Faire bonne impression

23. septembre 2008
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Les chercheurs rêvent de pouvoir à l'avenir "imprimer" des tissus de peau et des vaisseaux sanguins. Aujourd'hui déjà, l'industrie voit dans le "frittage laser" de prothèses ou d'os de bons débouchés. La technologie pourrait révolutionner la fabrication de "pièces de rechange" médicales car elle permet de les produire rapidement, à moindre coût et de manière précise.

On parle de frittage laser lorsque la poudre est frittée, voire fondue et ceci couche après couche avec un rayon laser focalisé. Si, à la place du rayon laser, on utilise une tête d’impression qui fonctionne comme une imprimante à jet d’encre, on appelle cela l’impression en 3 D. Ce procédé de construction en couches, connu aussi sous le nom de e-Manufacturing, Rapid Manufacturing (RM) ou Rapid Prototyping (RP), révolutionne également depuis peu la production de petites et très petites séries. À l’origine, RM ou RP servait à produire rapidement et à un coût avantageux des modèles, des prototypes voire des pièces uniques. Étant donné que le processus de frittage laser se passe de machines coûteuses telles que la fraiseuse et la ponceuse, les pièces peuvent être ainsi produites à un prix qui représente une vraie concurrence pour les produits des pays à bas salaire. Un prototype qui coûterait normalement 1 200 dollars pourrait n’en coûter que 40 avec la RM. Si on le rapporte aux prothèses dentaires, cela voudrait dire que l’on aurait plus besoin des couronnes fabriquées à la main en Chine.

Le frittage laser ne dispose pas de matière première convenable

On peut imaginer une machine de frittage laser comme un caisson, rarement plus gros qu’un grand frigo, alimenté d’informations numériques. Elle produit par exemple des manches de couteaux, des pièces d’avions, des pièces fonctionnelles pour les centrifugeuses de traitement du sang, des prothèses dentaires ou bien encore des coques d’appareils auditifs. Cette machine doit être alimentée de données géométriques en 3 D qui proviennent normalement de logiciel de CAO. Un logiciel spécial dans la machine de frittage laser décompose numériquement et jusqu’au centième de millimètre ce modèle en 3 D en strates qui conduisent indirectement à la construction de l’objet. Les matières premières sous forme de poudre sont ensuite fusionnées couche par couche, du bas vers le haut, à l’aide d’un laser. L’avantage de ce procédé est que différents produits peuvent être fabriqués par une machine. Le manque de matières premières adéquates représente jusqu’à aujourd’hui une limite à la diversité des possibilités. On peut aujourd’hui travailler les matières plastiques, les métaux et les sables de fonderie. Mais d’autres matières viennent sans cesse se rajouter. Pour répondre à des besoins médicaux, l’entreprise EOS à Krailling près de Munich a étendu la palette avec des alliages cobalt-chrome, des mélanges en acier, des matières plastiques spéciales et du titane. La voie fut tracée de cette manière pour la fabrication par frittage laser d’implants de genoux, de prothèses dentaires ou de coques d’appareils auditifs.

Des orthèses fabriquées par frittage laser aux jeux paralympiques de 2008 ?

Michael Teuber, coureur cycliste professionnel tétraplégique qui aimerait remporter la médaille d’or aux jeux paralympiques de Pékin, pourrait mener pour la première fois la compétition avec une orthèse fabriquée par frittage laser. Les préparatifs battent encore leur plein chez EOS. Des polyamides, c’est-à-dire des matières plastiques, sont utilisées comme matière première pour les prothèses de jambe et les implants du genou. La reconstruction d’os du visage avec des alliages en métaux spéciaux est aussi au programme de l’entreprise de Krailling. Pour alimenter l’e-Manufacturing, la machine de frittage laser se sert de données CAO mais aussi des données scannées d’une tomographie par ordinateur. Les coûts d’une machine démarrent à 190 000 euros et vont au-delà en fonction du modèle. Le succès de la technologie par frittage laser dans le secteur médical continue de dépendre du développement des matières premières qui remplissent les exigences de solidité, de constance de température et de précision.

Les technologies CAO/PAO pour les prothèses dentaires

Le marché des prothèses dentaires s’avère plus simple. Il y a toujours eu des efforts d’automatisation. Avec l’introduction de CEREC (CEramic REConstruction) à la fin des années 90, la technique dentaire CAO/PAO a pu s’établir. Le système comporte un ordinateur, une caméra infrarouge et une fraiseuse, qui construit les inlays, les couronnes dentaires ou les couronnes à incrustation vestibulaire à l’aide des données numériques calculées par ordinateur à partir d’un bloc brut. Le prothésiste dentaire Josef Schweiger du groupe de travail « Vollkeramik » de Munich estime à environ 16 000 le nombre d’appareils CEREC utilisés aujourd’hui dans le monde, aussi bien labside que chairside. Les coûts d’acquisition se situent entre 45 000 et 75 000 euros, ce qui devrait constituer un frein pour la plupart des cabinets dentaires. Malgré le fait que l’idée de pouvoir creuser la dent, fabriquer la prothèse dentaire et reboucher le trou lors d’une même intervention soit tentante…

Des centres fabriquant 500 couronnes dentaires par jour par frittage laser

Un inconvénient non négligeable de CEREC est que beaucoup de matériel précieux est perdu lors du fraisage et du ponçage. Ceci n’a pas lieu pour le Rapid Manufacturing. Le système coûte cependant aussi 250 000 euros environ. L’investissement vaut quant même le coup pour les gros centres de fabrication tels que Suntech, Bego ou Sirona. Une machine de frittage laser peut fabriquer jusqu’à 500 couronnes dentaires en 24 heures. En comparaison, on arrive à fabriquer tant bien que mal 10 couronnes par jour avec la méthode conventionnelle de moulage. EOS écrit que le prothésiste dentaire profite soi-disant de cette innovation car il n’a plus qu’à se préoccuper du côté esthétique du substitut. Mais peut-il aussi en vivre ?

L’imprimante à jet d’encre crée des biocapteurs

À la chaire de chimie organique et macromoléculaire de Iéna, on n’imprime certes pas encore des tissus de peau ou des vaisseaux sanguins mais l’impression à jet d’encre joue un rôle important dans la recherche. Joseph T. Delaney, Doctorant du Minnesota, est en train de préparer le terrain. « The general goal of my dissertation is the preparation of thin films with biomedical applications, mainly through inkjet printing », explique le chercheur à Doccheck. « Since we can print so many materials, we can use inkjet printing to dispense things like drugs and polymers into patterns, and studying different formulations of drug delivery materials, for example. We can deposit immobilized enzymes and conductive lines to create biosensors. »

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