Impression 3D : la nouvelle mode en chirurgie dentaire?

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1 Impression 3D : la nouvelle mode en chirurgie dentaire? Auteur _ Dr Maxime Jaisson, France _Technologies L impression 3D fait partie des procédés de fabrication additive, à différencier de la technique soustractive dont fait partie l usinage. Les usineuses sont encore les machines-outils les plus utilisées pour la fabrication d éléments prothétiques, et les plus capables de faire face aux contraintes de précision et de résistance. Fig. 1 Fig. 1_Le «contour grafting» est une technique de fabrication additive qui permet d imprimer n importe quelle architecture. Des têtes d impression sont montées sur un portique motorisé géant. Fig. 2_Dita Von Teese portant une robe dessinée par les créateurs Michael Schmidt et Francis Bitonti et fabriquée par l'entreprise Shapeways. Fig. 2 _Introduction Les exploits réalisés grâce à l impression 3D sont sans cesse relatés dans les médias. Alors que cette technique de fabrication développée par Chuck Hull (fondateur de «3D system») existait déjà en 1988, c est aujourd hui qu elle se retrouve sur le devant de la scène. Probablement parce que les réalisations permises par cette technologie touchent désormais de multiples domaines d application. La finalité n est plus seulement le prototypage rapide mais la fabrication directe de pièces bien fonctionnelles. Cela va du simple jouet à l impression de tissus vivants, en passant par l impression de nourriture ou encore de vêtements sur mesure (Fig. 2). Des tests concluants ont aussi apportés la preuve qu il était possible d imprimer des maisons de plusieurs centaines de mètres carrés (Fig. 1). Outre les évolutions apportées aux différentes machines-outils au cours de ces dernières dé - cennies, c est en majeure partie aux matériaux proposés et à leurs propriétés mécaniques, chimiques ou encore leur biocompatibilité, que l impression 3D doit son succès retentissant. Le domaine de l art dentaire est aussi touché par cette innovation, et l adoption de l impression 3D est la suite logique de l intégration préalable de la numérisation et de la conception assistée par ordinateur, à la chaîne de production de nos prothèses. Mais actuellement quelques systèmes d impression 3D permettent également d atteindre ces objectifs. Beaucoup d imprimantes offrent un degré de précision de l ordre de quelques microns. N importe quel modèle d arcade dentaire peut être réalisé de la sorte. Les technologies les plus répandues sont le MJM (modelage à jets multiples ou le SLA (Stereo Lithographie Apparatus). Ces deux techniques ont en commun l utilisation de lumière UV pour la polymérisation, de matière photosensible. Les modèles peuvent aussi être fabriqués par SLS (Selective Laser Sintering). Un rayon laser frappe une couche de poudre de polymère et solidifie localement la surface de poudre en l'agglomérant aux couches précédentes par frittage. Ce procédé est également employé pour la fabrication de pièces métalliques. La poudre de polymère est remplacée par une poudre métallique (ex : chrome cobalt). _Domaines d application Prothèse fixée/montage directeur L étude préprothétique est souvent essentielle à la bonne conduite de nos traitements, surtout lorsque la position de référence occlusale doit être modifiée. Afin d évaluer la bonne acceptation par le patient de cette nouvelle position, une phase de temporisation par assemblage de couronnes ou d overlays provisoires est à intégrer au plan de traitement. Il est désormais possible de réaliser cette phase d étude numériquement. Les modifications sont apportées directement sur les modèles numérisés des arcades dentaires, sous forme de «wax-up numérique». Si l isomoulage indirect est retenu pour transférer en bouche ce projet prothétique, la matérialisation des modèles modifiés se fera grâce à l impression 3D. 38 I Le magazine 3_2015

2 CAD/CAM _ impression 3D I Fig. 3a Fig. 3b Prothèse fixée/construction métallique Fig. 3c Fig. 3d Il existe désormais différentes méthodes pour numériser et concevoir les ancrages radiculaires. Le matériau de choix reste le métal. La technique employée est le SLS ou SLM (Selective Laser Melting). Un puissant faisceau laser vient frapper une surface recouverte de poudre métallique, dans ce cas du CrCo. Les grains fusionnent entre eux et la pièce prend alors la forme déterminée Figs. 3a d_le wax up numérique est matérialisé par impression 3D (a). Une clé en silicone transparent (memosil ) est faite sur le modèle (b). Le composite est apporté en bouche et polymérisé à travers la clé (c). Modélisation : Laboratoire Le Vot (d). Figs. 4a d_l empreinte injectée des tenons est scannée au laboratoire (a). Le logiciel transforme les formes positives en négatives et vice versa. Le prothésiste choisit son espacement et modélise la partie coronaire (b). La CAO est envoyée à une machine SLS ou frittage laser. Le parcours du laser fait fusionner les grains de chrome cobalt entre eux (c). Les inlays core une fois nettoyés et avant leur assemblage (d). Modélisation : Laboratoire Eric Martin, Challes les Eaux. Fig. 4a Fig. 4b Fig. 4c Fig. 4d Le magazine 3_2015 I 39

3 Fig. 5a Fig. 5b Fig. 5c Fig. 6a Fig. 6b Fig. 6c Fig. 7a Fig. 7b Fig. 7c Figs. 5a c_couronne coulée réalisée en impression 3D. Ajustage de l occlusion et de la morphologie (a). Vue de l intrado. Les points d impacts sont légèrement visibles. La partie extrado est polie (b). Vue intrabuccale et contrôle de l occlusion (c). Modélisation : Laboratoire Adeis, Challes les Eaux. Figs. 6a c_ Vue de la modélisation juste avant l export vers la machine outil (a). Situation du châssis sur la plaque de fusion en sortie de frittage (b). Validation de l ajustage sur le modèle (c). Baixe, Etienne, Kress, & Taddei, Figs. 7a c_modélisation de la gouttière occlusale et contrôle de l occlusion (a & b). Situation intrabuccale (c). Cas clinique : Dr Sébastien Felenc ; Modélisation : Dr Maxime Jaisson ; Fabrication : NextDent. par le passage du laser. Les avantages sont nombreux. La coulée de l empreinte est évitée, la mise en revêtement n est plus nécessaire et la forme du tenon est 100 % fidèle à l empreinte (idéal pour les tenons anatomiques [Fig. 4]). Cette technique est aussi employée pour la conception d armatures de bridge ou la réalisation de couronnes métalliques (Fig. 5). Prothèse amovible/châssis métallique Pour les châssis métalliques, l impression 3D peut intervenir à deux étapes de la fabrication. La première étape se situe lors de la création de la maquette de fonderie. Celle-ci peut être imprimée en résine calcinable. Elle est ensuite mise en revêtement, avant d effectuer la coulée du métal en fusion. Or cette technique n élimine pas l étape fastidieuse de la coulée et surtout du grattage. Comme vu précédemment, la fusion laser semble être une avancée majeure pour se passer de cette phase. En effet, la modélisation 3D du châssis est directement matérialisée dans sa matière définitive en chrome cobalt. La manutention demandée pour la finition se limite à un traitement thermique et à la découpe des tiges supports, puis un simple polissage. Un inconvénient est le volume occupé par le châssis sur la plaque de la machine de fusion laser. Celui-ci est important et se fait au détriment de nombreuses autres conceptions (chapes armatures couronnes), ce qui a un impact économique quant à l accès à ce type de réali - sation. Occlusodontologie/Gouttière occlusale Afin de soulager notre patient ou pour rechercher une nouvelle position de référence occlusale, la mise en place d une gouttière est quelquefois nécessaire. Au lieu d être thermoformée ou réalisée par un mélange poudre/liquide de résine, elle peut maintenant être imprimée. La CFAO offrait déjà la possibilité de les usiner. L impression 3D, moins gourmande en matière, peut se présenter comme une alternative à la matérialisation de la conception informatique. Ce qui est nouveau dans ce cas par rapport aux gouttières utilisées en implantologie, c est la certification du matériau, 40 I Le magazine 3_2015

4 CAD/CAM _ impression 3D I Fig. 8 Fig. 9 pour une utilisation en bouche prolongée supérieure à 24 heures (ISO ). Implantologie Les gouttières destinées à la chirurgie guidée, ce n est pas nouveau, sont pratiquement toutes fabriquées par technique additive. Par contre, avec la démocratisation de l impression 3D, certains logiciels (ex : «Blue Sky Plan»), libres d accès, offrent la possibilité au praticien de récupérer le fichier source «STL», afin qu il imprime lui-même sa gouttière ou auprès d un sous-traitant. Une autre technique consiste à imprimer le modèle des arcades dentaires, sur lequel sont présentes des tiges correspondant aux axes de forage (Fig. 8). Une gouttière en matériau plastique peut ensuite être emboutie dessus, après avoir mis les canons de perçage sur ces mêmes tiges (Fig. 9). Aussi, pour étudier la situation préopératoire et préparer les forages pilotes, l impression d un modèle de l os et de l arcade dentaire est possible. Outre le fait d être un bon moyen de communi - cation avec son patient, il permet aussi de mieux appréhender la chirurgie et le geste opératoire (Fig. 10). Enfin, face à un défect osseux, une autre application assez récente consiste à modeler un greffon osseux sur le modèle imprimé de l os à reconstruire. La manutention liée à l adaptation en bouche est réduite, le greffon s adapte mieux au site receveur (Fig. 11). Cela va aussi dans le sens d une chirurgie moins invasive car la mise en place peut se faire par tunnelisation. Orthodontie L utilisation de l impression 3D en orthodontie peut se faire à différents niveaux de la conception du traitement. L ensemble des techniques a recours aux set-ups numériques. Cela consiste à récupérer les modèles numérisés des arcades dentaires et à planifier informatiquement, grâce à un logiciel, le traitement orthodontique. Une fois le déplacement virtuel des dents fait, il est possible d imprimer différents éléments : _Les modèles : Plusieurs modèles à différentes étapes du traitement sont imprimées en résine. Sur ces modèles est ensuite emboutie une gouttière transparente qui aura pour rôle d aligner les dents, tel que prévu informatiquement. Ce type de traitement est proposé par la société «Invisalign», pionnière en la matière, et maintenant de nombreuses autres sociétés. _Les verrous : Sur le set-up numérique, il est possible également de modéliser des verrous individualisés et adaptés à chaque dent. Ces verrous peuvent être imprimés en cire résinée, puis mis en revêtement pour être coulés en or platiné. Fig. 8_Planification implantaire faite avec le logiciel «Blue Sky Plan». Des tuteurs représentant l'axe des implants sont modélisés et seront les futurs supports des canons de perçage. Modélisation : Dr Maxime Jaisson. Fig. 9_Canon de perçage mis en place sur le tuteur. Son positionnement détermine la profondeur, le positionnement et l orientation du forage pilote. Une gouttière peut ensuite être emboutie de façon conventionnelle sur le modèle et englober le canon de perçage. Image : «Blue Sky Bio». Figs. 10a c_un modèle du maxillaire du patient contenant la cavité sinusienne peut être obtenu à partir du fichier dicom du scanner (a). Une fois imprimé, l opérateur simule la chirurgie et est en mesure d emboutir une gouttière pour réaliser le forage pilote par exemple (b & c). Dr Maxime Jaisson. Fig. 10a Fig. 10b Fig. 10c Le magazine 3_2015 I 41

5 Fig. 11 Fig. 12a Fig. 11_Mise en forme en préopératoire de la greffe d apposition allogénique sur un modèle imprimé du défect osseux. Venet, Perriat, Jaby, & Fortin, Figs. 12a & b_modélisation des verrous anatomiques sur le set-up numérisé par 3M (a). Vue intrabuccale en fin de traitement avec les verrous en place (b). Cas clinique : Dr Jean Pierre Moiroud. Cette technique a été inventée par Dirk Wiechmann et est désormais la propriété de «3M» sous le nom «Incognito» (Fig. 12). _Le frittage laser de poudre métallique (CrCo) est aussi une technique utilisée, pour fabriquer les verrous directement après leur modélisation. Cela évite la mise en revêtement (verrous «HARMONY»). _Une gouttière : Afin de placer les verrous de façon précise, une gouttière de transfert issu de l impression 3D, peut être utilisée pour en assurer le collage. _À l avenir Fig. 12b L activité de recherche et développement dans le domaine de l impression 3D, et par conséquent l argent investi, sont considérables. Elle va sans nul doute occuper une place de plus en plus im por - tante, s intégrer tout naturellement dans la chaîne numérique (digital workflow), et se déployer dans les laboratoires ainsi que dans les cabinets dentaires. Les techniques de fabrication additive semblent apporter une réelle solution de substitution à l usinage, très gourmand en matière première, et permettent au laboratoire de rester compétitif. Le temps de réalisation va également bientôt être divisé par 10 : c est ce que promet la technologie CLIP (Continuous Liquid Interface Production) proposée par la société «Carbon3D». Enfin la gamme de matériaux proposée est vaste et va encore s étendre, notamment avec les projets d impression de céramique, nous laissant penser que cette technique de fabrication, loin d être un effet de mode, de viendra alors incontournable à toutes les étapes de réalisations prothétiques, et bien plus encore._ Note de la rédaction : une liste complète des références est disponible auprès de l éditeur. _l auteur Le magazine Dr Maxime Jaisson a une pratique libérale dans un cabinet dentaire en Savoie. Diplômé de la faculté d odontologie de Reims en 2005, il a aussi suivi un parcours universitaire qui l a poussé à s intéresser de près au domaine de la CFAO. Ses travaux de recherche en thèse d université, portent sur l application de nouveaux protocoles faisant intervenir la numérisation pour la gestion de l occlusion dentaire, ou encore en prothèse et chirurgie maxillo-faciale. Vous pouvez le contacter à : maxjaisson@yahoo.fr 42 I Le magazine 3_2015