Industrie-Report


3D-Druck: Die Zukunft der Zahntechnik

23.06.2020

Überblick über die Möglichkeiten des 3D-Drucks im zahntechnischen Bereich.
Überblick über die Möglichkeiten des 3D-Drucks im zahntechnischen Bereich.

Zahntechnik bedeutet Präzision – Produkte müssen individuell für jeden Patienten angepasst werden, um die erwünschte medizinische Wirkung zu erhalten. Durch den 3D-Druck wird dies bedeutend leichter: Bohrschablonen, Aligner und Zahnersatz werden direkt im Labor designt und im Desktop-3D-Drucker produziert. Das spart Zeit und Geld.

Viele Dentallabore sowie kieferorthopädische und zahnärztliche Praxen nutzen bereits digitale Technologien für ihre Patienten. So können sie mit Intraoralscannern einfacher und angenehmer Bilder eines Kiefers erstellen als mit den von vielen Patienten als unangenehm empfundenen Abformmaterialien. Immer mehr Labore und Praxen nutzen auch bereits den 3D-Druck, um verschiedenste zahntechnische Produkte direkt zu drucken (Abb. 1).

  • Abb. 1: In vielen Laboren ist der 3D-Druck auch bereits zur Gegenwart geworden.
  • Abb. 2: 3D-Druck bei verschiedenen Indikationen.
  • Abb. 1: In vielen Laboren ist der 3D-Druck auch bereits zur Gegenwart geworden.
  • Abb. 2: 3D-Druck bei verschiedenen Indikationen.

Hierbei werden die Bilder des Scanners an einen Computer mit CAD-Software übertragen. In dieser Software gibt es bereits Vorlagen für die verschiedenen Objekte – diese können nun dank des Scans leicht an die Anatomie des Patienten angepasst werden. Per Mausklick wird z. B. der neu designte Zahn an den 3D-Desktop-Drucker gesendet und in ein paar Minuten gedruckt (Abb. 2). Dadurch können zahntechnische Produkte nicht nur schnell und günstig, sondern auch mit gleichbleibend hoher Qualität produziert und reproduziert werden.

Vom flüssigen Kunstharz zum fertigen Druckergebnis

Neben großen Industrie-Geräten gibt es inzwischen auch kompakte 3D-Drucker, die in ihrer Standfläche etwa so groß sind wie ein DIN-A3-Blatt; diese stellt zum Beispiel das amerikanische Unternehmen Formlabs her. Bei Bedarf können sie auch gestapelt und zusammengeschlossen werden, um parallel verschiedene Produkte aus unterschiedlichen Materialien herzustellen.

Für den Druck im zahnmedizinischen Bereich hat Formlabs außerdem spezielle Kunstharze entwickelt: Model Resin eignet sich für Kronen- oder Brückenmodelle; mit dem Surgical Guide Resin lassen sich chirurgische Bohrschablonen herstellen und mit Grey Resin können Zahnmodelle gedruckt werden, anhand derer transparente Aligner hergestellt werden.


Und so funktioniert’s

Das Kunstharz befindet sich zunächst in einer Kartusche. Für den Druck wird es in einen Tank entleert, aus dem später das Modell gedruckt wird. Bevor der Druck beginnt, fährt eine Druckplattform herunter, bis sie in die Flüssigkeit eintaucht. Unter dem Tank befindet sich das Herzstück des Druckers: Ein Laser, der das flüssige Material mit UV-Strahlen Schicht für Schicht an bestimmten Stellen härtet. Ist eine Schicht gedruckt, fährt die Plattform nach oben und taucht anschließend die unterste Schicht wieder in das flüssige Kunstharz, damit die nächste Schicht nahtlos gedruckt werden kann. Ist das Objekt fertig gedruckt, fährt die Plattform nach oben und eventuell mitgedruckte Stützstrukturen (Supports) können entfernt werden.


Die neuesten Desktop-3D-Drucker von Formlabs verwenden den Low Force Stereolithografie-Druck – der Form 3B-Drucker wurde dabei speziell für die Anforderungen im Dentalbereich entwickelt. Im Vergleich zum herkömmlichen Stereolithografie-Druck können damit noch präzisere Ergebnisse mit einer besonders glatten Oberfläche erzielt werden. Durch diese Drucktechnik können auch die hohen Anforderungen für zahntechnische Arbeiten erfüllt werden.

Vorteile auch für Patienten

Der 3D-Druck verkürzt den Herstellungsprozess zahnmedizinischer Objekte bedeutend, denn Wartezeiten z. B. für Modelle können sich stark reduzieren und so Patienten schneller behandelt werden (Abb. 3a u. b). Der Druck kann dank des kurzen und digitalen Workflows um zehn- bis hundertmal günstiger werden.

  • Abb. 3a: Modelle auf der Druckplattform.
  • Abb. 3b: Fertiges Modell, bei dem die Stützstrukturen bereits abgetrennt wurden.
  • Abb. 3a: Modelle auf der Druckplattform.
  • Abb. 3b: Fertiges Modell, bei dem die Stützstrukturen bereits abgetrennt wurden.

Für die Patienten entstehen dabei weitere Vorteile: Viele verknüpfen nicht die angenehmsten Erfahrungen mit Kieferorthopäden und Zahnärzten. Auch wenn es nicht schmerzhaft ist, Zahnabdrücke zu nehmen, empfinden viele Patienten diese Prozedur als sehr unangenehm. Dank des 3D-Drucks wird bereits dieser Schritt nun deutlich komfortabler: Anstelle von Abformmaterialien können Zahnärzte jetzt einen Intraoralscanner nutzen, um die Anatomie ihrer Patienten zu erfassen. Diese Daten werden wie beim analogen Weg an ein Labor gesendet und dort von einem Zahntechniker an einem Computer mit einer CAD-Software verarbeitet.

In dieser Software kann das entsprechende Druckobjekt, etwa eine Brücke, passgenau designt und anschließend gedruckt werden. Nach dem Druck müssen die Teile noch gewaschen und nachgehärtet werden. Nun sind sie fertig und können entweder direkt verwendet oder in anderen Prozessen wie gewohnt genutzt werden.

Eine Alternative zur Zahnspange

Durch die digitale Technologie des 3D-Drucks können auch völlig neue Produkte hergestellt werden, zum Beispiel Aligner. Viele Patienten empfinden klassische Zahnspangen optisch als störend. Transparente Aligner können da eine praktische Alternative sein. Bei der Herstellung dieser Kunststoffschienen ist es von zentraler Bedeutung, dass diese sehr genau auf das Gebiss des Patienten angepasst sind. Auch hier wird mit einem Intraoralscanner zunächst ein Bild des Gebisses aufgenommen. Alternativ können Kieferorthopäden einen klassischen, plastischen Abdruck nehmen und diesen später scannen. Mit dem digitalen Modell können nun die verschiedenen Progressionsstufen der Zahnpositionen geplant werden. Jeder neue Aligner wird dann 3D-gedruckt und thermisch geformt (Abb. 4).

  • Abb. 4: Aligner auf dem Modell.

  • Abb. 4: Aligner auf dem Modell.
    © Formlabs

Die ersten 3D-Drucker auf dem Markt waren sehr groß und komplex. Die Desktop-Drucker der neuesten Generation wiegen weniger als 20 Kilogramm und können daher variabel und einfach aufgebaut werden. Aufgrund ihrer kompakten Größe sind solche Deskop-3D-Drucker folglich bedeutend günstiger als große industrielle Drucker – bieten aber dieselbe Druckqualität. Auch für Dentallabore sowie kleinere Zahnarzt- und kieferorthopädische Praxen sind sie deshalb erschwinglich und offerieren die Möglichkeit, vor Ort Aligner zu fertigen und so mit der Konkurrenz mitzuhalten.

Prothesen aus dem Drucker direkt für den Patienten

Neben transparenten Schienen können mit dem Desktop-Stereolithografie-Druck auch Prothesen hergestellt werden. Bei deren klassischer Herstellung müssen Patienten mehrmals in die Praxis kommen, die Erstellung umfasst viele Arbeitsschritte, das Handwerk ist sehr komplex. Zudem ist es oft erst mal eine Herausforderung für Dentallabore, gute Zahntechniker zu finden, die über das nötige Fachwissen verfügen und dieses Handwerk beherrschen. In Zeiten des Fachkräftemangels wird dies auch zunehmend schwieriger.

Der digitale Workflow verkürzt die Prothesenherstellung deutlich. Er beinhaltet weniger Arbeitsschritte und eine geringere Variabilität. Dies führt zu konsistenteren und qualitativ hochwertigeren Ergebnissen. Zahntechniker können digitale Prothesen-Designs verwenden und diese im CAD-Programm leicht anpassen und verändern. Neben dem Design spart auch der Druck eine Menge Zeit und Geld: Die Desktop-3D-Drucker sind auch für kleine Praxen und Labore erschwinglich, die Materialien selbst sind günstig und die große Zeitersparnis bei der Herstellung spart ebenfalls Kosten.

Der PKV-Verband fand in einer Umfrage heraus, dass jeder zweite Deutsche bereits einen Zahnersatz in Form einer Krone, Brücke oder Prothese hat. Ebenso viele Menschen gingen davon aus, dass sie künftig Zahnersatz brauchen werden. Jährlich werden weltweit bereits 50 Millionen Prothesen produziert. Der digitale Workflow mittels 3D-Druck macht die individuelle Herstellung von Prothesen bedeutend einfacher und wird den traditionellen Workflow zunehmend ersetzen.

Chirurgische Schablonen ohne lange Wartezeiten

Um eine Schablone für das Setzen von Implantaten zu erstellen, benötigen Zahnärzte und Kieferchirurgen neben dem Scan des Gebisses auch die Anatomie des Patienten, etwa bei einer Operation wegen eines verlagerten Weisheitszahns. Der Scan des Gebisses wird auch hier mit einem CBCT- oder einem Kegelstrahlscanner erstellt. Basierend auf den anatomischen Daten kann in einer CAD-Software nun die Schablone designt und anschließend mit dem Desktop-3D-Drucker gedruckt werden (Abb. 5a). Durch die präzisen Daten können Kieferchirurgen solche Operationen mit einer hohen Genauigkeit planen (Abb. 5b). Dadurch sinkt das Risiko von Komplikationen, die klinischen Ergebnisse werden insgesamt verbessert.

  • Abb. 5a: Bohrschablonen aus dem 3D-Drucker.
  • Abb. 5b: Gedruckte Bohrschablonen sorgen für mehr Sicherheit und Präzision bei der OP.
  • Abb. 5a: Bohrschablonen aus dem 3D-Drucker.
  • Abb. 5b: Gedruckte Bohrschablonen sorgen für mehr Sicherheit und Präzision bei der OP.

Bisher werden Bohrschablonen meist durch Fräsen oder mit einem industriellen 3D-Drucker hergestellt. Durch die großen und komplexen Maschinen können Drucke dort mehrere Hundert Euro kosten. Mit kompakten Desktop-3D-Druckern können Bohrschablonen jetzt für einen Bruchteil dessen hergestellt werden.

Zusammenfassung

Wir sind mitten drin: Der 3D-Druck verändert schon jetzt die Zahnheilkunde. Künftig kann das Szenario vom Beginn dieses Beitrages Normalität werden. Kompakte 3D-Drucker können individuell in Laboren und Praxen aufgebaut werden und dank der verschiedenen, speziell für die Zahnheilkunde hergestellten Kunstharze können unterschiedliche Objekte von Alignern über Bohrschablonen bis hin zum Zahnersatz schnell und kostengünstig hergestellt werden.

Stefan Holländer, Managing Director EMEA bei Formlabs


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