Brevet FR3039440A1 — publié le 20170203

La présente invention concerne une cupule destinée à être impactée dans une cavité d'un os iliaque et un procédé de fabrication d'une telle cupule. Actuellement, la majorité des cupules implantées lors de la pose d'une prothèse fémorale, sont des cupules standardisées et fabriquées en séries, de forme 5 généralement hémisphérique. Ces cupules sont destinées à être cimentées ou non. Les cupules non-cimentées sont destinées à être ancrées dans une cavité de l'os iliaque (également appelée acetabulum) et présentent des aspérités ou un revêtement. Il est possible qu'une cupule ne puisse tenir correctement dans une cavité d'un os iliaque d'un 10 patient. Or, la mauvaise tenue de la cupule peut provoquer un descellement de l'implant et peut engendrer la dégradation de l'ensemble de la prothèse de hanche. Le plus souvent, la préparation de la cavité de l'os iliaque (également appelée acetabulum) est pratiquée à l'aide d'une fraise à os sphérique. Pour favoriser la repousse osseuse, une forme rugo-poreuse est 15 généralement présente sur la surface externe de la cupule. La production de cette surface poreuse peut être réalisée par sablage et/ou adjonction par projection d'un revêtement (comme par exemple de la poudre de titane), et/ou un treillis métallique fixé ou soudé. Les méthodes de fabrication additive, aussi appelées méthodes 20 d'impression tridimensionnelles, permettent de fabriquer des cupules en série ou adaptées à l'anatomie de chaque patient. En outre, les méthodes de fabrication additive permettent de réaliser des formes complexes telles que des surfaces en contre-dépouilles. Certaines cupules réalisées selon une méthode de fabrication additive, 25 présentent une surface extérieure sur laquelle est ménagé un treillis (aussi appelé lattice). Le treillis permet à l'os de se reconstruire en adhérant à la cupule. Ainsi, la cupule est fixée par ostéointégration dans la cavité de l'os iliaque (également appelée acetabulum). Le plus souvent, les cupules présentant un treillis extérieur et produites 30 par fabrication additive ne permettent pas une répartition homogène des efforts exercés dans la cavité de l'os iliaque. En conséquence, la plupart des cupules réalisées par fabrication additive utilisent un treillis constitué de motifs complexes permettant de compenser les concentrations de contraintes dans la cavité de l'os iliaque. Or la réalisation de ces motifs complexes est onéreuse et peut nécessiter des dispositifs de 35 fabrication spécifiques. 3039440 2 En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un procédé, peu onéreux, de fabrication additive d'une cupule recouverte d'un treillis permettant la fixation de la cupule par ostéointégration et garantissant une répartition homogène des efforts exercés sur la cupule lorsqu'elle est implantée dans une cavité d'un os iliaque. Selon une définition générale, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une cupule selon un procédé de fusion additive. Le procédé comprend les étapes de : détermination d'une surface hémisphérique présentant un centre de révolution, détermination d'un maillage de facettes planes autour de la surface hémisphérique, chaque facette étant positionnée de sorte qu'une droite normale au centre de chaque facette passe par le centre de révolution de la surface hémisphérique et les droites normales au centre de chaque facette adjacentes sont espacées les unes des autres selon un pas angulaire, détermination d'un treillis, présentant des évidements, sur la surface hémisphérique, le treillis comprenant une pluralité de motifs élémentaires, chaque motif élémentaire présentant un axe de symétrie et étant positionné de sorte que l'axe de symétrie du motif élémentaire soit confondu avec la droite normale au centre de la facette correspondante, détermination d'un modèle de cupule comprenant la surface hémisphérique et le treillis, détermination d'un plan équatorial du modèle de cupule, détermination de plusieurs plans parallèles au plan équatorial de la cupule, détermination de chaque point d'intersection du modèle de la cupule avec un plan parallèle au plan équatorial, détermination, dans le plan parallèle correspondant, des coordonnées de chaque point d'intersection du modèle de la cupule avec ledit plan parallèle correspondant, détermination du plan d'un plateau mobile d'un dispositif de fusion additive comme plan équatorial du modèle de la cupule, dépôt d'une couche de poudre métallique sur le plateau mobile, 3039440 3 focalisation d'un faisceau énergétique sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule avec le plan équatorial, dépôt d'une couche de poudre métallique sur le plateau mobile, 5 focalisation d'un faisceau énergétique sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule avec le plan parallèle consécutif au plan équatorial, répétition des étapes de dépôt d'une couche de poudre métallique 10 sur le plateau et de focalisation d'un faisceau énergétique sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule avec le plan parallèle consécutif au plan précédent, obtention d'une cupule comprenant une surface hémisphérique et un 15 treillis. Le procédé selon l'invention permet de fabriquer une cupule qui comprend un treillis présentant une pluralité de motifs élémentaires. Chaque motif élémentaire est positionné de sorte que son axe de symétrie soit confondu avec une droite passant par le centre de révolution de la cupule. 20 Le treillis permet la fixation de la cupule par ostéointégration dans une cavité de l'os iliaque (également appelée acetabulum). De plus, d'une manière particulièrement avantageuse, l'orientation spécifique de chacun des motifs élémentaires permet de diriger, les efforts exercés sur la cupule, vers le centre de révolution de la cupule. En d'autres termes, le positionnement des motifs 25 élémentaires permet d'éviter une concentration de contraintes indésirable à la surface de la cupule. En outre, cette disposition technique permet à la cupule selon l'invention de s'affranchir de l'usage de motifs élémentaires aux géométries complexes et de fabrications onéreuses. 30 Ainsi, l'invention fournit un procédé, peu onéreux, de fabrication additive d'une cupule recouverte d'un treillis comprenant une répétition de motifs simples permettant la fixation de la cupule par ostéointégration et garantissant une répartition homogène des efforts exercés sur la cupule lorsqu'elle est implantée dans une cavité d'un os iliaque. 35 L'étape de détermination d'un treillis, présentant des évidements, sur la surface hémisphérique, le treillis comprenant une pluralité de motifs élémentaires, 3039440 4 chaque motif élémentaire présentant un axe de symétrie et étant positionné de sorte que l'axe de symétrie du motif élémentaire soit confondu avec la droite normale au centre de la facette correspondante, peut comprendre les phases de : - détermination d'un treillis longitudinal comprenant une pluralité de 5 motifs élémentaires positionnés selon une longitude de la surface hémisphérique, - reproduction du treillis longitudinal sur l'ensemble de la surface hémisphérique, pour fabriquer le treillis. La détermination d'un treillis longitudinal puis sa répétition, par rotation du motif, sur l'ensemble de la surface hémisphérique permet de fabriquer une cupule 10 d'une manière particulièrement rapide et peu onéreuse. Le pas angulaire déterminant l'espacement entre les facettes adjacentes peut être compris entre 1 degrés et 20 degrés. Le pas angulaire déterminant la répétition par rotation du motif peut être compris entre 5 et 20 degrés. 15 Selon un mode de réalisation chaque facette peut présenter une géométrie quadrangulaire. Selon un autre mode de réalisation, chaque facette peut présenter une géométrie triangulaire. La présente invention porte aussi sur une cupule susceptible d'être 20 fabriquée par le procédé selon l'invention, destinée à être impactée dans une cavité d'un os iliaque, présentant une surface extérieure sensiblement hémisphérique et un centre de révolution, la cupule étant caractérisée en ce qu'elle présente un treillis comprenant une pluralité de motif élémentaires, chaque motif élémentaire présentant un axe de symétrie passant par le centre de révolution de la cupule. 25 La présence d'un treillis permet à la cupule selon l'invention d'être fixée par ostéointégration dans une cavité d'un os iliaque. De plus, le positionnement spécifique de chaque motif élémentaire permet une répartition homogène des efforts exercés sur la cupule lorsqu'elle est implantée dans une cavité d'un os iliaque et de maîtriser la porosité du treillis en contact avec l'os. 30 Selon un mode de réalisation, chaque motif élémentaire peut présenter une géométrie tétraédrique. Selon un autre mode de réalisation, chaque motif élémentaire peut présenter une géométrie pentaédrique. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence aux 35 figures ci-annexées qui représentent à titre d'exemple non limitatif deux formes de réalisation de l'invention. 3039440 5 - La figure 1 est une vue de face d'une cupule selon l'invention ; - La figure 2 est une vue en perspective, en détails, d'un motif élémentaire positionné sur une facette, selon l'invention ; - La figure 3 est une vue de face, en coupe, d'une surface hémisphérique 5 présentant des facettes selon l'invention ; - La figure 4 est une vue en perspective schématique d'une surface hémisphérique présentant des facettes et sur laquelle est déterminé un treillis longitudinal. L'invention concerne une cupule 1 et un procédé de réalisation par fusion 10 additive d'une cupule 1. En référence à la figure 1, la cupule 1 présente une surface hémisphérique 10 recouverte par un treillis 20. Le treillis 20 comprend une pluralité de motifs élémentaires 21. Un motif élémentaire 21 est représenté en détails sur la figure 2. 15 Chaque motif élémentaire 21 est construit par rapport à une facette 11 de la surface hémisphérique 10. La détermination de chaque facette 11 sera expliquée ci-après. Chaque motif élémentaire 21 est déterminé par rapport à un axe de symétrie A. D'une manière particulièrement avantageuse l'axe de symétrie A est 20 normale à la facette 11 et passe par son centre O. De plus, tel que cela sera présenté ultérieurement, l'axe de symétrie A passe par le centre de révolution C de la surface hémisphérique 10. La détermination de chaque motif élémentaire 21 par rapport à un axe de symétrie A, permet au motif 21 d'être positionné de manière symétrique sur la 25 facette 11. Comme on peut l'apprécier sur la figure 2, chaque motif élémentaire 21 comprend plusieurs barres d'armature 22 liées entre elles de manière à former une structure présentant des sommets 23, des contre-dépouilles et des évidements 24. De plus, les évidements permettent à l'os iliaque de se reconstruire en 30 entourant chaque barre d'armature 22. Ainsi, les évidements 24 permettent la fixation de la cupule par ostéointégration, dans la cavité de l'os iliaque. Le procédé de fabrication de la cupule 1 est le suivant. Selon un mode de réalisation, la surface hémisphérique 10 est déterminée selon des mesures standardisées. 35 La surface hémisphérique 10 ainsi déterminée présente un centre de révolution C. 3039440 6 Il est précisé que la détermination de la surface hémisphérique 10 ainsi que l'ensemble des étapes de déterminations suivantes peuvent être réalisées avec un dispositif de conception et fabrication assistées par ordinateur. En référence à la figure 3, un maillage de facettes 11 planes est 5 déterminé autour de la surface hémisphérique 10. Les facettes 11 sont positionnées de sorte qu'une droite D normale au centre O de chaque facette 11 passe par le centre de révolution de la surface hémisphérique 10. De plus, les droites D normales au centre de O de chaque facette 11 adjacentes sont espacées les unes des autres selon un pas angulaire a. 10 Selon un mode de réalisation le pas angulaire a peut être sensiblement égal à 10 degrés. De plus, les facettes 11 peuvent être reproduites par une rotation circulaire selon un pas angulaire p compris en 5 et 20 degrés. Selon un mode de réalisation le pas angulaire p peut être sensiblement 15 égal à 10 degrés. Le treillis 20 est déterminé autour de la surface hémisphérique 10. Le treillis 20 comprend une pluralité de motifs élémentaires 21. Chaque motif élémentaire 21 est positionné sur une facette 11 de sorte que l'axe de symétrie A de chaque motif élémentaire 21 soit confondu avec la droite D normale au centre de la 20 facette 11 correspondante. Un modèle de la cupule 1 comprenant la surface hémisphérique 10 et le treillis 20 est déterminée. Un plan équatorial P du modèle de la cupule 1 est déterminé. Plusieurs plans parallèles au plan équatorial P sont déterminés. 25 Chaque point d'intersection du modèle de la cupule 1 avec un plan parallèle au plan équatorial P est déterminé. Les coordonnés, dans le plan parallèle correspondant, de chacun des points d'intersection sont déterminées. La fabrication de la cupule 1 est réalisée à l'aide d'un dispositif de fusion 30 additive (non représenté) muni d'un plateau mobile. Un plan correspondant au plan du plateau mobile est déterminé. Le plan correspondant au plan du plateau mobile est déterminé en tant que plan équatorial P du modèle de la cupule 1. Une couche de poudre métallique est déposée sur le plateau mobile. 3039440 7 La poudre métallique peut par exemple être de la poudre de titane, d'acier inoxydable ou d'alliage de cobalt et de chrome, ou de tout autre matériau implantable dans un corps humain. Un faisceau énergétique du dispositif de fusion additive est focalisé sur 5 les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule 1 avec le plan équatorial P. Une couche de poudre métallique est déposée sur le plateau mobile. Le faisceau énergétique du dispositif de fusion additive est focalisé sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points 10 d'intersection du modèle de la cupule 1 avec le plan parallèle consécutif au plan équatorial P. Les étapes, de dépôt d'une couche de poudre métallique sur le plateau et de focalisation d'un faisceau énergétique sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule 1 15 avec le plan parallèle consécutif au plan précédent, sont répétées jusqu'à l'obtention d'une cupule 1 comprenant une surface hémisphérique 10 et un treillis 20. Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 4, l'étape de détermination du treillis 20 sur la surface hémisphérique 10 comprend les phases de : détermination d'un treillis longitudinal 25 comprenant une pluralité 20 de motifs élémentaires 21 positionnés selon une longitude de la surface hémisphérique 10, reproduction du treillis longitudinal 25 sur l'ensemble de la surface hémisphérique 10, pour fabriquer le treillis 20. Ainsi, l'invention fournit un procédé peu onéreux de fabrication additive 25 d'une cupule 1 qui comprend un treillis 20 présentant une pluralité de motifs élémentaires simples. Chaque motif élémentaire 21 est positionné de sorte que son axe de symétrie A soit confondu avec une droite passant par le centre de révolution de la cupule. Cette disposition technique permet aux motifs élémentaires 21 de tous présenter une orientation similaire par rapport à la surface hémisphérique 10 de la 30 cupule 1. Le treillis 20 permet la fixation de la cupule 1 par ostéointégration dans une cavité de l'os iliaque. L'orientation spécifique de chacun des motifs élémentaires 21 permet une répartition homogène des efforts exercés sur la cupule 1. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution du 35 dispositif et du procédé décrites ci-dessus à titre d'exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une cupule (1) selon un procédé de fusion 5 additive, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - détermination d'une surface hémisphérique (10) présentant un centre de révolution (C), - détermination d'un maillage de facettes (11) planes autour de la surface hémisphérique (10), chaque facette (11) étant positionnée de sorte qu'une 10 droite normale au centre de chaque facette (11) passe par le centre de révolution (C) de la surface hémisphérique (10) et les droites (D) normales au centre (0) de chaque facette (11) adjacentes sont espacées les unes des autres selon un pas angulaire (a), - détermination d'un treillis (20), présentant des évidements (24), sur la surface hémisphérique (10), le treillis (20) comprenant une pluralité de motifs 15 élémentaires (21), chaque motif élémentaire (21) présentant un axe de symétrie (A) et étant positionné de sorte que l'axe de symétrie (A) du motif élémentaire (21) soit confondu avec la droite (D) normale au centre (0) de la facette (11) correspondante, - détermination d'un modèle de cupule (1) comprenant la surface hémisphérique (10) et le treillis (20), 20 - détermination d'un plan équatorial (P) du modèle de cupule (1), - détermination de plusieurs plans parallèles au plan équatorial (P) de la cupule (1), - détermination de chaque point d'intersection du modèle de la cupule (1) avec un plan parallèle au plan équatorial (P), 25 - détermination, dans le plan parallèle correspondant, des coordonnées de chaque point d'intersection du modèle de la cupule (1) avec ledit plan parallèle correspondant, - détermination du plan d'un plateau mobile d'un dispositif de fusion additive comme plan équatorial (P) du modèle de la cupule (1), 30 - dépôt d'une couche de poudre métallique sur le plateau mobile, - focalisation d'un faisceau énergétique sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule (1) avec le plan équatorial, - dépôt d'une couche de poudre métallique sur le plateau mobile, 3039440 9 - focalisation d'un faisceau énergétique sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule (1) avec le plan parallèle consécutif au plan équatorial (P), - répétition des étapes de dépôt d'une couche de poudre métallique sur le plateau et de focalisation d'un faisceau énergétique sur les points de la couche de poudre correspondants aux coordonnées des points d'intersection du modèle de la cupule (1) avec le plan parallèle consécutif au plan précédent, - obtention d'une cupule (1) comprenant une surface hémisphérique (10) et un treillis (20). 10 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination d'un treillis (20) présentant des évidements (24), sur la surface hémisphérique, le treillis (20) comprenant une pluralité de motifs élémentaires (21), chaque motif élémentaire (21) présentant un axe de symétrie (A) et 15 étant positionné de sorte que l'axe de symétrie (A) du motif élémentaire (21) soit confondu avec la droite (D) normale au centre (0) de la facette (11) correspondante, comprend les phases de : détermination d'un treillis longitudinal (25) comprenant une pluralité de motifs élémentaires (21) positionnés selon une longitude de la 20 surface hémisphérique (10), reproduction du treillis longitudinal (25) sur l'ensemble de la surface hémisphérique (10), pour fabriquer le treillis (20). 3. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé 25 en ce que le pas angulaire (a) déterminant l'espacement entre les facettes (11) adjacentes est compris entre 1 degrés et 20 degrés. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque facette (11) présente une géométrie quadrangulaire. 30 5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque facette (11) présente une géométrie triangulaire. 6. Cupule (1) susceptible d'être fabriquée par le procédé selon l'une des 35 revendications 1 à 5, destinée à être impactée dans une cavité d'un os iliaque, présentant une surface hémisphérique (10) et un centre de révolution (C), la cupule 3039440 (1) étant caractérisée en ce qu'elle présente un treillis (20) présentant des évidements (24) et comprenant une pluralité de motifs élémentaires (21) , chaque motif élémentaire (21) présentant un axe de symétrie (A) passant par le centre de révolution (C) de la cupule (1). 5 7. Cupule (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque motif élémentaire (21) présente une géométrie tétraédrique. 8. Cupule (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque 10 motif élémentaire (21) présente une géométrie pentaédrique.