Soutenance de thèse : Marion COFFIGNIEZ

Additive manufacturing of 3D architectured metallic biomaterials by robocasting

Doctorante : Marion COFFIGNIEZ

Laboratoire INSA : Mateis

Ecole doctorale :  ED34 : Matériaux de Lyon

Au-delà de l'aspect de personnalisation qu'elle peut apporter au domaine médicale, la fabrication additive donne aussi accès à l'élaboration de structures cellulaires.
Ces structures, de porosité maîtrisée, permettent à la fois de moduler les propriétés mécaniques de l'objet, mais aussi de favoriser l'invasion cellulaire nécessaire en ingénierie tissulaire.
Parmi les métaux communément utilisés en chirurgie orthopédique, les alliages de titane sont ceux présentant la rigidité la moins éloignée de celle de l'os. Cette étude porte donc sur l'élaboration de structures en Ti6-Al-4V, mais aussi en magnésium puisqu’il présente l'avantage d'être résorbable dans l'organisme. Les scaffolds sont obtenus par robocasting, procédé consistant à extruder, couche par couche une encre pâteuse constituée de poudre et de liant. Les structures sont ensuite déliantées et frittées à haute température pour atteindre leurs propriétés finales.
Concernant les structures en Ti-6Al-4V, une étude paramétrique est effectuée pour évaluer les possibilités et les limites du procédé en termes de structures (et microsrtuctures), de compositions chimiques et de propriétés mécaniques obtenues.
Après optimisation, il est possible d'obtenir des pièces présentant deux niveaux de porosités interconnectées (microporosité intra-filament (interconnectée), bénéfique pour l'accroche cellulaire d'après la littérature, et macropores dessinées), gardant une limite d'élasticité spécifique supérieure à celle de l'os (105 MPa.cm³/g) et un module d'Young proche de celui de l'os (28-30 GPa). Un gradient de la porosité intra-filamentaire peut également être obtenu en faisant varier la taille de poudre au sein d’une seule et même pièce.
Concernant le magnésium, un liant compatible avec la réactivité de la poudre (base éthanol) a pu être identifié et les premières étapes du procédé (impression, déliantage) sont donc tout à fait réalisables pour ce matériau. Toutefois, le frittage conventionnel du magnésium (pur) s'avère compliqué du fait de sa réactivité. Des alternatives de frittage sont donc étudiées (frittage en phase liquide, SPS).