Les défis de la validation des processus pour l’impression 3D médicale

La validation des procédés d’impression 3D est un défi.
C’est le cas pour tous les processus, mais les processus d’impression 3D présentent des difficultés supplémentaires.
Des entreprises ont déjà validé leur processus d’impression 3D, mais leurs connaissances sont souvent gardées secrètes.
Dans cet article, je partage avec vous notre expérience à ce jour.

Les processus d’impression 3D doivent suivre les mêmes étapes de validation que tout autre processus de production.
Les différents procédés d’impression 3D, tels que SLS, SLA, FDM ou bioprinting, ont chacun leurs défis.
Cet article décrit les sujets généraux avec parfois des remarques pour des processus d’impression spécifiques.
La FDA et la norme ISO 13485 exigent que tous les processus de production de dispositifs médicaux ou de composants soient validés.
Cette validation doit être effectuée conformément aux normes ISO/ASTM52930 et ISO/ASTM52920.

Avant de commencer la validation, il faut définir les spécifications du produit.
Ces spécifications constituent la base de vos critères d’acceptabilité.
Les exemples sont les dimensions, la masse, la fonctionnalité, la résistance mécanique, etc.
Les tolérances acceptables doivent être connues.

Deuxièmement, établissez un diagramme de processus qui montre clairement les étapes nécessaires à la fabrication de votre produit.
Décidez ensuite quelles étapes doivent être validées.
Lorsque la vérification est possible, envisagez la vérification plutôt que la validation.
Pour en savoir plus, consultez l’article Validation du processus

Flux de travail des logiciels

La première étape consiste donc à valider le flux de travail du logiciel.
Le flux de travail du logiciel dépend si vos appareils sont uniques ou si vous utilisez l’impression 3D pour la production de masse à faible volume.
Dans ce cas, vous pouvez considérer que le flux de travail du logiciel fait partie de la validation lorsque vous utilisez toujours le même fichier d’impression.
Lorsque le fichier d’impression fait partie du processus de production, par exemple pour des produits uniques, le flux de travail pourrait être le suivant :

Un scan médical (par exemple CT ou MRI) donne lieu à un fichier DICOM.
La partie intéressante du scan est sélectionnée à l’aide de techniques de rendu.
Un dispositif est conçu à l’aide d’un logiciel de CAO pour s’adapter spécifiquement au patient avec les données DICOM en entrée.
Ce fichier est exporté dans un format que le logiciel de découpe peut découper (fichier G-code).
Les données découpées sont transmises à l’imprimante 3D.

La validation des logiciels peut être effectuée conformément à la norme GAMP 5 ou à la série ISO 8002.
Cet article n’entrera pas dans les détails de la validation des logiciels.

Flux de travail pour l’impression et la post-impression

Le processus d’impression 3D commence par le transfert du fichier G-code à l’imprimante 3D.
Le matériau est introduit dans l’imprimante (par exemple le traitement, la poudre ou la résine) et l’imprimante peut commencer à imprimer.
Cela suppose que tous les paramètres font partie du code G.
Le cas échéant, les composants imprimés peuvent être retirés et des activités post-impression peuvent être réalisées.
Il peut s’agir, par exemple, de l’élimination de la poudre, du lavage et du durcissement, du frittage ou du lissage des surfaces.

L’opérateur ou le service de contrôle de la qualité vérifie la qualité de l’impression telle qu’elle est décrite dans les spécifications du produit.
Les inspections dimensionnelles et visuelles sont les contrôles de qualité les plus courants.

Préparation de l’imprimante pour le travail suivant

Avant de lancer le travail suivant, l’imprimante doit être préparée.
Il peut s’agir de nettoyer, de changer ou de réutiliser la résine, de tamiser, de tester et d’ajouter de la poudre vierge ou de changer de filament.
Toutes ces activités nécessitent une validation lorsqu’une vérification à 100 % n’est pas possible.

Validation du processus d’impression 3d et de post-impression

Le plan de test exact pour la validation est différent pour chaque flux de travail, mais certains éléments sont à prendre en compte :

1. Pré-requis
   1. Dessinez le diagramme de flux
   2. Effectuez une analyse des risques du processus (tenez compte, par exemple, du risque de contamination, des paramètres du processus, des tâches manuelles, de la durée de conservation, de la stabilité et de la sécurité des opérateurs).
      Pour plus d’informations sur l’analyse des risques, consultez cet article.
   3. Définir les spécifications du produit
2. Définissez les paramètres critiques.
   Pour ce processus, un développement peut être nécessaire, en particulier pour les nouveaux processus.
   • En général, tous les paramètres ne sont pas essentiels.
     Sélectionnez les paramètres essentiels pour réaliser le plan d’expérience.
   • Prenez en compte des paramètres tels que la température, l’intensité et la durée du laser, la taille des particules, le type de résine, etc.
   • Tenez compte de l’effet des activités post-impression sur la qualité du produit.
     Par exemple, les résidus de solvants, la contamination, l’effet du sablage sur les dimensions, le gauchissement dû au durcissement.
3. Définissez ce qui sera vérifié à 100 % et ce qui doit être validé.
   Pour une production de faible volume, une vérification à 100 % peut s’avérer plus économique.
4. Si plus d’une pièce est imprimée par tirage, il convient de déterminer si l’emplacement sur la plaque de construction et la distance entre les pièces ont un effet et quel en est l’impact.
5. Définissez si la plaque de construction contient le même nombre et les mêmes types de pièces pour chaque série ou si cela varie.
   Si le nombre est variable, il doit être validé (par exemple, 1 à 10 pièces par écran, uniquement la pièce A ou un mélange des pièces A, B, C et D).

Validation du nettoyage et de la préparation de l’imprimante

Lorsque l’impression est retirée de la plaque de construction, les activités suivantes peuvent être envisagées.

1. Pré-requis
   1. Effectuez une analyse des risques pour toutes les activités de nettoyage et de préparation des imprimantes.
   2. Assurez-vous que toutes ces activités sont définies dans le diagramme de flux.
   3. Définir les spécifications des activités de nettoyage/préparation
2. Nettoyage de la plaque de fabrication (influence de la technique de nettoyage sur la rugosité, particules de la plaque de fabrication contaminant les pièces, résidus de solvants, etc.)
   La plupart des poudres étant chères, elles sont souvent tamisées et réutilisées.
   Ce processus doit être validé, suivi et contrôlé.
   Quelle est la quantité de matière vierge ajoutée et quelle est l’influence de 90 % ou de 40 % de matière vierge sur les paramètres du processus et les propriétés du produit ?
   L’impression SLA des résines peut entraîner la présence de microparticules dans la résine.
   Cela influence-t-il les propriétés des produits ?
3. Le nettoyage de la machine lors du passage d’une matière première à une autre doit être validé.
   Par conséquent, lorsque vous pouvez utiliser des équipements ou des outils spécifiques, la validation du nettoyage peut être évitée ou réduite.
   Par exemple, l’utilisation d’une plate-forme de construction et d’un réservoir de résine pour un type de résine.

Emballage, stérilisation et validation des méthodes d’essai

Comme pour tous les dispositifs médicaux, l’emballage et, le cas échéant, le processus de stérilisation doivent également être validés.
Comme les lots sont beaucoup plus petits (de 1 à quelques dizaines d’impressions par lot), la validation de l’emballage et du processus de stérilisation devrait probablement être adaptée.
La méthode de validation standard est souvent la validation de trois lots (PQ).
Toutefois, pour des quantités infimes, trois lots peuvent ne pas fournir suffisamment de données pour obtenir les niveaux de confiance requis, et il peut s’avérer nécessaire de procéder à un plus grand nombre d’essais PQ.

Comme pour tous les processus, les tests de contrôle de la qualité doivent être validés.
Les tests d’attributs (réussite/échec) et les tests de contrôle de la qualité des variables doivent être validés.

Documentation

La documentation suivante doit être créée lors de la validation du processus d’impression 3D, le cas échéant.
Il est possible de combiner les sujets dans un plan, un protocole ou une instruction.
Ce plan, ce protocole ou ces instructions peuvent être combinés.

1. Plan de validation
2. Protocole IQ, OQ, PQ et rapport de synthèse
   • Lorsque plusieurs produits doivent être validés (en utilisant la même imprimante 3D), il peut être utile d’utiliser des cas de test.
     Ces plans de test contiennent, ligne par ligne, toutes les activités qui doivent être vérifiées ou réalisées.
     Différentes colonnes avec le numéro de test, le test de référence (preuve), le résultat attendu, le résultat réel, Pass/FAIL, l’écart et la date d’exécution avec la signature peuvent faire partie du cas de test.
     Les opérateurs ou les ingénieurs débutants peuvent facilement réutiliser et exécuter ces cas de test.
3. Rapport de synthèse de la validation
4. Instructions de travail pour les procédures de démarrage, de fonctionnement et d’arrêt du processus d’impression 3D
5. Instructions sur l’équipement avec des informations sur l’entretien et l’étalonnage de l’imprimante 3d
6. Contrôle de la qualité (contrôle en cours de fabrication ou IPC, inspections visuelles ou dimensionnelles, etc.)
7. Contrôle des fichiers d’impression
8. une procédure de traitement des tirages défectueux, hors spécifications, et la destination de ces tirages
9. Feuille de réglage avec les paramètres d’impression autorisés (lorsque cela est jugé utile).
10. Instructions de travail sur les activités post-impression, le nettoyage et la préparation de l’imprimante pour le tirage suivant.
11. Emballages et matériaux d’emballage
12. Stérilisation
13. Stockage et transport
14. les spécifications des matériaux (filament ou résine, matériaux d’emballage)
15. la spécification du produit (avec des détails sur le dispositif, le contrôle qualité, l’emballage, l’étiquetage du stockage, etc.)