Résumé : 

L’impression 3D révolutionne le domaine de la podologie, plus particulièrement la fabrication des orthèses plantaires (OP), en offrant des solutions plus précises et personnalisées. Historiquement, les matériaux et techniques ont évolué du cuir et de l'acier au CAD-CAM dans les années 1980, mais l'impression 3D, avec les méthodes SLS et FDM, redéfinit les possibilités. L’impression FDM se distingue par son coût accessible (moins de 2 000 €), sa faible production de déchets et la possibilité d’ajuster les OP par itérations rapides. Les structures lattices générées via l’impression 3D en FDM sont un moyen unique d’ajuster l'intensité des forces de réaction du sol, apportant une flexibilité et une potentielle efficacité thérapeutique significativement supérieures. Les défis restent la formation des praticiens et l’adoption de ces nouvelles pratiques, mais les bénéfices, pour le Podologue et ses patients, sont, en matière de coût, de temps, et d'innovation, l’avenir plus que probable de la Podologie. 

Summary : 

3D printing is revolutionizing the field of podiatry, particularly the fabrication of foot Orthoses (FOs), by offering more precise and personalized solutions. Historically, materials and techniques evolved from leather and steel to CAD-CAM in the 1980s, but 3D printing, with process like SLS and FDM, is redefining the possibilities. FDM printing stands out for its affordability (less than €2,000), low waste production, and the ability to adjust FOs through rapid iterations. The lattice structures generated via FDM 3D printing provide a unique way to fine-tune ground reaction forces, offering significantly superior flexibility and potential therapeutic effectiveness. Challenges remain in practitioner training and the adoption of these new practices, but the benefits, in terms of cost, time, and innovation, make this technology the likely future of podiatry. 3 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

L'orthèse plantaire (OP) est un dispositif thérapeutique employé en podologie depuis plus d'un siècle, principalement pour traiter les pathologies du pied et de l'appareil locomoteur. Au cours de ces cent dernières années, les techniques de fabrication des OP et les matériaux utilisés ont continuellement évolué, reflétant les avancées technologiques, une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques et les innovations dans le domaine des matériaux. 

Les premiers pionniers du domaine ont d'abord utilisé le cuir et l'acier pour fabriquer les premières OP, basées sur le concept de "pied faible" lorsque l'arche médiale présentait un affaissement relatif. À la fin du 19e et au début du 20e siècle, les premières techniques de prise d'empreinte du pied ont vu le jour, notamment grâce à Royal Whitman. Au milieu du 20e siècle, l'introduction de nouveaux matériaux tels que le liège et le latex a permis de mouler les OP directement sur l'empreinte du pied, marquant une évolution dans leur conception. 

Merton Root, dans son article de presse « How was the Root functional orthotic developped ?», paru dans Podiatry Arts Newsletter en automne 1981 explique que dans les années 1950, il expérimenta divers plastiques thermoformables, tels que le plexiglas. Le principal problème de ces matériaux résidait dans leur tendance à se casser après quelques jours ou semaines d’utilisation en raison de leur manque de flexibilité. En introduisant le Rohadur, un plastique thermoformable d'origine allemande, il a découvert que ce matériau était à la fois suffisamment rigide pour résister à la casse mais assez flexible pour offrir un confort adapté à une utilisation intensive dans les chaussures, ce qui est le but d’une OP. Cette méthode de réalisation innovante des OP marqua le début de ce qu’il est légitime de nommer ‘’l’industrialisation des OP’’. 4 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

L'apparition de la technologie CAD-CAM (Computered Aided Design – Manufactured), qui signifie Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur, remonte à la fin des années 1980. Ce processus se déroule en trois étapes successives : d'abord, la numérisation de l'empreinte du pied ; ensuite, la modélisation de l'orthèse plantaire à l'aide d'un logiciel de conception 3D ; et enfin, le fraisage de l'orthèse dans un bloc de plastique (ou plus tard d'EVA, pour Ethyl Vinyl Acetate) à l'aide d'une fraiseuse à commande numérique (CNC, ou Computerized Numerically Controlled). 

Cette méthode, qui n'a réellement gagné en popularité dans les pays francophones qu'à partir des années 2010, a été freinée par trois principaux obstacles : d'une part, le coût d'investissement des machines relativement élevé, surtout pour une utilisation dans un cabinet de podologie individuel ; d'autre part, ce processus dit "soustractif", qui consiste à retirer de la matière à partir d'un bloc plein, entraîne un taux de déchets élevé, atteignant environ 70 % du matériau initial ; enfin, le bruit et l'encombrement des fraiseuses limitent leur installation dans certains environnements. 

Malgré ces inconvénients, la technologie CAD-CAM offre des avantages importants, notamment en termes de précision, de rapidité de fabrication et de reproductibilité des OP. 

L'impression 3D, ou fabrication additive, a également connu un essor dans les années 1980, tant en France avec Alcatel qu'aux États-Unis grâce à Chuck Hull, fondateur de 3D Systems. Le principe de création des OP selon cette méthode est simple : il consiste à ajouter successivement des couches de matériau pour obtenir la forme finale de l’OP. Actuellement, deux méthodes d'impression 3D sont principalement utilisées en Podologie : le SLS (Selective Laser Sintering, ou frittage de poudre) et le FDM (Fuse Deposition Modeling, ou dépôt de fil chaud). 5 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

La question qui s'est posée à la fin des années 2010 et au début des années 2020 est la suivante : l'impression 3D en Podologie offre-t-elle des avantages suffisamment nombreux et significatifs pour remplacer les méthodes traditionnelles, plus solidement ancrées dans la pratique quotidienne ? 

Pour apporter une réponse la plus complète possible à cette question, il est essentiel de prendre en compte quatre paramètres : les coûts d'investissement et d'utilisation des imprimantes 3D, le temps de fabrication, l'efficacité des OP, et enfin, le potentiel d'innovation en matière de conception. 

Les coûts d’investissement pour les imprimantes 3D varient considérablement entre les technologies SLS et FDM, rendant une comparaison directe non pertinente. Les imprimantes SLS peuvent coûter plusieurs centaines de milliers d'euros, tandis que certaines imprimantes FDM récentes sont disponibles pour moins de 2 000 €. Chaque technologie, SLS ou FDM, correspond non seulement à une méthode de fabrication spécifique, mais aussi à une approche différente, tant au niveau thérapeutique que pour la gestion d'une activité en podologie. 

Dans un mémoire d’initiation à la recherche recherche (Zelisko, 2024), basé sur les réponses de 420 pédicures-podologues en France, il est indiqué que le coût moyen d'une paire d'OP utilisant un module préfabriqué est de 24,95 €. Si les OP sont fabriquées à partir d’éléments découpés dans des plaques de matériau, le coût moyen tombe à 8,4 €, tandis qu'en sous-traitance CAD-CAM, il s'élève à 40 €, hors frais d'envoi. 

Pour ce qui est des coûts d’utilisation des imprimantes 3D, une étude de Pallari et al. en 2010 estime le coût de fabrication d'une OP en SLS à 65 $, chiffre confirmé par Telfer en 2012 qui l’évalue à 63 $. Les deux études concluent que les coûts de production par impression SLS sont généralement plus élevés que ceux des méthodes traditionnelles. 6 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

En ce qui concerne l'impression en FDM, le coût de fabrication dépend principalement de la taille de l'OP et de la densité choisie pour l’impression. Une consommation plus élevée de filament entraîne un coût accru. Pour les systèmes ouverts, le coût d'une paire d’OP se situe généralement entre 3 et 5 €, tandis que pour les systèmes fermés, il varie de 8 à 10 €. 

Ces estimations de coût, quelle que soit la méthode de fabrication, ne prennent pas en compte les frais annexes tels que les équipements d'atelier, l'électricité ou le loyer. 

Il convient également de noter que les publications scientifiques sont souvent décalées par rapport aux pratiques actuelles. Ce "décalage académique" est dû à la méthodologie scientifique, qui comprend la collecte de données, l’analyse, la rédaction et le processus de publication. Sur le terrain, les progrès technologiques, notamment en impression 3D, évoluent si rapidement que ce qui semblait autrefois impossible est désormais courant. 

Analysons maintenant le temps de fabrication des OP en fonction des différentes méthodes utilisées. Il ne suffit pas de se limiter au temps d'impression ou de ponçage d'un module préfabriqué. Pour une évaluation complète, il est important de considérer le temps requis à chaque étape du processus, selon les différentes techniques, tout en distinguant le temps de travail effectif du podologue (pressage, encollage, ponçage, finitions) du "temps machine," durant lequel le podologue peut se consacrer à d'autres tâches. 

Zelisko (2024), dans son mémoire d’initiation à la recherche, déclare que le temps nécessaire pour réaliser une paire d'OP varie : environ 15 minutes pour les modules préfabriqués, 30 minutes pour des éléments découpés dans des plaques de matériaux, et seulement 5 à 10 minutes pour une paire produite par sous-traitance CAD-CAM. 7 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

Il est important de noter que la sous-traitance impose un délai incompressible de plusieurs jours entre la commande et la livraison des OP au patient. Pour l'impression en SLS, le recours à un sous-traitant est, de plus, indispensable en raison des coûts d'investissement. À l'inverse, l'impression en FDM permet, avec certaines imprimantes, une autonomie totale, cette dernière appartenant au praticien, mais nécessite une présence pour gérer les impressions et effectuer la maintenance. 

Le temps de fabrication des OP varie donc largement selon les méthodes utilisées, avec des contraintes spécifiques liées aux choix techniques du Podologue. Pour être le plus complet possible, il faut également prendre en compte le temps d'apprentissage nécessaire à chaque changement de méthode. Cette période d'apprentissage peut être très variable, allant de l'acquisition des compétences sur un logiciel de conception 3D à la maîtrise de la gestion d'une imprimante 3D, sans oublier l'utilisation des différents outils numériques associés. 

Le troisième facteur essentiel à considérer pour répondre à la question initiale est l'analyse de l'efficacité des OP. Bien que les coûts (d'investissement ou d'utilisation) et le temps soient des aspects importants, il est évident que si les OP fabriquées par impression 3D ne sont pas au moins aussi efficaces sur le plan thérapeutique que les méthodes traditionnelles, le débat perd de sa pertinence. 

Il convient également de noter que l'efficacité des OP ne dépend pas uniquement de la méthode de fabrication, mais bien davantage de nombreux paramètres qui influencent leur flexibilité finale, tels que le type de matériaux utilisés, le degré de torsion, l'épaisseur et la disposition des éléments, ainsi que, pour l'impression 3D en FDM, le choix de la structure de lattice et sa densité. 8 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

Cela dit, comparer différentes méthodes de fabrication des OP demeure un véritable défi en raison des nombreuses variables pouvant influencer l'efficacité thérapeutique, telles que la population étudiée, le type de pathologie traitée, etc. La liste de ces facteurs est longue. 

Malgré les limitations potentielles mentionnées, une étude (Choo et al., 2020) mérite d'être examinée. Les auteurs y concluent que les OP imprimées en 3D sont durables et présentent des résultats similaires ou supérieurs à ceux des OP conventionnelles en ce qui concerne les paramètres biomécaniques, cinématiques et le confort perçu. Ces résultats suggèrent que les OP imprimées en 3D pourraient valablement remplacer les OP conventionnelles dans la pratique clinique. 

Par ailleurs, une revue systématique (Daryabor, 2022) sur des sujets atteints de pieds plats portant sur l'utilisation des OP imprimées en 3D n'a pas révélé de modifications significatives des variables liées à la force de réaction du sol. Cependant, le principe de "dose-réponse" propre à l'impression 3D pourrait s'avérer bénéfique pour le confort perçu et la fonction du pied. 

Le dernier point, et non des moindres, est le potentiel d'innovation que l'impression 3D en FDM peut offrir en matière de conception et de fabrication des OP sur le plan thérapeutique. Depuis l'approche de ROOT et l'introduction du thermoplastique, les modifications structurelles dans la conception des OP ont été limitées, malgré des progrès technologiques significatifs. Le passage du plâtre au thermoformage avec des modules préfabriqués, la découpe de plaques de matériaux ou l'utilisation du CAD-CAM n'ont quasiment rien changé à la conception des OP. Dans l'ensemble, il s'agit toujours d'une forme relativement adaptée au galbe du pied, avec des matériaux ajoutés à l'arrière, au médio ou à l'avant-pied, permettant d'ajuster la résistance au mouvement du pied lors de son déroulement au sol. 9 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

Figure 1 : Blocs EVA de durométries différentes 

Bien que de nombreux articles aient démontré l'efficacité des méthodes de fabrication actuelles, peu de travaux se sont penchés sur le potentiel de changement qu'apporte l'impression 3D en FDM. Et pourtant, cette technologie permet non seulement de modifier la forme des OP, mais surtout d'intervenir sur leur structure interne en intégrant des lattices. Ces lattices, des structures géométriques tridimensionnelles, sont insérées entre la couche de base et la couche supérieure des OP, et sont spécifiques à l'impression 3D en FDM. Les autres méthodes, telles que les modules préfabriqués ou le CAD-CAM, utilisent des matériaux pleins aux caractéristiques mécaniques homogènes. Bien qu'il soit possible de combiner ou de superposer plusieurs couches de matériaux différents, il n'est pas envisageable de modifier de manière quantitative et localisée la structure interne de ces matériaux. 10 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

Un article de Sterman (2024) décrit comment l'association d'un logiciel de conception et de l'impression 3D en FDM permet de gérer les structures lattices en termes de zones et de densité. Cette approche offre ainsi un potentiel considérable pour ajuster l'intensité et l'orientation des forces de réaction au sol (GRF, Ground Reaction Force). 

Figure 2 : Exemple de différentes densités via l' impression 3D en FDM 

À ce jour, en l'absence de données probantes sur les effets spécifiques des lattices sur la cinétique de chaque patient, il apparaît néanmoins que l'impression 3D en FDM et les autres techniques de fabrication d'OP restent similaires en termes d'options thérapeutiques et d'efficacité clinique. 

En conclusion, en prenant en compte les quatre paramètres étudiés — les coûts, le temps, l'efficacité et l'innovation — il est évident que l'impression 3D en FDM se distingue comme la seule méthode de fabrication des OP ayant le potentiel de véritablement transformer, voire révolutionner, la Podologie. 11 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

Sur le plan des coûts, il est désormais possible pour un Podologue d'acquérir une imprimante 3D en FDM pour moins de 2 000 €, voire même quelques centaines d’euros. Cela permet de produire ses propres OP, éliminant ainsi les contraintes de distance et de délais liées à la sous-traitance, tout en garantissant un niveau de qualité largement validé par la littérature. De plus, les imprimantes 3D en FDM de dernière génération sont faciles à utiliser, peu bruyantes, produisent très peu de déchets, et nécessitent peu de manipulations ou de maintenance, ce qui les rend parfaitement adaptées à un usage clinique dans un cabinet de Podologie, où les besoins de production sont très loin d’être aussi élevés que dans un laboratoire de sous-traitance. 

Les coûts d'utilisation des imprimantes 3D en FDM, en particulier pour les modèles à système ouvert, sont également très avantageux. Le coût d'impression d'une paire d'OP se situe entre 3 et 5 €, en fonction de la pointure et de la densité choisie (hors frais de laboratoire annexe). Cela confère un avantage significatif par rapport aux autres méthodes, puisqu'il permet d'adapter le plan thérapeutique pour un patient en fonction de l'évolution de la pathologie ou du ressenti du patient, le coût d’une seconde impression pour un même patient étant marginale. Outre ce coût marginal, cette méthode de réalisation des OP permet d'effectuer des modifications de manière quantifiable, ce qui améliore les connaissances du Podologue, tant au niveau de ses choix thérapeutiques, que de l’efficacité de ses plan de traitement 

En ce qui concerne le temps, l'impression 3D en FDM peut se résumer à quelques minutes de conception sur un logiciel dédié, quelques secondes pour lancer l'impression — qui peut même être gérée à distance — et quelques minutes pour les finitions, comme le recouvrement ou l'ajout d'éléments externes. En comparaison avec les autres méthodes, cette approche présente un avantage considérable. 12 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

Quant à l'efficacité des OP, il est indéniable, comme expliqué plus haut, que l’impression 3D en FDM est au moins aussi efficace que les OP produites par d'autres méthodes, et semble même offrir un meilleur confort aux patients. 

Enfin, en termes d'innovation, l'impression 3D en FDM est la seule méthode de fabrication des OP à posséder, à ce jour, un potentiel d'innovation considérable et encore largement inexploité. Que ce soit à travers l'utilisation des lattices ou la compréhension des relations entre ces structures et le principe de dose-réponse thérapeutique, les opportunités futures pour l'impression 3D en FDM sont nombreuses et prometteuses. 

Figure 3 Impression 3D en FDM selon le principe du Gradient Stiffness Model de Daniel PETCU, PhD 

L'exemple le plus novateur que je connaisse à ce jour est sans aucun doute le Gradient Stiffness Model développé par Daniel PETCU, PhD. Ce modèle va bien au-delà de l'utilisation de densités variées sur des zones distinctes, en permettant l'impression d'une rigidité progressive sans aucune séparation nette entre les zones. Cela est rendu possible grâce à la gestion de la vitesse et du flux d'impression. 13 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

Le véritable défi pour que l'impression 3D en FDM réponde pleinement aux attentes et soit exploitée à son maximum repose sur trois éléments clés. Premièrement, il est essentiel que la communauté des Podologues prenne réellement conscience des opportunités offertes par cette technologie, ainsi que de son accessibilité d’un point de vue économique. Deuxièmement, les instituts de formation initiale, en Belgique, en Suisse et en France, doivent adopter cette prise de conscience et l'intégrer de manière efficace et pérenne dans leurs cursus respectifs. Troisièmement, il est nécessaire de changer radicalement de paradigme en ce qui concerne les fournisseurs de services dans le domaine de la Podologie. 

Sur un plan plus philosophique, le changement présente toujours des défis. Il ne s'agit pas seulement d'apprendre à utiliser un nouveau logiciel, un nouvel outil de fabrication des OP, ou d'adopter une nouvelle méthode. Ce processus affecte profondément chaque podologue, touchant à ses émotions, influencé par son expérience, sa manière de collaborer et sa vision du métier. C'est un parcours qui peut être plus ou moins long, plus ou moins agréable, marqué par des hauts et des bas, souvent parcouru en solitaire. Ce chemin exige de ceux qui s'y aventurent de la passion, de la patience et de la résilience. Cependant, il mène toujours vers un progrès. 

La réponse à la question, l’impression 3D est elle un effet de mode ou une avancée révolutionnaire, la réponse est claire. L’impression 3D en FDM à tout le potentiel utile et nécessaire pour révolutionner la Podologie, tant au niveau des coûts, que du temps, mais surtout au niveau de l’efficacité des OP via l’innovation de conception. 14 T. Van Meerhaeghe. Toutes reproduction est interdite sans avoir reçu un accord écrit préalable. 

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