L’Université de Pérouse valide de nouveaux matériaux d’impression 3D dentaire grâce à Artec Micro II

Un étudiant de l’Université de Pérouse scanne en 3D un implant à l’aide de Micro II. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Pérouse

Le secteur dentaire connaît actuellement un essor considérable de l’impression 3D ; cette technologie permet en effet à un nombre croissant de dentistes de créer rapidement des implants sur mesure dans des cabinets du monde entier.

Pour personnaliser des implants tels que des couronnes, des bridges, des guides et des gouttières dentaires, l’impression 3D est plus rapide, plus précise et (à long terme) moins coûteuse que la technique classique de la prise d’empreinte. Elle présente toutefois certains inconvénients, notamment en matière de compatibilité des matériaux.

Les matériaux d’impression 3D doivent non seulement être adaptés à certaines technologies, mais ils doivent aussi être testés afin de vérifier leur durabilité, leur esthétique, leur rétrécissement et leur sécurité pour l’homme. À l’heure actuelle, ces problèmes limitent l’offre et rendent les méthodes plus anciennes et éprouvées plus attrayantes pour les dentistes expérimentés.

La mise à disposition de nouvelles résines pour ces dentistes nécessite d’importants travaux de recherche. Ceux-ci portent souvent sur l’analyse de la précision géométrique, mais la taille et la vitesse d’impression peuvent également constituer des défis majeurs. Alors, comment numériser et tester rapidement et de manière répétée de minuscules implants imprimés en 3D ?

Pour répondre à cette question, un projet de recherche collaboratif national a été mis en place en Italie, regroupant l’École dentaire de l'Université de Turin, l’École polytechnique de Turin, l’Université de Catane, et l’Université de Pérouse. À la recherche de nouvelles façons d’automatiser la métrologie dans leur Laboratoire de fabrication intelligente, ces dernières viennent d'acquérir le scanner 3D de bureau Artec Micro II. Ce projet est l’occasion idéale de tester leurs idées sur des produits réels conçus par un fabricant d’implants dentaires, dans le but de promouvoir le recours à l’impression 3D et améliorer ainsi l’expérience des patients.

Numériser des implants dentaires en vue de leur inspection

Le Laboratoire de fabrication intelligente de l’Université de Pérouse a ouvert ses portes il y a quelques années. Le directeur du laboratoire, le professeur associé Nicola Senin, qui a récemment inauguré la division métrologie, explique que l’un des principaux objectifs du laboratoire est de « rendre les systèmes de mesure intelligents » grâce à une automatisation robotique accrue, l’intégration de l’IA et le développement de logiciels en interne. L’investissement dans Micro II leur a permis de se développer davantage dans le domaine de la mesure optique.

Scan 3D d’une dent capturé avec Artec Micro II. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Pérouse

L’équipe s’est procuré son scanner 3D auprès de 3DZ, un revendeur agréé des plus grandes marques du secteur de l’impression 3D et partenaire de longue date d’Artec 3D. Avec 15 bureaux à travers l’Europe, 3DZ est un consultant de confiance qui aide les entreprises à identifier les technologies 3D les mieux adaptées à leurs besoins spécifiques. Après avoir soigneusement analysé ceux de l’Université de Pérouse, 3DZ a recommandé l’Artec Micro II, principalement en raison de sa précision exceptionnelle et de sa facilité d’utilisation.

Au départ, les membres du laboratoire utilisaient cette technologie pour mesurer des géométries complexes imprimées en 3D pour des implants. Micro II leur permettait d’en vérifier la précision et de voir si les impressions étaient déformées, tordues ou pliées. Ces éléments sont essentiels lors de la création d’implants, car les défauts entraînent des fissures, qui peuvent à leur tour causer des cassures. À mesure que leurs travaux de R&D progressaient, ils ont recherché un cas d’utilisation plus pratique, ce qui a abouti au projet Impression 3D et jumelage numérique de restaurations céramiques pour la dentisterie.

Soutenue par le ministère italien de l’Université et de la Recherche, l’initiative « 3DCer4Dent » est menée par l’Université de Pérouse, plus précisément par la professeure associée Elisabetta Zanetti (bio-ingénierie industrielle) et la chercheuse Giulia Pascoletti (méthodes de conception). Au Laboratoire de fabrication intelligente de l’université, les chercheurs ont commencé à scanner en 3D des couronnes conçues par un fabricant d’implants dentaires pour des cas d’utilisation réelle, et le Micro II s’est avéré idéal pour cette tâche.

Une dent montée sur une pince, prête pour le scan 3D par Micro II. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Pérouse

Chaque scan ne prend que quelques minutes, car la plate-forme automatisée de l’appareil effectue la majeure partie du travail. Dans les cas précédents, ils utilisaient également des rayons X et la tomographie optique pour des contrôles supplémentaires. Mais ici, Micro II a démontré qu’il pouvait à lui seul capturer suffisamment de données pour obtenir des résultats définitifs, en identifiant clairement les variations entre deux céramiques dentaires différentes. À plus long terme, d’autres travaux de R&D pourraient améliorer les soins prodigués aux patients, comme l’explique Mme Zanetti.

« Les dentistes travaillent avec des résines qui subissent un rétrécissement important. Il n’est pas évident de déterminer le facteur d’échelle optimal à utiliser, et c’est là que nous intervenons avec Micro II, déclare-t-elle. La partie vraiment critique est l’interface entre la couronne et le reste de la dent. Il n’y a pas de ciment dentaire à cet endroit et si l’implant n’est pas bien ajusté, des bactéries peuvent s’introduire et entraîner l’échec de l’implantation. »

Analyse de nouveaux matériaux d’impression 3D

Il est impressionnant de constater que la quasi-totalité du travail des chercheurs s’effectue dans Artec Studio. Ce logiciel de scan 3D de traitement des données possède tous les outils nécessaires pour transformer des nuages de points en maillages très détaillés, prêts pour l’analyse et l’exportation dans des formats de fichiers couramment utilisés dans le domaine de la fabrication.

Dans ce cas précis, l’équipe a découvert qu’elle pouvait scanner un côté d’un implant, le faire pivoter à 180 degrés, scanner l’autre moitié, puis fusionner rapidement les données obtenues à l’aide de l’alignement point à point. En modifiant les paramètres, les chercheurs peuvent même régler les paramètres de fusion pour obtenir une résolution maximale, essentielle pour une analyse détaillée de la surface, qu’ils effectuent également dans Artec Studio.

Selon Mme Pascoletti, « un matériau s’est avéré meilleur que l’autre, car des écarts plus faibles ont été constatés sur 90 % des valeurs. » Par rapport au début de leurs recherches, lorsque l’équipe travaillait avec des scanners 3D traditionnels pour dentisterie et autres applications, elle ajoute que le Micro II « présente des différences de précision importantes ». C’est d'ailleurs pour cette raison qu’ils ont pu passer à la phase de tests expérimentaux.

Un fichier STL superposé à un maillage reconstruit dans Artec Studio. Avec l’aimable autorisation de l’Université de Pérouse

Pour une analyse statistique plus approfondie, l’équipe de l’Université de Pérouse utilise également des logiciels tels que Cloud Compare et MATLAB. Ces plateformes permettent aux utilisateurs de calculer facilement la différence entre des surfaces courbes et d’analyser les données lors de l’étude de jeux de données complexes. Mais le résultat est clair : un matériau a surclassé l’autre. Leur approche a été validée.

Potentiel dans l’odontologie, la médecine et au-delà

Suite à ce premier succès, l’équipe prévoit désormais de tester au moins deux autres matériaux à base de zirconium. Mais leurs efforts ne se limitent pas à l’odontologie, ils voient également un potentiel pour l’analyse basée sur le scan 3D dans la personnalisation des implants médicaux et l’impression 3D de composants satellitaires.

Outre la mise en place d’autres partenariats public-privé, les chercheurs ont l’intention de poursuivre leurs travaux sur les algorithmes d’amélioration de la métrologie. Parmi ceux-ci figure la génération automatique de points de vue, un workflow qui calcule le nombre minimum de scans nécessaires à partir de chaque position, les modèles obtenus étant ensuite directement envoyés à la fabrication. Quelle que soit la direction qu'ils prendront, Micro II sera au cœur de leurs projets, et M. Senin estime que cet appareil a un brillant avenir dans les domaines de l’itération de conception et de l’inspection.

« De nombreux matériaux métalliques, céramiques et polymères devraient pouvoir être mesurés grâce à Micro II, conclut M. Senin. Par exemple, nous commençons également à mesurer de petits composants fabriqués à partir de matériaux hautement techniques destinés aux satellites. Jusqu’à présent, nous n’avons pas optimisé ce processus, et nous ne parlons pas ici d’un vaisseau spatial. Mais Micro II nous permet de suivre les changements géométriques à différentes températures en tant qu’institut de recherche au niveau du prototype. »

Utilisé par les chercheurs de l’Université de Pérouse, Micro II contribue à exploiter pleinement le potentiel de l’impression 3D dans les domaines de la médecine, de la dentisterie et bien d’autres encore. Qui sait où l’inspection avec une précision de 5 microns pourrait s’avérer utile ? Il est clair que les recherches de cette équipe méritent d’être suivies de près.

Le projet de recherche « Impression 3D et jumelage numérique de restaurations céramiques pour la dentisterie » (3DCer4Dent) est mené avec le financement du ministère italien de l’Université et de la Recherche (dans le cadre de l’initiative PRIN) et le soutien de Next Generation EU (J53D23012190).

Pour en savoir plus, vous pouvez contacter directement la professeure Elisabetta Zanetti à l’adresse elisabetta.zanetti@unipg.it.