4 façons dont l'impression 3D transforme l'industrie médicale

L'industrie médicale est l'un des secteurs de la fabrication additive à la croissance la plus rapide et est utilisée pour une gamme d'applications, des implants spécifiques au patient aux prototypes fonctionnels réalistes et aux outils médicaux avancés. Et avec plus de 97 % des professionnels de la FA médicale confiants que l'utilisation de la fabrication additive continuera d'augmenter (sondage SME 2017 Medical AM/3DP), la technologie recèle un potentiel énorme dans des domaines tels que la bio-impression et d'autres applications médicales.

Dans le cadre de notre série explorant l'impact de la fabrication additive sur diverses industries, nous examinons aujourd'hui les applications actuelles de l'impression 3D dans le secteur médical et comment la technologie devrait évoluer.

Comment l'industrie médicale utilise-t-elle l'impression 3D ?

Personnalisation

La demande de moyens plus rapides et plus rentables de produire sur mesure produits est l'un des facteurs clés de l'adoption de l'impression 3D dans le secteur médical. Grâce à une plus grande liberté de conception et à la possibilité de produire des pièces et des composants très complexes, la fabrication additive offre une solution idéale aux besoins de l'industrie médicale, et est donc en train de changer la façon dont les dispositifs médicaux sont fabriqués.

Avant tout, la fabrication additive simplifie le processus de conception et de fabrication de dispositifs personnalisés. Chaque patient étant différent, les dispositifs médicaux, tels que les prothèses et les implants, doivent être personnalisés pour répondre aux besoins du patient en question.

Traditionnellement, la fabrication de dispositifs médicaux complexes était un processus long et coûteux, nécessitant un outillage coûteux. Cependant, avec les progrès de la fabrication additive, il est désormais beaucoup plus rentable de produire des dispositifs médicaux complexes, car la technologie ne nécessite pas d'outillage. En plus de cela, la liberté de conception offerte par la technologie AM signifie qu'il est désormais possible de produire des dispositifs complexes qui étaient auparavant impossibles avec les méthodes de fabrication traditionnelles.

Vitesse de mise sur le marché plus rapide

Un autre avantage de la fabrication additive est la rapidité avec laquelle il est possible de concevoir et de produire des pièces. Si un dispositif imprimé en 3D nécessite des itérations de conception, cela peut être fait en quelques heures, ce qui réduit considérablement le délai de mise sur le marché des nouveaux dispositifs médicaux.

En termes de matériau, les systèmes d'impression 3D utilisés pour les applications médicales peuvent également prendre en charge une gamme de matériaux biocompatibles, qui peuvent résister à la stérilisation par rayonnement gamma et oxyde d'éthylène. De tels matériaux sont particulièrement bien adaptés aux applications où la compatibilité avec les tissus humains est une nécessité, telles que les implants dentaires. L'impression multi-matériaux est également une possibilité émergente, et cette méthode peut être utilisée pour créer des modèles humains réalistes avec différents matériaux représentant des organes, des os et des tissus mous.

4 cas d'utilisation pour l'impression 3D médicale

1. Recherche et développement médicaux

Les prototypes imprimés en 3D peuvent grandement contribuer à la recherche médicale en fournissant des modèles et des prototypes anatomiques réalistes. Et comme l'impression 3D accélère le cycle de conception des produits, les ingénieurs biomédicaux peuvent désormais créer des modèles et des prototypes beaucoup plus rapidement. Par exemple, des modèles imprimés en 3D de tumeurs cancéreuses ont été créés pour aider les professionnels de la santé à mieux comprendre comment les tumeurs se développent et se propagent, ainsi que pour le dépistage des médicaments contre le cancer. L'usinage ou le moulage par injection de ce type de prototypes serait peu pratique, car ces technologies ne peuvent pas offrir les mêmes itérations rapides et la même complexité de conception que la fabrication additive.

2. Tests précliniques et planification

Les modèles imprimés en 3D permettent également aux médecins de visualiser l'anatomie du patient et d'évaluer directement des pathologies complexes, en surmontant les défis des images numériques qui manquent de réalisme en 3 dimensions. Et grâce aux progrès de l'impression 3D multi-matériaux, des modèles fabriqués de manière additive composés de différents matériaux peuvent être créés pour reproduire les caractéristiques des tissus et des os humains. Cette méthode peut aider les chirurgiens à planifier une opération à l'avance et à améliorer la précision chirurgicale et les résultats postopératoires.

3. Dispositifs médicaux

Le marché mondial des dispositifs médicaux imprimés en 3D devant atteindre plus d'un milliard de dollars d'ici 2026 (Future Market Insights), la fabrication additive offre une valeur significative pour la production de produits médicaux personnalisés. Qu'il s'agisse d'implants de forme complexe, de prothèses personnalisées et d'aides auditives ou d'outils adaptés, la fabrication additive permet la production de dispositifs uniques qu'il serait difficile de fabriquer en utilisant la fabrication traditionnelle.

Implants imprimés en 3D

Aujourd'hui, l'un des segments les plus dynamiques de la fabrication additive médicale est celui des implants imprimés en 3D. Les progrès de la FA ont permis la production d'implants adaptés à l'anatomie du patient. De plus, avec des matériaux biocompatibles tels que les alliages de titane et de cobalt-chrome, les implants orthopédiques et crâniens imprimés en 3D peuvent être fabriqués avec la bonne rugosité de surface, ce qui permet de réduire les taux de rejet. La possibilité de créer des conceptions topologiquement optimisées signifie également qu'un implant peut être conçu avec une géométrie organique complexe et un poids réduit.

Prothèses

L'impression 3D a également un impact énorme dans la production de prothèses abordables mais très précises. En utilisant des méthodes de fabrication traditionnelles, la création d'un appareil répondant aux besoins d'un patient peut prendre des semaines. Aujourd'hui, ce n'est plus le cas, car la fabrication additive de prothèses prend beaucoup moins de temps et, dans de nombreux cas, peut être produite à une fraction du coût des prothèses fabriquées traditionnellement. L'impression 3D a été utilisée pour tout produire, des prothèses de mains, de jambes et d'appareils orthodontiques aux prothèses faciales et crâniennes complexes.

Aides auditives

L'industrie des prothèses auditives est un autre secteur qui a été transformé par l'avènement de l'impression 3D, avec plus de 90 % de toutes les prothèses auditives créées à l'aide de la technologie AM, en particulier la stéréolithographie (SLA). SLA offre la production rapide de formes organiques et ainsi qu'un haut niveau de précision, idéal pour la personnalisation.

Dentaire

Selon un récent rapport de SmartTech Publishing, le marché dentaire atteindra 9,5 milliards de dollars d'ici 2027. Aujourd'hui, les laboratoires dentaires peuvent fabriquer de manière additive des ponts, des aligneurs, des couronnes, des appareils orthodontiques et des modèles en pierre, qui peuvent être personnalisés pour s'adapter au brevet.

Instruments médicaux

La fabrication additive peut également être utilisée dans le secteur médical pour fabriquer des outils auxiliaires tels que des gabarits et des montages. Les instruments médicaux imprimés en 3D peuvent être livrés rapidement et à la demande, permettant des soins avancés aux patients.

4. Marketing médical et éducation

L'utilisation de la fabrication additive dans le secteur médical ne se limite pas à la planification des opérations et à la fabrication. Le marketing médical bénéficie des modèles imprimés en 3D, qui peuvent être utilisés par les prestataires médicaux pour démontrer le fonctionnement d'un nouveau dispositif médical. Et comme la FA est bien adaptée à la production à faible volume, les modèles imprimés en 3D sont un choix rentable pour les facultés de médecine, où les étudiants peuvent bénéficier d'une formation et d'une pratique améliorées à l'aide de répliques anatomiques imprimées en 3D.

Regarder vers l'avenir

L'avenir de la fabrication additive au sein de l'industrie médicale est prometteur, la bio-impression 3D des tissus et organes fonctionnels recevant une grande attention.

La technologie de bioimpression est actuellement utilisée pour aider à la recherche de médicaments et de pilules, avec des cas d'utilisation importants en médecine régénérative. Des chercheurs de l'Université de Harrisburg, par exemple, utilisent l'impression 3D pour fabriquer des greffes de peau de contours adaptés à partir de cellules humaines, et des scientifiques de l'Université d'Oxford ont mis au point une nouvelle méthode pour imprimer des cellules en 3D afin de former des tissus vivants. Ces tissus artificiels imitent la physiologie des structures cellulaires naturelles, qui peuvent potentiellement être utilisées pour créer des modèles de tissus pour les tests cliniques. Bien que l'objectif ultime d'imprimer des tissus vivants transplantables soit toujours un défi, la technologie a un potentiel énorme pour les soins de santé.

De nombreuses recherches sont également menées sur l'impression 3D et l'administration de médicaments à libération prolongée. Avec la technologie d'impression 3D, plusieurs médicaments pourraient être imprimés dans une seule pilule, puis libérés à un moment précis, éliminant ainsi le besoin pour les patients de prendre plusieurs médicaments. Les chercheurs du MIT ont déjà fait des progrès notables dans ce domaine, ayant développé une nouvelle méthode de fabrication additive pour fabriquer des médicaments et des vaccins, qui peuvent libérer plusieurs doses d'un médicament sur une période de temps contrôlée.

Défis à venir

Malgré ces avancées remarquables, la fabrication additive au sein de l'industrie médicale est toujours confrontée à certains défis. Les réglementations relatives aux dispositifs médicaux imprimés en 3D constituent l'un de ces défis, les fabricants de dispositifs médicaux étant tenus de respecter des exigences strictes.

Cependant, la fabrication additive s'est profondément enracinée dans l'industrie médicale et à mesure que la technologie mûrit et que les connaissances s'étendent, elle finira par entraîner des coûts inférieurs et des applications plus avancées telles que l'impression 3D d'organes et de tissus.

C'est la deuxième de notre série Industrie et AM — pourquoi ne pas consulter notre dernier article sur la façon dont AM est impactant le secteur de la construction  ?