matériaux utilisés. Certaines techniques sont spécifiquement utilisées pour imprimer des pièces en polymère, d’autres ne peuvent être utilisées que pour des pièces en métal et certaines enfin sont capables d’imprimer les deux matériaux. Chacune de ces techniques présente des avantages et des inconvénients, selon la nature de ce qui doit être imprimé.
Le choix de l’une ou l’autre technique d’impression sera parfois dicté par le coût du matériel et des processus. D’autres fois, il sera motivé par la possibilité de créer une géométrie spécifique ou les spécificités de tel matériau. Dans d’autres cas enfin, on tiendra compte des performances finales de la pièce imprimée et le choix se portera sur la technique qui offrira à la pièce les meilleures propriétés et la meilleure finition de surface. Chaque méthode présente des avantages qui permettent aux professionnels du secteur médical de remplir leur cahier des charges en fonction des facteurs décisifs.
Outre la question du coût de fabrication, plusieurs problèmes peuvent apparaître selon le dispositif à créer, la machine utilisée et les matières premières disponibles. Par exemple des finitions de surface grossières, des propriétés mécaniques médiocres (tels que la porosité ou une microstructure déplorable si l’on n’utilise pas la bonne technique d’impression) ou un faible débit. Cependant, comme il existe plusieurs techniques spécialisées, bon nombre de ces inconvénients peuvent être évités en choisissant la technique qui offre le plus d’avantages et le meilleur degré de finition tout en faisant le moins de concessions possible.
Quelles sont donc les techniques utilisées ? Certaines sont relativement peu utilisées, par exemple la stéréolithographie et la fabrication de filaments fondus (FFF). Les trois techniques les plus courantes et qui ont le plus grand potentiel commercial pour des applications pratiques sont les suivantes :
La LPBF est un procédé d’impression par laser couramment utilisé avec les polymères. Elle commence toutefois à être utilisée avec les métaux et les alliages métalliques et peut aussi l’être avec les matériaux céramiques.
L’impression par projection de liant est un procédé à buse chauffée qui donne de bons résultants avec les polymères et qui s’est récemment étendu aux métaux et à la céramique. Bien que ce procédé offre le débit le plus élevé, les propriétés et la qualité de la pièce finie laissent parfois à désirer par rapport aux autres techniques. De fait, l’utilisation d’un jet de liant dépendra généralement du rapport entre le coût de fabrication et les performances de la pièce imprimée. Il convient de savoir si la finition ou les propriétés supplémentaires apportent de la valeur ajoutée par rapport au coût du dispositif médical.
L’EBM est un procédé qui utilise un faisceau d’électrons pour fondre et fusionner la poudre en une pièce. Il est généralement utilisé avec les métaux, car c’est la technique qui offre les meilleures propriétés de finition et de matériau. Par conséquent, l’EBM est souvent la technique de référence pour les métaux et les alliages métalliques – en particulier les alliages à haute température –, même si les autres techniques peuvent aussi convenir pour les métaux. Les dispositifs médicaux en alliage de métaux sont généralement voués à un usage à long terme et conçus pour être résistants à l’usure. C’est pourquoi la performance est souvent un facteur plus décisif que le coût pour ce type de dispositif médical.
L’impression 3D se répand dans de nombreux secteurs de l’industrie et des biens de consommation. Elle gagne aussi du terrain dans le domaine des dispositifs médicaux. Plusieurs techniques d’impression 3D peuvent désormais être utilisées pour créer des dispositifs médicaux en polymère, en céramique ou en métal adaptés aux besoins spécifiques d’un patient. Parmi les procédés d’impression 3D les mieux adaptés aux dispositifs médicaux, nous retiendrons la LPBF, l’impression par projection de liant et l’EBM. Dans la mesure où chaque procédé présente des avantages et des inconvénients qui lui sont propres, les professionnels du secteur médical tiennent généralement compte de plusieurs facteurs pour arrêter le choix d’une technique d’impression 3D pour créer un dispositif médical personnalisé. Les principaux facteurs sont :