2.2 :: CAO

La plupart des logiciels de CAO pour la conception de prothèses dentaires, et c’est le cas des logiciels les plus répandus, utilisent un noyau graphique de modélisation géométrique polygonale. Cela leur permet d’exploiter directement les données issues de la numérisation 3D, dont le procédé de construction 3D du modèle numérique se fait également par triangulation du maillage de points dans l’espace. Les fichiers exportés par la plupart des logiciels de CAO dentaire sont donc « nativement » des fichiers au format STL. Cette modélisation est moins précise que la modélisation par courbes (NURBS) et génère des fichiers informatiques plus lourds, mais :
1) elle évite des conversions fastidieuses des données de triangulation en données de courbes pour la reconstruction de surfaces ou de solides et,
2) elle est suffisante pour la précision exigée en fabrication de prothèses dentaires adjointes et scellées. Par contre, pour la réalisation de prothèses visées sur implants, exigeant une excellente passivité, les logiciels de modélisation basés sur les NURBS offriront une meilleure précision, notamment lorsque les modèles 3D servent de définition numérique pour les machines-outils.


2.2.1 :: Conception de prothèses fixes

C’est dans le domaine de la modélisation 3D de chapes et de bridges que sont nés, au début des années 2000, les premiers logiciels de CAO pour les prothésistes dentaires. Lancée par les fournisseurs de matériaux et d’équipements pour les laboratoires, l’offre a surtout consisté à vendre des systèmes de CAO (scanner + CAO) en complément de prestations de fabrication dans un environnement captif ; c’est la naissance des centres de production mis en place par ces mêmes fournisseurs. En parallèle, sont apparus des solutions complètes de conception et d’usinage pour répondre au nouveau marché des prothèses fixes en céramo-céramique. Là aussi, c’est le marché captif qui a prévalu. Même la première solution de conception et d’impression 3D de maquettes en cire a suivi ce modèle économique.

Mais depuis 2006, le marché a été investi par de nouveaux acteurs qui ont développé des logiciels dits « ouverts », c’est-à-dire en mesure d’exporter des fichiers 3D au format STL, et qui les ont intégrés avec des scanners 3D du marché ou développés spécifiquement. [voir tableau sur l’offre de logiciels]
Maquette bridge 3D
Les gains de temps en maquettage sont discutés par les prothésistes. Certains estiment qu’ils vont aussi vite à modeler des armatures à la main qu’avec la CAO, sauf pour le modelage de bridges de grande taille. Peut-être, mais les gains de temps sont aussi à analyser en aval, lors de la fabrication. En passant de la maquette CAO à la fabrication numérique bonne matière, les gains de temps sur le processus complet de réalisation d’une armature deviennent conséquents. En termes de qualité, tous les utilisateurs s’accordent à dire que les gains de précision sont indéniables, avec des ajustements parfaits, une fois les technologies maîtrisés. De plus, le passage par une maquette numérique est nécessaire à la fabrication de certaines restaurations telles que l’usinage d’armatures en zircone. Il est possible de numériser une maquette en cire pour la transférer vers l’usinage. C’est ce que font certains, mais il est dommage de se priver de la qualité de précision de la CAO quand on est en possession de l’outil. Les maquettes manuelles sont d’une précision de 100 à 200 µm contre 20 à 50 µm avec la CFAO.


:: L'ouverture s'accélère !

Les premiers systèmes de CAO « ouverts », permettant d’exporter des fichiers 3D STL, sont apparus en 2006, d’abord en Allemagne à l’initiative d’un collectif de prothésistes avec le logiciel CC Soft, puis chez des éditeurs de logiciels : 3Shape, Dental Wings, Evirsa (Groupe Cynoprod) avec un module d’export STL, et plus récemment Delcam. En moins de trois ans, ces logiciels « ouverts » ont pris une part de marché significative ; les deux leaders actuels du marché de la CAO ouverte, 3Shape et Dental Wings, ont déjà vendu plus de 1500 licences de logiciels de CAO à travers le monde, dont environ 300 en France. En ajoutant les logiciels de Delcam et d’Evirsa, on doit avoisiner les 350 licences de logiciels de CAO ouverts en France. De plus, plusieurs fournisseurs de solutions complètes de CFAO ou de services de production intègrent les logiciels de ces éditeurs à leur offre : Bego, Bien Air, Diadem, Edonis Dental Systems, Nobil Metal, Simeda Dental, Wieland.

Face à ce plébiscite des prothésistes dentaires pour des systèmes ouverts, même des fournisseurs peux enclins à changer leur modèle économique ouvrent leurs systèmes de fabrication à des logiciels de CAO communicants, permettant ainsi à leurs clients d’augmenter le taux de charge de leurs machines. C’est par exemple le cas de Degudent et Kavo qui viennent de passer des accords avec 3Shape pour une interopérabilité entre leurs systèmes respectifs.

Chez 3M Espe c’est la CAO qui s’ouvre. Les utilisateurs du système de CAO Lava on désormais la possibilité d’envoyer des maquettes virtuelles à d’autres unités de fabrication que les centres d’usinage agréés Lava, sauf pour l’usinage d’armatures en zircone qui est à l’origine de la solution Lava. Les envois de fichiers CAO restent sous contrôle de 3M : les unités de fabrication doivent être agréées par 3M Espe qui prend des royalties au passage. En Amérique du Nord, un accord a été conclu entre 3M Espe et Dental Wings pour exporter des maquettes d’armatures conçues avec Lava vers le logiciel de Dental Wings afin de modéliser les morphologies. 3M Espe a aussi passé un accord avec le fabricant d’imprimantes 3D Solidscape pour proposer cette machines à ses clients CAO.
(Infos 07/09)

2.2.1 :: Conception de prothèses amovibles

Initiée en 2006, l’offre CAO pour la modélisation 3D de châssis métalliques de prothèses amovibles s’est longtemps limitée à un seul système, basé sur la modélisation tactile avec un bras de retour d’effort. Mais de nouveaux logiciels arrivent sur le marché, notamment avec des commande à la souris.
Modelage
Les gains de temps en modelage sont significatifs, plus importants qu’en modelage d’armatures de prothèses fixes ; un utilisateur expérimenté met 10 à 20 minutes pour modéliser un châssis. Par ailleurs, les utilisateurs font état d’une économie significative sur le revêtement et sur l’alliage.

Pour l’instant, il n’existe pas de logiciel pour la modélisation numérique de prothèses dentaires adjointes en résine, tout simplement parce qu’il n’y a pas de procédé automatisés capables, aujourd’hui, de mettre en forme ce type de prothèses.


:: De nouveaux outils arrivent pour la conception de stellites

Le premier logiciel de CAO pour la modélisation 3D de châssis métalliques a été mis au point en 2006 à l’initiative d’un prothésiste français : M. David Negrel. A partir du système de sculpture numérique de l’éditeur américain Sensable, basé sur une technologie de modelage 3D tactile (modélisation 3D avec un périphérique de retour d'effort), il a fait personnaliser le logiciel pour l’adapter à la modélisation des châssis. Ainsi est né le système Digistell. Puis Sensable a également lancé son propre système pour la modélisation de prothèses dentaires : châssis amovibles et armatures de prothèses fixes.


La société C4W a repris la marque Digistell mais avec le développement d’une nouvelle version du logiciel Digistell s’affranchissant du bras de retour d’effort, commandé avec une souris.
(Infos 09/09)


2.2.3 :: Conception de prothèses hybrides

L’implantologie dentaire est un marché à fort potentiel de croissante et préservant la rentabilité du laboratoire. Pas étonnant donc que la conception numérique de prothèses sur implants soit en pleine effervescence.
implant
Plusieurs logiciels - ouverts, associés à des systèmes de fabrication ou reliés à des centres de production - proposent un module pour la conception de chapes, de bridges et de piliers sur implants. Des industriels, forts de leur savoir-faire en usinage, se sont également lancés sur ce nouveau marché. Les logiciels ouverts sont les plus complets en termes de fonctionnalités ; ils permettent notamment la modélisation de barres.

Dans la pratique, le prothésiste numérise sa préparation en plâtre avec piliers pour l’importer dans son logiciel de CAO. L’idéal serait que le prothésiste dispose d’une bibliothèque de composants 3D de l’ensemble des marques d’implants pour répondre aux différentes demandes de ses clients dentistes. Mais les éditeurs de logiciels ouverts rencontrent des difficultés à passer des accords avec les fabricants d’implants. Ces derniers, qui sont aussi des centres de production et/ou des fournisseurs de systèmes de CFAO, protègent leur marché. Pourtant la plupart d’entre eux propose des piliers et la fabrication de supra-structures compatibles avec les implants de leurs concurrents.

L’autre difficulté, en termes de CFAO de prothèses sur implants, est d’être en mesure de modéliser et de fabriquer tous les composants avec la précision dimensionnelle exigée pour une excellente passivité de la prothèse. Il existe bien sûr des machines-outils industrielles capables d’usiner tous les composants d’une supra-structure avec une grande précision, mais l’offre de logiciels de FAO capables de générer automatiquement les programmes d’usinage est encore naissante. De plus, la génération de programmes d’usinage de barres et de bridges visés de formes complexes nécessite des définitions géométriques à base de surfaces. Or, à notre connaissance, aujourd’hui, seuls les logiciels de CAO dentaire de Delcam et de Kavo utilisent un noyau graphique basé sur les Nurbs. D’autres offres, issues de logiciels de CAO mécanique, sont en cours de développement.
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L’offre de modélisation 3D de prothèses sur implants est là, mais il reste à créer un catalogue des composants normalisés associé à une base de connaissance des protocoles de fabrication.
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:: Prothèses sur implants :
les éditeurs de logiciels ouverts prennent de l'avance


Dès 2006, le canadien Biocad Medical a proposé un logiciel de modélisation de piliers et de barres, relié à des centres de production agréés. Mais aujourd’hui, ce sont les éditeurs de logiciels ouverts qui fournissent les solutions de CAO les plus avancées.

3Shape est le premier à avoir proposé un module optionnel permettant de créer des piliers, des bridges et des barres sur implants. Des partenaires de 3Shape, comme Henry Schein en France, proposent une bibliothèque de composants 3D compatibles avec une vingtaine de systèmes. De son côté, l’éditeur a déjà conclu quelques accords avec des fabricants d’implants pour intégrer leurs bibliothèques 3D au logiciel de CAO, ces derniers se chargeant de la fabrication dans leurs centres d’usinage.

Barre sur piliers
Dental Wings a suivi et a passé un accord avec la société suisse Biomediface. Cette dernière est spécialisée dans la production de bio-prothèses médicales par le biais de méthodes CFAO, celle-ci a développé une technique numérique permettant de matérialiser la position et la rotation de l’implant. Dental Wings a intégré cette fonction à son logiciel de CAO qui s’est également enrichi de la représentation virtuelle de la gencive. Le cas implantaire, comprenant les représentations 3D des implants, de l’armature et de la gencive, est adressé à Biomediface pour l’usinage de l’armature.

IFP
Delcam annonce aussi l’extension de son logiciel de CAO à l’implantologie pour cet automne.

Du côté des centres de production, Biomet 3i a créé un service de fabrication de barres à partir des maquettes physiques réalisées par les laboratoires. En 2008, Nobel a racheté Biocad Medical pour s’accaparer de son logiciel de conception de barres et ses services de production. De son côté, Dentsply a racheté le centre d’usinage Isus en Belgique et la société prévoit de fournir aux prothésistes un logiciel de CAO spécifique à la conception de supra-structures sur implants qui sera relié à son centre de production.

Les centres de production industriels Diadem en France, Nobil Metal en Italie et Simeda Dental au Luxembourg proposent des prestations de modélisation et/ou de fabrication de supra-structures, à partir de maquettes physiques ou virtuelles.

(Infos 07/09)



2.2.4 :: Conception d’appareils orthodontiques

La CAO orthodontique est une offre naissance. A ce jour, nous n’avons pas identifié de logiciel de CAO dédié aux laboratoires d’orthodontie allant jusqu’à la conception des appareils.

Quelques laboratoires proposent un service de numérisation des arcades pour créer des modèles en occlusion 3D, permettant de récupérer des moulages virtuels dans des logiciels d’études orthodontiques en 3D, qui eux sont disponibles.

Des sociétés commencent à proposer des solutions numériques couvrant l’ensemble du processus orthodontique, depuis l’étude chez l’orthodontiste jusqu’à la fabrication automatisée des appareils. Pour l’instant, c’est un marché naissant avec des approches captives, comme pour la CFAO de prothèses fixes au début des années 2000. Mais ici les centres de production s’adressent directement aux dentistes orthodontistes.
Cependant des solutions en laboratoire sont possibles. En Allemagne, la société T.O.P. Service für Lingualtechnik recours à la CAO pour modéliser et placer des brackets personnalisés (figure 2) sur un modèle numérisé de l’arcade (figure 1), à partir d’une bibliothèque 3D de brackets pré-paramétrés, puis elle fabrique des modèles en cire avec une imprimante 3D.
Orthodontie3Shape développe actuellement un système de CAO orthodontique. Le système comprend un logiciel spécifiquement développé pour la numérisation de modèles en occlusion, intégré au scanner R700, ainsi qu’un logiciel d’analyse. Le système supporte le format d’export 3D STL. Un logiciel de planification du traitement (setup virtuel) et la numérisation d’empreintes sont en cours de développement. L’extension de la solution vers la conception des appareils est prévue pour 2010. Le concept sera celui d’une boîte à outils, similaire à ce que 3Shape propose pour les implants, dans laquelle les utilisateurs pourront importer leurs modèles STL spécifiques (crochets, offsets, etc.).
CAO orthodontique


:: Attention ! Ils se passent de vous

Aux États-Unis, la société Orametrix propose une solution comprenant un scanner intra-buccale, un logiciel d’étude orthodontique en lingual et un service de production d’appareils sur mesure. Le processus numérique est le suivant : l’image 3D de la dentition du patient est obtenue par numérisation intra-buccale ou par tomographie, ensuite l’image 3D est récupérée dans un logiciel pour la simulation orthodontique et la planification du traitement ainsi que pour le positionnement et la création en 3D des brackets et des arcs sur mesure, puis les données 3D sont transmises au centre de production qui fabrique les arcs et les brackets personnalisés avec un robot.

Orametrix
En 2008 la société est entrée dans le Top 500 des entreprises à plus forte croissance aux États-Unis, et dans le Top 50 des entreprises texanes ; preuve que le marché est porteur.
(Infos 07/09)

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