# Clinical use of 3D printing in dentistry, pediatric oral and maxillofacial surgery

Mathilde Maillard, Vincent Martin, Sandrine Touzet-Roumazeille, Jérôme Vandomme, Caroline Delfosse, Romain Nicot, Marion Dehurevent

► To cite this version:

Mathilde Maillard, Vincent Martin, Sandrine Touzet-Roumazeille, Jérôme Vandomme, Caroline Delfosse, et al. Clinical use of 3D printing in dentistry, pediatric oral and maxillofacial surgery. Revue Francophone d'Odontologie Pédiatrique, 2025, 20 (3), 10.5281/zenodo.16271700. hal-05173376

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Mathilde MAILLARD (1a)

Vincent MARTIN (1a)

Sandrine TOUZET-ROUMAZEILLE (2b)

Caroline DELFOSSE (3c)

Jérôme VANDOMME (4d)

Romain NICOT (5b)

Marion DEHURTEVENT (4e)

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

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<figure><img src="image_4.png" /></figure>

# Usage clinique de l'impression 3D en odontologie, chirurgie orale et maxillo-faciale pédiatrique

## Clinical use of 3D printing in dentistry, pediatric oral and maxillofacial surgery

### Résumé

Les secteurs de la chirurgie orale, maxillo-faciale et de l'odontologie sont à la pointe du développement de la fabrication additive en santé. En plus de dix ans, cette technologie a permis aux praticiens d'améliorer la prise en charge des patients vers une médecine personnalisée. La fabrication additive est utilisée pour la planification de procédures chirurgicales, orthodontiques et prothétiques. Les technologies principales incluent la stéréolithographie, le dépôt de fil fondu, la projection de matière et la fusion sélective par laser. En odontologie et en chirurgie maxillo-faciale, l'impression 3D est utilisée pour fabriquer des prothèses, des guides chirurgicaux et des dispositifs médicaux sur mesure, apportant des solutions innovantes pour des pathologies complexes. Ces procédés de fabrication permettent également la création de modèles anatomiques pour l'information des patients et des parents, notamment en pédiatrie, et facilite la planification chirurgicale précise, offrant des résultats prédictibles et sécurisés.

### Summary

The fields of oral and maxillofacial surgery, as well as dentistry, are at the forefront of developing additive manufacturing for health. For more than ten years, this technology has enabled practitioners to improve personalized patient care. Additive manufacturing is used for planning surgical, orthodontic, and prosthetic procedures. The main technologies include stereolithography, fused filament fabrication, material jetting, and selective laser melting. In dentistry and maxillofacial surgery, 3D printing is used to fabricate prostheses, surgical guides, and custom medical devices, providing innovative solutions for complex pathologies. The technology also allows the creation of anatomical models for patient and parent education, especially in pediatrics, and facilitates precise surgical planning, offering predictable and safe result.

Référence de l'article: MAILLARD M, MARTIN V, TOUZET-ROUMAZEILLE S, DELFOSSE C, VANDOMME J, NICOT R, DEHURTEVENT M. Usage clinique de l'impression 3D en odontologie, chirurgie orale et maxillo-faciale pédiatrique. Rev. Francoph. Odontol. Pediatr. 2025; 20(3): 1-10

### Mots-clés :

Impression 3D; chirurgie maxillo-faciale;
chirurgie dentaire; chirurgie pédiatrique;
chirurgie orale; prothèse.

### Key-words :

3D printing; maxillo-facial surgery;
dental surgery; pediatric surgery;
oral surgery; prosthesis.

Correspondance: Docteur Marion DEHURTEVENT - marion.dehurtevent@univ-lille.fr
Département facultaire Odontologie, Prothèses. Place de Verdun, F-59000 Lille.

<footnote>(1) Ingénieur recherche.</footnote>

<footnote>(2) PH en
Chirurgie maxillo-faciale.</footnote>

<footnote>(3) PU-PH en
Odontologie pédiatrique.</footnote>

<footnote>(4) MCU-PH en
Odontologie prothétique.</footnote>

<footnote>(5) PU-PH
en Maxillo-faciale.</footnote>

<footnote>(a) Université de Lille,
Inserm, U1008,
F-59000 Lille.</footnote>

<footnote>(b) Université de Lille,
CHU Lille, INSERM,
Département de Chirurgie
maxillo-faciale, U1008,
F-59000 Lille.</footnote>

<footnote>(c) Université de Lille,
CHU Lille, département
d'Odontologie
pédiatrique, F-59000 Lille.</footnote>

<footnote>(d) Université de Lille,
CHU Lille,
département de Prothèses,
F-59000 Lille.</footnote>

<footnote>(e) Université de Lille,
CHU Lille, INSERM,
département de Prothèses,
U1008, F-59000 Lille.</footnote>
### Abréviations :

**3D:** 3 Dimensions. **ABS:** Acrylonitrile Butadiène Styrène. **ASA:** Acrylonitrile Styrène Acrylate. **CAO:** Conception Assistée par Ordinateur.

**CFAO:** Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur. **DLP:** Digital Light Processing. **DMI:** Dispositifs Médicaux Implantables.

**FDM:** Fused Deposition Modeling/Dépôt de Fil. **FFF:** Fused Filament Fabrication. **IRM:** Imagerie par Résonance Magnétique. **LPBF:** Fusion laser sur lit de poudre. **MSLA:** Masked Stereolithography Apparatus.

**PETG:** PolyEthylène Téréphtalate Glycol. **PLA:** Acide polylactique.

**PVA:** Alcool polyvinylique. **QR CODE:** Quick Response Code.

**RDM:** Résistance Des Matériaux. **SLA:** StereoLithography Apparatus.

**SLM:** Fusion sélective par laser. **SLS:** Frittage sélectif par laser. **TPU:** ThermoPlastique Polyuréthane.

## Introduction

Les secteurs de la chirurgie orale, maxillo-faciale et de l'odontologie ont été parmi les premiers à adopter la fabrication additive pour des applications en santé [1]. Depuis le début des années 2010 et l'essor des procédés d'impression résine et par dépôt de fil fondu, de nombreuses activités de fabrication réalisées autrefois manuellement ou par des procédés conventionnels (moulage ou enlèvement de matière) ont pu être remplacées par des procédés additifs. Ceci a notamment conduit à une réduction des temps de production pour les prestataires externes; mais a également permis de rapprocher les moyens de fabrication des praticiens, offrant une plus grande flexibilité dans la mise en place de traitements sur mesure. La fabrication additive constitue un ensemble de procédés Permettant la fabrication rapide de pièces qui sont souvent moins coûteuses que si elles étaient produites à l'aide de procédés conventionnels [2,3]. Cette famille de procédés montre son intérêt grâce à la possibilité d'améliorer la prise en charge des patients par la création de dispositifs médicaux personnalisés, c'est-à-dire patients spécifiques. Ceux-ci peuvent être destinés à être implantés, servir de guide chirurgical, ou encore intervenir dans la planification des procédures chirurgicales orthodontiques et prothétiques [4,5].

En chirurgie pédiatrique, l'utilisation des procédés de fabrications additifs offre de nombreux avantages. D'une part, ils favorisent une préparation approfondie des cas complexes et permettent aux chirurgiens de s'entraîner à des gestes qui sont par définition plus minutieux et réalisés dans un contexte opératoire délicat. L'utilisation de modèles anatomiques imprimés en 3D offre ainsi un support précieux pour la planification chirurgicale et la simulation d'interventions complexes, réduisant les risques peropératoires et améliorant les résultats cliniques.

D'autre part, la capacité de la fabrication additive à répondre aux défis de la médecine personnalisée constitue un atout majeur pour une population pédiatrique aux besoins variés. La diversité des morphologies, la croissance des patients et les pathologies spécifiques rendent inadaptés

de nombreux dispositifs standards. Il devient ainsi possible de concevoir des implants, orthèses et guides chirurgicaux entièrement sur mesure et dans des délais limités.

Enfin, ces avancées contribuent également à une meilleure communication avec les jeunes patients et leurs familles. L'impression de modèles anatomiques pédagogiques permet aux praticiens d'expliquer de manière plus visuelle et compréhensible les interventions prévues, ce qui favorise l'adhésion au traitement et réduit l'anxiété préopératoire.

L'utilisation de la fabrication additive passe nécessairement par la mise en place d'une chaîne de Conception et de Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO). Ce flux de travail consiste dans un premier temps à l'acquisition d'images intra-orales par caméra optique intra-buccale, Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ou scanner. Dans un second temps, un travail de segmentation permet d'isoler les volumes d'intérêt et de créer un fichier 3D sous la forme d'un nuage de points. Ces données peuvent être transférées à d'éventuels outils logiciels métier pour modification ou pour servir à la conception de dispositifs. L'objet numérique final (format généralement obtenu : stl, obj, 3MF...) est ensuite chargé dans un logiciel « slicer ». Celui-ci permet de paramétrer le travail de fabrication pour un procédé donné et de préparer le jeu d'instructions qui sera transmis à l'imprimante. En termes de procédés de fabrication additive dans les domaines de la chirurgie maxillo-faciale et de l'odontologie, on retrouve principalement des technologies de stéréolithographies (SLA) ou de projection numérique de lumière (DLP), dépôt de fil fondu (FDM), projection de matière (Polyjet), fusion sélective de poudre (SLM), ou frittage sélectif de poudre (SLS) [6,7].

Dans cet article, nous proposons de présenter les principaux procédés de fabrications additifs utilisés actuellement dans les secteurs de la chirurgie orale et maxillo-faciale, ainsi que de l'odontologie pédiatrique. Les procédés de fabrications additifs les plus utilisés seront illustrés avec des modèles d'études et dispositifs médicaux.

## Applications cliniques et procédés associés en odontologie pédiatrique

### Applications cliniques

#### Modèle d'étude

L'impression de modèles anatomiques joue un rôle clé dans la transmission d'informations en odontologie pédiatrique, notamment pour expliquer un diagnostic ou une prise en charge orthodontique au patient et à son entourage (Fig. 1).
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>**Fig. 1:** Arcade mandibulaire fabriquée par fabrication additive - Mandibular arch built using additive manufacturing.</figcaption></figure>

Par ailleurs, l'impression 3D constitue un outil précieux pour la planification des traitements. En effet, à partir d'une empreinte optique intra-buccale, un modèle peut être fabriqué, scanné, puis les déplacements dentaires souhaités peuvent être simulés numériquement. À chaque étape du traitement orthodontique, un nouveau modèle est imprimé et une gouttière thermoformée.

## Porte-empreinte et plaque de myostimulation pour les enfants porteurs de la trisomie 21

La trisomie 21 (Syndrome de Down) est une pathologie génétique due à la présence d'une copie supplémentaire du chromosome 21. Ce chromosome supplémentaire conduit a des atteintes physiques et intellectuelles et la sévérité de ces manifestations varie entre les individus. L'atteinte a souvent la forme d'une déficience intellectuelle, d'un retard de développement, de la parole et du langage. Les manifestations physiques sont en majorité un rétrécissement du crâne, un visage aplati, un tonus musculaire amoindri, notamment au niveau des lèvres, de la langue et des muscles de la face. Bien qu'il n'existe aucun remède contre le syndrome de Down, un traitement peut aider à limiter les symptômes et à améliorer la qualité de vie des personnes porteuses de la maladie. Cette prise en charge doit être précoce et multidisciplinaire ; elle implique, entre autres, l'intervention d'un chirurgien-dentiste, d'un orthophoniste, d'un kinésithérapeute et d'un pédiatre. La prise en charge oro-faciale précoce du nourrisson consiste en l'association de la stimulation par massage de cette zone avec la thérapie par plaque palatine de myostimulation[8,9].

Ces plaques sont réalisées sur l'arcade maxillaire du patient porteur de trisomie 21, après empreinte optique ou physique. L'empreinte optique ne peut généralement être réalisée qu'aux alentours de 6 mois et l'empreinte physique présente comme risque l'ingestion ou l'inhalation du matériau d'empreinte si le porte-empreinte n'est pas adapté[10]. L'équipe Lilloise du département facultaire

d'odontologie a développé des porte-empreintes standardisés à imprimer en 3D, adaptés aux nourrissons de moins de 6 mois et jusqu'à l'éruption des premières dents (Fig. 2). Les QR code de ces 4 porte-empreintes sont disponibles dans l'article de DOBRENEL et al. publié en 2025 [11].

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>**Fig. 2:** Les quatre porte-empreintes mis en forme par fabrication additive pour la réalisation de plaque de myostimulation chez les nourrissons porteurs de la trisomie 21 – The four impression trays shaped by additive manufacturing for the fabrication of myostimulation plates in infants with Down syndrome.</figcaption></figure>

La plaque de myostimulation doit être portée au maxillaire dès les premiers mois de la vie de l'enfant et avant l'éruption des premières dents temporaires. Elle est portée 2 à 3 fois par jour, pendant 5 à 10 minutes, avec une surveillance des parents. La plaque ne doit pas être portée en continu afin que l'enfant ne s'y habitue pas, et doit être nettoyée quotidiennement. Si l'enfant s'accoutume, la forme de la plaque doit être changée. Ainsi, le nombre et la forme des activateurs varient selon les besoins de l'enfant [8]. Des rendez-vous réguliers (5-6 semaines) de contrôle doivent être instaurés pour vérifier la bonne adaptation de la plaque en lien avec la croissance de l'enfant.

Parmi les différents activateurs, la perle de Tucat permet de stimuler la pointe de la langue, et le « cratère » palatin le dos de la langue. Les « picots » permettent quant à eux de bloquer la langue. Par ailleurs, la position de l'activateur a un impact sur la dysfonction impliquée. Les postérieurs assurent une rétrusion de la langue, tandis que les activateurs antérieurs et latéraux permettent d'entraîner la langue à se mettre en position fonctionnelle. Les activateurs vestibulaires stimulent les muscles de la lèvre. Les irrégularités de la plaque amènent l'enfant à venir les rechercher, activant ainsi sa langue et les muscles orbiculaires des lèvres.
Différentes plaques sont proposées en fonction de l'âge du patient. La conception et la fabrication assistée par ordinateur à l'aide de la technique additive permet ainsi d'améliorer la reproductibilité de ces plaques et de faciliter la prise en charge des patients porteurs de trisomie 21. La première plaque est réalisée vers l'âge de 3 mois et est, le plus souvent, composée d'une plaque palatine, de quatre perles striées en résine permettant la stimulation des lèvres, et d'un « cratère » placé au milieu du palais permettant la stimulation de la langue (Fig. 3a) [8]. La deuxième plaque est réalisée vers l'âge de 6 mois et comporte le plus souvent des perles placées sur un arc métallique, permettant de stimuler les lèvres. Les boucles latérales de l'arc permettent d'ajuster sa position plus ou moins en avant. Une perle palatine est également placée sur un arc métallique pour stimuler la langue (Fig. 3b,c) [8]. Finalement, la troisième plaque (Fig. 3d) est souvent réalisée vers l'âge de 9 mois et possède, comme pour la première, quatre perles striées en résine et un « cratère » palatin (plus antérieur que le précédent), mais également des picots positionnés tout autour, afin de stimuler davantage la langue [8].

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 3a</figcaption></figure>

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Fig. 3b</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Fig. 3c</figcaption></figure>

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Fig. 3d</figcaption></figure>

**Fig. 3**: Visualisation sur le logiciel MeshMixer: a) Plaque palatine avec quatre perles striées et un cratère palatin; b) Plaque palatine avec quatre perles lisses antérieures et une perle centrale; c) Plaque palatine avec quatre perles striées antérieures et une perle centrale; d) Plaque palatine avec quatre perles striées, un cratère palatin, et des picots - Visualization in MeshMixer software: a) Palatal plate with four ridged beads and a palatal crater; b) Palatal plate with four smooth anterior beads and a central bead; c) Palatal plate with four ridged anterior beads and a central bead; d) Palatal plate with four ridged beads, a more anterior palatal crater, and surrounding bumps.

## Procédés de fabrications

### Photopolymérisation de résine :

Les procédés de fabrication additive SLA (Stéréolithographie), DLP (Digital Light Processing) et MSLA (Masked SLA) utilisent un feedstock sous forme de résine liquide. Celle-ci est composée d'un mélange de monomères et de photo-initiateurs et peut être solidifiée localement

par une source lumineuse qui émet dans l'ultraviolet (un laser dans le cas du SLA et une matrice de pixel dans le cas du DLP et du MSLA). La pièce est fabriquée couche par couche, à l'envers sur une plateforme d'impression. Celle-ci plonge verticalement dans la cuve pour isoler une épaisseur de résine; puis l'image qui constitue la couche du modèle 3D est projetée au travers du fond transparent de la cuve, une nouvelle épaisseur de polymère est ajoutée au modèle; enfin l'ensemble remonte pour laisser la résine liquide se replacer dans le fond de la cuve, avant de redescendre pour construire la couche suivante. La morphologie des machines habituellement rencontrées pour ces procédés est schématisée à la figure 4.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Fig. 4** : Procédés SLA et DLP - SLA and DLP processes.</figcaption></figure>

Après l'impression, la pièce est nettoyée à l'aide d'un solvant (éthanol, isopropanol ou eau) afin de retirer les traces de résine non photopolymérisée encore présentes sur la surface. Enfin, la pièce est soumise à une « post-cuison » durant laquelle elle est chauffée et exposée à un rayonnement UV global plus puissant qui permet de terminer le processus de réticulation et d'obtenir les propriétés finales du matériau polymère.

Ces procédés permettent d'atteindre des niveaux de définition parmi les plus élevés en impression 3D, ce qui en fait les premiers candidats pour la réalisation de géométries complexes et détaillées. En fonction du modèle, les diamètres de faisceau laser SLA utilisés varient entre 30 et 140 micromètres (définition en X/Y) et les épaisseurs de couche évoluent entre 30 et 100 µm (définition en Z). En ce qui concerne le DLP, il est possible d'atteindre des tailles de pixels allant de 30 à 50 µm de côté. Au-delà de la définition, l'utilisation d'une matrice de pixel permet d'accélérer les impressions (une couche peut être éclairée entièrement d'un seul coup, là ou un laser mettra plus de temps à parcourir une surface plus grande). Ainsi, le temps d'impression des technologies DLP est proportionnel à la hauteur de la pièce. À l'inverse, un laser permet d'éviter les effets de crénelage sur des détails fins et reste plus adapté à la création de formes arrondies et organiques.
Si la photopolymérisation en cuve offre une grande résolution, il n'est pas possible de réaliser des pièces de plusieurs couleurs. De plus, ce procédé est très souvent mono-matériau. Les erreurs de justesse et précision peuvent provenir d'une part de la qualité des images médicales, mais également de problèmes lors de l'impression (mauvaise polymérisation, effondrement de la structure, hétérogénéité et défauts dans la résine.) [12].

Les procédés par photopolymérisation de résine sont principalement utilisés pour la réalisation des restaura-
tions prothétiques mais également pour la planification
d'actes chirurgicaux en chirurgie orale, maxillo-faciale
et odontologie (ostéotomies, résections tumorales ou
encore de placement d'implant/vis/plaques) [13].

Projection de matière :

Le procédé de fabrication additive par projection de
matière (Material Jetting) permet de produire des pièces
polymères multimatériaux en un seul travail d'impression.
Il est plus connu sous le nom de PolyJet (Stratasys®), ou
de Projet (3D Systems®). Cette technique est souvent
utilisée pour la fabrication de pièces multicolores réalistes,
Stratasys® propose par exemple des jeux de matériaux qui
respectent le système de couleurs Pantone®. Ce procédé
permet également de créer des modèles complexes
imprimés avec différents matériaux et qui présentent des
comportements mécaniques locaux différents, allant des
matériaux rigides aux matériaux mous (shore A 30 à 95).

Le Material Jetting utilise également des résines photo-
polymérisables. Le feedstock est pulvérisé à travers une
rangée de petites buses installées sur une tête d'impression
mobile. Une lampe UV, montée sur la tête d'impression,
polymérise la résine liquide dès qu'elle a été déposée sur
la pièce. Chaque couche est ainsi construite en un seul
mouvement horizontal continu de la tête. Le schéma de
la figure 5 illustre les différents éléments mentionnés. En
mélangeant différentes résines au moment de la projec-
tion, il est possible d'obtenir des gradients de couleurs
ou de propriétés mécaniques contrôlés à l'échelle du
voxel (volume élémentaire).

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Fig. 5: Procédé Material Jetting – Material Jetting process.</figcaption></figure>

L'un des principaux domaines d'application de ce procédé d'impression 3D est la production de modèles anatomiques réalistes utilisés à des fins pédagogiques, pour l'entraînement à l'exécution de certains gestes médicaux, ou encore pour aider à la planification [14-21]. Au-delà de l'aspect visuel, la possibilité de fabriquer des modèles composés de divers éléments et de matériaux aux propriétés mécaniques différentes permet d'imiter le comportement de tissus biologiques spécifiques [22]. Par exemple, RUIZ et DHALER présente un modèle de genou imprimé sur une imprimante Polyjet et dont les différents matériaux permettent de recréer les mouvements de l'articulation [23]. En endodontie, SHAH et CHONG présentent une mandibule transparente au travers de laquelle il est possible d'observer les éléments anatomiques imprimés dans des matériaux différents [24]. Enfin, KOLLING et al. utilise ce même procédé pour produire des dents destinées à l'entraînement des étudiants à la préparation des canaux radiculaires [25].

Malgré la grande liberté de forme qu'offre ce procédé,
il présente plusieurs facteurs limitants qui peuvent restreindre
son utilisation. Tout d'abord son prix, les imprimantes 3D
Stratasys® évoluent entre 100 k€ et 400 k€ et les feed-
stocks évoluent autour de 250 €/kg. Ensuite, le principe
de fonctionnement du Polyjet ne permet pas de réaliser
des éléments en surplomb supportés par une structure
et chaque surface libre dont la normale est orientée vers
le bas est entièrement couverte de support. Ainsi, des
modèles fortement lacunaires nécessiteront un important
travail de nettoyage pour retirer le matériau support [26].
Pour la même raison, il n'est pas possible de réaliser des
cavités entièrement fermées. Enfin, il s'agit souvent de
systèmes commerciaux dont les paramètres sont fortement
contraints, rendant difficiles les travaux de recherche pour
le développement de nouveaux matériaux [27].

Applications cliniques
et procédés associés
en chirurgie orale
et maxillo-faciale pédiatrique

Applications cliniques

Modèle d'étude

L'impression de modèles anatomiques peut être utilisée comme vecteur d'information afin d'expliquer un diagnostic ou une prise en charge au patient ou à son entourage [28-31]. Dans le cas de la pédiatrie, c'est donc le plus souvent, exception faite des adolescents, les parents qui seront la cible de ce vecteur de communication. Ainsi, il a par exemple été proposé l'utilisation de modèles imprimés en 3D à partir de données échographiques prénatales
afin d'informer les futurs parents des anomalies faciales et du plan de traitement de leur fœtus atteint d'une malformation faciale ou d'une fente labio-palatine [32,33]. S'agissant de modèles à visée pédagogique, dispositif médical sans contact direct avec le patient, l'impression est le plus souvent réalisée avec une imprimante utilisant une technologie FDM ou SLA. Ces technologies étant peu coûteuses et faciles d'accès, l'impression sera bien souvent internalisée dans le respect du Règlement relatif aux Dispositifs Médicaux (RDM) EU 2017/745 applicable au 26 mai 2021. D'un point de vue pratique, ces modèles offrent la possibilité d'être annotés de façon à expliquer aux parents la chirurgie de leur enfant à naître. De tels modèles pédagogiques sont de plus en plus utilisés pour informer les parents d'une reconstruction faciale complexe, comme c'est par exemple le cas dans une reconstruction mandibulaire par greffon chondro-costal pour un syndrome oto-mandibulaire (Fig. 6). Ces informations permettent alors aux parents de mieux appréhender la reconstruction dont l'explication orale peut rester très abstraite (quelle zone sera reconstruite ? Comment ? Quel sera le résultat morphologique ou fonctionnel ?).

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>**Fig. 6:** Photographie d'un modèle cartographique d'un syndrome oto-mandibulaire utilisé en consultation avec les parents dans un usage pédagogique - *Photograph of a mapping model of an oto-mandibular syndrome used in consultation with parents for educational purposes.*</figcaption></figure>

L'impression de modèles anatomiques peut également être utilisée dans un objectif cartographique ou de planification préchirurgicale[30]. Dans ce cas, les modèles permettront de se prémunir à l'avance d'une difficulté anatomique, d'anticiper le tracé d'une ostéotomie ou des limites de résection chirurgicale d'une lésion, ou d'évaluer la perte de substance osseuse avant une greffe osseuse ou un lambeau libre osseux. L'utilisation des modèles haptiques permettra également de choisir la bonne instrumentation chirurgicale en anticipant l'ensemble de ces difficultés opératoires. Au laboratoire, ces modèles pourront par ailleurs servir de modèle physique pour un set-up préchirurgical, telles que le sont classiquement les empreintes dentaires, et

permettre de confectionner des appareillages comme des arcs préformés pour bloquer ou suspendre les mâchoires [34]. Ce type de set-up est précieux chez l'enfant, particulièrement lorsque la prise d'empreinte n'est pas possible (ankylose osseuse par exemple). Dans le cas de la pose d'un dispositif implantable, par exemple pour une reconstruction orbitaire par un implant titane, ils vont permettre de choisir à l'avance la taille ou de la forme d'un implant standard. Des fantômes de ces dispositifs implantables peuvent être essayés sur le modèle 3D afin de s'assurer que la forme et les dimensions de l'implant seront compatibles avec la zone à reconstruire. Dans certains cas, les modèles imprimés en 3D permettront de préconformer une plaque d'ostéosynthèse au laboratoire avant l'intervention, faisant alors gagner de précieuses minutes opératoires liées aux aléas d'une conformation tridimensionnelle complexe [35]. Attention toutefois dans ces indications, ils interviennent le plus souvent avant l'étape chirurgicale dans un objectif de planification, ou, sous réserve du respect des contraintes réglementaires strictes, ils pourront être utilisés pendant l'intervention chirurgicale sans contact direct avec le patient mais devront être stérilisés avec un risque de modification du dispositif lié au procédé de stérilisation. Le choix du matériau prend alors une importance de choix.

Guides chirurgicaux pour guider
une intervention chirurgicale (SLM)

La planification de l'intervention chirurgicale peut égale-
ment être assistée par ordinateur [30]. Le procédé additif
par laser sur lit de poudre permet alors de confectionner
un guide chirurgical spécifique au patient, qui permet de
transposer l'ensemble de la planification numérique sur
l'anatomie du patient. L'objet imprimé peut alors contenir
le trajet des ostéotomies, les trous de préforage des vis,
les mouvements appliqués aux pièces osseuses selon la
planification qui aura été effectuée en amont. Il prendra
alors la forme d'un guide de coupe, d'un guide de préforage
ou d'un guide de positionnement, d'une gouttière occlusale
de repositionnement ou de plaques d'ostéosynthèse sur
mesure, dont le matériau dépend de plusieurs paramètres
(zone anatomique où il sera appliqué, forme du dispositif,
marge d'erreur d'imprécision tolérée, type de la technologie
de coupe utilisée (fraise rotative, scie oscillante, bistouri
piézoélectrique)). Ces objets de conception et de fabri-
cation assistée par ordinateur sont ensuite stérilisés pour
être utilisés au contact direct du patient et permettent de
reproduire les étapes définies numériquement. Ce niveau
supérieur d'utilisation de l'impression 3D est largement
utilisé en reconstruction maxillo-faciale pédiatrique, parti-
culièrement dans le domaine de la chirurgie malformative
ou de la reconstruction carcinologique.
L'exérèse d'une tumeur osseuse orbito-zygomatique en est l'exemple type compte tenu de la complexité anatomique de l'orbite. Dans ce cas, il convient de réaliser une exérèse la plus précise et la plus parcimonieuse possible, dont les limites chirurgicales osseuses peuvent être difficiles à appréhender visuellement pour le chirurgien puisqu'une partie de la tumeur est invisible et doit être interprétée par le praticien à partir des données de l'imagerie. Les limites d'exérèse sont alors définies à l'aide du scanner préopératoire et transposées au sein des guides de coupe. Dans cet exemple (Fig. 7a,b,c), il a été choisi de réaliser la reconstruction orbito-zygomatique par un prélèvement osseux d'origine crânienne compte tenu de la nature bénigne de la lésion (dysplasie fibreuse). La planification préchirurgicale a permis de mesurer les volumes orbitaires afin de reproduire au plus proche l'anatomie du patient et obtenir une reconstruction contrôlant la projection oculaire.

La chirurgie orthognathique est un autre exemple chez les adolescents en fin de croissance. Plusieurs méthodes sont possibles[36-38]. L'impression 3D permet d'obtenir des gouttières de repositionnement occlusal qui intègrent les mouvements du maxillaire ou de la mandibule tels qu'ils ont été définis préalablement lors de la planification. Avec cette méthode, seuls les mouvements du maxillaire ou de la mandibule sont planifiés. Les traits de coupe et la conformation des plaques d'ostéosynthèse restent quant à eux à la discrétion du chirurgien.

Ainsi, si le chirurgien débute par l'ostéotomie maxillaire, il dispose d'une première gouttière qu'il positionne sur l'arcade mandibulaire avant d'y associer le maxillaire sectionné. Celui-ci va alors être mobilisé, grâce à la gouttière de repositionnement, et pourra être ostéosynthésé dans cette nouvelle position. S'il s'agit d'une ostéotomie bimaxillaire, une seconde gouttière est ensuite positionnée de façon à obtenir le bon positionnement de la mandibule à partir de la nouvelle position maxillaire. Enfin, une gouttière d'intercuspidation peut être utilisée pour stabiliser le résultat occlusal final. Une autre méthode possible est de réaliser des guides de coupe et de préforage ainsi que des plaques d'ostéosynthèse sur mesure. Dans ce cas, les guides de coupe peuvent être à appui osseux ou dentaires. Ils contiennent à la fois le trajet du trait d'ostéotomie et les trous de préforage des futures plaques d'ostéosynthèses. Ce sont ces dernières, imprimées sur mesures, qui contiendront les mouvements tridimensionnels planifiés au niveau du maxillaire, de la mandibule ou du menton osseux.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Fig. 7b</figcaption></figure>

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Fig. 7a</figcaption></figure>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Fig. 7c</figcaption></figure>

**Fig. 7** : a) Reconstruction 3D d'un scanner du massif facial vue de face, de profil, de ¾ et en vue inférieure chez une enfant de 15 ans présentant une volumineuse lésion osseuse bénigne avec défiguration faciale et retentissement orbitaire et perte de l'acuité visuelle justifiant d'une prise en charge chirurgicale. Des guides de coupes et de pré-forage en titane, ont été confectionnés ; b) Vue 3D de la voûte crânienne permettant de visualiser le guide de coupe crânien de prélèvement des greffons osseux. Ce dispositif, fabriqué de façon externalisée par Materialise, Châtillon, France, contient à la fois la forme des pièces osseuses et les trous de pré-forage des futures vis qui permettront le bon positionnement de ces pièces osseuses sur le site de reconstruction ; c) Vues 3D de la reconstruction faciale intégrant les greffons pour la reconstruction orbito-zygomatique et un lambeau libre osseux de fibula, lui-même planifié. Des plaques d'ostéosynthèses en titane sont conçues sur mesure par impression 3D pour maintenir les différentes pièces osseuses dans la position choisie - a) 3D reconstruction of a facial CT scan (frontal, profile, oblique, and inferior views) in a 15-year-old girl with a large benign bone lesion causing facial disfigurement and orbital involvement with loss of visual acuity, justifying surgical intervention. Titanium cutting and pre-drilling guides were fabricated ; b) 3D view of the cranial vault showing the cutting guide for bone graft harvesting. This device, produced externally by Materialise (Châtillon, France), includes both the shape of the bone pieces and the pre-drilling holes for future screws to position the grafts precisely ; c) 3D views of facial reconstruction with orbital-zygomatic grafts and a planned free fibula flap. Custom-made titanium osteosynthesis plates printed in 3D are used to maintain the bone segments in their planned positions.
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Fig. 8a</figcaption></figure>

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Fig. 8b</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Fig. 8c</figcaption></figure>

**Fig. 8 :**

**a)** Reconstruction 3D d'un scanner du massif facial vue de face chez un adolescent de 16 ans présentant une dysmorphose dento-squelettique de classe 2 asymétrique; **b)** Vue 3D permettant de visualiser les guides de coupe à appui osseux au niveau du maxillaire et du menton. Ces dispositifs, fabriqués de façon externalisée par Materialise, Châtillon, France, contiennent à la fois les traits de coupes osseuses et les trous de préforage des futures vis. En rouge les zone d'exérèse osseuse de façon à resymétriser le massif facial; **c)** Vue 3D permettant de visualiser les plaques d'ostéosynthèses en titane conçues sur mesure par impression 3D pour maintenir les différentes pièces osseuses dans la position choisie. Des indicateurs peuvent être définis pour aider au positionnement :

**a)** 3D reconstruction of a facial CT scan (frontal view) of a 16-year-old adolescent with an asymmetric skeletal class II deformity;

**b)** 3D view showing the bone-supported cutting guides for the maxilla and chin. These guides, produced externally by Materialise (Châtillon, France), include both the osteotomy lines and pre-drilling holes for future screws. The red areas represent bone resection zones aimed at facial symmetry;

**c)** 3D view of custom-made titanium osteosynthesis plates printed in 3D to maintain the repositioned bone segments. Positional markers may be defined to assist in alignment.

Néanmoins, la précision accrue nécessaire à la réalisation de guides de coupe, pour obtenir un résultat garant des exigences occlusales, impose une conception industrialisée avec des guides idéalement réalisés en titane ou avec un appui dentaire (Fig. 8a,b,c) [38,39]. Bien qu'émergents, ces dispositifs semblent suffisamment précis dans cette indication [40]. L'avantage de l'utilisation de ces transferts chirurgicaux imprimés en 3D est alors de permettre une haute prédictibilité du résultat chirurgical, sécurisant le geste en permettant d'obtenir le résultat planifié. Ils sont particulièrement adaptés à la gestion des grandes asymétries faciales, qu'elles soient malformatives ou non, pour lesquelles il est parfois compliqué d'effectuer une coupe adaptée ou un repositionnement dans les 3 sens de l'espace avec un résultat orthogonal [37].

## Dispositifs Médicaux Implantables (DMI)

Un troisième niveau de planification est représenté par la conception et la production de dispositifs médicaux implantables. Le chirurgien, aidé d'un ingénieur biomé-dical, détermine par CAO la forme d'un implant qui est ensuite produit par impression 3D dans le matériau choisi. Plusieurs types de matériaux peuvent aujourd'hui être imprimés parmi lesquels le titane ou les biocéramiques. Dans les cas malformatifs, un exemple type est celui de la prothèse articulaire temporomandibulaire sur mesure. Il est parfois impossible techniquement de réaliser la pose d'une prothèse standard compte tenu des particularités anatomiques de ces patients présentant une anatomie complexe et des troubles de croissance majeurs. La confection d'un dispositif sur mesure permet alors de s'affranchir de ces contraintes anatomiques et d'obtenir le résultat morpho-fonctionnel le plus optimal. Étant patient-

spécifique, la prothèse va s'adapter à l'anatomie du patient et éviter d'avoir à réaliser l'étape de mise en adéquation de la branche montante avec la prothèse par un alésage préalable à la pose prothétique. Cette étape est longue et difficile et s'en affranchir permet de gagner un temps considérable et d'éviter des déconvenues fonctionnelles liées à une prothèse posée dans un axe dysfonctionnel. Un autre exemple est celui du contouring facial qui peut faire appel à des céramiques sur mesure. Ainsi, il est possible de corriger une encoche post-chirurgie orthognathique, de réaliser une symétrisation faciale, ou de réaliser une augmentation zygomatique à visée morphologique. Attention toutefois car ces dispositifs sont souvent très coûteux, et la fabrication peut être longue de plusieurs mois, néces-sitant une anticipation importante de l'intervention [29].

## Procédés associés

### Dépôt de fil fondu (FFF/FDM): prototypage rapide

Le procédé Fused Filament Fabrication (FFF) correspond au procédé de fabrication par dépôt de fils fondus. Le terme FDM (Fused Deposition Modeling), très souvent utilisé, est une marque déposée par Stratasys® qui dépose le brevet en 1992. Ce procédé permet de réaliser des pièces polymères rapidement et représente aujourd'hui la solution la plus abordable et la plus répandue. Le FFF offre une résolution d'impression relativement faible (environ 0,1 mm) et les pièces produites en couche par couche présentent des états de surface très rugueux. Bien qu'il reste inadapté pour la production d'éléments de taille inférieure au millimètre, il permet de produire des pièces de taille relativement importante (de quelques millimètres à plusieurs dizaines de centimètres).
Le principe de fonctionnement du FFF consiste à faire fondre un filament polymère pour l'extruder à travers une buse de diamètre fin (de 0,1 mm à 1 mm). La figure 9 présente l'ensemble qui constitue une tête d'extrusion (entraînement mécanique, élément de chauffe, capteurs, barrière thermique, etc.). Celle-ci est déplacée dans les 3 directions de l'espace par un système cinématique contrôlé par ordinateur. C'est la synchronisation du débit de matière extrudée et de la vitesse des déplacements de la tête d'impression qui permet la dépose contrôlée du matériau et l'impression d'une pièce conforme.

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Fig. 9 : Procédé FFF - FFF process</figcaption></figure>

Différents défauts peuvent apparaître lors de l'impression d'une pièce. Les difficultés de gestion de l'environnement thermique et des températures d'extrusion constituent les principales difficultés. Les phénomènes de dilatation thermique ainsi que les possibles transitions de phases des matériaux imprimés peuvent provoquer l'apparition de déformation, de délaminage, le décollement de la pièce de la surface d'impression ou encore l'effondrement de certaines structures mal ou non supportées [41]. Suite à l'utilisation croissante du FFF pour des applications médicales, des filaments biocompatibles sont désormais proposés à la vente, permettant la fabrication additive de dispositifs médicaux destinés à être placé en contact avec la peau.

Les matériaux les plus souvent employés pour la fabrication de modèles d'étude sont le PLA (Acide polylactique) et l'ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) [42]. D'autres polymères tels que le PETG, l'ASA, le TPU (Matériaux souple, shore 60A à 90A) ou le PVA (supports solubles dans l'eau) sont également imprimables avec des machines d'entrée de gamme.

## Fusion sélective par laser

Le procédé fusion sélective par laser (le plus souvent désignée par SLM pour Selective Laser Melting ou LPBF pour Laser Powder Bed Fusion) est le procédé le plus répandu dans le domaine de la fabrication additive de pièces métalliques (Fig. 10). Son principe de fonctionnement repose sur la solidification d'une poudre par fusion locale, à l'aide d'une source laser haute puissance (entre 100 W et 700 W). Pour d'autres matériaux comme les

poudres de polymère ou de céramique, les particules ne sont généralement pas fondues mais frittées [43]. On parle alors de frittage sélectif par laser (procédé SLS).

Quel que soit le matériau, les poudres utilisées doivent au mieux présenter une granulométrie relativement fine, allant du micron à quelques dizaines de microns, en plus d'une bonne coulabilité. Pour construire une pièce, les poudres sont étalées par un rouleau afin de former un lit homogène mince (entre 20 et 100 µm). Cette couche de poudre est ensuite balayée par le faisceau laser qui permet de solidifier les poudres entre elles et avec la couche précédente (par fusion puis solidification ou par frittage). À chaque nouvelle couche, le plateau d'impression descend. Par la suite, une nouvelle couche de poudre est étalée pour permettre la fabrication de la prochaine tranche et ainsi de former la géométrie (Fig. 10).

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Fig. 10 : Procédé de fusion sélective laser - Selective Laser Melting process.</figcaption></figure>

Les procédés SLS et SLM sont fréquemment utilisés car ils permettent d'obtenir des pièces métalliques, céramiques ou polymères reproductibles avec une grande précision (les largeurs de laser varient généralement entre 50 et 100 microns) [44]. Cependant ces pièces nécessitent souvent des étapes de post-traitements (polissage, sablage). De plus, ce procédé suppose des coûts élevés, tant à l'achat que pour son fonctionnement. D'une part, pour permettre la manipulation des poudres et assurer la sécurité des opérateurs (protection respiratoire, conservation de la poudre sous atmosphère contrôlée), et d'autre part, parce que les pièces nécessitent souvent un post-traitement important.

Pour des applications cliniques, les procédés SLM permettent d'obtenir une pièce métallique utilisée comme prothèses amovibles ou fixées en odontologie et plaques d'ostéosynthèse en chirurgie maxillo-faciale.

## Discussion et conclusion

Bien que les procédés de fabrication additive permettent d'améliorer la prise en charge des patients, de nombreux challenges subsistent. Les imprimantes 3D sont de plus en plus nombreuses sur le marché et ne cessent d'évoluer, obligeant ainsi les utilisateurs à se tenir informés et à jour sur les logiciels, matériaux ou mise à jour.
Au-delà de ces aspects technologiques et techniques,
ces procédés demandent souvent des installations parti-
culières (normées) et représentent un coût important.
La mise en place de projets mettant en lien des ingénieurs,
chercheurs et personnels de santé est pertinente pour
répondre à cette course technologique et pour améliorer
la prise en charge des patients. Si ces plateformes
d'impression 3D intra hospitalière peuvent répondre à
de nombreux challenges cités précédemment, la question
de la réglementation reste au centre des préoccupations.

En conclusion, l'intégration de la fabrication additive
dans les secteurs de la chirurgie orale, maxillo-faciale
et de l'odontologie a révolutionné ces domaines en
permettant une personnalisation accrue des traitements

et une amélioration significative de la qualité des soins.
Cette technologie permet aux praticiens de gagner en
efficacité et en précision.

Les différents procédés de fabrication additive, tels que le FFF, la photopolymérisation en cuve et la projection de matière, offrent une diversité d'applications allant de la production à la création de guides chirurgicaux et de dispositifs médicaux implantables sur mesure. Bien que l'adoption de la fabrication additive soit encore en phase de maturation, ses contributions actuelles et potentielles marquent une transformation profonde et bénéfique des pratiques cliniques, augurant d'un avenir où les soins seront de plus en plus personnalisés, efficaces et accessibles.

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