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Imprimantes 3D application au cabinet dentaire

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Les premières imprimantes 3D naissent à la fin des années 1980 de l’imagination de Charles Hull. A l’origine essentiellement réservées aux maquettistes et aux prototypeurs, elles étendent peu à peu leur domaine d’application à l’industrie, la recherche, la médecine et l’odontologie.

L’évolution des scanners intra-oraux pour la prise d’empreintes dentaires pousse notre métier à évoluer vers une aire numérique dans laquelle les techniciens de laboratoire modélisent les retaurations prothétiques informatiquement (conception assistée par ordinateur ou CAO) et les réalisent, soit par soustraction avec l’usinage numérique soit par addition avec l’impression 3D (Fabrication assistée par ordinateur ou FAO). Le choix entre l’impression et l’usinage dépend essentiellement du matériau utilisé.

Pour les métaux, la céramique et la zircone l’usinage semble plus adapté alors que l’impression 3D montre sa supériorité pour les résines.

Ces imprimantes 3D adaptées au domaine dentaire sont capables de produire des modèles d’études, des modèles de repositionnement (pour finir des travaux réalisés en CFAO), mais aussi des Wax-Up modélisés numériquement, des goutières occlusales, des alligneurs pour l’orthodontie ou des guides chirurgicaux.

Avec la démocratisation du prix des imprimantes 3D, certains cabinets dentaires n’hésitent pas à s’équiper pour produire en interne une partie des travaux autrefois externalisés. C’est une extension de la dentisterie numérique dite « au fauteuil (chair side) » où certaines réalisations prothétiques sont réalisées dans la séance.

Quand on en vient à choisir une imprimante 3D pour le cabinet, il faut avant tout se poser 2 questions :

  • que vais-je réaliser avec mon imprimante.
  • quels sont les volumes de production nécessaires.

En fonction de ces réponses, on choisira un matériel répondant à ces attentes, sachant qu’il existe différentes méthodes d’impression, et qu’elles ne sont pas toutes adaptées à l’ensemble des applications dentaires.

Les différentes imprimantes

FDM (Fused Deposition Modeling ou prototypage rapide par dépôt de fil)

En 1989, la société Stratasys dépose le brevet de la technique d’impression 3D dite FDM. Elle permet de réaliser une pièce en trois dimension par apposition de matière fondue, généralement des plastiques (ABS, Nylon ou PLA).

Un fil de resine passe à travers une buse chauffée à haute température. Un filament en fusion (de l’ordre du dixième de millimètre) en sort. Ce fil est déposé en ligne et vient se coller par fusion sur ce qui a été déposé au préalable. La précision de ce type d’imprimante dépend à la fois du diamètre de la buse, et de la valeur du pas des moteurs qui font évoluer la tête d’impression dans les trois axes (X,Y pour le plan horizontal et Z pour le plan vertical).

principe de l impression par FDM

Figure 1 : le principe de l’impression par FDM

Cette technique d’impression est la plus abordable (il existe de bons modèles à moins de 1000 euros) mais elle pèche par sa précision moyenne (les couches de fabrication restent visibles). Souvent la précision donnée par le fabriquant ne concerne que l’axe Z (épaisseur des couches) et non la précision horizontale (axes X et Y) qui dépend de la taille de la buse et qui est généralement de l’ordre de 200 microns.

imprimante ROBOX

Figure 2 : l’imprimante ROBOX de CELL Technologie est un exemple de ces imprimantes FMD abordables (de l’ordre de 1000 euros). Les couches font 20 microns d’épaisseur mais la vraie limite de la résolution est donnée par la taille de la buse de sortie, soit au mieux 300 microns. Cette résolution est suffisante pour des modèles d’étude mais est trop juste pour réaliser un modèle de repositionnement.

impression FDM

Figure 3 : différence de rendu entre une impression FDM (les couches sont nettement visibles) et une impression SLA.

Les matériaux proposés ne sont pas homologués pour un usage dentaire et ne peuvent donc être utilisés en bouche. Cela limite les indications de ce genre d’imprimante, cependant elles permettent de débuter à moindre coût dans la production de modéles d’étude si l’on accepte un rendu moyen.

Les consommables se présentent sous forme de bobines d’un kilogramme au prix moyen de 20 euros. Sachant qu’un modèle dentaire complet uni-maxillaire avec un socle pèse environ 50 g cela fait un prix de revient réellement imbattable de l’ordre de 1 euro par modèle.

SLA (Stereolithograph apparatus)

Le brevet de l’impression par stéréo lithographie est déposé en 1986 par Charles Hull, cofondateur de la société 3D Systems qui commercialise la toute première imprimante 3D.

premiere imprimante 3D

Figure 4 : SLA-1, la première imprimante 3D jamais commercialisée.

Dans cette technique, la pièce à fabriquer est polymérisée point par point et couche par couche par un laser qui « shoote » dans un bain de résine liquide photo-polymérisable. La précision de l’impression dépend du diamètre du faisceau laser, et du pas des moteurs qui mobilisent le miroir de projection et le plateau d’impression.

Généralement, le diamètre du laser est de l’ordre de 140 microns. Ainsi, la définition maximum dans le plan horizontal ne peut descendre en dessous de cette valeur.

principe de l impression

Figure 5 : principe de l’impression par stéréo lithographie (SLA)

imprimante 3D

Figure 6 : imprimante 3D Formlabs2 (SLA) proposée aux prix de 5000 euros avec les accessoires pour le posttraitement des pièces réalisées. C’est actuellement l’imprimante la plus répandue dans les cabinets dentaires.

L’impression par stéréo lithographie nécessite un post traitement. En fin d’impression, les pièces imprimées doivent être nettoyées dans un bain d’alcool isopropylique afin d ‘éliminer les résidus de résine non polymérisés, puis elles doivent être photo polymérisée pour assurer leur stabilité dimensionnelle et une innocuité des matériaux.

On trouve de nombreuses résines compatibles avec l’impression par SLA, et parmi elles, certaines sont développées spécifiquement pour les applications dentaires en répondant aux normes internationales. Ainsi, il existe des résines pour imprimer les modèles, d’autres pour les guides chirurgicaux, d’autres pour les gouttières et d’autres encore pour réaliser des bases de prothèses adjointes ou des couronnes provisoires.

Les modèles d’entrée de gamme sont relativement abordables avec des prix affichés de l’ordre de 4000 euros avec les accessoires de post-traitement.

Les imprimantes SLA sont relativement lentes car chaque point de la forme à imprimer doit être balayé par le laser. Ainsi, il faut compter presque 1h45 pour imprimer un guide chirurgical avec une précision (verticale) de 100 microns et presque 2h30 pour une précision de 50 microns. Rappelons que la précision horizontale est, quand à elle, de l’ordre de 140 microns du fait de diamètre du faisceau laser.

Les résines se présente sous forme de bidons de un litre ou d’un kilogramme. Le prix varie en fonction de l’utilisation.

Ainsi, une résine « classique » coûte environ 135 euros alors qu’une résine « dentaire » coûte environ 300 euros.

DLP (Digital Light Processing)

La technique DLP est en fait une amélioration de la technique SLA.

principe-de-l-impression-DLP

Figure 7 : principe de l’impression DLP.

Plutôt que de « dessiner » la pièce à imprimer, point par point, on projette l’image de chaque couche en une seule fois, grâce à un projecteur en tout point comparable à ceux que nous utilisons pour projeter nos présentations à partir d’un ordinateur.

L’amélioration de la définition des puces DLP capables aujourd’hui de définitions full HD (1920×1080) permet des impressions avec une définitions horizontale de l’ordre de 60 microns si l’on choisit une plateau d’impression raisonnable.

En effet, puisqu’il s’agit d’une projection, plus l’image doit être grande, plus la résolution horizontale diminue.

imprimante-Nextdent-5100

Figure 8 : imprimante Nextdent 5100 de 3D Systems.

Dans une imprimante DLP, il n’y a pas de mouvement mécanique dans le plan horizontal, mais uniquement dans le plan vertical. Comme chaque couche est « flashée » en une seule fois, la vitesse d’impression est améliorée par rapport à la méthode de stéréo lithographie.

Aujourd’hui, la grande majorité des imprimantes 3D proposées pour le secteur dentaire fonctionnent sur le principe du DLP.

Elles permettent de réaliser un modèle ou un guide chirurgical en une vingtaine de minutes.

Les fabriquants developpent de nombreuses résines agréees pour l’usage dentaire afin d’étendre les indications de l’impression 3D.

Quelles applications au cabinet dentaire

L’utilisation la plus simple d’une imprimante 3D au cabinet est la réalisation de modèles d’étude. Dès lors que l’on possède un scanner intra oral pour la prise d’empreinte, il est très aisé de récupérer les fichiers générés au format .stl et de les injecter dans le logiciel d’impression 3D.

prothese-adjointe

Figure 9 : résine pour les bases de prothèse adjointe, pour les guides chirurgicaux, pour les gouttières, pour les aligneurs, pour les couronnes provisoires…

Ces modèles, une fois imprimés, permettent une étude précise de l’état dentaire du patient et facilite le choix d’un plan de traitement cohérent.

Cependant, il serait contre-productif de limiter l’utilisation d’une imprimante 3D à cette seule indication.

Aujourd’hui, la grande majorité des auteurs reconnaît les avantages de la chirurgie implantaire guidée qui permet de positionner les implants dans des axes compatibles avec une réalisation prothétique harmonieuse, tout en évitant les principaux obstacles anatomiques. Couplée à un logiciel adapté, une imprimante 3D permet de réaliser ce type de guide dans des résines adaptées supportant la stérilisation à l’autoclave.

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Figure 10 : guide chirurgical imprimé sur une Formlabs2, prêt pour la stérilisation à l’autoclave.

La première étape consiste à enregistrer les volumes osseux grace à une radiographie de type CBCT (Cone beam computed tomograpy ou tomographie volumique à faisceaux coniques).

Les fichiers obtenus sont au format .dicom pour Digital Imaging and Communication in Medecin.

Il faut ensuite enregistrer les surfaces dentaires à l’aide d’un scanner intra-oral qui permet une exportation des données au format .stl pour STereoLithography, un format inventé par la société 3D Systems.

Ensuite, les étapes sont assez similaires quel que soit le logiciel utilisé. Il faut corréler les informations osseuses et dentaires, prévisualiser la position des futures dents implantoportées, et choisir la position et l’axe des implants la plus compatible avec les reconstructions prothétiques choisies.

Enfin, on dessine le guide souhaité et on exporte le fichier correspondant vers l’imprimante 3D.

Les logiciels disponibles :

BlueSkyPlan

Il s’agit d’un logiciel distribué librement ; le paiement se fait à chaque réalisation d’un guide chirurgical (environ 20 euros).

Bien que très puissant, ce logiciel reste un peu compliqué pour un utilisateur débutant, avec une interface parfois peu intuitive.

Il séduira les praticiens réalisant peu de guides et pour lequels le paiement d’un logiciel et d’une license annuelle est économiquement non viable.

3Shape Implant studio

Ce logiciel particulièrement puissant et intuitif permet de planifier une chirurgie et d’en réaliser le guide en quelques clics de souris. Très simple d’utilisation, il pèche par son prix et par la nécessiter de payer annuellement une licence d’utilisation.

coDiagnostix

Encore un logiciel complet et performant, à peine moins cher que 3Shape implant studio.

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Figures 11 et 12 : corrélation des volumes dentaires et osseux et dessin du guide sur le logiciel BlueSkyPlan.

Si l’implantologie est une indication fréquente de l’utilisation des imprimantes 3D, la prothèse n’est pas en reste. Il est aujourd’hui possible d’imprimer en une trentaine de minutes des couronnes, des bridges et même des prothèses amovibles provisoires, ce qui peut rendre aux patients et aux praticiens des services inestimables.

Bien évidemment, ces réalisations imposent l’utilisation de logiciels spécifiques capables de modéliser les dents et de les exporter dans un format lisible par l’imprimante 3D.

impression-en-deux

Figures 13 et 14 : impression en deux temps de la base d’une prothèse totale transitoire et des dents qu’il suffit de coller à la base (imprimante Nextdent 5100).

Conclusion

Les imprimantes 3D sont le complément idéal des usineuses numériques pour les laboratoires de prothèse, mais elles trouvent aussi aujourd’hui leur place dans les cabinets dentaires équipés de scanners intra oraux pour les prises d’empreintes optiques.

Elle autorisent de nombreuses indications depuis l’étude de cas jusqu’à la réalisation rapide et propre d’éléments prothétiques provisoires en passant par la réalisation de guides chirurgicaux, de gouttières occlusales ou d’aligneurs orthodontiques pour les cas simples

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A propos de l'auteur

Dr. Jean-François CHOURAQUI

Docteur en chirurgie dentaire
Praticien libéral Paris XVIIeme

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