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Impression 3D pour applications médicales: produits

Bien que la technologie incroyablement polyvalente de l'impression 3D ait été inventée pour que les ingénieurs puissent profiter du prototypage à une vitesse rapide, elle s'est étendue à bien plus encore – motivée par l'imagination – et alimentée par des besoins spécifiques en matière de développement de produits.

Les possibilités dans les applications médicales sont également infinies, illustrant ce qui est indéniablement aujourd'hui un aspect critique de l'impression 3D; après tout, qu'y a-t-il de plus important que d'améliorer la qualité des vies humaines – ou de les sauver?

L'un des avantages les plus vénérés et les plus souvent discutés de l'impression 3D est la possibilité de fabriquer des pièces et des prototypes solides mais légers qui n'étaient tout simplement pas possibles auparavant avec la technologie conventionnelle. Cet avantage est précieux pour l'industrie médicale car les impacts sont si positifs, si immenses et ne font que commencer.

Les résultats de l'impression 3D sont généralement si époustouflants que le premier descripteur évoqué est «magique», surtout si l'on considère le potentiel stupéfiant de la bio-impression. Alors que la quête ultime de tant de chercheurs est de réaliser la véritable impression 3D d'organes humains, il existe déjà d'innombrables percées réalisées avec des tissus imprimés en 3D – à partir du foie ou des reins, par exemple. Une fois que ce Saint Graal est atteint, cela peut ne plus ressembler à ce à quoi nous nous attendions autrefois, mais ce n'est qu'une question de temps avant que des organes imprimés en 3D hautement fonctionnels soient transplantés dans des corps humains.

En réalité, il n'y a pas de magie impliquée. Au lieu de cela, il s'agit de la combinaison parfaite de technologie de pointe, de matériaux avancés, d'innovation et de ténacité nécessaire pour faire la différence. Le secret du succès réside dans le traitement spécifique au patient.

Modèles médicaux

L'utilisation de modèles médicaux imprimés en 3D est multicouche et extrêmement utile. Non seulement les chirurgiens bénéficient-ils de la capture d'une image plus détaillée de maladies rares comme les tumeurs cérébrales, mais il existe des utilisations éducatives extrêmement précieuses pour toutes les personnes impliquées. Bien que le médecin puisse diagnostiquer et tracer un traitement, il peut également utiliser une aide visuelle détaillée pour expliquer au patient ce qui se passe dans le corps, où et comment le traitement et toute intervention chirurgicale éventuelle seront effectués.

L'intérêt de pouvoir s'appuyer sur des modèles médicaux plutôt que d'attendre la disponibilité des cadavres est extraordinaire. Des modèles imprimés en 3D réalistes et anatomiquement corrects agissent comme des aides à la formation avancées pour les étudiants en médecine en général, mais en particulier pour les futurs chirurgiens. Les chirurgiens expérimentés peuvent également se retrouver à s'entraîner avec des modèles imprimés en 3D pendant des semaines à la fois, alors qu'ils se préparent à des procédures rares ou complètement nouvelles. Ce type de pré-planification signifie des procédures plus rationalisées, moins de temps dans la salle d'opération et un grand avantage pour le patient.

Matériaux utilisés pour les modèles médicaux

MultiJet Fusion PA12 – Adapté à la création de modèles médicaux complexes, ce matériau polyvalent est solide et durable – deux caractéristiques importantes pour les pièces qui ont tendance à être beaucoup manipulées au fil du temps.

Prothèses, orthèses

Jambe prothétique imprimée en 3D

L'impression 3D a eu un impact énorme dans des applications telles que les prothèses, les orthèses et les appareils extérieurs tels que les genouillères. Dans le domaine des prothèses, en particulier, la qualité de vie peut être améliorée pour les patients qui n'ont peut-être pas pu se permettre des remplacements de membre auparavant ou ne voulaient pas les porter en raison de leur conscience de soi. Pour les enfants et les personnes de tous âges dans les pays en développement, la possibilité d'offrir des prothèses extrêmement abordables qui peuvent être fabriquées rapidement change la vie. Ces dispositifs peuvent être entièrement personnalisés en fonction du porteur, offrant un confort sans précédent et, dans de nombreux cas, de meilleures options de style également qui encouragent le patient à utiliser réellement ses prothèses.

Les orthèses peuvent être fabriquées à un prix abordable et rapidement avec un ajustement entièrement personnalisé. Comme pour les prothèses pour enfants, la possibilité d'imprimer facilement de nouveaux appareils en 3D est un énorme avantage en termes de poussées de croissance. Il s'agit également d'un énorme changement par rapport au passé, lorsque certains appareils peuvent avoir été installés à l'aide de la technologie conventionnelle, l'enfant dépassant les prothèses ou les orthèses avant même qu'elles ne soient livrées.

Matériaux utilisés pour les prothèses, les orthèses

Nylon 11 – Offrant une résistance à la traction, une durabilité et une résistance aux chocs élevées, ce plastique en nylon est utilisé pour imprimer en 3D des dispositifs médicaux extérieurs tels que des orthèses, utilisés avec le frittage sélectif au laser (SLS).

Nylon 12 [Plastique polyvalent] – couramment utilisé pour les prothèses avec impression 3D (SLS), ce plastique nylon est à la fois solide et flexible, et porte bien son nom en offrant des performances élevées pour une large gamme de produits.

MJF Plastic PA12 – Utilisé avec la technologie de fusion multi-jets, ses propriétés mécaniques fortes, sa durabilité et sa rigidité font de ce plastique nylon un matériau populaire pour l'impression 3D de prothèses et d'autres structures complexes.

Perles de verre PA12 en plastique MJF – Utilisées avec MJF pour les appareils médicaux, ce matériau rempli de verre à 40% convient aux pièces nécessitant une précision dimensionnelle et une résistance excellentes.

Guides et outils chirurgicaux

L'utilisation de guides et d'outils chirurgicaux imprimés en 3D est à nouveau basée sur une personnalisation intensive, permettant un traitement spécifique au patient. Aujourd'hui, un large éventail de guides et d'outils peut être fabriqué pour rationaliser la chirurgie, ainsi que les procédures dentaires. L'intention est de donner au chirurgien un plan complet à suivre pendant toute intervention, qu'il s'agisse de prothèses de la hanche, de genou, de chirurgies dentaires ou d'autres opérations.

Les outils chirurgicaux imprimés en 3D peuvent inclure des éléments tels que des pinces et des dispositifs de préhension, des écarteurs, des hémostats, des poignées et d'autres éléments de support. La possibilité de personnaliser ces conceptions offre d'énormes avantages aux chirurgiens qui peuvent avoir besoin de modifier les outils en fonction des procédures ou de leurs propres préférences.

Matériaux utilisés pour les guides et outils chirurgicaux

Nylon 12 [Plastique polyvalent] – Utilisé avec la technologie SLS pour imprimer en 3D de solides guides et outils chirurgicaux imprimés en 3D, ce matériau est très populaire dans une large gamme d'applications en raison de sa capacité à être flexible pour les pièces plus minces, tandis que rigide pour les pièces plus épaisses et les prototypes .

Acier inoxydable 316L – Convient aux outils chirurgicaux, ce métal industriel est résistant à la corrosion et extrêmement solide, utilisé avec la technologie de projection de liant.

Impression 3D multicolore pour des modèles complexes

3D printed protein models by Biologic ModelsModèles de protéines imprimés en 3D par Biologic Models

Depuis plusieurs années, Shapeways propose des impressions couleur via l'imprimante Stratasys J750. Casey Steffen de Biologic Models, par exemple, s'appuie sur des modèles complexes de protéines imprimées en 3D et des animations médicales 3D pour son entreprise.

L'utilisation de plastique transparent avec le J750 permet de visualiser clairement les «structures protéiques internes délicates» que Steffen et ses clients doivent examiner. L'impression 3D en couleur est également un outil extrêmement précieux pour les modèles de codage couleur.

«Avec un modèle à code couleur, un éducateur peut facilement expliquer comment un certain médicament fonctionne, la propriété de la protéine ou comment la mutation modifie le comportement de la protéine en pointant directement vers un endroit à code couleur», a déclaré Steffen.

«Les modèles de protéines imprimés en 3D en couleur donnent une image plus vibrante d'un univers moléculaire autrement invisible. La transparence et le codage couleur sont des caractéristiques nécessaires pour créer des modèles durables de haute qualité. »

«Grâce au J750, je pourrai imprimer des modèles scientifiques transparents multicolores tout en éliminant complètement un processus de fabrication et d'assemblage coûteux et chronophage. Cela change la donne pour moi et mes clients », a déclaré Steffen.

Voytek s'associe à Shapeways pour imprimer en 3D des organisateurs de câbles médicaux

Voytek Medical's product printed in Versatile PlasticImage de Voytek Medical

La plupart des patients quittent l'hôpital ou le cabinet d'un médecin occupé avec une vision de l'équipement médical et des cordons et câbles qui serpentent partout. Avec un besoin évident d'une meilleure organisation, Voytek Medical a commencé à travailler avec Shapeways pour imprimer des produits en 3D pour verrouiller les câbles des patients afin de protéger les équipements médicaux généralement attachés aux moniteurs ou aux supports de rouleau.

Voytek a pu essayer de nouveaux produits pour sa gamme, à un prix abordable, leur permettant de se développer à leur propre rythme et de choisir les meilleurs matériaux pour les besoins spécifiques de leurs clients.

«Voytek Medical a utilisé Shapeways à chaque étape de la production, du concept au prototype et aux produits destinés aux utilisateurs finaux», a déclaré l'équipe de Voytek.

«Dans la phase d'essai et d'erreur de notre conception, l'utilisation de l'impression 3D de bureau par extrusion en ABS était la meilleure option à notre disposition à l'époque. Ce matériau était loin d'être précis, très cassant et les couches avaient tendance à se séparer avec le temps. À partir de là, la stéréolithographie a été utilisée, ce qui nous a amenés dans le monde de la conception réelle avec un objectif et une bonne qualité.

L'impression 3D médicale nécessite des outils avancés

Si vous regardez en arrière au cours des dernières décennies, les matériaux n'ont pas beaucoup changé, des thermoplastiques au métal. La manière dont ils sont utilisés a cependant énormément changé, que ce soit dans la fabrication de modèles imprimés en 3D ou de dispositifs tels que des prothèses, des implants ou des moules. L'impression 3D signifie combiner des matériaux avancés avec une technologie de pointe pour fabriquer des pièces haute performance à un rythme accéléré.

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