Entretien réalisé pour le numéro de mars/avril 2024, puis publié en ligne le 25 juillet 2024. Les propos et perspectives de l’intervenant sont replacés dans ce contexte ; les exemples de recherche ne valent pas validation clinique de chaque dispositif.
Au cours des sept dernières années, j’ai eu le plaisir de voir l’impression 3D de céramiques appliquée à des domaines de plus en plus variés : soins de santé et médecine, aérospatiale, énergie, architecture et même art. De tous ces domaines, je reste fascinée par les applications de cette technologie dans les domaines de la santé et de la médecine. Si vous vous intéressez de près ou de loin à l’impression 3D en céramique, vous savez probablement déjà que l’éventail des technologies d’impression 3D en céramique permettant de telles applications est très large. Mais pour être honnête avec vous, je dois probablement ma fascination pour ce secteur aux technologies de Lithoz – et je vais vous dire pourquoi.
Si vous êtes un lecteur régulier de 3D ADEPT Media, le nom de Lithoz vous dit probablement quelque chose. En 2024, l’entreprise compte plus d’une décennie d’activité et présente trois technologies : LCM, LIS et LSD Print. Elle a annoncé en novembre 2023 une prise de participation stratégique dans AMAREA Technology, et non le rachat intégral de cette société. Parmi ses domaines d’application figurent le médical, l’aérospatiale et les semi-conducteurs ; cet entretien porte sur les possibilités du LCM pour la santé.
Le LCM et les recherches multi-matériaux
La fabrication de céramiques par lithographie, ou LCM (lithography-based ceramic manufacturing), utilise une suspension de particules céramiques dans une résine photosensible, solidifiée par la lumière couche par couche. Après impression et nettoyage, le déliantage élimine le liant organique, puis le frittage densifie la céramique. Le choix des matériaux, le procédé et le dispositif fini doivent être évalués selon l’usage prévu, comme le rappelle le guide de production médicale de Lithoz.
Au fil des ans, l’entreprise autrichienne a élargi le champ d’application de cette technologie avec la mise sur le marché de nouveaux matériaux, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications en dentisterie. Dans ce qui est devenu notre traditionnel tête-à-tête, Daniel Bomze, directeur des solutions médicales, m’a expliqué ce qui se passe en coulisses depuis que l’entreprise a dévoilé son matériau à base de disilicate de lithium.
« Tout se résume en trois points principaux :
Tout d’abord, les applications d’impression 3D pour des restaurations dentaires hautement esthétiques avec notre matériau à base de disilicate de lithium gagnent du terrain dans le domaine dentaire. Nous continuons à recevoir un intérêt considérable pour ces applications dans le monde entier. Notre dernière participation au LMT Lab Day à Chicago témoigne de cet intérêt. Ce marché continuera à connaître une forte traction à l’avenir, car il met en évidence une nouvelle méthode de fabrication après des décennies dans ce domaine.
Nous avons également été impliqués dans plusieurs projets intéressants où nous avons pu repousser les limites de ce qui est possible avec notre impression 3D céramique multi-matériaux. »
La CeraFab Multi 2M30 a été lancée fin 2020, selon le communiqué de Lithoz publié en 2021. Elle permet de combiner deux matériaux au sein d’une même couche, afin d’associer différentes propriétés dans une pièce. Cette possibilité ouvre des pistes de conception ; elle ne garantit pas à elle seule les performances du composant fini.
« En ce qui concerne le domaine de la santé, nous nous sommes particulièrement concentrés sur les solutions de remplacement osseux multi-matériaux », explique Bomze. « Un exemple qui mérite d’être mentionné ici est l’augmentation mandibulaire après une atrophie osseuse qui, jusqu’à présent, a toujours consisté en un seul matériau. Normalement, vous avez un matériau de remplacement osseux et, par-dessus, vous avez toujours besoin d’une sorte de membrane pour empêcher la croissance prématurée des tissus mous.
En effet, si un tissu mou comme la gencive pousse dans l’échafaudage, il n’y aura pas d’espace résiduel pour l’os lui-même. Cela est possible parce que l’os se développe beaucoup plus lentement que les tissus mous. C’est pourquoi, dans le cadre d’un projet de recherche, nous avons combiné un matériau à résorption relativement rapide, comme le phosphate tricalcique, avec un autre très bon matériau bioactif, l’hydroxyapatite, sur l’enveloppe extérieure, afin d’obtenir une membrane en céramique. Cette membrane céramique doit empêcher la croissance des tissus mous pendant la phase de cicatrisation. Nous sommes très satisfaits des résultats obtenus jusqu’à présent ; nous espérons partager bientôt plus de détails sur ce projet.
Le troisième sujet qui a fait l’objet de beaucoup d’attention ces derniers temps est celui des outils chirurgicaux, tels que les fraises et les rasoirs, ainsi que d’autres applications similaires. Nous avons découvert que nous avions touché le point sensible de l’industrie, car il est souvent difficile d’obtenir une qualité élevée dans la fabrication traditionnelle, et nous sommes très fiers de pouvoir atteindre une productivité élevée avec une grande liberté de conception grâce à l’impression 3D de céramique », ajoute-t-il.
Le projet mandibulaire décrit ci-dessus était présenté comme un travail de recherche en cours. Les résultats détaillés et le statut de validation de ce dispositif ne sont pas fournis dans cet entretien.
Des applications aux exigences différentes
Les applications évoquées couvrent les modèles anatomiques, les outils et implants, ainsi que les supports céramiques destinés à la régénération osseuse. Il faut distinguer ces supports, fabriqués puis frittés, de la bio-impression de cellules vivantes : le procédé LCM décrit ici ne consiste pas à imprimer directement un tissu vivant.
Le niveau de maturité varie selon le dispositif. Les exemples de conception et les témoignages de cet entretien ne suffisent pas à démontrer une amélioration générale des taux de guérison ou de l’efficacité chirurgicale.
Ce que j’apprécie particulièrement dans l’approche de Lithoz, c’est que son équipe d’ingénieurs médicaux ne se contente pas de faire un effort supplémentaire pour améliorer le processus de fabrication, en tenant compte des limites des processus de fabrication conventionnels, mais qu’elle prend également en compte les limites existantes de sa technologie propriétaire. En fin de compte, ne dit-on pas : « Comparez-vous à ce que vous étiez hier » ?
Bomze souligne ici que « les outils chirurgicaux ont suscité un vif intérêt de la part des professionnels de la santé parce qu’il est désormais possible d’améliorer considérablement les propriétés mécaniques des céramiques haute performance imprimées en 3D. C’est quelque chose qu’il n’est pas facile d’obtenir par la fabrication conventionnelle, étant donné que les matériaux ne présentent pas toujours les propriétés souhaitées. »
Parlant de leur technologie LCM et de la façon dont ils ont été en mesure de pousser ses capacités, il ajoute : « Nous avons également pu élargir la fenêtre de traitement de certains de nos matériaux. Cela signifie qu’avec le même matériau, nous pouvons produire des pièces très délicates avec des caractéristiques minuscules ainsi que des pièces volumineuses qui sont vraiment robustes et destinées à des applications porteuses (une articulation artificielle de la hanche, par exemple). Il y a un an, nous aurions dit aux professionnels de la santé que cette « épaisseur de paroi » n’est pas possible à réaliser avec notre technologie LCM. Grâce aux progrès réalisés dans le domaine des matériaux, nous pouvons aujourd’hui mettre au point des articulations artificielles de la hanche sur mesure ou spécifiques au patient. »
Ces propos décrivent les possibilités de fabrication selon Lithoz. La réalisation d’une géométrie d’implant ne démontre pas, à elle seule, son autorisation de mise à disposition ou son bénéfice clinique.
Le shaver : intégrer plusieurs fonctions
Pour illustrer l’intégration de fonctions, Bomze prend l’exemple d’un shaver arthroscopique du genou. Il s’agit ici d’un exemple de conception d’instrument ; l’entretien ne permet pas de déterminer le traitement adapté à une lésion du ménisque ni d’affirmer qu’une intervention serait inévitable.
« Selon la manière dont le chirurgien utilise l’appareil, celui-ci va pénétrer dans le tissu ou retirer une quantité superficielle de tissu, tout le tissu retiré étant aspiré par le grand canal central. Cet outil spécifique comporte également plusieurs canaux de diamètres différents sur la face supérieure, qui servent à rincer le site de l’opération avec un liquide de rinçage, tandis que le canal central supérieur contient une fibre de verre (guide de lumière) pour éclairer la zone opératoire. Cela devrait permettre au chirurgien d’avoir une meilleure vue et un meilleur contrôle, et de n’enlever que ce qui est déchiré et non les tissus sains. La FA permettra de produire un outil aussi complexe tout en réduisant considérablement les étapes d’assemblage nécessaires ».
L’intérêt industriel mis en avant est de réunir des canaux d’aspiration, d’irrigation et un passage pour un guide de lumière dans une géométrie complexe, avec moins d’assemblages. Lithoz présente ces fonctions dans son exemple de shaver arthroscopique. Aucun résultat comparatif fourni ici ne démontre une réduction des cicatrices ou une durabilité maximale.
Selon le matériau et la pièce, une voie conventionnelle peut associer mise en forme, traitements thermiques et usinage. Le pressage isostatique à chaud (HIP) est un traitement de densification sous température et pression : ce n’est pas une opération de fraisage. Son recours doit être distingué des éventuelles finitions par usinage.
Organiser une production médicale reproductible
L’exemple de Bomze m’a amenée à m’interroger sur les exigences d’une usine de FA dans le médical. Nous couvrons habituellement la fabrication additive dans un cadre industriel ; je souhaitais comprendre ce que la fabrication de dispositifs médicaux change dans cette organisation.
« Tout d’abord, les chirurgiens obtiennent leurs pièces imprimées en 3D auprès des fabricants d’appareils médicaux, qui restent les principales cibles de Lithoz dans ce secteur », précise Bomze. « Ceci étant dit, il existe une grande variété d’entreprises qui seraient en mesure de construire une usine de FA pour les dispositifs médicaux. »
Cette chaîne comprend l’imprimante, les équipements de nettoyage, de déliantage et de frittage, ainsi que les matériaux adaptés. La biocompatibilité d’une matière première ne dispense pas d’évaluer le dispositif fini. Le guide du fabricant distingue qualification des équipements, validation du procédé, contrôle qualité et traçabilité.
« Ce qu’il faut retenir, c’est que cette usine d’AM – si elle est composée du bon équipement – vous permettra d’atteindre la liberté de conception tout en économisant du temps et des coûts là où c’est nécessaire. Il ne s’agit pas seulement de l’imprimante 3D, mais aussi de normes de qualité de A à Z qui peuvent vous aider à obtenir des résultats prévisibles et reproductibles dans la production en série.
Ce que nous avons appris au cours des 13 dernières années, c’est qu’un résultat prévisible et reproductible est important pour la plupart de nos clients. C’est encore plus important dans la fabrication de dispositifs médicaux, car les fabricants de pièces doivent obtenir le même résultat à chaque fois. Dans cette optique, il est de notre devoir, en tant que fabricants d’usines de FA, d’offrir la possibilité d’une documentation automatisée du processus de production, ainsi que des conceptions intelligentes de nos appareils et logiciels afin d’éviter les erreurs humaines ».
L’éventail de technologies et de matériaux de Lithoz vise également d’autres secteurs que la santé. L’adéquation d’une solution doit être examinée pour les exigences de production concernées.
Même si les comparaisons de coûts et de performances entre une usine de FA de Lithoz et une autre usine (utilisant des processus de fabrication conventionnels ou d’autres technologies de FA) sont trop vastes et complexes pour être abordées dans cet article, je crois fermement que les applications discutées aujourd’hui et les partenariats que l’entreprise signe continuellement dans l’industrie des soins de santé témoignent du potentiel de ses solutions.
En fin de compte, qu’il s’agisse de restaurations dentaires, d’outils chirurgicaux ou d’implants, le parcours de Lithoz montre que des progrès sont réalisés dans la recherche et l’application de la technologie d’impression 3D de céramiques dans le secteur de la santé. Le fait d’avoir pu assister à son développement, étape par étape, me conforte dans l’idée que ses meilleurs jours sont encore à venir.
Ce contenu a été produit en collaboration avec Lithoz.
Note de relecture : la date de lancement a été corrigée en 2020 dans la version française ; la prise de participation, le déliantage et le rôle du HIP ont été précisés. La traduction de « comparably fast resorbing » a été rectifiée. Les possibilités techniques ont été distinguées des bénéfices cliniques non démontrés dans cet entretien.
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