Soutenance de thèse de Jessica MAURIELLO

Les aligneurs dentaires, en plein essor depuis le début des années 2000, se sont imposés comme solution de correction orthodontique par rapport aux appareils dentaires pour des raisons d’esthétisme, de confort et de facilité d’entretien. La société Invisalign, leader mondial des aligneurs dentaires, propose un processus de fabrication des aligneurs externalisé, ce qui rend les traitements longs et coûteux. Ces inconvénients poussent les orthodontistes à fabriquer les aligneurs dans leur propre cabinet. En réponse à ces désavantages, l’entreprise Orthoin3D souhaite proposer des alternatives plus contrôlées et rapides pour la fabrication des aligneurs dentaires in-office, c’est-à-dire directement dans le cabinet des orthodontistes. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse. Ainsi, l’objectif est de développer une résine permettant d’imprimer un matériau transparent et biocompatible. En plus de ces critères, la difficulté principale réside dans l’obtention d’un matériau à la fois résistant aux déformations pour pouvoir déplacer les dents, mais aussi suffisamment flexible pour que l’aligneur ne casse pas lors des manipulations du patient. Pour cela, le choix des matériaux polyuréthanes s’est imposé du fait de leur transparence, leur biocompatibilité, leur flexibilité et leur résistance mécanique en impression 3D. Deux voies de synthèses des polyuréthanes ont donc été explorées et ont permis d’obtenir des matériaux originaux imprimables en 3D possédant des propriétés mécaniques proches de notre cahier des charges. La première consiste à synthétiser des polymères hydroxyuréthanes par un procédé sans isocyanate. Pour cela, de nombreux monomères hydroxyuréthanes méthacrylates ont été synthétisés par aminolyse du méthacrylate de carbonate de glycérol et ont été incorporés dans la résine. De plus, plusieurs diluants réactifs utilisés dans la formulation de la résine ont été sélectionnés et leur influence sur les propriétés des matériaux a été étudiée. D’autre part, l’impact de nombreux paramètres tels que la nature des constituants ou le procédé de fabrication sur les propriétés des matériaux a également été étudié. Enfin, les matériaux les plus pertinents pour notre cahier des charges ont été sélectionnés pour la réalisation de tests de biocompatibilité. Des stratégies ont été également menées pour tenter d’améliorer la transparence et les propriétés thermomécaniques des matériaux sélectionnés. Dans un deuxième temps, des polyuréthanes synthétisés par voie thiol-ène ont été fabriqués par impression 3D. Des alcènes porteurs de groupes uréthanes ont été synthétisés à partir de l’alcool allylique et de différents diisocyanates. Certains de ces alcènes ont ensuite été photopolymérisés avec l’hexane dithiol, l’éthylène glycol bismercaptoacétate ou le triméthylolpropane tris(3-mercaptopropionate). Cette stratégie a permis de sélectionner un matériau proche de notre cahier des charges qui a ensuite été imprimé avec succès.

Dental aligners have gained significant popularity since the early 2000s, emerging as an orthodontic correction solution compared to traditional dental appliances due to aesthetic appeal, comfort, and ease of maintenance. Invisalign, a global leader in dental aligners, offers an outsourced manufacturing process, resulting in lengthy and costly treatments. These drawbacks have prompted orthodontists to consider in-office aligner fabrication. Therefore, the company Orthoin3D aims to support orthodontists in their in-office manufacturing and develop direct 3D printing of dental aligners. It is in this context that this research and thesis took place. The objective is to develop a resin capable of printing a transparent and biocompatible material. In addition to these criteria, the main challenge lies in obtaining a material that is both resistant to deformation for tooth movement and sufficiently flexible to prevent aligner breakage during patient handling. For this purpose, the choice of polyurethane materials has been favored due to their low shrinkage, flexibility, and mechanical strength in 3D printing. Two synthesis routes for polyurethanes have been explored, resulting in original 3D printable materials with mechanical properties closely matching our specifications. The first approach involves synthesizing hydroxyurethane polymers through an isocyanate-free process. Numerous hydroxyurethane monomers were synthesized by aminolysis of glycerol carbonate methacrylate. Additionally, several reactive diluents used in the resin formulation were selected, and their influence on material properties was studied. Furthermore, the impact of various parameters such as constituent nature and fabrication process on the properties of printed materials was also investigated. Finally, the most relevant materials for our specifications were selected for biocompatibility testing. Strategies were also employed to enhance the transparency and thermomechanical properties of the chosen materials. In a second step, polyurethanes synthesized via thiol-ene chemistry were manufactured through 3D printing. Alkenes bearing urethane groups were synthesized from allyl alcohol and different diisocyanates. Some of these alkenes were then photopolymerized with hexane dithiol, ethylene glycol bis-mercaptoacetate, and trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate). This approach led to the selection of a material closely meeting our specifications, which was subsequently successfully printed.