Bridge auto-réglable. 1. La génèse du produit : Un collaboration tripartite. Bridge auto-réglable

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1 1 Dynadent Mulhouse Abd al Kadir Maadi Gérant Plateforme Technologique Protoypage Microtechniques Thierry Tripard - Animateur Bridge auto-réglable BTS Conception et Industrialisation en Microtechniques Lycée Edgar Faure Morteau Philippe Jeannerod Enseignant Thierry Vernier - Enseignant Quentin Boillot - Etudiant Guillaume Nicod - Etudiant Thomas Pawlak - Etudiant 1. La génèse du produit : Un collaboration tripartite Dynadent est une société basée à Mulhouse (68000) et spécialisée dans le commerce et la diffusion de produits pharmaceutiques. Cette société a été fondée en juin Parallèlement à l activité commerciale, les dirigeants de cette société souhaitent développer leurs propres produits dans le domaine de la chirurgie dentaire. M. Maadi, responsable de Dynadent a contacté la section de BTS CIM du Lycée Edgar Faure de Morteau par l intermédiaire de la Plateforme Technologique Prototypage Microtechniques, pour collaborer sur le projet de développement du dispositif Bridge Auto-Réglable. En se basant sur le brevet N FR déposé par M. Maadi, un groupe de trois étudiants de BTS Conception et Industrialisation en Microtechniques a développé une industrialisation du dispositif breveté, en s attachant plus particulièrement au tryptique produit matériau procédé. Ce produit novateur a été récompensé par un Micron d Or au salon Micronora 2010 dans la catégorie «Appareil intégrant des composants microtechniques».

2 2 2. Le produit : Bridge auto réglable Le besoin : Actuellement, lors de l extraction d une dent, les interstices entre les dents voisines sont généralement comblés provisoirement au moyen d une prothèse unitaire ou d un pontage, couramment appelé bridge, fixé par des crochets encombrants, gênants pour le patient et visibles. Le but de ces éléments provisoires est d assurer une réhabilitation fonctionnelle, d améliorer la présentation esthétique en comblant l édentement créé par l extraction, et de favoriser le bon déroulement de la cicatrisation osseuse. L inconvénient majeur des bridges et des prothèses unitaires provisoires provient de ce que ces éléments ne peuvent pas être réalisés au cours d une seule et même séance de travail qui se situe immédiatement à la suite de l extraction. En effet, ils doivent être réalisés par des techniciens prothésistes dentaires travaillant sur base d une empreinte prise par le dentiste. Ces différentes opérations nécessitent au minimum deux séances de travail pour le dentiste, entre le moment où il extrait la dent et prend l empreinte et celui où il peut placer l élément provisoire, élaboré entre temps par l atelier du prothésiste, dans la bouche du patient. En admettant que l élément a été correctement réalisé et qu il ne nécessite pas ou peu d ajustage, au moins deux séances d intervention du dentiste sur le patient sont requises. En outre, la prothèse partielle adjointe ou prothèse unitaire amovible présente d autres inconvénients. Elle occupe un volume important en bouche, engendre une perte d adaptation au fur et à mesure que la cicatrisation se réalise, présente une mobilité relativement importante et crée un préjudice esthétique du fait que les crochets sont visibles, ce qui est souvent perçu comme un handicap par le patient ou son entourage. Les bridges provisoires unitaires requièrent la taille des dents latérales, voisines de l édentement, ce qui est inacceptable lorsque ces dents sont saines. En effet, une telle taille a pour conséquence la mutilation volontaire de dents saines pour assurer la mise en place d un accessoire provisoire. En outre cette solution est particulièrement coûteuse pour le patient. Les enjeux de la conception : a. Autoriser la mise en place immédiate d un bridge provisoire après un édentement Etre installé en une seule séance par le chirurgien dentiste La durée d utilisation du produit en bouche est de 4 à 6 mois Ne pas gêner la cicatrisation de la plaie Mise en action simple du système avec accès aisé pour le chirurgien dentiste b. Réduire les coûts de la méthode actuelle Supprimer l intervention du prothésiste Installation du système dans la même séance que l édentement c. S arrimer aux dents voisines S adapter à un espace inter-dentaire de 4 à 12 mm * Mettre en tension le système pour résister à un effort compris entre 0,5 N et 2 N lors de la pose** Disposer d une surface de contact permettant le collage du dispositif par une résine d. Etre biocompatible Utiliser des matériaux résistants au milieu buccal Utiliser des matériaux bio-compatibles Utiliser des matériaux transparents aux UV e. Améliorer l esthétique après l extraction d une dent Discrétion ou transparence des éléments visibles Encombrement total du système permettant le montage de fausses dents englobant le dispositif

3 3 * La couverture de l espace inter-dentaire de 4 à 12 mm est réalisée par l intermédiaire de 2 systèmes similaires. Le premier s adaptant sur les incisives et canines de la mâchoire inférieure, ainsi que les prémolaires de la mâchoire supérieure ; Il couvre donc une plage inter-dentaire de 3 à 6,2 mm. Le second s adaptant aux dents restantes hormis les 4 molaires situées en fond de bouche ; Il couvre donc une plage inter-dentaire de 6 à 12 mm. ** L effort de tension doit rester réduit de manière à ne pas écarter les dents adjacentes, ne pas blesser le patient (ou engendrer des douleurs), mais permettre un maintien en position correcte du système pendant et après la mise en place de la résine. En résumé, il sagit de : concevoir un produit qui sera disposé entre les deux dents adjacentes à l édentement, intégrer des pièces possèdant des formes et des dimensions compatibles avec le procédé de moulage par injection, réaliser un ou plusieurs prototypes pour valider le principe de fonctionnement, créer une pré-série avec des outillages de validation pour faire des essais cliniques, lancer en production. La conception préliminaire : Schéma de principe : Après l opération d extraction, le chirurgien place le système dans l interstice laissé par la dent extraite. Il passe les fils, préalablement accrochés aux bras, autour des dents adjacentes. Ensuite, il agit sur la molette pour faire tourner le mécanisme d enroulement des fils, lesquels tractent les bras au contact des dents. Quand l effort au contact bras-dent est suffisant, alors il y a rupture de la molette. Le système anti-retour maintien le tout en position de contact. Le système ainsi mis en position, créé un «pont» entre les deux dents, sur lequel le chirurgien pourra rapidement sculpter une dent provisoire qui restera jusqu à six mois en bouche, le temps que la gencive cicatrise.

4 4 La conception détaillée : Deux mécanismes ont été développés et dimensionnés grâce aux outils de simulation (déformation des pièces et rhéologie). Système «T» Système «Q» 3. Les apports du prototypage rapide L aspect novateur de ce projet réside en deux points : La fabrication des prototypes qui ont permis de valider le principe de fonctionnement dans un délai très court (environ 40 heures). La fabrication des outillages rapides pour valider la micro-injection sur des pièces complexes. Pour réaliser dans un délai court ces deux points, les techniques de prototypage rapide et les procédés dérivés ont été intimement associés. On constate par exemple les dimensions et les formes du bras que l on souhaite valider en fin de conception : Deux poutres de longueur 2,75 mm et de section rectangulaire 0,65 0,41 mm Deux sections demi-cylindriques d épaisseur 0,25 mm et de hauteur 1,92 mm Deux extrémités d épaisseur 0,2 mm comportant une ouverture de 0,13 mm Un bossage cylindrique de diamètre 0,44 mm sur 0,3 mm de haut Un autre exemple de finesse de pièce demandée est le corps du système «Q», avec : la denture faciale sur une hauteur de 0,3 mm L épaisseur constante de 0,5 mm Enfin, l assemblage des pièces, donc la manipulation du produit, et les tests en situation sont souhaités.

5 5 Etat de l art Les techniques de prototypage rapide sont relativement récentes. Elles sont en permanente évolution, mais peu sont réellement adaptées aux microtechniques. La technique de photopolymérisation couche par couche développée par EnvisionTEC permet l obtention de pièces assez fines, précises et fonctionnelles dans un matériau qui puisse être manipulé, assemblé et testé. La répétabilité est également un atout de cette technique. Un autre avantage avec cette machine est de disposer de différents matériaux en fonction de l utilisation souhaitée. Le procédé Grâce à la machine Perfactory de EnvisionTEC (ci-contre) présente au sein du Lycée Edgar Faure de Morteau, il est possible de réaliser très rapidement des prototypes physiques des modèles numériques dessinés dans une CAO quelconque. Ce moyen de prototypage rapide, basé sur la polymérisation de fines couches de résines photosensibles d une épaisseur de 25 microns, dont le principe est explicité sur le schéma ci-dessous, permet l obtention de modèles extrèmement précis (à +/- 21 microns) et permet de réaliser un certain nombre de validation qui ne dépendent pas directement des caractéristiques de la matière. En effet les caractéristiques de la résine photosensible chargée en céramique (Nanocure RC25) qui a été utilisée sont sensiblement différentes de celle du PMMA qui est le thermoplastique qui sera utilisé pour la réalisation du système (Tableau comparatif ci-après). Comparatif des matériaux Grâce à ce moyen rapide d obtention de prototypes, il est possible de déceler et de corriger les défauts de conception de manière très précoce. En parallèle de la conception du bridge auto-réglable, deux séances de prototypage ont permis de parfaire les modèles numériques, avec entre temps une séance de mise en situation. Après réglage, paramétrage de la machine et préparation de la production, la fabrication des pièces dure environ 3 heures par couches de 25 microns.

6 6 Fabrication des prototypes Premiers essais : Pièces obtenues sur la mahcine EnvisionTEC Perfactory Pièces «dégrappées» et nettoyées Système «Q» Mise en situation entre une prémolaire et une incisive Système «T» Mise en situation entre deux incisives

7 7 Mise en œuvre par le chirurgien-dentiste : 1. Positionnement et mise en tension du bridge auto-réglable. 2. Mise en place d une résine de base PMMA chargée céramique. 3. Modelage de la résine afin d optimiser le collage. 4. Insolation pour polymériser la résine en 4 secondes. 5. Modelage de la dent provisoire à base de résine polymérisable. 6. Dent provisoire rigidifiée résistant à 100 kg/cm² de pression. La gencive est dégagée pour la cicatrisation.

8 8 Seconds essais : Système «T» Montage de la molette dans le corps Montage du fil dans le système Système «Q» Assemblage des systèmes Systèmes assemblés Montage permettant de réaliser les boucles

9 9 Fabrication des outillages Les moules de validation ont été réalisés pour chacune des pièces du système «Q». Pour les pièces Corps et Molette, les techniques associées au prototypage rapide ont été mises en œuvre. Conception du moule du corps : Ce moule est constitué de deux empreintes et de quatre tiroirs : Sur le tiroir «Secteur denté», on retrouve la denture faciale avec six dents de 0,3 mm de haut. Formes souhaitées sur la pièce moulée Obtention du tiroir «Secteur denté» L obtention du secteur denté ne peut pas être fait par usinage du fait de la grande complexité des surfaces qui lui sont associées. Après plusieurs recherches, il s est avéré que seul le procédé de fonderie par cire perdue permettait d obtenir ces formes complexes rapidement. En effet le procédé de fonderie par cire perdue reposant sur le prototypage de modèles CAO, puis de leur reproduction en métal, permet l obtention de surfaces gauches de grandes qualités (La précision de celles-ci dépend en grande partie de la précision de la machine de prototypage). Ce procédé d obtention a donc été retenu pour réaliser la partie active du tiroir. Le processus complet décrit page suivante dure environ une journée.

10 10 Prototypage des pièces en résine thermo fusible : Le prototypage des pièces a été réalisé en résine thermofusible WIC100 sur machine EnvisionTEC à principe DLP. Les pièces ont été prototypées avec leurs canaux d alimentation en prenant en compte le retrait global du procédé de fonderie en cire perdue. Tiroir prototypé Détail de la denture issue du prototypage Assemblage des pièces sur un arbre, et coulée sous vide du plâtre : Coulée du plâtre sous vide La coulée du plâtre est effectuée sous vide de manière à assurer une homogénéité de la structure interne du moule et éviter toute bulle d air à l intérieur. Arbre comportant les canaux en cire rose et les pièces prototypée en résine WIC100 verte Four de cuisson des cylindres Décirage, calcination et cuisson du plâtre : Une étape importante pour le résultat final est le cycle de cuisson du plâtre de manière à faire fondre la cire de l arbre, calciner la résine WIC100, cuire le plâtre, et amener le cylindre à une température idéale de coulée. Coulée sous vide du métal : Cycle de cuisson des cylindres Le métal utilisé ici est un laiton de type CuZn15 qui est amené à la température idéale de coulée (> à 1000 C) sous athmosphère contrôlée, puis injecté dans le cylindre de plâtre chaud placé sous vide. Ensuite, le cylindre est extrait de la machine, et plongé dans un bac d eau froide pour pouvoir récupérer la grappe métallique. Plongée du cylindre chaud dans l eau Machine Indutherm pour la fonte en cire perdue

11 11 Dégrappage des pièces : Tiroir en laiton Le dégrappage des pièces est la dernière opération du procédé de fonderie cire perdue. Il permet la récupération des pièces pour leur utilisation finale. Des opérations de finition ou de polissage peuvent ensuite être effectuées. Moule assemblé On distingue ici le tiroir en laiton assemblé dans le moule. Les quatres tiroirs sont ouverts. Moule du corps Moule du corps Corps injecté Grace au prototypage rapide, le corps a été injecté rapidement sans devoir utiliser l électroérosion par enfonçage. Le gain de temps est non négligeable dans une phase de validation du produit et du procédé. Vue de face des dents Vue de coté du dépassement des dents

12 12 4. Conclusions Perspectives Selon une première estimation faite par l entreprise Dynadent, avec le bridge auto réglable, le coût de l'intervention passerait approximativement de 350 à 70. Le gain pour la Sécurité Sociale est conséquent. La commercialisation du bridge auto réglable est prévue avant la fin de l année Bénéfices du projet Avec ce type de projets collaboratif entre une entreprise, une structure de transfert de technologie, et un établissement scolaire, on voit ici le bénéfice que chacun peut en tirer : L entreprise trouve un partenaire pour le développement de son produit, et des moyens techniques auxquels elle n aurait pu prétendre sans cette collaboration. La plateforme technologique concrétise ce pourquoi elle a été élaborée, à savoir créer un lien entre les entreprises et les établissements d enseignement publics. Les enseignants profitent d un sujet concret et motivant pour la formation de leurs étudiants. La récompense obtenue au salon international des microtechniques Micronora 2010 par ce projet démontre l excellence de la filière BTS CIM, et aussi une reconnaissance par le monde industriel des compétences du Lycée Edgar Faure de Morteau en matière de microtechniques et de prototypage.