Impression 3D

Date de publication : 03 October 2024

Publié par : Ipseeta Dash

L'impression 3D n'est pas un concept nouveau. Elle remonte aux années 1980. Non seulement elle a révolutionné l'industrie manufacturière, mais elle a également eu un impact sur d'autres secteurs tels que la construction, l'aérospatiale et la santé. Dans le domaine médical, l'impression 3D est largement utilisée en orthopédie, en pédiatrie, en radiologie, en oncologie et dans d'autres services pour la fabrication de prothèses, d'organes de remplacement et d'équipements médicaux.

Qu'est-ce que l'impression 3D ? Comment se déroule l'impression 3D ?

Le secteur de la santé en pleine tempête ?

L'impression 3D est une méthode de fabrication additive dans laquelle un plan numérique est suivi pour créer un objet tridimensionnel, couche par couche, en utilisant des matériaux tels que les métaux, les plastiques et la céramique.

Bien que certaines entreprises produisent ces objets en impression 3D à grande échelle, la fabrication à la demande de dispositifs médicaux se fait désormais directement auprès des patients, au chevet du patient, grâce à une technique appelée fabrication au point de soins. Ces dispositifs sont fabriqués en fonction des besoins physiques et personnels du patient. Ils sont plus légers, plus résistants et plus sûrs que ceux fabriqués selon les méthodes traditionnelles. Leur production est beaucoup plus rapide : ce qui prenait une semaine auparavant est maintenant réalisé en moins d’une journée.

Aujourd'hui, le nombre d'hôpitaux équipés d'imprimantes 3D internes ne cesse d'augmenter. Aux États-Unis, ce nombre est passé de 5 754 en 2010 à 6 093 en 2020, selon les statistiques de l'American Hospital Association (AHA) (voir figure 1). La FDA approuve d'ailleurs régulièrement des dispositifs médicaux fabriqués grâce à cette technologie.

Technologie d'impression 3D

Applications, tendances et défis

Implants et prothèses

L'impression 3D métal contribue à la production d'implants durables, mieux adaptés et plus performants pour les genoux, la colonne vertébrale, les hanches et le crâne.

La fusion par faisceau d'électrons (EBM) permet de fondre le métal couche par couche grâce à un faisceau d'électrons, produisant ainsi des implants de précision. Ces implants imitent la spongiosité du tissu osseux naturel, favorisant leur intégration à la structure osseuse. Par ailleurs, les prothèses oncologiques imprimées en 3D sont largement utilisées par les oncologues pour reconstruire différentes parties du corps humain devenues non fonctionnelles suite à un cancer.

Les prothèses sont disponibles partout en tailles standardisées, mais leur personnalisation par les méthodes traditionnelles coûte des milliers de dollars et prend beaucoup de temps. Cela pose problème aux enfants qui grandissent et ont besoin de pièces de rechange sur mesure.

En 2016, Lyman Connor et Eduardo Salcedo ont créé la prothèse Lyman's Mano-matic, qui propose des prothèses bioniques imprimées en 3D aux patients n'ayant pas les moyens de se procurer des prothèses classiques. Ces prothèses sont moins chères et leur fabrication est plus rapide.

Dentisterie numérique

En dentisterie, l'impression 3D est utilisée pour la fabrication de prothèses dentaires, de guides chirurgicaux, de modèles de bridges et d'aligneurs invisibles. Auparavant, ces aligneurs transparents étaient produits par une combinaison de procédés manuels et d'usinage, ce qui était fastidieux. L'impression 3D a considérablement accéléré le processus, car il est désormais possible de fabriquer des moules personnalisés à partir de scans numériques des patients.

Selon les rapports, le marché des implants dentaires imprimés en 3D devrait atteindre près de 8,8 milliards de dollars d'ici fin 2027, avec plus de 450 millions de dispositifs et de restaurations dentaires fabriqués chaque année.

Modèles anatomiques

Grâce aux imprimantes 3D, les spécialistes peuvent produire des répliques exactes de parties du corps humain à partir d'IRM et de scanners, comme un pouce imprimé en 3D, permettant ainsi aux chirurgiens de se préparer à l'avance à des interventions complexes. Par exemple, en 2016, un enfant irlandais a dû être opéré pour améliorer la rotation de son avant-bras. Les scanners et les radiographies ont révélé une déformation osseuse. Le chirurgien a alors décidé d'imprimer un modèle 3D de la zone affectée afin d'approfondir ses investigations. Il a découvert qu'un autre facteur, et non la déformation osseuse mise en évidence par les examens, empêchait la rotation du bras. Une fois la véritable cause identifiée, l'opération a duré moins de 30 minutes, au lieu des 4 heures initialement prévues pour l'ostéotomie. Le patient a pu récupérer 90 % de la rotation de ses bras en 4 semaines. La durée de la convalescence, la douleur et les cicatrices ont été considérablement réduites.

Un rapport de 2020 a confirmé l'utilisation de modèles anatomiques 3D comme guides chirurgicaux et a indiqué qu'elle réduisait le temps opératoire de plus de 60 minutes à 2,5 heures, ce qui permettait d'économiser environ 3 500 dollars par intervention.

Dispositifs médicaux

La grande majorité des 50 plus grandes entreprises de dispositifs médicaux utilisent l'impression 3D pour créer des prototypes précis. Cette technologie joue un rôle essentiel dans le déploiement rapide des équipements médicaux, permettant ainsi de surmonter les problèmes d'approvisionnement.

Les instruments chirurgicaux tels que les manches de scalpel, les pinces et les clamps sont imprimés en 3D à partir de matières premières comme l'acier inoxydable, le nylon, les alliages de titane ou le nickel, selon les besoins du chirurgien. Ces instruments permettent aux médecins de réaliser des interventions chirurgicales plus performantes et plus efficaces.

Endocon GmbH, fabricant allemand de dispositifs médicaux, utilise une imprimante 3D métal pour créer des instruments chirurgicaux destinés à l'ablation de la cupule acétabulaire. Auparavant, cette intervention était réalisée à l'aide d'un ciseau, ce qui pouvait endommager les tissus et les os. L'endoCupcut d'Endocon, un outil en alliage d'acier inoxydable, permet de découper la cupule acétabulaire en trois minutes avec une précision accrue.

Dans la lutte contre la pandémie de Covid-19

Le recours à l'impression 3D pour la fabrication de divers équipements médicaux à usage unique s'est avéré particulièrement important. Grâce à cette technologie et à l'utilisation de plastiques médicaux, différents produits ont été fabriqués à destination des professionnels de santé et des patients (voir figure 2). Le marché de l'impression 3D dans le secteur de la santé a connu une croissance fulgurante pendant la pandémie mondiale, les établissements de santé étant soumis à une forte pression pour fournir rapidement des équipements de protection individuelle (EPI) et des dispositifs médicaux.

Une équipe de l'Oregon Health & Science University a répondu à la pénurie mondiale de respirateurs en développant des respirateurs à bas coût pouvant être rapidement fabriqués grâce à la technologie d'impression 3D.

Médecine régénérative

Partout dans le monde, le nombre de patients nécessitant une greffe d'organe ne cesse d'augmenter, tandis que le nombre d'organes disponibles pour la transplantation est insuffisant. La médecine régénérative vise à créer des organes pour la transplantation à partir de matrices, de biomatériaux ou de cellules, réduisant ainsi la dépendance aux dons d'organes.

En 2019, des scientifiques de l'université de Tel Aviv ont créé le premier cœur en 3D à partir de tissus biologiques prélevés chez un patient. Cette réplique miniature avait la taille d'un cœur de lapin. Ils pensent que cette même technologie pourrait permettre de créer des cœurs humains plus grands.

Bien que de nombreux obstacles restent à surmonter pour la bio-impression 3D et la transplantation d'organes complexes tels que le cœur ou le foie, des organes comme la vessie ont été développés et transplantés depuis le début du XXIe siècle.

Médecine de précision

Les imprimantes 3D présentes dans les pharmacies et les hôpitaux permettent aux pharmaciens, aux médecins et aux infirmiers d'adapter la posologie et le mode d'administration des médicaments au poids, à l'âge, au mode de vie et au sexe du patient. Le Spritam d'Aprecia Pharmaceuticals, un médicament contre l'épilepsie, est le premier médicament imprimé en 3D approuvé par la FDA.

Les patients souffrant de plusieurs affections doivent prendre de nombreux médicaments à différents moments de la journée, ce qui peut compliquer le respect d'un horaire précis. Les Polypills, imprimées en 3D, contiennent de nombreux compartiments et profils de libération de médicaments et peuvent gérer différents dosages ainsi que les interactions médicamenteuses, éliminant ainsi le besoin d'un horaire fixe et d'une surveillance étroite.

R&D rationalisée, suppression du besoin d'expérimentation animale

L'industrie pharmaceutique investit chaque année plus de 55 milliards de dollars dans la recherche et le développement. Grâce à la bio-impression, les chercheurs peuvent reproduire des organes et d'autres parties du corps humain afin de tester l'efficacité d'un médicament sans avoir recours à l'expérimentation animale. Les tissus et organes bio-imprimés sont de plus en plus utilisés pour améliorer le taux de réussite des essais cliniques, réduire les dommages causés aux animaux et rationaliser et accélérer l'ensemble du processus de recherche et développement.

L'intelligence artificielle dans l'impression 3D

L'intégration de l'IA dans l'impression 3D révolutionne la gestion des opérations de fabrication. De la conception et du développement des produits à leur fabrication et leur utilisation, l'IA optimise l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement. En automatisant le processus d'impression, elle réduit considérablement les risques d'erreurs humaines.

Rôle de la FDA dans la réglementation

L'impression 3D dans le domaine de la santé

Aux États-Unis, la Food and Drug Administration (FDA) réglemente les produits fabriqués par impression 3D, et non les imprimantes 3D elles-mêmes. Le champ d'application de cette réglementation dépend du type de produit imprimé, des matériaux utilisés (voir figure 3), de son usage et des risques pour la sécurité qui y sont associés.

L'impression 3D pose des problèmes de contrôle en raison de la fabrication décentralisée de produits personnalisés, comme les implants médicaux, par des organisations ou des particuliers dont la connaissance de la réglementation de la FDA peut être limitée. La FDA s'efforce de garantir que les fabricants respectent les bonnes pratiques de fabrication et que les produits répondent aux normes de sécurité. Cependant, lorsque l'impression 3D est réalisée directement sur le lieu de soins, le contrôle peut s'avérer complexe.

Difficultés de remboursement

Un implant rachidien imprimé en 3D et approuvé par la FDA peut être remboursé, mais les modèles 3D de l'anatomie du patient imprimés avant l'intervention chirurgicale ne le sont généralement pas. Ce manque de remboursement peut constituer un frein majeur pour les hôpitaux souhaitant mettre en place des laboratoires d'impression 3D. Heureusement, les organismes de santé s'efforcent de faire évoluer la situation. L'Association médicale américaine (AMA) a récemment approuvé quatre codes de catégorie III de la Classification commune des actes médicaux (CCAM) qui couvrent le remboursement des modèles anatomiques imprimés en 3D et des instruments de coupe ou de forage personnalisés imprimés en 3D.

Perspectives mondiales de l'impression 3D

La technologie dans le domaine de la santé

La croissance de l'impression 3D sur le marché de la santé devrait être stimulée par la demande croissante d'implants et de prothèses à l'échelle mondiale, ainsi que par le besoin accru des prestataires de soins de santé de réduire les coûts (voir figure 4). Grâce à la production à la demande, les niveaux de stocks diminueront considérablement. Par exemple, les hôpitaux américains génèrent chaque année plus de 2,2 millions de tonnes de déchets médicaux. Une grande partie de ces « déchets » est constituée de fournitures et d'équipements médicaux inutilisés. Il arrive que ces produits médicaux parfaitement fonctionnels ne soient même pas déballés avant d'être remplacés par des modèles plus récents.

La région Asie-Pacifique connaît une croissance fulgurante sur le marché de l'impression 3D. On prévoit qu'elle y investira plus de 3,5 milliards de dollars américains dans les prochaines années, affichant ainsi le taux de croissance le plus élevé (18,5 %), supérieur à celui de l'Amérique du Nord et de l'Europe. Jusqu'à récemment, la région hésitait à adopter pleinement l'impression 3D, mais l'intérêt croissant des entreprises manufacturières pour cette technologie et la mise en œuvre de nombreuses stratégies et politiques gouvernementales ont incité plusieurs pays de la région à créer un environnement favorable à son développement.

La Chine est le leader de l'impression 3D en Asie. Son marché représentait 1,75 milliard de dollars en 2018. Outre la Chine, la Corée du Sud semble également constituer un marché important pour l'impression 3D. Le potentiel de développement et d'adoption à grande échelle de l'impression 3D reste considérable dans la région Asie-Pacifique.

TCAC des différents marchés associés à l'impression 3D en

Le secteur de la santé entre 2023 et 2035

L'avenir de l'impression 3D

La technologie dans le domaine de la santé

La stéréolithographie de bureau devrait permettre aux professionnels de la santé de développer de nouveaux dispositifs et produits précis et abordables afin d'assurer un accès équitable aux soins de santé dans le monde entier.

Grâce aux progrès des technologies d'impression 3D et à la disponibilité de différents matériaux, les soins seront plus personnalisés et sophistiqués. L'impression 3D ouvre un champ d'innovation considérable dans le domaine de la santé, mais pour exploiter pleinement les avantages de cette technologie, il sera nécessaire de relever les défis liés au remboursement, à la réglementation et à la sécurité.

L'impression 3D sera l'une des technologies clés qui, à long terme, entraînera une transformation passionnante et bénéfique du système de santé actuel.