Comparaison entre la fusion laser sur lit de poudre et l’usinage pour la fabrication d’implants du fémur proximal en acier inoxydable 316L

Le Bras, Linh-Aurore (2022). Comparaison entre la fusion laser sur lit de poudre et l’usinage pour la fabrication d’implants du fémur proximal en acier inoxydable 316L. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les déformations coxa vara et coxa valga sont des anomalies de la hanche décelées chez les enfants et dont les traitements font intervenir une plaque de correction osseuse suite à l’ostéotomie. Majoritairement composées d’acier inoxydable 316L, les plaques sont usinées jusqu’à leur forme finale. Ces plaques brisent majoritairement au cours des 3 mois suivants la chirurgie, le temps de la consolidation de l’os, d’où l’importance du choix d’un alliage d’une bonne résistance.

L’avènement de la Fusion Laser sur Lit de Poudre (FLLP) propose à l’industrie une alternative à l’usinage, en mettant en forme de la matière par méthode additive et non plus soustractive. Cette technologie présente des enjeux différents de l’usinage, mais l’industrie biomédicale s’y intéresse par la possibilité de personnalisation de pièces, des propriétés mécaniques intéressantes et comparables aux méthodes traditionnelles, comme l’usinage.

Le projet est né de la collaboration entre le Laboratoire sur les Alliages à Mémoire et Systèmes Intelligents (LAMSI) de l’École de technologie supérieure de Montréal et l’entreprise Pega Medical basée à Laval. En premier lieu, l’étude s’est concentrée sur la caractérisation de l’alliage de 316L imprimé. La caractérisation de l’alliage a permis de déterminer les paramètres de fabrication optimaux, les post-traitements à suivre, la densité des pièces, les propriétés en traction uniaxiale, la microstructure. Toutes ces données ont été extraites pour comparer les deux procédés dans le cadre de l’utilisation de la plaque de correction. Il s’avère que la résistance en fatigue des plaques imprimées (SR) testées dans une configuration adaptée de la norme ASTM F384 est meilleure que celle des plaques usinées, elles survivent à un nombre de cycles plus important et à un plus haut niveau de charge, du fait de la résistance et de la ductilité élevées, liées au procédé de fabrication. En contrepartie, la fabrication est plus onéreuse et requiert davantage d’étapes, donc de temps de fabrication.

Titre traduit

Comparison between laser powder bed fusion and machining for the production of femoral proximal correction plates in stainless steel 316L

Résumé traduit

Coxa vara and coxa valga deformities are hip anomalies detected in children and treated with bone correction plates, following the surgical intervention of osteotomy. Essentially made of 316L stainless steel, these plates are machined until the final form is obtained. They are more likely to break during the 3 months following the intervention, the required time for bone consolidation. Hence, the choice of a resistant alloy is challenging.

The advent of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) provides industry with an alternative to machining, by shaping material additively rather than removing. This technology presents different challenges compared to machining, but its ability to customizing parts with comparable mechanical properties made it interesting for the biomedical industry.

The project was born from the collaboration between the Memory Alloys and Intelligent Systems Laboratory (LAMSI) of the Ecole de Technologie Supérieure in Montreal, and Pega Medical, a bioengineering company based in Laval. The characterization of the alloy allowed to determine the optimal manufacturing parameters, the post treatments to follow, the density of printed parts, the uniaxial tensile properties and the microstructure. All these data were extrapolated to compare the two processes in the context of use of the correction plate. This study showed that the fatigue resistance of printed plates (in stress relief state) tested in an adapted configuration of the ASTM F384 standard is better than that of machined plates. They survive a greater number of cycles and at a higher level of load, due to their high resistance and ductility. On the other hand, manufacturing is more expensive and requires more steps, and therefore, manufacturing lead time.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en technologie de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 129-140).
Mots-clés libres:	fabrication additive, implant, essais en flexion, essais en fatigue, rugosité, coûts, délais
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Brailovski, Vladimir
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	03 févr. 2023 19:37
Dernière modification:	03 févr. 2023 19:37
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3147

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