L’impression 3D pour sortir du COVID-19

Plusieurs nouvelles contributions dans le secteur de la santé ont été rendues possibles par la technologie d’impression 3D dans la lutte contre le COVID-19 (maladie à coronavirus 2019). L’impression 3D ou la fabrication additive (AM) a permis un prototypage rapide et une évolutivité. Cette technologie se distingue par sa flexibilité dans la conception structurelle, la minimisation des déchets, la personnalisation de masse et la fabrication architecturale complexe.

Le COVID-19 a eu un impact sans précédent dans le monde, avec plus de 187 millions de personnes infectées et 4 millions de décès. Une variété de recherches scientifiques, de prototypages, de méthodes et de technologies, de fabrication à grande échelle, etc. ont eu lieu à la suite de cet impact. En imprimant des EPI, des dispositifs médicaux, des accessoires personnels et des salles d’isolement à l’aide de la technologie d’impression 3D, nous avons pu faire face à cette crise sans précédent.

Dans une revue récente publiée dans la revue, Matériaux fonctionnels avancés, les chercheurs KPA Kumar et Martin Pumera se sont concentrés sur les contributions de la technologie d’impression 3D au secteur de la santé à la suite de cette pandémie mortelle. Ils ont discuté de diverses techniques d’impression 3D, de prototypes d’appareils médicaux, d’analyses détaillées de pièces imprimées, de règles de sécurité, mais aussi de certaines lacunes associées à la technique.

Ils ont détaillé comment les techniques d’impression 3D ont géré efficacement la pandémie par rapport aux autres méthodes d’impression conventionnelles. « En bref, l’article examine à quel point l’impression 3D peut également être utile dans des cas d’urgence similaires à l’avenir », ont noté les auteurs.

Présentation de l’impression 3D

La révolution de l’impression 3D a émergé dans les années 1980, imprimant divers objets selon une méthode ascendante par le processus à commande numérique de fabrication de structures 3D couche par couche.

Les composants à imprimer sont initialement conçus à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) ou par scanner 3D ou par photogrammétrie (une combinaison d’images de différentes positions) et imprimés directement à partir de fichiers STL (fichiers qui stockent des informations sur des modèles 3D ; un format de fichier natif du logiciel de CAO de stéréolithographie créé par 3D System). Ces fichiers sont facilement accessibles via des sites Web ou des sites communautaires spécifiques.

Ces fichiers STL subissent un processus de tranchage, sont convertis en un fichier de code G qui contient les informations géométriques sur la structure, et enfin ordonnent à l’imprimante de commencer à imprimer des couches 2D les unes sur les autres pour créer une structure 3D. Il existe différents types de techniques d’impression basées sur le matériau imprimable tels que les métaux, les thermoplastiques, les composites à base de carbone, les céramiques, la complexité de la structure imprimée, l’approche rentable et les applications ciblées.

Diverses techniques d’impression 3D incluent 1) la modélisation par dépôt par fusion (FDM) – des filaments fondus et extrudés via une buse en couches empilées pour former une structure 3D ; 2) Stéréolithographie (SLA) – utilise la lumière UV pour se concentrer sur un film mince de résine photopolymère pour le solidifier en une structure imprimée en 3D, 3) Frittage laser sélectif (SLS) – un matériau pulvérulent est fondu par une source de chaleur en couches d’un solide structure, et 4) la technologie Polyjet – utilise une technique de photopolymérisation.

De toute évidence, l’impression 3D a contribué de manière phénoménale à l’industrie et au milieu universitaire, et récemment à la gestion de la pandémie de COVID-19.

Dispositifs médicaux et de sécurité imprimés en 3D

Avec la capacité de prototypage rapide de l’impression 3D, le monde de l’impression numérique a contribué à limiter la propagation du virus à un niveau significatif.

Pendant la pandémie de COVID-19, l’impression 3D a été essentielle pour produire des équipements de protection individuelle, la première barrière physique contre le virus. Il comprenait des masques faciaux, des écrans faciaux, des lunettes de protection et également des masques personnalisés imprimés en 3D. Par exemple, lors de la première vague de COVID-19, Prusa, un célèbre fabricant de modèles de dépôt par fusion (FDM) en République tchèque, a imprimé en 3D près de 200 000 écrans faciaux pour les médecins et les professionnels.

«Une entreprise canadienne appelée Next Generation Manufacturing Canada (NGen) a investi plus de 21 millions de dollars dans des entreprises de fabrication pour produire des écrans faciaux, des ventilateurs et des kits de test dans un délai limité.»

Des parties des masques N95 et KN95 ont également été imprimées en 3D pour remplacer les bandes défectueuses ou cassées, garantissant une durée de vie plus longue des masques. Conformément aux spécifications réglementaires et de sécurité, le CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, a conçu des masques flexibles et lavables imprimés en 3D avec des filtres remplaçables.

De plus, des accessoires médicaux imprimés en 3D tels que des ventilateurs et des valves de ventilateur (pour prendre en charge les patients OCVID-19 éprouvant des difficultés respiratoires), des filtres HEPA (pour des mesures de sécurité) et des séparateurs (utilisés pour l’approvisionnement multiple en oxygène des patients) ont été mis à disposition.

« À une époque où la demande de valves imprimées en 3D pour les respirateurs était et est toujours en augmentation, dans de nombreuses régions du monde, une action rapide prise par une startup d’ingénierie italienne appelée Isinnova (Italie) s’est avérée salvatrice. »

Alors que les écouvillons nasopharyngés imprimés en 3D et les kits de test se sont avérés utiles pour collecter des échantillons pour les tests COVID-19, les chambres d’isolement à flux d’air négatif imprimées en 3D et les services mobiles pour mettre en quarantaine les patients ont été très utiles car ils ont pu être construits en un temps record.

Des accessoires mains libres tels que des ouvre-portes, des boutons-poussoirs, des bracelets pour transporter des désinfectants, etc., ont également été imprimés en 3D ; ceux-ci aident à réduire le contact d’une surface contaminée.

Crédit d’image: Caroline Jaramillo

L’examen a répertorié quelques instituts/communautés qui se sont proposés pour imprimer les composants médicaux 3D pour lutter contre la pandémie. Cependant, les examinateurs ont souligné l’importance des normes de sécurité et de réglementation. Ils ont déclaré que « les fabricants de dispositifs médicaux imprimés en 3D doivent synchroniser leur travail de production avec les secteurs concernés pour la responsabilité, la qualité et l’assurance de la sécurité ».

En comparant l’impression 3D aux méthodes conventionnelles à l’époque du COVID-19, il est évident qu’en raison des restrictions de verrouillage et du manque de main-d’œuvre, l’impression 3D a aidé à fabriquer l’équipement médical d’urgence essentiel.

Conclusions et perspectives d’avenir

En ces temps difficiles, l’impression 3D est devenue une perspective attrayante pour la communauté médicale et a offert d’immenses possibilités qui ont sauvé des vies. Cette revue examine comment cette technologie a profité à la communauté médicale lors d’une interruption soudaine de l’approvisionnement.

En tant que méthode de fabrication parallèle, la technologie d’impression 3D peut s’avérer bénéfique en cas d’urgence, comme cette pandémie actuelle, car elle est capable de prototypage rapide. Les matériaux biodégradables ouvriront ainsi d’énormes possibilités pour faire face aux futures épidémies et écrivent les critiques.