L’impression 3D en odontologie

Introduction :

Depuis de nombreuses années, le secteur dentaire est en pleine mutation, grâce au mouvement de la dentisterie digitale.
La fabrication additive en particulier a permis à l’industrie dentaire de développer son utilisation des technologies numériques.
En effet, le secteur dentaire est un marché porteur de la technologie de l’impression 3D car elle répond à la problématique du sur-mesure.

Quelques chiffres clés

En 2015, le marché de l’impression 3D pour l’industrie dentaire pesait 780 millions de dollars. Selon le cabinet Smartech Publishing, leader dans la création d’études de marchés relatives à la fabrication additive, le secteur médical dentaire compris, représente 11,3 % des utilisateurs des technologies de fabrication additive.
Le cabinet rapporte également que le marché de l’impression 3D dentaire atteindra plus de 3,1 milliards de dollars en 2020. En effet, ce marché connait une très forte croissance annuelle estimée à plus de 35% et devrait atteindre les 9,5 milliards de dollars d’ici 2027.
Tous ces chiffres prometteurs montrent toutes les opportunités de la fabrication additive dans ce secteur.
Dans cet article sur l’impression 3D en dentaire, nous détaillons les techniques, matériaux et principaux usages des technologies d’impression 3D en dentisterie, nous expliquons les avantages de l’impression 3D en dentaire et leurs inconvénients et nous clôturons par les perspectives de cette technique novatrice.

Les technologies d’impression 3D en dentaire : différents procédés et matériaux

En industrie, la fabrication additive est un procédé de mise en forme d’une pièce par ajout de matière en empilant des couches successives. L’impression 3D n’est que l’appellation grand public qui regroupe tous les procédés additifs.
En industrie dentaire, plusieurs technologies et matériaux sont employés en fabrication additive.
Le processus de mise en forme peut être physique (fusion suivie par une solidification, frittage) ou chimique (photopolymérisation).
Le choix de la technique est conditionné par l’application recherchée.
Ci-dessous les principaux procédés utilisés en dentisterie.

Le FDM (Fused Deposition Modeling)

La technique consiste au dépôt d’un filament thermoplastique chauffé à la T° de plasticité du polymère fondu. La mise en forme dans ce cas est physique et utilise des matériaux thermoplastiques (ABS ou PLA).
Le FDM a l’avantage de produire des pièces avec un coût faible ne nécessitant aucun post-traitement. Toutefois, on lui reproche son manque de rapidité, de précision et de biocompatibilité. Il n’est donc adapté que pour créer des maitre modèles dentaires pour thermoformer des gouttières d’alignement orthodontique, des gouttières de contention ou de blanchiment.
Or, avec l’émergence du nouveau matériau thermoplastique : le PEEK (PolyEtherEtherKetone), ce procédé permettrait de produire des solutions dentaires biocompatibles et particulièrement des prothèses partielles amovibles. Ce matériau approuvé FDA, présente une excellente résistance chimique et mécanique tout en étant léger afin d’améliorer le confort du patient. La prothèse exempte de métal a l’avantage d’être gustativement neutre.

La photopolymérisation

C’est le principal procédé de fabrication additive utilisé dans le secteur dentaire. C’est un procédé chimique utilisé en technique SLA (Stéréolithographie) et DLP (Digital Light Processing).
La SLA consiste à la formation d’un modèle 3D par couches successives grâce à un laser qui balaye chaque couche dans un bain de liquide photosensible et le polymérise. Les matériaux utilisés sont les élastomères et plastiques thermodurcissables.
Cette technologie offre une résolution et précision nettement plus élevées que celle du FDM, avec des matériaux biocompatibles, en l’occurrence des résines liquides approuvés par le CE / FDA. La finition est beaucoup moins complexe, ce qui réduit le temps de fabrication.
Grace à cette technologie, il est possible de changer de matériau pour une application différente. Elle trouve alors son application dans la confection de guides chirurgicaux, de prothèses provisoires, d’éléments calcinables comme les corps de stellites…

La fabrication additive métal

Représentée principalement par le SLM (Selective Laser Melting ou Fusion Laser) et le SLS (Selective Laser Sintering ou Frittage Laser), trouve son indication dans la production d’implants, de stellites ou de chapes en Nickel-Chrome.
Cette technologie nécessite une production soutenue pour amortir des investissements considérables.
Par ailleurs, les machines métal nécessiteront parfois un travail de post-traitement plus important, réduisant alors la productivité, mais en termes de coût par unité, elle demeure nettement plus intéressante.

Procédé Matériaux
Selective Laser Melting (SLM)
Ou Fusion Laser Métaux +++
Plastiques
Céramiques
Selective Laser Sintering (SLS)
Ou Frittage Laser Métaux +++
Thermoplastiques (polycarbonate, polyamides, chlorure de polyvinyle)
Céramiques
FDM Fused Deposition Modeling Thermoplastiques (ABS ou PLA)
Stéréolithography (SLA) Élastomères et plastiques thermodurcissables

Les applications de l’impression 3D en dentisterie

L’impression 3D a été principalement adoptée par les professionnels du monde dentaire pour confectionner des guides chirurgicaux, des gouttières dentaires personnalisées, des pièces en résine calcinable ou empreintes pour moulage et des couronnes dentaires temporaires.
Les applications de l’impression 3D en dentaire peuvent être classées en trois catégories :

Fabrication directe de dispositifs dentaires sur-mesure :

Principalement des guides chirurgicaux implantaires qui permettent de guider le chirurgien lors du forage et ainsi respecter la planification pré-implantaire numérique notamment la localisation, l’angulation et la profondeur des implants.
Il est également possible d’imprimer en 3D avec des résines biocompatibles de classe III des gouttières parfaitement adaptées à la bouche du patient et confortables, entre autres les gouttières de blanchiment, de bruxisme, d’application de gel fluoré.
L’impression 3D permet aussi de confectionner des dispositifs utilisés en ODF comme les gouttières d’alignement, de transfert, les guides d’ostéotomie et les guides de repositionnement et toute sorte d’orthèses et appareils d’interception.
On peut également imprimer en 3D des appareils pour la chirurgie maxillo-faciale (Génio-plastie, rhinoplastie, épithèses).
Impression 3D d’empreintes pour moulages dentaires en utilisant la technique de la cire perdue
Une version en 3D de la prothèse dentaire (couronne, bridge…) imprimée en résine calcinable est utilisée pour fabriquer un moule personnalisé en utilisant la technique de la cire perdue. La prothèse finale est obtenue en coulant le matériau désiré (céramique, métal…) dans ce moule.

Figure 1 Une couronne dentaire imprimée en 3D (technique de cire perdue)

Fabrication directe de restaurations et prothèses dentaires

Grâce à l’impression 3D, il est possible de confectionner des facettes dentaires, couronnes et bridges provisoires avec des résines biocompatibles. Ces restaurations sont parfaitement ajustées à la bouche du patient grâce à la haute précision du scan 3D et des imprimantes 3D résine SLA ou DLP.
Cependant, il faut noter qu’il n’est pas encore possible d’imprimer en 3D directement des couronnes ou prothèses dentaires permanentes en résine ou en céramique.
La fabrication additive métal permet de produire directement des couronnes, bridges et implants dentaires, ainsi que la partie métallique de stellites dentaires et la base des prothèses complètes amovibles.

A chaque application sa technique

Application Technique
Guides chirurgicaux SLA

Prothèses provisoires SLA
Orthèses ODF, appareils d’interception, Gouttières dentaires, Modèles SLA

Chirurgie maxillo-faciale (Génio-plastie Rhinoplastie, épithèses) et ODF : Guide d’ostéotomie et guide de repositionnement exp : ortho-chirurgies Lefort , reconstruction mandibulaire… SLA

Bases des prothèses complètes amovibles

FDM
Châssis métallique des prothèses partielles amovibles Fabrication additive métal

Les avantages de l’impression 3D pour le secteur dentaire

Aujourd’hui, au laboratoire de prothèse il est fréquent de voir coexister des solutions à la fois soustractive et additive dans une stratégie de flux de travail numérique.
Le recours à l’impression 3D, en complément des méthodes d’usinage classiques présente beaucoup d’avantages.

Un processus de fabrication dématérialisé et simplifié

Traditionnellement, les prothèses étaient le fruit de la collaboration du dentiste et du prothésiste. L’avènement des technologies numériques vient chambouler cette organisation classique en dématérialisant totalement les processus de travail.
Ces deux acteurs du monde dentaire s’inscrivent ainsi dans une démarche de modernisation de leurs outils de pointe, tout en conservant leur savoir-faire qui reste primordial.
En utilisant la fabrication additive, il est possible de simplifier la chaîne de production grâce au flux numérique, d’optimiser les conditions et de réduire les cycles de fabrication des prothèses et moules dentaires et donc les étapes délicates de travail manuel.

Rapidité

De l’empreinte dentaire numérique à la fabrication par impression 3D, le processus tout numérique ne prend que quelques heures de travail au lieu de quelques jours traditionnellement. Les délais de fabrication ainsi réduits permettent dans certains cas de ne faire venir le patient qu’une seule fois.
En réduisant le temps humain, le recours à la fabrication additive permettrait de le recentrer sur un travail à forte valeur ajoutée et d’augmenter considérablement la productivité.

Rentabilité

Le ROI de l’impression 3D est important, ce qui explique son adoption par un grand nombre de chirurgiens-dentistes et prothésistes partout dans le monde.
Aujourd’hui, plus de 50% des laboratoires de prothèse Français sont équipés de scanners 3D, d’usineuses et 20% d’imprimantes 3D leur permettant d’accroitre leur CA de 70%.
La fabrication par ajout de matière est en effet très rentable car plusieurs prothèses peuvent être imprimées simultanément, permettant de réaliser des économies d’échelle en termes de temps et de cout.

Pièces de haute précision

Les techniques de fabrication par ajout de matière apporteraient davantage de précision.
La qualité des pièces fabriquées n’a en effet rien à envier à celles produites par les méthodes conventionnelles de l’industrie dentaire.
Le principal intérêt de l’impression 3D consiste en sa capacité à produire des pièces personnalisées et sur-mesure.

Avantages pour le patient

L’utilisation combinée des techniques numériques permet de produire des dispositifs et prothèses dentaires personnalisés en un temps record ce qui augmenterait le confort du patient mais aussi l’efficacité de son traitement.

Aspect écologique

Les technologies additives sont connues pour leur faible consommation énergétique. Elles sont peu polluantes et impactent moins l’environnement.
Les matériaux qu’elles utilisent sont généralement biodégradables et recyclables et donc plus durables.

Inconvénients

Certes les technologies 3D présentent des avantages non négligeables, toutefois leur adoption peut effrayer certains praticiens longtemps habitués à travailler avec les méthodes traditionnelles.
En effet, le passage au numérique nécessite d’accorder une certaine confiance à ces procédés. Dentistes et prothésistes convertis sont contraints de s’équiper du matériel nécessaire dont l’utilisation requiert une nouvelle organisation et logique de travail ainsi qu’une formation pour maitriser logiciels et appareils.

Perspectives

SmartTech Publishig explique que les solutions d’impression 3D résine dont le prix est inférieur à 5000$ joueront un rôle majeur dans la croissance de l’impression 3D sur le marché dentaire.
Le cabinet estime qu’au cours des deux dernières années la société Formlabs a augmenté sa part de marché de plus de 20 fois avec son imprimante 3D Form 2 et ses résines dentaires certifiées.
SmarTech affirme que pendant ces dix prochaines années, la fabrication additive deviendra la principale méthode de production pour toutes les restaurations dentaires, couvrant à terme toute la gamme de prothèses dentaires et particulièrement la fabrication additive métal devrait jouer un rôle important dans ce secteur, notamment pour la production d’implants en métal direct.
Le rapport estime que d’ici 2024, l’impression 3D métal externalisée pour fabriquer ces implants dépassera le milliard de dollars.

Conclusion

L’impression 3D avec sa panoplie de techniques et matériaux s’est imposée dans le secteur dentaire grâce à sa flexibilité dans la production, son efficacité, sa rapidité et sa précision.
Les techniques additives permettent d’optimiser les process de fabrication de prothèses et différents appareillages dentaires longtemps dominés par la technologie d’usinage sans pour autant compromettre la qualité finale des produits.
Leur principal intérêt réside en la fabrication de dispositifs sur-mesure, problématique principale en médecine et particulièrement en dentaire.
Tous les chiffres montrent que le développement du marché dentaire est prometteur et permet de tirer un maximum de profit des techniques numériques.