Festsitzende Implantatprothetik

Digitale Modellherstellung in der Zahnheilkunde

Gips was Neues?

Modelle während der Fertigung mittels Scan LED Technologie aus FotoDent SL.A model. Innovation MediTech GmbH, A Dreve Company, Unna.
Modelle während der Fertigung mittels Scan LED Technologie aus FotoDent SL.A model. Innovation MediTech GmbH, A Dreve Company, Unna.

Die optische Abformung bildet jetzt den ersten Arbeitsschritt in der digitalen Prozesskette zur Herstellung von Restaurationen. Dabei bringt häufig die Integration einer neuen Technologie die Digitalisierung weiterer Prozessschritte mit sich. Zum Beispiel kann die Herstellung eines Gipsmodells durch ein computergestütztes Fertigungsverfahren ersetzt werden.

Digitale Technologien haben bereits in vielen Bereichen der Zahnheilkunde Einzug gehalten. Dabei bringt häufig die Integration einer neuen Technologie die Digitalisierung weiterer Prozessschritte mit sich: So ist die virtuelle Konstruktion von Zahnersatz nur dann sinnvoll, wenn die geplanten Gerüste oder monolithischen Versorgungen anschließend auch computergestützt gefertigt werden. In ähnlicher Weise führt der Einsatz von Intraoralscannern auch im zahntechnischen Labor zu weiteren digitalen Arbeitsschritten: Zum einen ist eine Software erforderlich, um die durch den Zahnarzt übermittelten Daten weiterzuverarbeiten und zum anderen wird die Herstellung eines Gipsmodells in der Regel durch ein computergestütztes Fertigungsverfahren ersetzt. Die Herstellung der Modelle kann wahlweise im Labor oder in einem externen Fertigungszentrum erfolgen.

Warum digital abformen?

Die Abformung per Intraoralscanner als erster Schritt der digitalen Arbeitskette stellt eine logische Weiterentwicklung des digitalen Workflows dar, der ursprünglich mit Laborscannern bei der Digitalisierung von Gipsmodellen einsetzte. Denn die konventionelle Abformung und Modellherstellung bergen viele potenzielle Fehlerrisiken. Dies wurde unter anderem durch Ergebnisse einer Umfrage unter 2.000 Zahntechnikern bestätigt [1]. Diese gaben an, dass Ungenauigkeiten bei der konventionellen Abformung das größte Hindernis bei der Herstellung hochwertigen Zahnersatzes bilden. Viele Abformungen stellen laut dieser Umfrage den Präparationsrand nicht eindeutig dar, was den Zahntechniker immer wieder vor große Herausforderungen stellt. Ungenauigkeiten im traditionellen Prozess werden beispielsweise durch Verzüge im Abformmaterial, die eingeschränkte Lagerfähigkeit und ein Lösen des Materials vom Löffel verursacht. Weitere Faktoren liegen in einem Schrumpfen oder Ausdehnen der Abformung durch Temperaturschwankungen sowie einem inkorrekten Gipsanmischverhältnis und der Expansion des Gipses [2]. Die Fehlerquellen sind häufig nicht eindeutig identifizierbar und entstandene Ungenauigkeiten können durch nachfolgende Prozesse nicht wieder ausgeglichen werden.

Bei der digitalen Abformung und Modellherstellung spielen materialabhängige Faktoren keine Rolle. Zudem ist der Prozess hervorragend kontrollierbar: Der Zahnarzt verfolgt die Aufnahme der Mundsituation in Echtzeit am Bildschirm des Intraoralscanners und erkennt sofort, wenn Fehler bei der Präparation oder der Aufnahme entstehen. Durch Möglichkeiten der mehrfachen Vergrößerung des generierten 3D-Modells und Ansicht aus allen Richtungen nach Abschluss der Aufnahme kann der Datensatz auf Vollständigkeit sowie Sichtbarkeit beispielsweise der Präparationsgrenze überprüft werden. Gegebenenfalls wird einfach nachpräpariert und der entsprechende Bereich erneut gescannt. In der Literatur findet sich eine Vielzahl von Studienergebnissen, die belegen, dass digitale Scans für definierte Applikationen mindestens die Qualität der traditionellen Abformung erreichen [3].

Funktion des physischen Modells

Die Funktion des Modells als Grundlage für die Fertigung einer Restauration, die die Passung der Versorgung maßgeblich beeinflusst, entfällt. Stattdessen dient die digitale Abformung beziehungsweise das entstandene dreidimensionale virtuelle Modell als Basis für die computergestützte Konstruktion des Zahnersatzes. Ein physisches Modell wird in den meisten Fällen noch für eine Okklusionskontrolle sowie die manuelle Verblendung zum Beispiel in Schichttechnik eingesetzt. Wird ebenfalls im digitalen Verfahren – etwa mittels Lava DVS Digitales Verblendsystem (3M ESPE) oder IPS e.max CAD-on-Technik (Ivoclar Vivadent) – verblendet, so ist kein physisches Modell erforderlich. Gefertigt werden die Modelle innerhalb des digitalen Workflows auf Basis der Abformdaten. Dies erfolgt entweder in einem generativen Verfahren oder durch Fräsen der Modelle aus Kunststoff beziehungsweise Gips. Um viele der ursprünglichen Funktionen eines konventionell hergestellten Gipsmodells durch das computergestützt gefertigte Modell („Dentalmodell“) ersetzen zu können, ist ein virtuelles Modelldesign notwendig. Das Folgende schildert zwei Varianten des digitalen Workflows von 3M ESPE zur Modellherstellung, die aufzeigen, welche Optionen dank neuer Technologien für das zahntechnische Labor bestehen.

Workflows bei 3M ESPE

Durch die offenen Schnittstellen der Komponenten der Lava Präzisions-Lösungen wird dem Anwender ein hohes Maß an Flexibilität geboten. Mit dem Lava Chairside Oral Scanner C.O.S. werden Abformdaten generiert, die die Basis für die computergestützte Konstruktion und Fertigung von Inlays, Onlays und Kronen bis zu viergliedrigen Brücken bilden. Auch die Herstellung von implantatgetragenen Restaurationen ist bei Verwendung des Encode Systems (Biomet 3i) möglich. In Zukunft werden weitere Indikationen wie implantatgetragene Versorgungen auf Basis anderer Systeme sowie langspanninge Brücken freigegeben. Sowohl die virtuelle Konstruktion von Zahnersatz als auch das computergestützte Design von Modellen auf Basis der erzeugten Daten kann mit unterschiedlichen Softwarelösungen erfolgen. Für die Konstruktion der Versorgungen wurde beispielsweise eine verifizierte Schnittstelle mit dem CAD-System des Unternehmens 3Shape eingerichtet. Für die Modellherstellung besteht ein Standardworkflow, bei dem der digitale Abdruck im zahntechnischen Labor lediglich geringfügig bearbeitet wird. Der Zahntechniker zeichnet mithilfe von 3D-Videobildern die Präparationsgrenze ein und definiert die Positionen für Sägeschnitte. Anschließend werden die Daten bei 3M zu einem Standardmodell vervollständigt und die Produktionsdaten an das Unternehmen Dreve ProDiMed übermittelt, wo die Produktion des Modells stattfindet.

Modelldesign

Alternativ kann der Zahntechniker Modelle selbst konstruieren (Abb. 1). Hierzu benötigt er die Software Virtual Model Builder, die auf einem Modul von DWOS (Dental Wings) basiert und sowohl als Addon Modul für die Design Software 7 als auch als unabhängige Software verfügbar ist. Dadurch ist eine größere Flexibilität beim Modelldesign sowie hinsichtlich der Modellherstellung gegeben. Bei Einsatz des Virtual Model Builders sendet der Zahnarzt einen digitalen Abdruck via 3M Connection Center an den Zahntechniker. Nach Download der Daten erfolgt der automatische Import in die Software. Die unbearbeiteten Scandaten werden geöffnet und Oberund Unterkiefermodell in der Bissebene positioniert. Anschließend wird das Gegenkiefermodell ausgeblendet, um das Modell der Präparation zu bearbeiten. Dabei definiert der Zahhntechniker zunächst durch Anklicken die Stümpfe (Abb. 2). Nachfolgend werden die Präparationsgrenzen eingezeichnet. Falls dies bereits mit der Lava C.O.S. Laborsoftware erfolgt ist, überprüft man in diesem Arbeitsschritt lediglich die bestehenden Markierungen (Abb. 3). Es folgt die Auswahl der Modellvariante. Zur Verfügung stehen beispielsweise Gellermodelle und kieferorthopädische Modelle. Zudem ist es möglich, Modelle mit Gaumenplatte zu erzeugen, hilfreich für die Herstellung von teleskopgetragenen und herausnehmbaren Versorgungen. Hierfür wird der gesamte Kiefer inklusive Gaumenplatte mit dem Intraoralscanner aufgenommen und das generierte Modell in der Software geöffnet (Abb. 4). Vorhandene Datenlöcher lassen sich mithilfe der Software schließen – die fehlenden Daten werden durch Hochrechnung hinzugefügt. Frei gestalten lässt sich dank zusätzlicher Modellparameter zudem der Sockel des Modells. Wandstärke, Höhe und Breite von Modell und Basis lassen sich dabei manuell einstellen. Außerdem gibt der Zahntechniker an, ob der Sockel hohl oder massiv gestaltet werden soll. Mesial und distal können Pins zur Fixierung der Bisslage angebracht werden. Beim Design des Sockels geht man kieferweise vor – man beginnt in der Regel am Kiefer mit der Präparation und wendet sich dann dem Gegenkiefer zu. Am Ende blendet man für die Fixierung der Bisslage beide Kiefermodelle ein (Abb. 5).

  • Abb. 1: Darstellung der Prozessketten: Offener Workflow unter Verwendung des Model Builders (oben) versus Standardworkflow (unten).
  • Abb. 2: Scandaten mit definierten Stümpfen.
  • Abb. 1: Darstellung der Prozessketten: Offener Workflow unter Verwendung des Model Builders (oben) versus Standardworkflow (unten).
  • Abb. 2: Scandaten mit definierten Stümpfen.

  • Abb. 3: Überprüfung der importierten Markierungen.
  • Abb. 4: Virtuelles Modell mit Gaumenplatte.
  • Abb. 3: Überprüfung der importierten Markierungen.
  • Abb. 4: Virtuelles Modell mit Gaumenplatte.

  • Abb. 5: Frei gestaltetes Modell mit Sockel und Bissfixierung.
  • Abb. 5: Frei gestaltetes Modell mit Sockel und Bissfixierung.

Fertigungsoptionen

Ist das Modelldesign abgeschlossen, werden die Daten noch einmal überprüft. Sie sind anschließend für die Fertigung bereit. Da die Daten im STL-Format (STL = Surface Tesselation Language; Standarddateiformat für 3D-Daten) vorliegen, lassen sie sich für verschiedenste Fertigungstechnologien nutzen. Gleichzeitig kann der erzeugte Datensatz für die virtuelle Konstruktion der gewünschten Restauration oder des Gerüstes dienen – die Konstruktionsdaten werden anschließend für die Fertigung im Labor oder einem externen Produktionszentrum verwendet.

Für die Modellherstellung stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Unterschieden wird dabei zwischen generativen Prozessen – wie beispielsweise der Scan-LED-Technologie (SLT), der Stereolithografie (SLA), dem selektiven Laserschmelzen (SLS), dem 3D-Printing und Bildprojektionssystemen – und subtraktiven Prozessen, zu denen das Fräsen gehört. Unter Berücksichtigung von Produktionskapazität, Bauteilpräzision, Optik und Haptik sind die neue SLT- und die seit vielen Jahren bekannte SLA-Technologie als vorteilhaft zu bewerten. Letztere ist in einer Vielzahl von Publikationen in den vergangenen Jahren beschrieben worden [4,5]. Deshalb geht das Folgende insbesondere auf die neue Scan-LED-Technologie ein.

Scan-LED-Technologie

Diese Technologie wird den Anforderungen des Zahntechnikers an Qualität, Oberflächenstruktur, Farbe, Preis und Handling in besonderem Maße gerecht. Mit diesem Verfahren hergestellte Bauteile sind äußerst präzise. Die Technologie bietet zudem einen hohen Durchsatz, niedrige Wartungskosten und die Möglichkeit, verschiedene Materialien zu verwenden. Das Verfahren arbeitet auf Basis einer UV-Strahlungsquelle mit 1,5 Watt Leistung bei 365 Nanometer Wellenlänge. Den schematischen Aufbau einer Scan-LED-Einheit kann man in Abbildung 6 sehen. Die Bauvorbereitung ist einfach. Entwickelt wurde SLT von dem Unternehmen Dreve ProDiMed, das in Unna ein Produktionszentrum für die Fertigung von Dentalmodellen betreibt (Innovation MediTech GmbH). Dieses Zentrum wurde kürzlich von 3M ESPE als autorisierter Partner zertifiziert. Zahntechniker haben die Möglichkeit, Datensätze für die Modellproduktion an Dreve zu übermitteln und ein Modell zu bestellen. Die resultierenden Modelle weisen eine gipsähnliche Farbe auf (Abb. 7) und bieten eine detaillierte Wiedergabe der Oberflächenbeschaffenheit.

  • Abb. 6: Funktionsweise der Scan-LED-Technologie. Innovation MediTech GmbH, A Dreve Company, Unna.
  • Abb. 7: Modelle während der Fertigung mittels Scan LED Technologie aus FotoDent SL.A model. Innovation MediTech GmbH, A Dreve Company, Unna.
  • Abb. 6: Funktionsweise der Scan-LED-Technologie. Innovation MediTech GmbH, A Dreve Company, Unna.
  • Abb. 7: Modelle während der Fertigung mittels Scan LED Technologie aus FotoDent SL.A model. Innovation MediTech GmbH, A Dreve Company, Unna.

Ausblick

Zukünftig werden noch weitere Typen von Modellen mit dem Virtual Model Builder konstruierbar sein, die anschließend bei Dreve gefertigt werden können, dazu gehören Implantatmodelle mit unterschiedlichen Designmöglichkeiten. Beispielsweise lassen sich Aussparungen im Material für die Aufnahme von Laboranalogen anlegen (Abb. 8). Außerdem kann eine flexible, abnehmbare Gingivamaske individuell gestaltet werden (Abb. 9). Diese lässt sich ebenfalls im generativen Verfahren herstellen.

  • Abb. 8: Modell mit Aussparung für Laboranalog.
  • Abb. 9: Modell mit flexibler Gingivamaske und Laboranalogen.
  • Abb. 8: Modell mit Aussparung für Laboranalog.
  • Abb. 9: Modell mit flexibler Gingivamaske und Laboranalogen.

Fazit

Durch die Verfügbarkeit und zunehmende Verbreitung von Intraoralscannern in Zahnarztpraxen eröffnen sich auch für zahntechnische Labore weitere Möglichkeiten der computergestützten Konstruktion und Fertigung. Bei der digitalen Modellproduktion nimmt die Flexibilität hinsichtlich des Designs zu – neue Softwarelösungen sind verfügbar und werden kontinuierlich weiterentwickelt. Dank offener Systemschnittstellen können Anwender entscheiden, ob sie die Fertigung im eigenen Haus behalten oder Aufträge an ein externes Produktionszentrum vergeben. Insgesamt wird durch die erweiterten Möglichkeiten bei der Gestaltung von Dentalmodellen dem vielseitigeren Einsatz von Intraoralscannern, beispielsweise in der Implantologie und Kieferorthopädie, Rechnung getragen. Der Weg für noch mehr Effizienz innerhalb der digitalen Prozessketten ebnet sich.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZT Susanne Just

Bilder soweit nicht anders deklariert: ZT Susanne Just


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