Étude comparative de la résistance à la corrosion du Ti-6Al-4V fabriqué par extrusion de matière et autres technologies d’impression additive

Pourquoi les implants en titane imprimés en 3D comptent

De nombreuses prothèses de hanche modernes, plaques osseuses et vis dentaires sont fabriquées en alliage de titane Ti-6Al-4V. Ce métal est solide, léger et généralement très résistant à l’altération dans le corps. Les nouvelles méthodes d’impression 3D promettent des implants moins chers et mieux personnalisés, mais elles modifient aussi la microstructure et la porosité du métal. Cette étude pose une question simple aux fortes implications médicales : différents procédés d’impression 3D rendent‑ils cet alliage fiable plus susceptible de se corroder et de libérer des métaux dans l’organisme ?

Plusieurs manières d’imprimer le même métal

Les chercheurs ont comparé trois méthodes avancées d’impression 3D ainsi qu’une version forgée traditionnelle du Ti-6Al-4V. Deux procédés, la fusion par faisceau d’électrons (EBM) et la fusion par laser sur lit de poudre (LPBF), utilisent des faisceaux intenses pour fondre des couches de poudre en pièces denses. La voie plus récente par extrusion de matière (MEX) imprime à la place un filament plastique rempli de métal, élimine le plastique, puis fritte la poudre métallique compactée pour obtenir un solide. Bien que les quatre procédés partent de la même composition de titane, aluminium et vanadium, ils laissent des surfaces, des pores et des arrangements cristallins internes très différents. Ces différences cachées influent fortement sur la façon dont les fluides et l’oxygène dissous atteignent le métal une fois implanté.

Surfaces rugueuses et vides cachés

À l’aide de scans de surface 3D et de microscopes, l’équipe a constaté que tous les échantillons imprimés en 3D présentaient des surfaces extérieures rugueuses et ondulées. Cette rugosité peut être bénéfique ou problématique. D’un côté, elle favorise l’ostéointégration et l’ancrage des implants. De l’autre, elle peut offrir des abris aux bactéries. Le contraste clé se trouvait à l’intérieur des pièces. L’EBM et la LPBF ont produit majoritairement un métal dense avec seulement quelques pores arrondis et très petits. La MEX, en revanche, contenait un réseau périodique de vides plus grands et allongés, alignés sur les filaments et les couches imprimées. Ce réseau de pores intégré n’est pas juste quelques défauts isolés : il forme des voies qui peuvent potentiellement laisser le liquide pénétrer profondément dans la pièce. Tous les échantillons présentaient la même structure cristalline de base « à deux phases », mais la forme et l’agencement de ces phases différaient, ce qui peut modifier subtilement la réponse de différentes régions de l’alliage aux conditions corrosives.

Comportement de l’alliage dans des fluides proches de ceux du corps

Pour simuler l’exposition à l’intérieur du corps humain, les chercheurs ont immergé les échantillons dans des solutions salines à température corporelle et surveillé le courant circulant lors d’essais électrochimiques, mesure de l’activité corrosive. Dans une solution tampon phosphate, légèrement agressive et proche des conditions corporelles, tous les alliages imprimés en 3D — y compris la MEX — ont formé un film d’oxyde protecteur et stable à leur surface, comparable au métal forgé traditionnel. Après de longues heures, les courants se sont stabilisés à des valeurs très faibles, indiquant une excellente résistance globale. De petites différences sont apparues après polissage des surfaces. Dans ce cas, les pièces MEX ont montré des courants légèrement plus élevés, suggérant que le polissage avait atteint leurs grands pores et exposé des surfaces internes au liquide, augmentant la surface effective où la corrosion pouvait démarrer. Toutefois, dans cet environnement doux, la MEX restait acceptable.

Que se passe‑t‑il en conditions plus sévères et acides

L’histoire a changé en conditions plus extrêmes, destinées à simuler des environnements locaux possibles autour des implants, comme des zones de fissure ou des tissus inflammés, où le fluide peut devenir acide et l’oxygène rare. Des essais courts dans des solutions salines très acides ont montré que toutes les versions de Ti-6Al-4V se corrodent plus rapidement, et que certaines régions microscopiques du métal se dissolvent plus facilement que d’autres. Les chercheurs ont observé qu’une des phases de l’alliage (la phase dite alpha) tendait à corroder légèrement plus vite que l’autre (beta), créant une attaque sélective à petite échelle. Cependant, les taux globaux de corrosion des différentes routes de fabrication restaient semblables sur de courtes durées. Dans des essais à long terme durant plusieurs semaines, l’impact profond des pores est devenu évident. Les échantillons forgés, EBM et LPBF ont surtout montré un amincissement général et progressif avec seulement de petites piqûres occasionnelles, et leurs taux de corrosion ont même ralenti à mesure que des couches protectrices s’épaississaient. Les pièces MEX, en revanche, ont perdu de la matière trois à cinq fois plus vite. La microscopie a révélé qu’une fois la surface extérieure polie, les macropores interconnectés s’ouvraient directement vers le fluide d’essai. Cela a permis à la solution acide de s’infiltrer le long du réseau de pores, d’agrandir les vides et de propager la corrosion profondément à l’intérieur.

Conséquences pour les implants futurs

Pour les patients et les concepteurs, la conclusion principale est rassurante mais nuancée. Lorsque le Ti-6Al-4V est produit par des méthodes modernes de fusion par faisceau (EBM et LPBF), sa résistance à la corrosion dans des fluides de type corporel reste comparable au métal forgé traditionnel. Le principal point d’attention concerne l’extrusion de matière par frittage : son réseau intégré de pores larges et connectés peut sérieusement compromettre la durabilité dans des environnements acides et agressifs qui peuvent se produire autour des implants. Les auteurs concluent que, bien que toutes les voies testées puissent produire des pièces chimiquement robustes en conditions normales, la MEX nécessitera un meilleur contrôle de la porosité — par optimisation de l’impression, du frittage ou par traitements postérieurs — avant de pouvoir égaler en sécurité les performances de corrosion à long terme requises pour les applications biomédicales et d’ingénierie les plus exigeantes.

Citation: Lorenzi, S., Nani, L., Persico, T. et al. A comparative study on the corrosion resistance of Ti-6Al-4V produced via material extrusion and other additive manufacturing technologies. npj Mater Degrad 10, 32 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00745-4

Mots-clés: implants en titane, impression 3D, corrosion, biomatériaux, fabrication additive