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Matériaux pour l’impression 3D destinés à l’industrie médicale

Cet article donne un aperçu des matériaux d'impression 3D de qualité médicale disponibles sur le marché.

L’arrivée de l’impression 3D dans le domaine de l’industrie médicale a permis d’ouvrir la voie à toute une gamme d’innovations et de découvertes incroyables, qui ont elles-mêmes entraîné une forte croissance du secteur. Autrefois considérée comme une curiosité, l’impression 3D s’est rapidement imposée un élément indispensable, et largement utilisé, de l’industrie médicale, en raison de ses caractéristiques considérées aujourd’hui comme cruciales pour cette branche industrielle : rapidité, versatilité, capacité à travailler avec différents matériaux, possibilités de personnalisation, répétabilité et, bien sûr, la faculté de produire des pièces hautement complexes.

Les applications de l’impression 3D à l’industrie médicale incluent la fabrication de prothèses sur mesure (y compris les prothèses dentaires), d’implants, de modèles anatomiques réalistes destinés à la formation ou à la préparation des opérations chirurgicales, des prototypes d’assistance médicale, des instruments médicaux et toutes sortes d’équipements sanitaires.

Quels sont les exigences des matériaux utilisés dans l’industrie médicale ?

L’impression 3D est une technologie de fabrication industrielle « à large spectre », compatible avec de nombreux types de matériaux (plastiques, métaux ou élastomères). Cependant, un matériau utilisable pour l’impression 3D ne sera pas forcément adapté à une application médicale. Il existe certaines propriétés qu’un matériau se doit de posséder afin d’être un candidat viable à une telle application. Entre autres, le matériau doit être :

Biocompatible : c’est la propriété sine qua non pour les matériaux destinés à la fabrication d’implants et de dispositifs médicaux à usage interne. En gros, cela signifie qu’ils doivent être complètement inerte lorsqu’immergé dans un environnement biologique. Tous les implants, les prothèses dentaires, les substituts d’organes ou d’os, les pacemakers et, d’une façon générale, tous les dispositifs médicaux destinés à rester en contact avec les tissus organiques humains, se doivent d’être biocompatibles.

Stérilisable : du fait des exigences sanitaires particulièrement draconiennes en vigueur dans l’industrie médicale, le fait d’être stérilisable est un point critique et constitue même une propriété vitale pour tous les matériaux d’impression 3D destinés aux applications médicales.

Bio-utilisable : pour les dispositifs destinés à se substituer à certaines parties du corps (prothèses, dentiers, implants, organes artificiels), il ne suffit pas, pour le matériau utilisé, d’être biocompatible. Il est également nécessaire qu’il possède des propriétés physiques similaires à l’organe d’origine. Par exemple : un substitut osseux doit être dur et résistant, en particulier il doit être doté d’une forte résistance en compression. De la même façon, un matériau utilisé pour imprimer une oreille humaine devra être relativement mou.

À noter que les caractéristiques requises peuvent varier en fonction de l’application finale du produit à fabriquer.

PA 12 (nylon)

C’est un matériau hautement versatile, léger, résistant à la corrosion et aux attaques chimiques. Solide tout en étant flexible, il résiste très bien aux impacts et à la traction. Le nylon PA 12 peut être stérilisé au moyen d’oxyde d’éthylène, de radiations gamma, de plasma, ou tout simplement à la vapeur, par autoclave. On peut l’utiliser avec les technologies MJF ou SLS. En tant que matériau agréé pour un usage médical, le nylon PA 12 est certifié ISO et USP (grade I – IV). Il est communément utilisé pour fabriquer des prothèses.

ABS M30i

Le matériau ABS M30i est un autre thermoplastique dont l’utilisation est largement répandue dans l’industrie médicale. Biocompatible, stérilisable par radiations gamma, plasma ou oxyde d’éthylène, il est certifié ISO et USP (grade I – IV). Ce matériau est souvent utilisé pour fabriquer des équipements sanitaires et des modèles anatomiques détaillés. Il est également possible de l’utiliser pour fabriquer des prothèses. L’ABS M30i est solide, avec une forte résistance à la traction et aux impacts. On l‘utilise avec la technologie FDM.

PC ISO

Ce matériau est communément utilisé pour créer des moules, des prototypes et des guides chirurgicaux sur mesure. Bien que la qualité de son fini soit inférieure à celle du nylon PA 12, il n’en demeure pas moins un matériau solide, avec une forte résistance à la traction et peu affecté par la chaleur. Le PC ISO est également biocompatible, bien que sur une courte période, et peut être stérilisé au moyen d’oxyde d’éthylène et de radiations gamma. On l’utilise aussi avec la technologie FDM.

Polyétherimide (ULTEM 1010)

Comparé aux autres thermoplastiques utilisés en FDM, l’ULTEM 1010 est l’un des plus résistants à la chaleur et aux attaques chimiques. Il est hautement biocompatible et peut être stérilisé au moyen de radiations gamma, d’oxyde d’éthylène, de plasma ou à l’autoclave. On l’utilise pour réaliser des prototypes, des prothèses et des guides chirurgicaux.

PPSF

Connu pour sa résistance à la chaleur et aux attaques chimiques (ainsi que pour ses propriétés mécaniques enviables), ce matériau est biocompatible et peut être stérilisé à l’aide d’oxyde d’éthylène, de radiations gamma, de plasma ou à l’autoclave. Utilisé avec la technologie FDM, ses propriétés en font un excellent candidat pour la fabrication de prothèses, de prototypes et de pièces utilisées dans des applications soumises à des charges importantes, ou à de fortes températures.

Silicone (Sil 30)

Valves cardiaques en silicone, imprimées en 3D (source)

Élastomère hautement flexible et biocompatible, le silicone est résistant à la chaleur et aux déchirures. Il est communément utilisé dans la fabrication d’équipements portables, en contact prolongé avec la peau (comme les masques respiratoires). On peut également l’utiliser pour imprimer des implants. Ce matériau est compatible avec la technologie d’impression 3D DLS de Carbon.

Titane (Ti6Al4V)

Prothèse du genou en titane (source)

Le titane est un métal omniprésent dans l’industrie médicale, un statut qu’il doit à ses propriétés mirifiques et aux similitudes qu’il exhibe par rapport à l’os humain. C’est un matériau extrêmement résistant, solide, endurant à la chaleur et à la corrosion, inerte, hautement biocompatible et qui peut être stérilisé au travers de différentes méthodes. 

Le titane est très largement utilisé dans l’industrie médicale pour la fabrication de prothèses orthopédiques sur mesure (substituts osseux ou articulaires), de prothèses dentaires et de plaques crâniennes. Il est aussi utilisé pour fabriquer des ustensiles médicaux. Le titane s’emploie avec la technologie DMLS.

Cobalt-chrome (CoCr28Mo6)

Dents en alliage de cobalt-chrome

Tout comme le titane, le cobalt-chrome est très répandu dans l’industrie médicale, où il est utilisé pour fabriquer des implants orthopédiques (dents, os, etc…) ainsi que des articulations artificielles à usage intensif (hanche, épaule ou genou). Le cobalt-chrome est biocompatible et hautement résistant à la chaleur, la corrosion, l’usure et les attaques chimiques. En dépit de son poids relativement faible, sa résistance et sa dureté sont très élevées. On l’utilise avec la technologie DMLS.

Acier inoxydable (17-4PH)

Instruments chirurgicaux en acier inoxydables

L’acier inoxydable est doté d’une forte résistance. Biocompatible, il peut être stérilisé au travers de différentes méthodes. Cependant, sa résistance à la corrosion n’est pas permanente, ce qui fait que le titane ou le cobalt-chrome lui sont souvent préférés (en particulier pour les implants). Il n’en demeure pas moins un excellent matériau pour la fabrication des instruments chirurgicaux ou des implants à usage temporaire. De plus, il est moins cher à mettre en œuvre via la technologie DMLS que le titane ou le cobalt-chrome.

Conclusion

Chez Xometry Europe, nous offrons des services d’impression 3D rapides, fiables et d’une grande exactitude. Nous travaillons aussi avec les matériaux qui profitent le plus à l’industrie médicale, qu’ils s’agissent de thermoplastiques, d’élastomères ou de métaux. Grâce à une offre complémentaire de traitements post-usinage variés, nous sommes en mesure de garantir une qualité optimale.

Quelle que soit la quantité demandée, la précision exigée, la complexité à réaliser et la date de livraison espérée, nous avons toujours les capacités disponibles pour satisfaire à vos demandes. Rendez-vous sur notre plateforme de devis instantané pour importer vos modèles et recevoir votre devis, gratuitement et en quelques secondes seulement. 

Publié dans Impression 3D