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Qui sont les femmes et les hommes qui façonnent l’avenir de l’impression 3D hospitalière ?
Le projet européen Inside 3D réunit des chercheurs, médecins, pharmaciens, ingénieurs et de nombreux autres experts autour d’une ambition commune : développer l’impression 3D hospitalière pour améliorer les soins et la formation médicale.
À travers cette série d’interviews, nous vous invitons à découvrir les partenaires qui font vivre le projet au quotidien. Chacun partage son expertise, son rôle au sein d’Inside 3D et sa vision des opportunités qu’offre l’impression 3D pour l’hôpital de demain.
Aujourd’hui, nous donnons la parole à Nicolas Béthune, ingénieur de recherche, qui travaille sur l’impression 3D de dispositifs médicaux en alliage de titane, avec l’objectif de développer des pièces sur mesure adaptées à l’anatomie des patients.
Peux-tu nous présenter ton rôle dans Inside 3D ?
Je suis ingénieur de recherche sur le procédé d’impression 3D de dispositifs médicaux en alliage de titane.
Mon rôle dans le projet est de produire par impression 3D des plaques d’ostéosynthèse, utilisées pour resouder les os lors de fractures de mâchoires, ainsi que des prothèses d’articulation temporo-mandibulaires qui permettent de retrouver de la mobilité dans l’ouverture de la mâchoire à la suite de complications articulaires.
L’avantage principal de cette méthode de production est la réalisation de pièces sur mesure directement adaptées à l’anatomie du patient. Le second avantage réside dans la possibilité d’internaliser cette méthode au sein de l’hôpital afin d’y produire directement la prothèse.
Pourquoi le titane est-il un matériau particulièrement intéressant pour fabriquer des dispositifs médicaux imprimés en 3D ?
Le titane possède une très bonne biocompatibilité, notamment grâce à sa capacité à former naturellement une couche protectrice qui le rend extrêmement résistant à la corrosion, ce qui est capital pour tout implant médical.
De plus, les propriétés mécaniques du titane sont proches de celles des os tout en possédant une résistance mécanique élevée.
Enfin, il est possible de le mettre en forme par impression 3D grâce au procédé MIM-Like (Metal Injection Molding), ce qui en fait donc un très bon candidat pour ce projet.
Le développement d'un dispositif médical imprimé en titane nécessite plusieurs étapes avant d'obtenir une pièce conforme. Quelle étape est aujourd'hui la plus complexe à maîtriser, et pourquoi ?
La réalisation d’une pièce en titane par procédé MIM-Like, évoqué dans la réponse précédente, se décompose en quatre étapes, dont certaines sont plus complexes à maîtriser que d’autres.
- La formulation : on mélange dans une extrudeuse, un polymère en copeaux à de la poudre métallique de titane afin de réaliser un filament d’impression 3D chargé. Il s’agit d’une étape complexe car des erreurs de proportions, d’homogénéité ou de diamètre de fil en sortie vont systématiquement conduire à des erreurs pour les phases suivantes.
- L’impression : on imprime le filament obtenu pour le mettre en forme. Il faut alors trouver les bons paramètres de température, de vitesse et de débit de matière afin d’obtenir des pièces réussies.
- Le déliantage : on doit ensuite retirer le polymère de la pièce. Pour cela, on fait tremper nos pièces dans un solvant afin de retirer environ 65% du polymère, puis on vient monter nos pièces en température dans un four afin de brûler le polymère restant. Il s’agit d’une étape capitale, car un résidu de polymère occasionnera l’apparition de carbone ou d’oxygène dans notre alliage, modifiant ainsi sa composition.
- Le frittage : il s’agit de l’étape la plus complexe à gérer. On monte nos pièces à une température de plus de 1300 degrés afin que la poudre se compacte et donne une pièce mécanique dense. Les vitesses de chauffe et de refroidissement doivent être surveillées, car c’est de ces dernières que va dépendre la microstructure du titane ainsi obtenu.
Aujourd’hui, nous rencontrons encore des difficultés sur les phases de déliantage (et donc de frittage) notamment sur la stabilité du procédé. Cependant, les phases de formulation et d’impression ne présentent plus de difficultés, ce qui nous permet de produire de nombreuses pièces pour optimiser les paramètres des deux dernières étapes.
Si tes travaux aboutissent, qu'est-ce que cela pourrait changer concrètement pour les hôpitaux ou les patients ?
Si nos travaux aboutissent, cela permettrait d’internaliser et d’accélérer la production de prothèses directement au sein de l’hôpital. Nous pourrions ainsi fournir aux patients des prothèses complexes et sur mesure dans un délai d’environ une semaine.
Le projet Inside 3D est désormais à mi-parcours. Quel moment t’a le plus marqué jusqu'à présent et qu'attends-tu le plus pour la suite ?
À mi-parcours du projet, nous sommes parvenus à formuler et mettre en forme de manière stable notre filament. Le moment le plus marquant pour moi fut la réalisation de plusieurs Benchy (des modèles utilisés comme tests en impression 3D et présentant de nombreuses géométries complexes à imprimer) par un stagiaire non expert en impression 3D avec notre filament et nos paramètres d’impression.
Cela nous montre qu’il est possible de rendre plus accessible l’impression 3D de polymère chargé, et les réussites successives nous montre que le processus d’impression est enfin stable.
Cependant, il nous reste encore du travail pour optimiser les phases de déliantage et de frittage afin d’obtenir un titane de qualité implantable.
Rendez-vous prochainement pour une nouvelle interview de notre série Dans les coulisses d’Inside 3D et une nouvelle rencontre avec celles et ceux qui font avancer l’impression 3D hospitalière.
