2026/01/14
Radiopaque filaments for fused filament fabrication (FFF) 3D printing
Zekraoui, S.; Lescot, T.; Akbari Taemeh, M.; Fortin, M.A. (2025). Radiopaque filaments for fused filament fabrication (FFF) 3D printing. Additive Manufacturing, vol. 110, 2025, 104914.
Le polyétheréthercétone (PEEK) est un polymère haute performance chimiquement résistant, reconnu pour ses excellentes propriétés thermiques et mécaniques. Il est de plus en plus utilisé dans le développement d’implants médicaux imprimés en 3D et de dispositifs de radiothérapie. Bien que le PEEK présente une forte résistance à la dégradation induite par les rayonnements, il possède intrinsèquement une faible capacité de blocage des radiations. Or, de nombreux outils et composants utilisés en radiologie, en radiothérapie et en médecine nucléaire — tels que les implants de curiethérapie, les dispositifs de blindage, les écrans d’imagerie et les équipements radioprotecteurs personnalisés — nécessitent un certain degré de radiopacité. Cette étude présente une méthodologie novatrice permettant d’intégrer des particules à forte densité électronique (de taille micro- ou nanométrique) dans des filaments de polymères haute performance adaptés à l’impression 3D par dépôt de fil fondu (FFF). Plus précisément, une nouvelle approche de prétraitement a été développée afin d’obtenir un mélange optimal de particules de tungstène micrométriques (µW) avec des particules de PEEK micrométriques (µPEEK), avant leur incorporation dans des granulés de PEEK millimétriques. Ce mélange triphasé de particules a permis une extrusion à haute température, produisant des filaments robustes et continus, dans lesquels les particules métalliques sont uniformément intégrées au sein d’une matrice polymère protectrice. Les filaments obtenus ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage (MEB) pour l’analyse morphologique, par imagerie de fluorescence X (XRF) afin d’évaluer l’homogénéité de la distribution des particules, et par analyse élémentaire pour quantifier la teneur en matériau de blocage des radiations. Des filaments contenant du tungstène à des concentrations inférieures à 10 % vol. ont été utilisés pour fabriquer des structures imprimées en 3D de haute densité et d’épaisseurs variables. Les paramètres d’impression optimaux ont été identifiés, et les propriétés d’atténuation des rayons X des objets imprimés ont été évaluées par imagerie radiographique. En outre, les propriétés mécaniques du PEEK imprimé en 3D et des composites PEEK–W ont été évaluées à l’aide d’essais normalisés de flexion et de dureté Vickers. Enfin, des tests de biocompatibilité réalisés sur des fibroblastes choroïdiens humains primaires (hCSF) ont montré une forte viabilité cellulaire après quatre jours d’exposition aux impressions en PEEK chargé en tungstène. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des polymères radiopaques imprimés en 3D, non seulement pour les implants médicaux, mais également pour des applications dans les domaines de l’aérospatiale et des technologies nucléaires.