Industrie-Report

Additive Fertigungstechniken: der 3D-Drucker

Teil 3 - Digital Light Projection und Stereolithografie – noch mehr 3D-Drucker auf der IDS

Wer sich im Gebiet des dentalen 3D-Drucks auf dem Laufenden halten will oder sogar eine Anschaffung erwägt, sieht sich nach der diesjährigen IDS einer gefühlt unendlichen Auswahl gegenüber. Dr. Christin Arnold, Dipl.-Ing. (FH), hat das reichhaltige Angebot unter die Lupe genommen. Sie besuchte Original-Hersteller und fragte auch danach, wer solche Geräte in sein eigenes Programm aufgenommen hat und vertreibt. Außerdem recherchierte sie die verarbeitbaren Druckmaterialien. Im Folgenden wird die Besprechung derjenigen Drucker fortgesetzt, die Objekte aus flüssigen Bädern entstehen lassen.

ASIGA MAX, ein 3D-Drucker, der seit Juni lieferbar ist, war das Highlight von ASIGA digital dental solutions (Abb. 6). Auch viele weitere Unternehmen haben Drucker von ASIGA in ihr Angebots-Portfolio aufgenommen (z. B. dentona, SCHEU-DENTAL, YETI Dentalprodukte [Abb. 7], Organical CAD/CAM). ASIGA bietet neben der MAX-Version drei weitere Druckerreihen an: PICO2, PICO2HD und PRO2. Es handelt sich um offene Systeme (385/405 nm). Zum Druck konvertiert werden können offene .stl-, .slc- und .stm-Files. Die notwendige Software (Composer) ist inklusive, auch die folgenden Updates. Der Datenaustausch kann über WiFi, Wireless direkt und Ethernet erfolgen. Die 3D-Druckerreihe PRO2 wird im Gegensatz zu den anderen Reihen ausschließlich für den Dentalgebrauch empfohlen. Die PICO-Reihen, vor allem PICO2HD, sind mit einer Auflösung (Pixel Size) von 27–50 μm (x- und y-Achsen) für die Produktion von Kronen und Brücken geeignet („z resolution variable“ in 1 μm). Die Baufelder sind im Vergleich zur MAX-Reihe (119 x 67 x 76 mm) kleiner. Die Weiterentwicklung zum 3D-Drucker ASIGA MAX zeichnet sich durch die Steigerung der Produktivität bei einer Mindestanforderung an die Präzision aus (Pixel Size xy 62 μm; „z resolution variable“ in 1 μm), erläuterte Technologiemanager Dr. Stephan Weiss. Er fuhr fort: Die Arbeitsweise werde über einen UVLED DLP Projektor sichergestellt und durch ein „smart positioning“-Prinzip im Bereich der Druckzone (Wannenboden/ Glasplatte) entstünden präzise Druckschichten bzw. -objekte. Zudem kann der Bauraum beheizt und die Viskosität der Kunstharze abgestimmt werden. Michael Krause von SCHEU-DENTAL weist darauf hin, dass durch einen internen Speicher mehrere Druckaufträge in einer Warteschlange hinterlegt und nacheinander über das LCD-Bedienfeld (Touch-Funktion) vom Drucker aus gestartet werden können. SCHEU-DENTAL bietet Materialien des IMPRIMO Systems an (IMPRIMO LC Model, -Splint, -Impression, -Cast, -Gingiva sowie IMPRIMO LC IBT [Transfermatrix Klebetechnik]).

  • Abb. 6: ASIGA MAX der Firma ASIGA digital dental solutions.
  • Abb. 7: PICO2HD der Firma ASIGA digital dental solutions (Yeti 4 Print 3D-Drucker).
  • Abb. 6: ASIGA MAX der Firma ASIGA digital dental solutions.
  • Abb. 7: PICO2HD der Firma ASIGA digital dental solutions (Yeti 4 Print 3D-Drucker).

  • Abb. 8: Präzisionsstumpfmodell mit integrierten Passungskontrollen. © Oskar Biskupski
  • Abb. 8: Präzisionsstumpfmodell mit integrierten Passungskontrollen. © Oskar Biskupski

Der YETI 4 Print 3D-Drucker (YETI Dentalprodukte), ein Drucker für großformatige digitale Produktionen. entstammt der PRO2 Reihe. Die Auflösung xy beträgt 75 μm („z resolution variable in 1 μm“), und das Bauvolumen ist entsprechend größer (144 x 81 x 200 mm). Der Wartungsaufwand wird durch einen integrierten Lichtsensor, der automatisch kalibriert, gesenkt. Neben einem, laut Sales Manager Oskar Biskupski kostenlosen Support, bietet YETI auch entsprechende Materialien (YETI 4 print, -model, -cast, -splint) mit optimierten Druckparametern. YETI setzt auf praxistaugliche Passungskontrollen am Druckobjekt (beispielsweise das Präzisions-Stumpfmodell, vgl. Abb. 8).

MICROLAY DentalFab (dentona)

Zusätzlich zu den ASIGA Druckern (MAX, PRO2) vertreibt dentona seit Juni den MICROLAY DentalFab als Einsteigermodell. Auf der DLP-Technik basierend können auf der Bauplattform (107 x 60 x 160 mm) Objekte mit einer Genauigkeit von 50 μm erzielt werden. Das Gerät beinhaltet bereits die für den Nachbearbeitungsprozess notwendige Lichtkammer (366/405 nm) und eine Kamera. Mittels WiFi kann der Druckprozess über PC, Tablet oder Smartphone angesteuert und kontrolliert werden. Grundsätzlich zeigt sich nach mehreren Druckprozessen auf dem Materialwannenboden eine Abnutzung. Beim DentalFab kann der verschlissene Wannenboden in Form einer Folie ausgetauscht werden. In Kombination zu den Druckern gibt es pro3dure Materialien, wie pro3dure Gr-10 (Bohrschablonen, Schienen), -GR-12 (Gießformen), -GR-13 (Modelle) und -GR-11 (Abformlöffel).

DMG 3Delux

  • Abb. 9: Das Gerät 3Delux der Firma DMG.

  • Abb. 9: Das Gerät 3Delux der Firma DMG.
Der DMG 3Delux (Abb. 9) ist ein DLP-basierter 3D-Drucker (LED-UV-Projektor mit Full-HD, Auflösung 1920 x 1080 Pixel; x-y-Achse ca. 50 ± 25 μm, 405 nm). Die Slicing- Software (peramis) ist beim Kauf enthalten, sie berechnet die zu belichtenden Schichten. Lizenzgebühren fallen nach dem ersten Jahr jährlich an. Die WARP-System Technologie, welche von Sharebot R&D entwickelt wurde, verkürzt laut Alexander Raschke von DMG die Belichtungszeit für die einzelnen Schichten. Nach DMG kann somit die maximale Druckgeschwindigkeit von 10 mm/h auf 100 mm/h gesteigert werden. Diese Highspeed-Technologie ist optional erwerbbar und verlangt kostenpflichtige Upgrades. Eine Materialbibliothek von DMG ist im Drucker angelegt (LuxaPrint-Model für Modelle, -Tray für individuelle Löffel, -Cast für Gussobjekte, -Ortho für Bohrschablonen und -Ortho Plus für Schienen), andere Materialien könnten genutzt werden, so DMG.

EvoDent (Union Tech)

Die Firma UnionTech (Shanghai Union Technology Corporation) präsentierte den in der Betaphase befindlichen 3DDrucker EvoDent. Dieser sei als offenes System konzipiert und eigne sich für alle Materialien am Markt (405 nm). Es handelt sich um einen DLP-Drucker mit folgenden Angaben: HD UV-LED; Bauplattform 110 x 62 x 85 mm; Native Pixel 58 μm; Auflösung 1920 x 1080; Schichtstärke 50 und 100 μm; Druckgeschwindigkeit 40 mm/h. Für zehn Anwendungsbereiche sollen entsprechende Materialien (NextDent) mit Druckparametern hinterlegt werden. Auch hier werden offene .stl-Files benötigt, die Verarbeitung der Daten erfolgt mit der Software Magics BP. Bei großem Produktionsbedarf, beispielsweise im KFO-Modellbereich, wird der Stereolithografie-Drucker RSPro 600 angeboten.

Drucker von XYZprinting Netherlands

Die Firma XYZprinting Netherlands B.V. bietet mit dem NOBEL 1.0A einen 3D-Drucker an, der ebenfalls auf der Stereolithografie-Technik basiert (Laser Scanning Unit; Bauvolumen 12,8 x 12,8 x 20 cm; Auflösung xy 130 μm; Auflösung z 25-100 μm). Daneben präsentierte das Unternehmen den kleinen DLP-Drucker NOBEL SUPERFINE (DMD, Bauvolumen 6,4 x 4,0 x 12 cm; Auflösung xy 50 μm; Auflösung z 25-100 μm). Die Drucker sind ausschließlich mit folgenden Materialien zu betreiben (405 nm): General Purpose Resin (Modelle), Castable Resin (Gussformen) und Biomedical Resin (Bohrschablonen, Aufbissschienen, Abformlöffel). Das Lichthärtegerät UV Curing Chamber (370-405 nm; Ø 180 x H 200 mm; 1-60 min) rundet das Angebot ab.

Druckerreihe von DWS

Mit geschlossenen 3D-Drucksystemen stellte sich die italienische Firma DWS vor (Abb. 10 u. 11). Zum einen gehören dazu verschiedene Drucker in der Serie DWS-DigitalWax D für Dentallabore. Für diese wird der auf dem DLP-Projektionsprinzip (Texas Instruments Inc.; UV-LED) basierende kalibrierungsfreie DigitalWax 009D explizit für die Herstellung von Kronen und Brücken empfohlen (Slice Thickness 0,01-0,10 mm; Working Area 50 (x) x 37 (y) x 100 (z) mm). Zum anderen wurden 3D-Drucker vorgestellt, die mit der Laser Galvanometer Scanning Technologie arbeiten. Hierbei reflektiert ein Spiegel den Laserstrahl auf das Druckbett und härtet so photosensitives Material aus. Je nach Bedarf gibt es die Drucker in mehreren Größen mit unterschiedlichen Spezifikationen (DigitalWax 020D, DigitalWax 028D, DigitalWax 029D, DigitalWax 030D).

  • Abb. 10: DigitalWax 029D …
  • Abb. 11: … und DigitalWax 020D von DWS.
  • Abb. 10: DigitalWax 029D …
  • Abb. 11: … und DigitalWax 020D von DWS.

Für den Start im Dentalbereich wird von DWS hier der DigitalWax 020D oder 029D vorgeschlagen (Slice Thickness 0.01-0,10 mm; Laser Scanning Speed 0-5100 mm/s (020D) und 6.500 mm/sec (029D)). Zu allen Druckern wird das Material von DWS geliefert. Neben Kunststoffen für Langzeitprovisorien in verschiedenen Farben (A1, A2, A3, A 3,5, B1) mit der Medizinproduktklassifikation IIa sowie einer Vielzahl von Modellmaterialien unterschiedlicher Qualitäten gibt es auch entsprechende Schienenmaterialien. Zudem besteht die Möglichkeit, elastische Materialien zu verarbeiten, beispielsweise für Gingivamasken (Demozwecke). Die Nachbearbeitung bzw. Reinigung der Druckobjekte, erklärte Exportmanagerin Valeria Dalla Riva, erfolgt in einem Ethylalkohol-Ultraschallbad und anschließend mit einer Art Pistole (Düse) mittels „Dampf“ kalt. Abschließend müssen die Materialien 20 min unter UVLicht aushärten. Zum Wellenlängenbereich wurden keine Angaben gemacht.

  • Abb. 12: Das Tischgerät XFAB (DWS).

  • Abb. 12: Das Tischgerät XFAB (DWS).
Dem Markt angepasst stellt DWS zudem das Tischgerät XFAB für Dentallabore (DWSLAB) zur Verfügung (Abb. 12). Dieses basiert auf der Laser Galvanometer Scanning Technologie (Working Area Ø 180 x 180 mm; Slice Thickness 10-100 μm, Minimum Feature Size 250 μm). Primär ist dieses Gerät für die Herstellung von Bohrschablonen und Schienen bzw. Aligner gedacht. Der Drucker kalibriert sich vor jedem Druck selbst und ist Valeria Dalla Riva zufolge wartungsfrei. Das XFAB-System ist geschlossen und wird durch DWS mit sieben Materialgruppen unterstützt. Diese werden in Kartuschen angeliefert und müssen im Drucker seitlich neben dem Wannenbad integriert werden. Über eine vorderseitige Öffnung kann dann der flüssige Kunststoff in die Wanne fließen.

  • Abb. 13: Die Chairside-Version DWS DFAB.

  • Abb. 13: Die Chairside-Version DWS DFAB.
Das Messehighlight des Unternehmens war der DWS DFAB: ein Drucker, der primär für den Chairside-Bereich konzipiert ist (Abb. 13). In dem Drucker ist ein Rechner integriert, den man mittels Touchscreen bedient. Eine Vielzahl an Formaten kann weiterverarbeitet werden (.stl, .slc, .nauta, .fictor, .mkr, .3dm, .ply, .3ds, .obj, .lwo, .x). Die Software Parametric Editor for 3D printing ist eingeschlossen. Der DFAB ermöglicht dem Zahnarzt, in einer Sitzung Kunststoffprovisorien mit einem natürlichen Zahnfarbverlauf additiv herzustellen. Basis des Prozesses ist ein innovatives patentiertes Photoshade- System. Das zu verwendende Hybridkomposit Temporis entspricht den Anforderungen des Medizinproduktgesetztes der Klasse IIa und soll in Form von Einwegpatronen in den Markt gelangen.

Man braucht diese nur in den Drucker einzulegen, der sie automatisch verarbeitet. Den Herstellungsprozess begrenzt DWS auf ca. 20 min. Der Nutzer hat die Möglichkeit, Farbintensität bzw. den Farbgradienten zu verändern und zwischen den Vita-Farben A1 und A3,5 zu wählen. Laut Dalla Riva resultieren alle Farben aus einer Kartusche. Wie sonst auch müssen die gedruckten Objekte in klassischen Lichthärtegeräten endgehärtet werden. Die DFAB Desktop-Version kann mit einem externen Computer betrieben werden und ist für die Anwendung im Labor gedacht. Die Abmessungen der Bauplattformen sind identisch (47 x 18 x 40 mm).

„Drucker für Jedermann“

Die Firma Formlabs bietet den „Drucker für Jedermann“ (Tab. 5, Abb. 14). „Star“ des Standes war der preisgünstige 3D-Drucker Form 2 (ca. 3.300 Euro). Viele Dentalanbieter haben ihr Angebot um diesen Drucker erweitert (z. B. core 3d centres, Dental Direkt, GOLDQUADRAT, Organical CAD/CAM). Laut Formlabs ist der Form 2 mit jeder CAD-Software für Dentalanwendungen kompatibel, die offene .stl- oder .obj-Dateien generiert. Zum Drucker gibt es eine kostenlose PreForm-Software von Formlabs. Mit dieser werden die zu druckenden Objekte ausgerichtet und mit einer Supportstruktur versehen. Der Vorgang kann manuell, aber auch mittels „Ein-Klick-Druckfunktion“ erfolgen. Bei letzterem wird der Druck automatisch eingerichtet. Nach Überführung der Daten auf den Form 2 Drucker wird nach dem Starten des Druckers das Objekt erstellt. Dies geschieht über einen interaktiven Touchscreen mit Drucktaste.

  • Tab. 5: Daten zum 3D-Drucksystem Form 2 von Formlabs.
  • Abb. 14: Überall auf der IDS wurde dieses Gerät „der Drucker für Jedermann“ genannt: Form 2 der Firma Formlabs.
  • Tab. 5: Daten zum 3D-Drucksystem Form 2 von Formlabs.
  • Abb. 14: Überall auf der IDS wurde dieses Gerät „der Drucker für Jedermann“ genannt: Form 2 der Firma Formlabs.

Die Arbeitsweise des 3D-Druckers erfolgt nach dem Stereolithografie-Prinzip. Die für den Form 2 eigens entwickelten Kunstharze werden dabei mit einem Laser ausgehärtet, die Struktur wird durch frei im Raum materialisierende Punkte schichtenweise aufgebaut (Rasterprinzip). Dafür erwärmt sich der Harztank im Drucker auf eine Temperatur von 35 °C. Das Material steht in lichtundurchlässigen Kartuschen zur Verfügung, laut Bernadette Klar (Qualitätsmanagement, Organical CAD/CAM) können diese mit einem Handgriff an der Rückseite des Druckers in eine Halterung geschoben werden. Daraus läuft der Kunststoff in die Wanne. Für jedes Material sollte eine separate Wanne verwendet werden. Somit entspricht der Materialwechsel dem Wechsel der Wanne und ist laut Klar ebenfalls einfach.

Theoretisch ist auch der Form 2 ein offenes System. Es werden jedoch nur die hauseigenen Materialien von Formlabs „supportet“. Für die notwendige Nachbearbeitung werden spezielle Finish Kits (Spachtel, Zange, Pinzetten, Reinigungsbäder etc.) angeboten. Auch hier ist es notwendig, die Materialien entsprechend der Gebrauchsanweisung zu verarbeiten. Nach Thomas Maiwald (Marketing GOLDQUADRAT) müssen beispielsweise gedruckte Objekte aus dem Dental SG Kunstharz 10 Minuten lang bei 60 °C – sowohl unter UVA- als auch UVB-Licht (108W/405nm) – vollständig ausgehärtet werden. Dafür empfiehlt GOLDQUADRAT das BBCure Lichthärtegerät mit Heizfunktion. Dentalunternehmen, die den Drucker Form 2 verkaufen, bieten den Endverbrauchern verschiedenste Serviceverträge zum Gerät.

Neben den diesjährigen Neuvorstellungen gab es auf der IDS auch bewährte Stereolithografie-Drucker zu sehen. 1986 war das Stereolithografie-Verfahren von Charles ‘Chuck’ Hull, dem Gründer von 3D Systems, erfunden worden. Dieses amerikanische Unternehmen zeigte auf seinem Stand u. a. den aktuellen ProJet 1200 Micro- SLA-Drucker (Wax-Up-3D-Dentaldrucker mit integrierter Aushärtekammer) und die ProJet & ProX SLA-Drucker für Dentalmodelle.

Es meldeten sich auf der IDS jedoch nicht nur Hersteller zu Wort, auch als Dienstleistung bieten Firmen die additive Fertigung an, beispielsweise:

Im kommenden vierten und letzten Teil dieser Serie stellt Dr. Arnold weitere 3D-Druck-Verfahren mit dentalem Einsatzgebiet vor (siehe Septemberausgabe 2017 Das internationale Zahntechnik Magazin). Der Schwerpunkt wird hier auf Verfahren liegen, die (bisher) von den Herstellern nicht so häufig angewendet werden.

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Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Christin Arnold



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