Synthèse et mise en forme de poudres d'hydroxyapatite destinées à l'impression 3D de pièces céramiques biocompatibles par stéréolithographie

Abstract

Hydroxyapatite, a calcium phosphate that is the main constituent of bone, is extensively synthesized and shaped to produce synthetic bone and dental prostheses. Among the available methods of forming ceramics, 3D stereolithography printing offers the following advantages: creation of customizable free forms (customized bone implants), high precision, good surface finish and excellent mechanical properties of produced ceramic parts. Typically, the stereolithography consists in solidifying a photosensitive plastic resin layer by layer with UV radiation. To print ceramic parts, for instance with hydroxyapatite, a ceramic powder is incorporated in the photosensitive resin and then the resulting mixture is printed. The ceramic final part is obtained after a heat treatment to break down the organic components of the printed part. However, many aspects of stereolithography ceramic printing still need to be developed. The work done in this memory allowed to control the printing process step by step: from the synthesis of the raw material (hydroxyapatite) to the final ceramic pieces after heat treatment. The main objective was to develop an innovative hydroxyapatite synthesis route to produce a powder with the same characteristics as a commercial powder currently used for ceramic stereolithography printing. This goal achieved, ceramic pieces could be printed with a desktop 3D printer from the synthesized powder

L’hydroxyapatite, un phosphate de calcium qui est le principal constituant des os, est largement synthétisé et mis en forme pour produire des prothèses osseuses et dentaires synthétiques. Parmi les méthodes de mise en forme de céramiques disponibles, l’impression 3D par stéréolithographie offre les avantages suivants : la création de formes libres personnalisables (implants osseux sur mesures), une grande précision, une bonne finition de surface et d’excellentes propriétés mécaniques des pièces céramiques produites. Typiquement, la stéréolithographie consiste à solidifier une résine plastique photosensible, couche par couche, grâce à un rayonnement UV. Pour imprimer des pièces céramiques, d’hydroxyapatite par exemple, il suffit d’incorporer une poudre céramique dans la résine photosensible, puis d’imprimer le mélange obtenu. La pièce finale est obtenue après un traitement thermique pour décomposer les composants organiques de la pièce imprimée. Cependant, de nombreux aspects de l’impression de céramique par stéréolithographie doivent encore être développés. Le travail accompli dans ce mémoire a permis de contrôler chaque étape du processus d’impression : de la synthèse de la matière première (hydroxyapatite) à l’obtention de pièces céramiques après traitement thermique. L’objectif principal était de pouvoir développer une voie de synthèse innovante d’hydroxyapatite permettant de produire une poudre répondant aux mêmes caractéristiques qu’une poudre commerciale actuellement utilisée pour l'impression céramique par stéréolithographie. Cet objectif atteint, des pièces céramiques ont pu être imprimées avec une imprimante 3D de bureau à partir de la poudre synthétisée.