Alors que la fabrication additive continue de stimuler l'innovation dans de nombreux secteurs, Scott Rader, responsable des solutions médicales chez Stratasys, nous parle des types d'application de l'impression 3D dans le secteur de la santé, et des avantages qu'elle apporte.

L'impression 3D (ou fabrication additive), née il y a 25 ans, est capable de produire aujourd'hui des pièces très diverses, depuis des prototypes de dispositifs médicaux totalement fonctionnels, comme des attelles de genoux, jusqu'à la fabrication de pièces embarquées pour le secteur aérospatial, en passant par des composants automobiles capables de supporter la chaleur et les épreuves inhérentes aux vitesses élevées.

Dans le secteur de la santé, la recherche d'efficacité pousse les fabricants de dispositifs médicaux à fabriquer plus rapidement leurs produits, à moindre coût, avec une personnalisation accrue et une économie de ressources.

Prototypage rapide des DM et de leurs outils de fabrication

La meilleure façon de passer rapidement de la conception à la fabrication d'un produit, quel qu'il soit, est de réduire le temps associé à la phase de prototypage. On a maintenant assez d'exemples pour constater que le prototypage de DM imprimés en 3D fait souvent gagner beaucoup de temps. Il permet de réaliser des prototypes fonctionnels que les hôpitaux peuvent tester pour suggérer à tout moment les itérations nécessaires préalables à la production finale. Mais l'impression 3D permet aussi d'accélérer la réalisation des outils de fabrication, comme les moules. Une nuit suffit pour nombre d'entre eux, alors qu'il faut plusieurs jours, voire une semaine, avec les méthodes de production traditionnelles.

Certains clients de Stratasys ont constaté des réductions considérables des délais de production (jusqu'à 95 %) et des coûts (jusqu'à 70 %). Le cas de la société de conception et de développement Worrell, est exemplaire. Elle a pu accélérer le développement de ses dispositifs médicaux grâce à des moules d'injection imprimés en 3D. Avec les méthodes conventionnelles, la société américaine aurait dû attendre 4 à 6 semaines avant d'achever la fabrication d'un moule en aluminium. Grâce à la technologie Polyjet, ces délais ont été réduits à deux jours. En plus, les prototypes sont réalistes car le matériau injecté dans les moules imprimés en 3D est identique à celui utilisé dans le DM final.

Prototype de DM en polycarbonate fabriqué par Worrell à partir d'un moule imprimé en 3D.

Prothèses personnalisées

La fabrication additive sert aussi à produire directement des dispositifs médicaux, comme des prothèses. Jusqu'à récemment, celles-ci étaient relativement rudimentaires en termes de conception et de fonctionnalité. Mais les avancées technologiques récentes ont favorisé une nouvelle génération de prothèses moins onéreuses, et pourtant plus sophistiquées. Leur disponibilité a conduit les patients à demander des options spécifiques, ce qui a entraîné une explosion des accessoires médicaux et des modèles personnalisés.

L'UCF (University of Central Florida) est un bon exemple récent de cette tendance. Quelques étudiants en ingénierie y ont conçu un bras robotique personnalisé pour un garçon de six ans né sans bras droit. Grâce à la technologie de fabrication additive de Stratasys, l'UCF a pu imprimer la prothèse en 3D et réaliser rapidement plusieurs itérations de prototype pour l'adapter au corps du garçon, avant de fabriquer la prothèse finale, inspirée du superhéros Iron Man.

Prothèse imprimée en 3D par l'université UCF, inspirée sur super-héros Iron Man.

Guides chirurgicaux

Stratasys voit aussi ses imprimantes 3D de plus en plus souvent utilisées pour fabriquer des guides chirurgicaux, afin de réduire les coûts hospitaliers et la durée des interventions, et d'améliorer au final le soin apporté au patient. L'impression 3D s'avère en effet décisive dans la planification des interventions chirurgicales, en permettant la réalisation de modèles physiques de la zone affectée, en amont de la chirurgie. En convertissant les IRM du patient en modèles imprimés en 3D, les hôpitaux peuvent identifier des zones problématiques masquées, uniquement visibles aux rayons X. Et grâce à un modèle d'implant imprimé en 3D, les chirurgiens sont capables de définir avec précision la taille et la forme requises pour réparer la zone affectée. Cela permet de réduire des complications imprévues, contrairement à la tomodensitométrie.

Le cas de cette petite fille de deux ans, née avec une anomalie faciale sévère, connue sous le nom de dysplasie fronto-nasale, illustre les possibilités offertes. Cette anomalie a provoqué un élargissement des traits de son visage et de l'espace entre les yeux, avec pour résultat une déformation physique mais aussi une vue défectueuse. La technologie d'impression 3D de Stratasys a permis d'imprimer rapidement, et à peu de frais, un modèle précis de son crâne. L'équipe médicale a pu utiliser ce modèle pour planifier l'opération dans les moindres détails. Sans un guide chirurgical imprimé 3D, l'intervention chirurgicale aurait duré près de 24 heures, alors qu'elle n'aura finalement nécessité que 10 heures. Quand on connait le coût de la minute d'utilisation d'une salle d'opération, on comprend l'intérêt pour les hôpitaux de réaliser des interventions préparées sur un modèle imprimé en 3D.

Modèles d'organes pour l'apprentissage

L'impression 3D ne se limite pas à la table d'opération, car un certain nombre d'établissements médicaux utilisent des modèles imprimés en 3D pour former la prochaine génération de médecins et de chirurgiens, sur la façon de résoudre un problème. Par exemple, pendant une opération rénale, le flux sanguin ne peut être arrêté que 30 minutes, sinon le rein meurt. Auparavant, les chirurgiens devaient pratiquer des incisions sur le patient et localiser l'artère rénale au toucher, afin de s'assurer que le flux sanguin irrigue bien les parties saines de l'organe. Aujourd'hui, ils peuvent utiliser l'impression 3D pour réaliser une réplique de rein du patient, déterminer précisément où se trouve l'artère rénale et éviter tous ces problèmes. Certains hôpitaux sont ainsi parvenus à extraire la tumeur en interrompant le flux sanguin pendant à peine plus de 20 minutes.

Stratasys, D-77836 Rheinmünster, www.stratasys.com/fr