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Matériaux > Céramiques, Métaux
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Fabrication additive : vers des implants plus efficaces en titane-céramique ?

Publié le 06 février 2018 par Patrick RENARD
Source : Z3Dlab
Implants dentaires "imprimés" en ZTI-Med avec, au premier plan, une pièce identique en titane TA6V.

En juin dernier, Z3Dlab a profité du festival Futur en Seine pour dévoiler un implant dentaire révolutionnaire, "imprimé" avec un design original, à partir de son matériau Titane-Céramique ZTi-Med. Ancrage osseux, élasticité et ostéointégration garantis !

Créée en 2014, la start-up Z3Dlab est un centre d’expertise spécialisé dans la fabrication additive métal avec, comme axe stratégique principal, le développement de nouveaux matériaux composites.

C’est ainsi qu’en 2015, l’entreprise valdoisienne s’est fait remarquer en présentant le matériau le plus dur au monde pour la fabrication additive par fusion laser (SLM) : un composé titane-zircone, baptisé ZTi-Powder. 100 % inerte, 50 % plus résistant que le titane et capable de supporter des températures au-delà des 1000°C, ce nouveau matériau est particulièrement intéressant pour l'industrie, notamment l’avionique.
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Madjid Djemai, cofondateur et CEO de Z3DFAB.

« Après maturation des possibilités du ZTI-Powder, nous avons décidé de répondre plus spécifiquement aux besoins du secteur médical » explique Mr Djemai, cofondateur et CEO de Z3DFAB.

C’est ainsi qu’une série de brevets a été déposée avec la mise au jour, en 2016, du ZTi-Med, un composé de titane fusionné avec des nano particules de céramique.

Destiné lui aussi à la fabrication additive, ce nouveau matériau se caractérise, à l'inverse du ZTi-Powder, par une grande souplesse. Il affiche en effet un  module de Young inférieur à 45 GPA, à comparer à celui de l’os cortical qui se situe entre 20 et 32 GPA, et à celui-ci de l’alliage le plus utilisé en orthopédie, le Ti6Al4V, qui atteint 115 GPA.

Jean-Jacques Fouchet, cofondateur et vice-président Business Development de Z3DFAB

« Proche de celle de l’os, l’élasticité du ZTi-Med permet de réaliser des implants en diminuant le stress lors des mises en fonction et en évitant les phénomènes de stress shielding (déviation de contraintes) », explique Jean-Jacques Fouchet, cofondateur et vice-président Business Development de Z3DFAB.

En outre, le ZTi-Med résout le problème de toxicité potentielle du Ti6Al4V, qui découle de la présence d’ions aluminium et d’ions vanadium, susceptibles d'être mobilisés, au moins pour les premiers.

Aux propriétés du ZTi-Med s’ajoutent bien sûr celles induites par le procédé de fabrication additive, et les structures lattices qu’il autorise. Ces structures en maillage permettent d’obtenir un ancrage osseux, une élasticité qui peut être orientée et une ostéointégration volumique.

Ancrage osseux, élasticité orientée et ostéointégration volumique

Concernant l’ancrage osseux, Z3Dlab a mené une étude en 2017, conjointement avec le Laboratoire National d’Essais et de Métrologie (LNE à Paris) et l’Institut Fédéral de la recherche et de tests sur les matériaux BAM à Berlin (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung ). Cette étude montre qu'à 8 semaines, dans une configuration de structure bien précise, l’os néoformé occupe 84 % des espaces intérieurs de la structure, sur une profondeur de 3 mm, rendant ainsi l’ancrage possible(1).

L’élasticité de la structure s’ajoute à celle proprement dite du matériau employé, aboutissant à une diminution des microtraumatismes itératifs, facteurs de descellement de prothèses.

Quant à l’ostéointégration volumique, elle est bien sûr favorisée par les structures lattices, mais dépend aussi du design de l’implant. On notera que Z3lab a également innové à ce niveau avec un design particulier, en forme d’ADN, pour l’implant dentaire qui a servi à l’étude mentionnée plus haut.

Créer de nouveaux matériaux est une chose, les fabriquer en grandes quantités en est une autre. C’est pourquoi Z3Dlab a signé, en décembre 2016, une joint-venture avec le fabricant coréen de semi-conducteurs HS HI-TECH pour construire un site de production de 10 000 m², en Corée du Sud.

Baptisé Z3DFAB, ce centre de production a reçu la certification ISO 13485 pour les applications médicales.

(1) In vivo XCT bone characterisation of lattice structured implants fabricated by additive manufacturing. A-F Obaton ; J. Fain ; M. Djemai and all. Heliyon, 01 august 2017, vol 3 (8).


z3dlab.com

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