Conception de MAtériaux DENTaires à gradients de propriétés par fabrication additive – CMADENT

La dent présente un gradient naturel d’élasticité lié à la présence de dentine (tissu minéral poreux) et d’émail (hautement minéralisé, 2 à 4 fois plus rigide), reliés par une zone de transition de quelques microns. La restauration des pertes de substance dentaire volumineuses par Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur (CFAO) ne reproduit pas ce gradient d’élasticité et limite la durabilité des restaurations. L’objectif du projet CMADENT est de proposer une alternative à la CFAO (i) en remplaçant l’usinage par une technique de fabrication additive qui permet de limiter la perte de matière tout en garantissant des propriétés supérieures à celles des restaurations directes, (ii) en mimant les gradients de propriétés naturels de la dent et (iii) en développant de nouveaux matériaux moins toxiques et bioactifs pour prévenir l’apparition de caries secondaires. Le procédé DLP (Digital Light Processing) retenu est relativement rapide (une douzaine de pièces imprimées vs 3 en CFAO classique) et peu coûteux (15 k€ vs 100 k€ pour une machine de production en CFAO), deux avantages importants pour permettre une adoption rapide par les praticiens. Plusieurs défis scientifiques et technologiques doivent être relevés. Les machines DLP fonctionnent actuellement avec des résines non-chargées. Leurs propriétés mécaniques sont insuffisantes pour l’application visée. Il s’agira donc de développer une matrice composite, si possible issue de la chimie durable, adaptée à la technologie DLP et présentant des propriétés mécaniques optimales. Différents types de charges seront étudiés. Plusieurs stratégies seront mises en place pour obtenir des gradients de propriétés, en jouant par exemple sur le motif d'impression ou, après modification d'une machine DLP par rétro-ingénierie, par « trempage » alternatif du plateau de l’imprimante dans des bacs de résine présentant des taux de charges différents. Le consortium pourra notamment s'appuyer sur des outils expérimentaux, analytiques et numériques développés et validés dans le cadre d'un projet ANR précédent (TOOTHBOX). Ils seront encore améliorés pour prédire et ainsi optimiser les propriétés mécaniques des composites en fonction de leurs constituants de base. Ils serviront aussi à réaliser une optimisation topologique pour générer des motifs d'impression optimaux et proposer une répartition optimale des charges pour atteindre les gradients de propriété visés et ainsi approcher les propriétés mécaniques de l'émail et de la dentine. Sujet pluridisciplinaire par essence, le consortium est composé d’experts provenant de disciplines complémentaires (chimistes, physico-chimistes, génie des procédés, et mécaniciens) auxquels viennent s’adjoindre des praticiens hospitaliers et le seul industriel du domaine à produire des biomatériaux dentaires sur le sol français. Leur présence garantit que les développements seront toujours réalisés dans le but d’être utilisables in fine par des dentistes pour le bénéfice des patients.