S’il y a un domaine dans lequel l’impression 3D médicale diffère de l’impression 3D générale, c’est bien celui de la responsabilité. Le terme n’a jamais été aussi controversé que dans ce domaine. En effet, les modèles médicaux et de santé imprimés en 3D peuvent entraîner diverses formes de problèmes de responsabilité et, étonnamment, une façon d’éviter les problèmes de responsabilité dans le cas de l’impression 3D et de la fabrication additive est de s’assurer que le post-traitement a été effectué correctement.

La plupart du temps, nous parlons habituellement des défis du post-traitement dans des industries exigeantes telles que l’aérospatiale, l’espace ou même l’automobile. La réalité montre que toute fabrication utilisant la fabrication additive peut nécessiter une forme de post-traitement, ou « pré-post-traitement », selon les mots du CEO de Solukon, Andreas Hartmann.

Dans l’industrie de l’impression 3D médicale, cette étape est encore plus complexe car les professionnels fabriquent des pièces complexes qui sont souvent intégrées au corps humain. Les risques qui peuvent survenir dans un environnement aussi vital conduisent souvent à des défis plus importants, comme l’explique la société française Coulot Décolletage.

Image via Coulot Décolletage

Fondée en 1985, Coulot Décolletage fournit aux entreprises aérospatiales divers composants qu’elle fabrique en utilisant des procédés de fabrication conventionnels. Une décennie plus tard, en 1996, la société franchit une étape fondamentale et décide d’orienter son offre de produits vers l’industrie médicale. Plusieurs certifications et diverses collaborations avec des groupes internationaux de distribution médicale en poche, Coulot Décolletage est aujourd’hui reconnue pour sa capacité à fabriquer des produits complexes dont des prothèses médicales ou des implants pour le rachis, l’orthopédie et la neurologie.

En 2016, la société commence à intégrer la fabrication additive dans son flux de production. Satisfaite des résultats, elle a progressivement constitué son portefeuille de production de fabrication additive. Aujourd’hui, avec deux imprimantes 3D de fabrication additive métallique et un système d’impression 3D polymère, le fabricant de pièces médicales peut produire des pièces complexes, améliorer l’ostéointégration et économiser du temps et des coûts de production.

« Cette technologie a ouvert de nouvelles voies pour le développement de produits. En effet, les conceptions sont plus optimisées et le matériau n’est utilisé que pour sa stricte utilité », déclare Saby Eric, responsable Fabrication Additive chez Coulot Décolletage.

Ce que l’équipe de Coulot Décolletage ne savait pas, c’est les défis qu’elle allait rencontrer après le processus d’impression.

LE RESPECT DE LA RÉGLEMENTATION MAIS PAS SEULEMENT…

Tout d’abord, comme le décrit le numéro de mars/avril de 3D ADEPT Mag, plusieurs considérations doivent être prises en compte avant d’investir dans des technologies de fabrication additive. Pour rappel, ces considérations se répartissent en quatre grands domaines clés qui comprennent les coûts des machines et de l’outillage, l’environnement de production, la conception pour la fabrication additive et les étapes qui suivent le processus d’impression (mieux connu sous le nom de post-traitement).

Dans le cas de notre entreprise française, l’environnement de production et l’étape de post-traitement étaient encore plus cruciaux car l’entreprise traite des matériaux complexes.

En raison de la manipulation de poudres complexes dans leur environnement de travail, et pour respecter l’arrêté du gouvernement Français du 5 décembre 2016, le « premier défi était de mettre en place un bâtiment qui réponde à toutes les exigences réglementaires liées aux poudres », explique l’entreprise.

Une fois cela fait, le défi suivant s’est présenté : l’élimination des résidus de poudre dans les structures internes des pièces fabriquées à l’aide de la FA.  « Les pièces produites par la fabrication additive contiennent toujours des résidus de poudre que nous ne pouvons pas éliminer manuellement. De plus, les géométries complexes ne facilitent pas le « processus de dépoudrage ». Nous devons donc « dépoudrer » notre pièce avant le traitement thermique, sinon la poudre sera frittée dans la pièce et celle-ci sera jetée. [Sans oublier que conformément aux] exigences médicales, nous devons travailler sur des pièces propres et sans poudre. C’est la raison pour laquelle nous nous sommes tournés vers Solukon, une société qui propose des machines de dépoudrage », ajoute le responsable de FA de Coulot Decolletage.

« UN DEPOUDRAGE EFFICACE DOIT ÊTRE APPLIQUÉ »

Images via Solukon – Intérieur de la machine de post-traitement

Solukon a acquis une vaste expérience dans diverses applications d’élimination des poudres dans différents secteurs. Grâce à sa technologie d’élimination automatisée des poudres, le fabricant vise à combler le fossé entre la fabrication et le post-traitement.

L’entreprise utilise le SFM-AT-300 pour éliminer la poudre restante sur la pièce. Cependant, l’élimination manuelle de cette poudre a pris beaucoup de temps pour Coulot Decolletage.

En effet, avant l’intégration de la technologie de Solukon dans son portefeuille de production, Coulot Decolletage avait l’habitude d’utiliser le revêtement manuel de la poudre pour cette tâche. Non seulement cette méthode est « évidemment insuffisante », mais elle « ne peut être répétée sur 1000 pièces » comme l’explique Saby Eric.

Imaginez un scénario dans lequel une cage intervertébrale imprimée en 3D contient encore beaucoup de poudre après l’étape de fabrication et les dommages qu’elle peut causer dans un corps humain si cette étape de post-traitement n’est pas correctement respectée, et les problèmes légaux qui s’en suivraient. Par conséquent, pour éviter que cette poudre ne se fritte dans la structure du treillis, il est crucial de l’éliminer entièrement.

L’un des avantages apportés par Solukon à cet égard est l’automatisation. « La machine est facile à utiliser, efficace pour dépoussiérer les pièces et sûre pour les matériaux ATEX comme le titane », complète l’opérateur.

Ce que l’entreprise apprécie le plus, c’est « le système de vibration couplé à la rotation de la plate-forme sous inertage ».

L’UNICITÉ DES APPLICATIONS MÉDICALES

Contrairement à d’autres secteurs, les applications de la fabrication additive dans l’industrie médicale doivent répondre aux exigences les plus strictes. La précision des pièces, la propreté et même la conformité aux réglementations et aux normes médicales par pays ne sont que quelques-unes des caractéristiques clés qui permettent au processus de fabrication dans ce domaine de se démarquer.

Il est intéressant de noter que la fabrication additive s’avère être le candidat idéal pour la production de certaines pièces. Les pièces qui doivent être personnalisées pour s’adapter au corps d’un patient, par exemple, les pièces qui intègrent des géométries complexes ou les pièces ayant des formes et des structures bioniques sont mieux produites par FA.

Le seul bémol est que, « plus les structures des composants sont complexes, plus la tâche de répondre aux exigences d’un nettoyage rapide et fiable est complexe. Les matériaux utilisés, tels que le titane, répondent à toutes les exigences mais sont coûteux et difficiles à manipuler en raison de leur inflammabilité », explique Hartmann, co-fondateur et directeur technique.

La méthode de nettoyage de Solukon répond à ces problèmes avec ses systèmes. En utilisant le système de l’entreprise, l’opérateur collecte la poudre libérée lors du nettoyage pour la réutiliser.

En outre, Solukon a également pu s’attaquer à une autre particularité de l’impression 3D médicale : la taille des composants.

Comme les pièces produites pour l’industrie médicale sont généralement petites, il est possible de disposer plusieurs pièces sur le plateau de construction. La production de plusieurs pièces de cette façon, est généralement effectuée avec une petite dimension Z, ce qui peut conduire à des temps de production courts mais peut augmenter le besoin de déballage et de nettoyage rapides.

Andreas Hartmann (gauche) et Michael Sattler – au milieu, ma amchine de post-traitement SFM-AT-200

Pour remédier à cette limitation, Solukon a développé le système SFM-AT200. Ce système, qui convient particulièrement bien aux applications médicales, « se caractérise par une chambre de traitement géométriquement optimisée, qui est inondée de gaz protecteur en très peu de temps. Ainsi, le temps de nettoyage, y compris les temps improductifs tels que le chargement et l’inertage de la chambre, peut être réduit à quelques minutes. Les processus de nettoyage en série sont maintenant facilement possibles », explique Hartmann.

« La conception simple et compacte permet d’économiser à la fois l’espace d’installation, le gaz inerte et les coûts d’acquisition. Grâce à la bonne accessibilité pour le nettoyage et le changement de filtre, un changement de matériau peut également être effectué en peu de temps. Compte tenu des exigences de la production de FA médicale, le SFM-AT200 est un candidat idéal pour les applications médicales », ajoute Michael Sattler, directeur des ventes mondiales.

Il n’est pas facile de résoudre un problème d’enlèvement de poudres. Un environnement de fabrication constant sera inutile si l’automatisation des opérations de post-traitement reste un obstacle. En fin de compte, la solution de post-traitement appropriée mise en place ouvre la porte à un degré élevé de répétabilité et de productivité dans un environnement de production. Plus important encore, pour une industrie aussi vitale que le secteur médical, elle conduit d’une manière ou d’une autre à la mise au point de dispositifs médicaux suffisamment conformes pour être insérés dans le corps humain, et ceci devient une question de responsabilité. 

Cet article a initialement été publié dans le numéro de mai/juin de 3D ADEPT Mag. Le 10 septembre à 14:45 – 15:30 CET, lors de la journée Additive-Talks, Solukon discutera des « Coûts et considérations pour investir dans un système de fabrication additive » et le 24 septembre à 17:00 PM CET, la société organisera un webinaire sur les applications médicales dans l’industrie de la FA. N’oubliez pas de réserver votre place pour en savoir plus sur l’expertise de l’entreprise dans le domaine de la fabrication additive.