Soutenance mémoire
Définition de la FA
Les organismes de normalisation l’International Standard Organization» (ISO) et l’American Society of the International Association for Testing and Materials (ASTM) définissent la FA comme suit : «… terme général utilisé pour les technologies qui, sur la base d’une représentation géométrique, créent des objets physiques par ajout successif de matériau…» (ISO/ASTM, 2015). Les procédés de FA, également nommés impression 3D, à l’opposé de l’usinage à contrôle numérique qui enlève le matériau de façon à donner forme à une pièce et au moulage par injection qui déforme le matériau, permettent de fabriquer celleci à partir d’un ajout de matériau en couches successives (Guo & Leu, 2013) d’où le nom de fabrication additive. La Figure 2-1 compare la technique par FA avec celle par soustraction de matériau. Dans la fabrication par substrat (A), la machine à contrôle numérique sculpte la pièce dans un bloc de matière. Dans la FA (B), la machine à impression 3D dépose le matériau une couche à la fois jusqu’à l’obtention de l’objet 3D. La mise en forme peut se faire avec des matériaux tels que des métaux (alliage d’acier, d’aluminium, titane,…), thermoplastiques (ABS, nylon, …), thermodurcissables (époxys, élastomères, …), composites (ABS-bois; epoxy-céramique, …), matériaux organiques (cellules vivantes, plâtre, papier, …), etc (Doré, 2015; Guo & Leu, 2013). Des auteurs de différents milieux énumèrent les étapes menant à la fabrication d’une pièce par FA, en général, elles comprennent quatre (4) étapes ou plus.
Les étapes proposées par Gibson et al. (2014) montrent la chaîne de valeur de la FA. Cette chaîne de valeur comprend huit (8) étapes : 1) la création d’un modèle numérique 3D, 2) la conversion vers un fichier de format STL, 3) la manipulation du fichier STL et le transfert du fichier vers l’appareil de fabrication, 4) la configuration de la machine, 5) la fabrication de la pièce, 6) le retrait de la pièce, 7) le post traitement de la pièce et 8) l’utilisation de la pièce. Ces étapes ont été commentées au CHAPITRE 3 MODÈLE DU PROCESSUS et utilisées pour identifier les activités du processus de fabrication par FA et développer le modèle de coûts.
Fabrication artisanale de l’orthèse Le processus de fabrication artisanale comprend les activités suivantes : l’analyse de la prescription émise par le médecin, la préparation de la rencontre entre l’orthésiste et le patient pour prendre connaissance de la pathologie, la prise de mesures de l’anatomie du patient, la fabrication et l’ajustement de l’orthèse. L’orthésiste analyse la prescription et établit les différentes caractéristiques que l’orthèse doit rencontrer selon la pathologie du patient. Il choisit le type d’orthèse et le matériau qui conviennent pour la fabrication artisanale d’une orthèse faite sur mesure. Elle doit être confortable, être le plus efficace possible et permettre de garder le sens du toucher en laissant les zones palmaires dégagées (paume et doigts). Le matériau est choisi selon sa rigidité ou sa souplesse, la précision du moulage, la facilité de réaliser les retouches et la finition, le vieillissement du matériau, l’entretien, les risques d’allergie ou fragilité cutanée et le prix d’achat. La rigidité est indispensable quand l’orthèse requiert une position stricte alors que la souplesse et la précision du moulage sont requises pour le confort.
Le vieillissement ne doit pas être trop rapide pour éviter l’usure ou les bris. L’entretien doit être facilité par un lavage à l’eau et au savon. Les coûts des matériaux sont à considérer pour trouver le meilleur rapport entre une orthèse adéquate et son coût final (Foisneau-Lottin et al., 2011). L’orthésiste transfert au technicien les informations sur le type d’orthèse à fabriquer et le matériau à utiliser. Le technicien rencontre le patient et l’installe confortablement pour déterminer la géométrie du poignet et de la main afin de fabriquer une orthèse sur mesure. Dans le cas d’une orthèse poignet/main, la capture manuelle de la géométrie du poignet et de la main est exécutée à l’aide d’un matériau thermoformable assoupli par un bain dans l’eau chaude et l’immobilisation du membre. La vérification de la température et la malléabilité du matériau sont faites par tâtonnements manuels afin de pouvoir le déposer et le mouler manuellement pour prendre, le plus précisément possible, la forme anatomique de la partie poignet/main du patient, tel qu’illustré à la Figure 3-4. Lorsque le matériau est moulé correctement et ajusté au membre, le technicien procède au découpage de la pièce et un réessayage de celle-ci sur le patient pour y apporter des altérations si nécessaires, tel qu’illustré à la Figure 3-5. L’ajout d’accessoires (sangles, supports, attaches, etc.) viennent compléter la pièce avant l’essayage final.
Fabrication par FA de l’orthèse
La fabrication de l’orthèse par FA implique que les tâches artisanales soient remplacées, en grande partie, par des activités informatisées ou automatisées. L’orthésiste et le technicien analysent la prescription et préparent la rencontre avec le patient pour prendre connaissance de la pathologie. Après l’analyse, ils sélectionnent un modèle générique à partir d’un catalogue informatisé, tel qu’illustré à la Figure 3-7. Le modèle générique est créé au préalable et sauvegardé dans une banque de données. Ce modèle doit être adapté à l’anatomie du patient. Le patient est confortablement installé pour déterminer la géométrie du poignet et de la main, et une capture numérique de la géométrie est faite à l’aide de numériseurs 3D. Un nuage de points est généré par la numérisation et transformé en modèle de surface, tel qu’illustré à la Figure 3-8. Avec l’arrivée de la FA, l’orthèse sera probablement représentée par un modèle générique faisant partie d’une base de données comprenant des modèles virtuels et leurs composants (matériau, accessoires, etc.) qui seront adaptés à l’anatomie numérisée du patient (Paterson et al., 2015). Par contre, Telfer, Pallari, et al. (2012) ajoutent : « …while it is possible to produce CAD orthoses that require intricate and complex alterations to the shape and type, no single software package currently exists that would allow these to be made easily in a clinical setting »
D’où la nécessité de développer des logiciels pour faciliter l’adaptation du modèle générique aux données anatomiques et faciliter l’intégration dans un contexte clinique. L’orthésiste choisit parmi ces modèles génériques et donne les détails nécessaires à la fabrication. Le modèle générique est adapté au modèle de surface et le fichier obtenu est converti dans un format lisible par la machine de FA, généralement un fichier du format STL. Deux (2) étapes suivent cette conversion : 1) générer le fichier machine et 2) préparer la machine. Pour fabriquer les composants, la machine de FA doit comprendre les instructions qui proviennent de l’ordinateur. C’est par un langage de programmation que les instructions sont envoyées à la machine. Le fichier généré définit les parcours d’outils, l’épaisseur des couches, l’orientation des composants, etc. La préparation de la machine demande que la chambre de fabrication soit nettoyée, que la quantité du matériau utilisé soit vérifiée, etc. Par la suite, les composants sont fabriqués. Lorsque la fabrication est terminée, les composants sont retirés de la machine et passent à l’étape de post traitement. Durant le post traitement les composants sont nettoyés (par exemple : enlever les supports ou la poudre), le fini de surface est amélioré (sablage, peinture, etc.) et les accessoires sont installés (sangles, supports, attaches, etc.).
Capter les données morphologiques
Lors de la capture des données morphologiques dans le processus artisanal, l’installation du patient (enfant) sert à immobiliser le poignet afin de former manuellement un matériau (thermoformable) autour de ce poignet. Les patients pédiatriques sont plus turbulents que les adultes et parfois ne sont pas en âge de comprendre la nécessité de cette immobilisation. L’enfant, assis, place son bras sur une surface plane afin de déposer et former un matériau préalablement chauffé autour de celui-ci. La difficulté d’immobiliser le poignet de l’enfant diminue les chances de former une orthèse parfaitement ajustée. Cette étape de la fabrication artisanale est remplacée par une numérisation du poignet (FA) faite en immobilisant le poignet tout en déplaçant un appareil (« scan ») autour du poignet pour capter les mesures anatomiques. Considérant que la numérisation est une condition sine qua non à la fabrication par FA, cette difficulté à immobiliser le membre de l’enfant peut influencer la qualité du résultat de la numérisation, complexifier l’adaptation du modèle générique et influencer de façon importante le résultat de l’orthèse fabriquée. Telfer, Pallari, et al. (2012) considèrent que les techniques actuelles de numérisation sont restrictives car elles ne permettent pas à l’orthésiste de manipuler le membre (étude sur le pied et la cheville) lors de la numérisation.
Les auteurs Kim et Jeong (2015) ajoutent que la numérisation doit se faire rapidement pour aider au confort du patient : « The process of 3D scanning for 30 min is not likely to provide comfortable atmosphere for the patient. In that respect, the scanning should be as easy as possible ». Ils évoquent le besoin de développer de nouvelles procédures, quant à la façon d’immobiliser et numériser un membre. Ces observations sont faites à partir d’études chez les adultes et tel que mentionné au préalable, un enfant est plus turbulent. La numérisation oblige l’orthésiste ou le technicien à trouver une position de départ adéquate avant la numérisation et d’espérer que cette position est la plus juste pour garder le membre immobile et capter les meilleures données anatomiques nécessaires à la fabrication. De plus, lorsque la numérisation est effectuée manuellement, il est possible que la qualité du produit fini dépende grandement des habiletés et compétences du professionnel qui les exécute (Pallari, Jumani, Dalgarno, & Woodburn, 2009). Kim et Jeong (2015) et Telfer, Pallari, et al. (2012) observent la difficulté d’obtenir des données anthropométriques numériques précises, généralement prises en réalisant un balayage (« scan ») de la région où l’aide technique viendra s’adapter. Telfer, Gibson, et al. (2012) ont évalué la reproductibilitéG de l’étape de prises de mesures anthropométriques.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 MÉTHODOLOGIE
CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE
Définition de la FA
Normes
Procédés de FA
2.3.1 Procédé d’extrusion de matière (EM)
2.3.2 Procédé de photopolymérisation (PHM)
2.3.3 Procédé de projection de matière (PM)
2.3.4 Procédé de fusion sur lit de poudre (FLP)
Aides techniques fabriquées par FA
Limites des études présentes couvertes par la revue de littérature
CHAPITRE 3 MODÈLE DU PROCESSUS
Concepts et outils
Processus de fabrication artisanal
3.2.1 Rencontre médicale
3.2.2 Fabrication artisanale de l’orthèse
Processus de fabrication par FA
3.3.1 Rencontre médicale
3.3.2 Fabrication par FA de l’orthèse
3.3.3 Livraison et l’utilisation
Analyse des intrants/extrants pour le processus de FA
3.4.1 Rencontre médicale
3.4.2 Fabrication de l’orthèse
3.4.3 Livrer et utiliser l’orthèse personnalisée
Conclusion sur les intrants et extrants affectés par la FA
CHAPITRE 4 MODÈLE DE COÛTS
Concepts et outils
Coûts de la fabrication additive
4.2.1 Analyser la prescription
4.2.2 Capter les données morphologiques
4.2.3 Créer un modèle personnalisé
4.2.4 Convertir et manipuler les fichiers informatiques
4.2.6 Configurer et préparer la machine de FA
4.2.7 Fabriquer les composants
4.2.8 Retirer les composants de la machine de FA
4.2.9 Post traiter les composants
4.2.10 Livraison et utilisation de l’orthèse personnalisée
Conclusion sur les coûts générés par la FA
CHAPITRE 5 DISCUSSION ET RECOMMANDATIONS
Artéfact 1-Modèle du processus
Artéfact 2-Modèle de coûts
Limites de l’étude
Recherches futures
Recommandations
CONCLUSION
ANNEXE I REVUE DE LITTÉRATURE
ANNEXE II AT FABRIQUÉES PAR LE SAT
ANNEXE III TÂCHES DU TEST DE SHAP
ANNEXE IV ÉLÉMENTS DE LA LITTÉRATURE GRISE
LISTE DES RÉFÉRENCES
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