Les gouttières imprimées en 3D révolutionnent les traitements orthodontiques grâce à leur précision nettement supérieure à celle des méthodes traditionnelles. Nous avons constaté que les gouttières imprimées directement offrent une plus grande fidélité et précision que les options thermoformées, avec des valeurs quadratiques moyennes de 0,140 mm contre 0,209 mm pour les gouttières conventionnelles.
Plus la valeur est faible, mieux c'est, mais pourquoi cette différence est-elle si importante ? Des études montrent que lorsque les écarts dépassent 0,25 mm, cela peut entraîner un manque de mouvement dentaire cliniquement appréciable. En fait, les imprécisions des aligneurs thermoformés pourraient réduire la précision du mouvement jusqu'à 57 % dans certains mouvements orthodontiques planifiés. Les aligneurs imprimés directement, quant à eux, maintiennent des écarts absolus moyens compris entre 0,079 mm et 0,224 mm, ce qui reste largement dans la fourchette d'efficacité clinique.
Les gouttières imprimées en 3D offrent des avantages supplémentaires qui vont au-delà de la simple précision. Elles sont produites directement à partir de scans numériques, ce qui réduit considérablement le temps de production et permet potentiellement un traitement le jour même.
De plus, le processus de fabrication produit très peu de déchets par rapport au thermoformage traditionnel, ce qui en fait une option plus durable. Les matériaux utilisés dans les aligneurs imprimés directement sont également conçus pour offrir des performances constantes, garantissant une épaisseur et une résistance uniformes sur l'ensemble de l'aligneur, et offrant souvent des effets de mémoire de forme polymère.
Dans ce guide, nous examinerons les deux processus de fabrication, mesurerons la précision dimensionnelle, identifierons les sources d'erreur potentielles et explorerons les implications cliniques de chaque méthode. À la fin, vous comprendrez pourquoi la technologie d'impression 3D pourrait représenter l'avenir du traitement orthodontique.
Les processus de fabrication des aligneurs transparents suivent des méthodes de travail distinctes, chacune présentant des avantages et des limites qui lui sont propres. Comprendre ces différences permet d'expliquer pourquoi les produits finaux ont des performances différentes en milieu clinique.
Le processus conventionnel de fabrication d'aligneurs transparents suit une approche en plusieurs étapes. Tout d'abord, les praticiens acquièrent des empreintes numériques par numérisation intra-orale ou en numérisant des empreintes physiques. Ensuite, les positions des dents sont manipulées virtuellement avant que la phase critique de production ne commence. Ce flux de travail traditionnel nécessite l'impression de modèles 3D physiques pour chaque étape du traitement, suivie du thermoformage de feuilles de plastique sur ces modèles.
Le processus de thermoformage lui-même comporte plusieurs étapes fastidieuses : impression du modèle en résine, lavage et séchage UV du modèle, chauffage d'une feuille thermoplastique, formage sous pression sur le modèle et enfin découpe manuelle au-delà des marges gingivales [1]. L'ensemble du processus dure environ 2 heures, voire plus [2].
Une limitation importante réside dans les changements imprévisibles des propriétés physiques qui se produisent pendant le thermoformage. Des recherches montrent que l'épaisseur d'une feuille de 0,75 mm avant traitement varie entre 0,38 et 0,69 mm dans l'aligneur final, une réduction de 10 % de l'épaisseur pouvant réduire les forces jusqu'à 30 % [3]. Cette incohérence pose des défis pour la prévisibilité du traitement.
En revanche, l'impression 3D directe élimine les étapes intermédiaires en imprimant les gouttières directement à partir des conceptions numériques. Ce flux de travail rationalisé utilise des imprimantes à traitement numérique de la lumière (DLP) avec des résines photopolymérisables spécialement conçues pour les traitements par gouttières transparentes.
Le processus est nettement plus efficace : impression de l'aligneur (30 à 60 minutes), centrifugation pour éliminer l'excès de résine (6 minutes), exposition aux rayons UV dans une chambre à azote (20 minutes) et bref chauffage dans de l'eau bouillante pour activer les propriétés de mémoire de forme (60 secondes) [2]. Le temps de fabrication total varie entre 60 et 90 minutes, soit environ 30 à 50 % plus rapide que le thermoformage [2].
De plus, l'impression directe offre une flexibilité de conception sans précédent. Contrairement aux aligneurs thermoformés qui nécessitent le blocage des contre-dépouilles, les aligneurs imprimés directement permettent de contrôler avec précision l'épaisseur de l'appareil [2]. Plus particulièrement, les aligneurs sont imprimés à un angle de 45 degrés afin d'optimiser la précision dimensionnelle, la transparence et les propriétés des matériaux [4].
Le choix du matériau influence fondamentalement les performances des aligneurs. Les aligneurs thermoformés utilisent généralement des feuilles de polyéthylène téréphtalate glycol (PETG) ou de polyuréthane en raison de leur transparence et de leur durabilité [5]. Cependant, le processus de thermoformage lui-même modifie les propriétés du matériau, affectant la transparence, la dureté de la surface, l'absorption d'eau et le module d'élasticité [3].
À l'inverse, les aligneurs imprimés en 3D utilisent des résines photopolymérisables spécialisées qui ont reçu l'autorisation de la FDA (et du MDR) spécifiquement pour l'impression directe d'aligneurs [3]. Ces matériaux conservent une épaisseur uniforme (généralement autour de 0,5 mm) et présentent de précieuses propriétés de mémoire de forme qui améliorent la précision du mouvement dentaire [2].
Néanmoins, certaines résines d'impression 3D présentent encore des défis en termes de rugosité de surface et de stabilité des couleurs par rapport aux matériaux thermoplastiques [6]. Les progrès continus en science des matériaux permettent de remédier à ces limites.
Une mesure précise de l'ajustement des aligneurs révèle des différences cruciales entre les méthodes de fabrication. Une évaluation complète nécessite des techniques standardisées qui quantifient les écarts entre les appareils conçus et ceux produits.
Les chercheurs évaluent la précision des aligneurs par superposition STL, où les modèles numériques de la surface intaglio de l'aligneur sont alignés avec précision sur des modèles de référence d'arcade dentaire à l'aide d'algorithmes d'ajustement optimal [1]. Cette technique mesure les distances linéaires entre les points de maillage correspondants au niveau de repères anatomiques significatifs. La plupart des études utilisent trois catégories de repères bilatéraux : les points incisifs/occlusaux (bords incisifs médians, sillons centraux), les repères médians de la couronne (points de l'axe fonctionnel, points médians de la surface palatine) et les références du bord gingival (points zénithaux, points palatins-gingivaux les plus élevés) [1].
Le processus de superposition utilise généralement un logiciel de métrologie spécialisé tel que Geomagic Control X, qui calcule les distances point à point entre les maillages après alignement [7]. Pour garantir la validité clinique, l'enregistrement basé sur des repères est souvent amélioré à l'aide de méthodes basées sur les surfaces utilisant des algorithmes itératifs du point le plus proche (ICP) [8].
La précision, c'est-à-dire la conformité des gouttières au design prévu, est quantifiée à l'aide des valeurs RMS (Root Mean Square), où les mesures proches de zéro indiquent un ajustement supérieur [1]. Les aligneurs imprimés directement présentent systématiquement une précision supérieure (0,140 ± 0,020 mm) par rapport aux aligneurs thermoformés fabriqués avec Zendura FLX™ (0,188 ± 0,074 mm) et Essix ACE™ (0,209 ± 0,094 mm) [9].
La précision mesure la cohérence de fabrication sur plusieurs productions. Les écarts types pour les aligneurs thermoformés varient entre 0,057 mm et 0,422 mm, tandis que les aligneurs imprimés directement présentent des écarts nettement plus faibles (0,033-0,055 mm) [1]. Cette différence substantielle indique que l'impression directe offre des résultats nettement plus prévisibles.
Les coefficients de corrélation intraclasse (CCI) confirment ces résultats, avec des valeurs comprises entre 0,802 et 1,000 pour tous les points de mesure, ce qui indique une excellente reproductibilité [1]. La fiabilité des mesures effectuées par l'opérateur est tout aussi élevée, avec des valeurs CCI systématiquement supérieures à 0,90 dans la plupart des études [12].
Les schémas de divergence varient considérablement selon les régions dentaires. Pour les gouttières imprimées directement, la divergence absolue moyenne la plus faible se produit au niveau des repères de la rainure prémolaire (0,072 ± 0,035 mm), tandis que les gouttières thermoformées présentent des divergences minimales au niveau des points zénithaux gingivaux des incisives centrales (0,076 ± 0,057 mm) [1].
À l'inverse, les écarts maximaux pour les aligneurs thermoformés se produisent souvent au niveau des repères buccaux (0,457 ± 0,350 mm pour Essix ACE™), dépassant de manière significative ceux des aligneurs imprimés directement aux mêmes endroits [1]. Plus particulièrement, les aligneurs thermoformés présentent des écarts plus importants au niveau des repères molaires et des points situés au milieu de la couronne, ce qui affecte notamment la prévisibilité du mouvement orthodontique dans les régions postérieures [1].
De plus, l'American Board of Orthodontics considère que les écarts supérieurs à 0,5 mm dans les mesures linéaires ou à 2° dans les mesures angulaires sont cliniquement pertinents, seuils que les aligneurs imprimés directement atteignent de manière plus constante [13].
Les deux méthodes de fabrication introduisent des sources d'erreur uniques qui affectent la précision finale de l'aligneur, bien que de manière fondamentalement différente.
Le processus de thermoformage entraîne intrinsèquement des variations d'épaisseur importantes dans l'ensemble de l'aligneur. En substance, le matériau subit un amincissement extrême, avec une réduction d'environ 60 à 75 % au niveau des zones gingivales et médianes, contre seulement 20 % au niveau des bords incisifs [14]. Cette épaisseur inégale affecte directement la transmission des forces et les propriétés mécaniques.
De plus, les propriétés des matériaux changent considérablement pendant le chauffage. Des études indiquent que le thermoformage altère la transparence, augmente l'absorption d'eau et modifie la dureté de la surface [15]. La température et la durée du chauffage créent des variations imprévisibles, car un chauffage insuffisant nuit particulièrement à la précision dimensionnelle [1].
Le processus en plusieurs étapes cumule les erreurs, depuis l'impression du modèle jusqu'à la découpe finale. Malgré une standardisation rigoureuse, chaque étape de production supplémentaire introduit des imprécisions potentielles qui se propagent tout au long du flux de travail [1].
Les aligneurs imprimés en 3D sont confrontés à différents défis, principalement liés au comportement des matériaux. Le retrait volumétrique reste une préoccupation importante, les résines commerciales présentant un retrait de 9,19 à 11,2 %, contre 7,28 % pour les nouvelles formulations expérimentales [16]. Ce retrait se produit parce que les molécules de monomère se transforment en polymères avec un volume libre réduit [2].
Un autre problème critique concerne la surexposition à la lumière pendant l'impression. Le processus d'impression DLP peut durcir les matériaux transparents au-delà des dimensions prévues, ce qui donne des aligneurs environ 12 % plus épais que prévu [17]. Ce surdimensionnement empêche un ajustement parfait sur les dents [17].
Le post-traitement affecte également la précision. Tout d'abord, la résine résiduelle restant après l'élimination mécanique est polymérisée pendant le post-durcissement, ce qui contribue aux imprécisions dimensionnelles [17]. La durée et la température du post-durcissement ont un impact significatif sur les propriétés mécaniques finales [15].
Les techniques de mesure elles-mêmes introduisent des erreurs. La nature translucide des aligneurs nécessite l'application d'un spray de contraste, ce qui ajoute une épaisseur de matériau comprise entre 0,01899 et 0,0803 mm à la surface intaglio de l'aligneur [1]. Cette couche non quantifiée affecte toutes les mesures.
La technologie des scanners introduit des variables supplémentaires. La diffusion réduit généralement la précision lors de la numérisation de surfaces réfléchissantes [18], tandis que des erreurs cumulatives se produisent lors de l'alignement et de l'assemblage des images [18]. Différentes technologies de numérisation (scanners de laboratoire par opposition aux scanners intra-oraux) produisent des résultats incohérents, même lors de la mesure d'objets identiques [19].
Comprendre ces sources d'erreur aide les cliniciens à interpréter les écarts dimensionnels et à mieux prédire les performances cliniques réelles des deux types d'aligneurs.
Malgré des mesures impressionnantes en laboratoire, l'efficacité réelle des aligneurs transparents dans la pratique clinique présente un tableau plus nuancé. La précision des mouvements avec les aligneurs varie en moyenne de 55 % à 72 % [20], certains mouvements s'avérant particulièrement difficiles. La rotation des canines, par exemple, atteint une précision inférieure à 36 % [20], tandis que la rotation des dents à couronnes rondes affiche un ratio d'environ 0,4° par 1° prescrit [13].
Tout au long de leur utilisation clinique, les aligneurs subissent une dégradation importante. En effet, l'environnement intra-oral soumet les matériaux à des fluctuations de température, à l'humidité, aux enzymes salivaires et à une déformation élastique [21]. Bien que la composition chimique reste largement inchangée, les propriétés mécaniques se détériorent en raison du vieillissement intra-oral [20]. Cette détérioration entraîne une diminution rapide de la force : les aligneurs présentent des baisses rapides et importantes de la force exercée en raison de leurs propriétés de relaxation des contraintes [20]. Par conséquent, plus de la moitié des cas d'alignement nécessitent des ajustements, des corrections ou des appareils fixes [20].
La dégradation varie en fonction de la composition du matériau. Les aligneurs à base de polyuréthane (comme Zendura FLX) ont principalement démontré une meilleure résistance lorsqu'ils sont trempés dans des boissons par rapport aux matériaux PETG et PET [22]. De plus, l'engagement avec les attaches crée des motifs d'usure supplémentaires, des études montrant des défauts induits par l'abrasion tels que des rayures, des fissures marginales et des fractures apparaissant sur les surfaces des attaches [3].
Pour les aligneurs imprimés en 3D, les données cliniques restent limitées. Étant donné que la cavité buccale diffère considérablement des autres cavités corporelles, combinant des substances chimiques et des forces mécaniques, les matériaux sont confrontés à des défis uniques [4]. Il est donc essentiel de procéder à des tests approfondis avant de les adopter à grande échelle dans la pratique clinique [23]. Les premières études comparatives indiquent que les aligneurs imprimés directement exercent des forces verticales plus régulières (0,73-1,69 N) que les alternatives thermoformées (4,60-15,30 N) [23], ce qui pourrait permettre un mouvement dentaire plus prévisible.
Par conséquent, la compréhension de ces limites aide les cliniciens à prédire plus précisément les résultats du traitement et à établir des attentes réalistes pour les patients qui envisagent l'une ou l'autre méthode de fabrication.
Le domaine du traitement par aligneurs se trouve à un tournant, les aligneurs imprimés directement faisant preuve d'une validation prometteuse. À l'avenir, plusieurs domaines clés nécessiteront une attention particulière en matière de recherche.
Les polymères à mémoire de forme (SMP) représentent une avancée révolutionnaire pour les traitements par aligneurs. Ces matériaux peuvent modifier leur forme macroscopique lorsqu'ils sont exposés à des stimuli tels que des changements de température [26], ce qui peut réduire le nombre d'aligneurs nécessaires par traitement. Aujourd'hui, les aligneurs thermosensibles peuvent réduire le nombre d'étapes nécessaires de près de 50 % [27]. Parallèlement aux innovations matérielles, les applications de l'IA dans le traitement par aligneurs transparents se développent rapidement [28]. Les technologies d'IA excellent particulièrement dans la segmentation dentaire (précision de 0,89 à 0,98) et les prévisions des résultats du traitement [29]. Plus important encore, la segmentation basée sur l'IA réduit considérablement le temps de traitement, qui passe de plus de 400 secondes avec les logiciels conventionnels à moins de 7 secondes avec les solutions d'IA [29].
Les avantages environnementaux de l'impression directe sont considérables :
· Élimination des modèles physiques, réduction des déchets plastiques [27]
· Des chaînes d'approvisionnement plus courtes avec des délais de livraison considérablement réduits [30]
· Réduire l'empreinte carbone liée au transport grâce à la production interne [27]
Du point de vue du flux de travail, l'impression directe permet la livraison des gouttières le jour même, ce qui permet de commencer le traitement immédiatement [31]. De plus, le processus de fabrication sans modèle s'avère plus rentable [26] tout en permettant des conceptions à épaisseur variable qui optimisent l'application de la force pour des mouvements dentaires spécifiques [30].
La comparaison entre les aligneurs imprimés en 3D et thermoformés révèle une avancée technologique significative dans le domaine des traitements orthodontiques.
Les aligneurs imprimés directement en 3D atteignent une valeur RMS de 0,140 mm contre 0,209 mm pour les aligneurs thermoformés, offrant ainsi un ajustement plus précis et plus prévisible.
Avec une précision comprise entre seulement 0,033 et 0,055 mm (contre 0,057 à 0,422 mm), les gouttières imprimées en 3D garantissent un contrôle plus précis du mouvement dentaire.
Le processus complet, de la conception à l'alignement final, ne prend que 60 à 90 minutes, ce qui réduit le temps de production d'environ 50 % par rapport au thermoformage.
L'impression 3D élimine le besoin de modèles, réduisant ainsi le gaspillage de matériaux et favorisant des pratiques de production respectueuses de l'environnement.
Grâce à leur épaisseur uniforme et à leurs propriétés mécaniques stables (mémoire de forme), les aligneurs imprimés directement offrent des forces orthodontiques plus régulières.
Moins d'étapes de production signifie moins de risques d'erreurs cumulées, contrairement aux multiples étapes et à la découpe manuelle dans le thermoformage.
Les résines à mémoire de forme et les améliorations de conception basées sur l'IA font des aligneurs imprimés en 3D la solution de nouvelle génération en orthodontie.
Il ne fait aucun doute que les aligneurs imprimés en 3D représentent une avancée significative dans le domaine de la technologie orthodontique.
Chez Sweeth, nous avons traduit cette avancée technologique en efficacité concrète. Notre approche d'impression 3D directe est conçue pour les cliniques et laboratoires dentaires qui recherchent rapidité, précision et contrôle total,que ce soit grâce à notre solution à la demande, qui fonctionne comme un laboratoire pour fournir des aligneurs le jour même, ou à notre solution tout-en-un, qui permet de produire des aligneurs transparents entièrement en interne.
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[1] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9314211/
[2] https://www.mdpi.com/2073-4360/17/5/610
[3] https://academic.oup.com/ejo/article/46/4/cjae026/7694307
[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1073874622000809
[5] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9588987/
[6] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889540624002452
[7] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030057122400109X
[8] https://www.nature.com/articles/s41598-023-31339-8
[9] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35466087/
[10] https://bmcoralhealth.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12903-023-03025-8
[11] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10239183/
[12] https://e-kjo.org/journal/view.html?uid=2121&vmd=Full
[13] https://progressinorthodontics.springeropen.com/articles/10.1186/s40510-022-00453-0
[14] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300571222003323
[15] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8038630/
[16] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0300571222000148
[17] https://www.nature.com/articles/s41598-022-09831-4
[18] https://dimensionsofdentalhygiene.com/strategies-to-minimize-scatter-and-movement-artifacts/
[19] https://e-kjo.org/journal/view.html?volume=52&number=4&spage=249
[20] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9000684/
[21] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10282513/
[22] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1991790223001927
[23] https://journals.lww.com/joos/fulltext/2024/11250/the_new_additive_era_of_orthodontics__3d_printed.55.aspx
[24] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37243819/
[25] https://www.quintessence-publishing.com/usa/en/article/4763243/journal-of-aligner-orthodontics/2023/04/impact-of-buccopalatal-translation-and-trimline-design-on-clear-aligners-an-in-vitro-study-of-the-maxillary-right-central-incisor
[26] https://www.mdpi.com/2076-3417/14/22/10084
[27] https://www.orthodontic-update.co.uk/content/orthodontics/the-ecological-impact-of-resin-printed-models-in-clear-aligner-treatment/
[28] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300571225000107
[29] https://www.drbicuspid.com/dental-specialties/orthodontics/invisible-aligners/article/15712249/ai-applications-on-the-rise-in-clear-aligner-therapy
[30] https://www.frontiersin.org/journals/dental-medicine/articles/10.3389/fdmed.2022.1089627/full
[31] https://learn.voxeldental.com/blog/traditional-clear-aligners-vs.-direct-print-aligners-the-next-frontier-in-ortho
17 juillet 2025
Jens Linard
Perspectives du secteur
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