Frittage sélectif par laser de biocomposites UHWMPE/HA pour l'ingénierie du tissu osseux

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Chimie, minéralogie, cristallographie,

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Hydroxyapatite, UHMWPE, Frittage sélectif par laser, Ingénierie du tissu osseux

Mots-clés

Hydroxyapatite,

Frittage (métallurgie),

Tissu osseux

Ce travail porte sur l’étude par la fabrication additive de pièces 3D de biomatériaux composites pour des applications en ingénierie du tissu osseux. Les pièces ont été élaborées par frittage sélectif par laser (SLS pour Selective Laser Sintering) avec une matrice en polyéthylène à haut poids moléculaire (UHMWPE pour Ultra High Molecular Weight Polyethylene) commercial et une charge céramique en hydroxyapatite (HA) synthétisée au laboratoire. Une étude étape par étape a été conduite afin de produire par séchage par atomisation (SD) des particules d’HA ayant les caractéristiques morphologiques requises par le procédé SLS. Il a été montré que la pression d'atomisation avait une influence majeure sur la taille des particules : plus la pression est élevée, plus le diamètre moyen des particules est petit. Une fonction de désirabilité a été utilisée pour déterminer les paramètres de traitement SD optimaux. Ainsi, tout en prenant en compte l'efficacité du traitement, il a été possible de produire une poudre de SDHA avec un diamètre moyen de 15 à 25 µm. La poudre de SDHA a ensuite été mélangée à hauteur de 5 et 10 % en masse au UHMWPE tamisé et plusieurs paramètres de procédé SLS ont été étudiés. Les caractéristiques du mélange de poudres ont été déterminées et les caractéristiques dimensionnelles et mécaniques des échantillons ont été mesurées. Des essais préliminaires de cultures cellulaires in vitro ont également été conduits. Il a été montré qu’en fonction de la combinaison des paramètres SLS un effet de gauchissement et une variation dimensionnelle pouvaient avoir lieu, mais l'ajout de la charge céramique à la poudre UHMWPE favorise la processabilité par SLS et la réponse biologique. Cependant, une quantité trop importante de SDHA (10 %) réduit les propriétés mécaniques des pièces, par conséquemment un compromis doit être trouvé.