Processus d'innovation dans la technologie médicale : comment l'impression 3D change toute une industrie

Dans la production de composants et de prototypes, les entreprises industrielles s'appuient de plus en plus sur des processus de développement avec une technologie d'impression en 3D. Cela s'accompagne également de la numérisation de la technologie médicale. Même si le développement dans son ensemble ne concerne souvent que de petites composantes et que la sortie du marché de niche est plutôt à envisager à moyen-long terme, la dynamique s'accroît. Quelle est la situation actuelle dans le domaine de la technologie médicale ? DTO vous explique.

Trouver son chemin sur le marché de l'impression 3D n'est pas si facile, car il existe maintenant de nombreuses méthodes d'application et de nombreux synonymes décrivant ces méthodes : Le terme général pour les procédés d'impression 3D est communément appelé fabrication additive. Et c'est là que tout commence. Ce terme comprend déjà plusieurs sous-termes et processus.

Les procédures les plus connues brièvement expliquées :

• Dépôt de filament fondu (FDM)
• Stéréolithographie (SLA)
• Frittage de poudre (SLS)/Impression 3D par fusion métal (SLM)
• Technologie de traitement numérique de la lumière (DLP)

Dépôt de filament fondu (FDM)

Dans le dépôt de filament fondu (FDM), un filament de plastique est chauffé et mis en place par une buse. Les températures de fusion sont d'environ 200 à 300 degrés Celsius. Certains matériaux nécessitent une chambre d'impression chauffée ou une plaque d'impression chauffée.

Stéreéolithographie (SLA)

Ce procédé est le plus ancien dans le domaine de l'impression 3D. Ses débuts remontent à 1983. Dans ce processus, un photopolymère à l'état liquide, tel que la résine époxy ou acrylique, est sélectivement durci couche par couche avec un laser UV. Ce processus peut être classé comme un prototypage rapide (construction rapide de modèles) et est une méthode de production de composants individuels sur la base de données de conception.

Frittage de poudre (SLS)/Impression 3D par fusion métal (SLM)

Le frittage de poudre est utilisé pour le prototypage rapide de manière similaire au procédé SLA. Lors du frittage, les matériaux céramiques ou métalliques à grain fin sont chauffés jusqu'à un point situé juste avant le point de fusion du matériau. La fusion sélective au laser est souvent utilisée dans le même souffle - mais elle ne doit pas être utilisée comme synonyme. Contrairement au frittage, des composants en métal peuvent être produits ici. Les composants présentent une densité d'environ 100 % et ont donc des propriétés mécaniques.

Technologie de traitement numérique de la lumière (DLP)

Le traitement numérique de la lumière (DLP) est une méthode de fabrication additive qui utilise un projecteur pour durcir les résines polymères. Ce processus est très similaire au frittage, les pièces sont donc soit immergées dans le bain, soit retirées. Un projecteur est utilisé pour exposer la couche supérieure de l'objet - ce qui provoque son durcissement.

Les recherches montrent que quelques technologies de base ont émergé.

Graphique. 1 : Technologies les plus utilisées dans l'impression 3D (Source : ING)

En plus des très nombreux procédés qui existent dans la fabrication d'additifs, les utilisations sont également très diverses.

Graphique. 2 : Applications d'impression 3D (Source : ING)

Toutefois, une tendance claire se dessine en termes d'utilisation prévue. Il s'agit avant tout de développer des pièces fonctionnelles additives destinées à compléter les composants. Souvent, les composants sont encore très petits, mais surtout dans les industries où des composants plus petits sont nécessaires, comme dans la technologie médicale, il peut être très judicieux de fabriquer des additifs. Les tendances dans le domaine de la technologie médicale sont caractérisées par l'innovation.

Gautam Gupta, le vice-président de Global of 3D-Systems, résume ainsi la situation :

"À l'échelle mondiale, l'industrie manufacturière connaît actuellement une transformation dans laquelle les entreprises intègrent les capacités de la fabrication additive dans leurs flux de travail qui étaient à l'origine basés sur des méthodes de fabrication traditionnelles. L'industrie des dispositifs médicaux ne fait pas exception et nous voyons ces fabricants hautement spécialisés commencer à tirer parti de l'impression 3D dans la conception des implants et des instruments".

L'impression 3D dans la technologie médicale

La technologie médicale a été l'une des premières industries à découvrir le thème de l'impression 3D. Un mot-clé important ici est le sujet de la médecine personnalisée. Les procédés de fabrication d'additifs permettent aux fabricants de répondre très individuellement aux souhaits des patients. Les processus ont déjà progressé au point que des avantages de prix sont apparus en plus de l'amélioration de la technologie. Tous ces éléments sont des facteurs clés pour l'augmentation des investissements dans ce segment. Dans trois domaines clés en particulier, l'impression 3D a déjà fait ses preuves dans le domaine de la technologie médicale :

• Fabrication de prothèses
• Fabrication d'orthèses
• Fabrication d'instruments chirurgicaux

Dans le cas des prothèses, plusieurs applications ont déjà trouvé leur place dans la pratique : les prothèses internes et externes telles que les articulations artificielles de la hanche, les prothèses dentaires, les appareils auditifs, les prothèses de bras et de jambes peuvent être hautement personnalisées grâce à l'impression 3D. L'avantage : les patients reçoivent des remplacements parfaits pour les parties de leur corps endommagées. En fin de compte, les pièces imprimées en 3D permettent un niveau de qualité de vie plus élevé. Il est désormais possible de personnaliser les produits au millimètre près ; les prothèses standardisées sont elles, toujours un compromis.

Le développement de logiciels comme facteur clé

Étant donné que la mise en œuvre de modèles d'impression 3D est toujours basée sur des données de conception, le développement de logiciels dans la technologie médicale est essentiel. Les grands fabricants d'impression 3D tels qu'EOS fournissent donc toujours les logiciels appropriés afin de pouvoir répondre aux exigences du fournisseur de solutions. L'accent est toujours mis sur l'allègement de la charge opérationnelle. Les avantages effectifs de ce type de digitalisation dans la technologie médicale sont les suivants :

• Un flux de travail simple : intégration sans heurts dans les logiciels de CAO/FAO et de simulation les plus utilisés.
• Surveillance en temps réel : surveillance des points de fusion dans le lit de poudre (24 heures sur 24).
• Mobilité : surveillance de la production indépendante du dispositif final via l'application
• Convivialité : facilité d'utilisation grâce à la clarté.
• Intégrabilité : intégration dans les environnements de production et les infrastructures informatiques.

Fig. 1 : Modèle 3D basé sur les données de conception (Source : BDC)

Les solutions logicielles sont particulièrement importantes pour la chirurgie. Ici aussi, l'impression 3D offre déjà des avantages considérables. Les implants (par exemple dans le cadre de la chirurgie maxillo-faciale) ont considérablement facilité le travail des médecins traitants.

Des organes sortis d’une imprimante ?

Les organes peuvent en fait déjà être reconstruits aujourd'hui à l'aide de modèles. Cela facilite également le travail des professionnels de la santé. Grâce à la reproduction exacte, la nature d'un organe peut être reproduite très précisément. Les experts du marché supposent qu'à moyen terme, il pourrait être possible de produire des organes réalisables à partir de l'imprimante. Cela impliquerait d'utiliser l'imprimante pour produire un modèle de collagène de l'organe et de le planter ensuite avec des cellules souches. Il reste certainement encore beaucoup de chemin à parcourir avant d'obtenir l'autorisation, mais si la technologie est pleinement développée, les dons d'organes deviendraient complètement superflus. Le moteur "innovation dans la technologie médicale" n'a donc pas encore atteint sa fin.

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