Digitale Systeme


Die 3D-Druck-Technologie bietet hohen Mehrwert

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Der digitale Workflow bietet dem Zahnarzt und auch den Patienten klare Vorteile: Dies sind schnellere Prozesse, bessere Dokumentation und eine sehr hohe Qualität. Unser Dentallabor hat sich frühzeitig auf den digitalen Workflow spezialisiert. Bereits seit 5 Jahren empfangen wir regelmäßig Intraoralscan-Daten unserer Kunden – mittlerweile von mehr als 70% der Kunden.

  • Abb. 1: Mit einem 3D-Drucker lassen sich heutzutage viele Materialien erstellen.

  • Abb. 1: Mit einem 3D-Drucker lassen sich heutzutage viele Materialien erstellen.
    © Kreimer
Daran schließt sich bei uns die digitale Modellproduktion an. Diese kann über den 3D-Druck effizient und skalierbar abgebildet werden (Abb. 1). In unserem Dentallabor nutzen wir den 3D-Druck bereits seit 2016. Wir haben damals mit dem „Formlabs Form 2“ angefangen und unsere digitale Produktion seitdem stetig erweitert. Aktuell nutzen wir 3 Drucker der Firma Formlabs; einen „Form 2“ und 2 „Form 3B“. Zudem unterhalten wir Partnerschaften mit verschiedenen Herstellern, darunter Asiga, Rapidshape und Medit, deren Geräte wir intern zum Test und zum Validieren haben. Softwareseitig arbeiten wir sowohl mit 3Shape als auch mit exocad.

Die Kombination aus 3D-Druck und Intraoralscan hat in unserem Fall die mit Abstand größte Effizienzsteigerung der vergangenen Jahre eingebracht. Unsere Kunden verwenden dabei die unterschiedlichsten Intraoralscanner, z.B. den Medit i500, den 3Shape Trios 3/4 sowie den Prime- und Omnicam-Intraoralscanner von Dentsply Sirona. Mittlerweile unterstützen wir andere Dentallabore, die von uns aufgebauten Standards und Prozesse zu übernehmen. Dies in Form von digitalen und herstellerneutralen Schulungen, die es am Markt nicht sehr häufig gibt.

Eine frühzeitige Positionierung als „digitales Dentallabor“ ermöglicht nicht nur effizientere Arbeitsprozesse, sondern hilft auch, am Markt hervorzustechen und neue Kunden zu gewinnen. Denn Zahnärzte suchen immer häufiger nach digitaler Kompetenz und einem Laborpartner auf Augenhöhe, um sich digital weiterzuentwickeln.

Über die Modellproduktion hinaus gibt es natürlich zahlreiche weitere Indikationen, bei denen der 3D-Druck einen erheblichen Mehrwert liefert. So lassen sich z. B. Bohrschablonen, individuelle Löffel, Aufbissschienen, Totalprothesen, provisorische und definitive Kronen und Brücken mittlerweile mit einem 3D-Drucker herstellen. Die Materialien verbessern sich zudem stetig.

Um eine hohe Qualität zuverlässig, d. h. reproduzierbar, zu garantieren, ist mehr notwendig als nur der richtige 3D-Drucker: Es kommt auf die richtige Kombination von 3D-Drucker, Materialien, Software und der richtigen Post-Processing-Hardware an. Nicht nur die einzelnen Komponenten, sondern auch der Workflow ist entscheidend für die Qualität der Endergebnisse. Richtig eingesetzt erzielt man mit dem 3D-Druck hochwertige Ergebnisse und eine deutliche Effizienzsteigerung. Die Arbeitszeit der Mitarbeiter kann effektiver genutzt werden und aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass die digitale Arbeit – sobald sie einmal läuft – allen Beteiligten auch sehr viel Spaß macht.

Reproduzierbare Abformungen durch digitale individuelle Abformlöffel

  • Abb. 2: Durch den Einsatz von Intraoralscannern können individuelle Abformlöffel erstellt werden.

  • Abb. 2: Durch den Einsatz von Intraoralscannern können individuelle Abformlöffel erstellt werden.
    © Kreimer
Obwohl der Einsatz von Intraoralscannern stetig zunimmt, werden auch zukünftig individuelle Abformlöffel für diverse Indikationen benötigt. Diese können sehr effizient mittels 3D-Druck hergestellt werden. Als Grundlage dient ein digitaler Datensatz des Kiefers, der in eine CAD-Software importiert wird (Abb. 2). Hier wird das Design des individuellen Abformlöffels in einer Qualität ermöglicht, die dem konventionellen Workflow in Reproduzierbarkeit und Genauigkeit weit überlegen ist. Nach dem Design wird ein STL-Output erzeugt, welcher in eine Slicing-Software importiert wird.

Nach der Ausrichtung des Druckobjektes und der Generation der Supportstrukturen wird der Druckauftrag auf den Drucker übertragen. Hier erfolgt nun der eigentliche 3D-Druck in einem biokompatiblen Kunstharz der Medizinprodukteklasse I (Formlabs Custom Tray Resin). Nach dem Druck muss das Druckobjekt noch mit Isopropylalkohol (IPA) gereinigt und nachbelichtet werden. Der gesamte Prozess ist dabei sehr zuverlässig und skalierbar. Das bedeutet eine höhere Planbarkeit und bessere Effizienz.

Neuer Standard: Aufbissschienen aus dem 3D-Drucker?

  • Abb. 3: Aufbissschienen aus dem 3D-Drucker.

  • Abb. 3: Aufbissschienen aus dem 3D-Drucker.
    © Kreimer
Jedes Jahr werden in Deutschland etwa 2 Millionen Aufbissschienen hergestellt (Abb. 3). Die Mehrheit der Schienen wird in einem Tiefziehprozess mit manuellem Aufbau der Okklusalfläche hergestellt. Aber auch Schienen aus der CNC-Fertigung haben in den vergangenen Jahren stark zugenommen und sich meines Erachtens zum Goldstandard in der Herstellung entwickelt. Bei der CNC-Fertigung hat man allerdings bedingt durch das subtraktive Verfahren einen sehr hohen Materialverbrauch. Darüber hinaus sind thermoplastische Materialien, die bei Mundtemperatur eine leichte Flexibilität bieten und so einen angenehmen und spannungsfreien Komfort ermöglichen, mit Mehrkosten verbunden.

Der 3D-Druck bot hier lange Zeit keine Alternative, da die Materialien zu spröde und brüchig waren. Neue Entwicklungen im Bereich der 3D-Druck-Materialien haben nun allerdings Kunstharze ermöglicht, die die Vorteile des digitalen Konstruierens mit der effizienten additiven Herstellung kombinieren. Das Design erfolgt auch hier in einer dentalen CAD-Software (z.B. 3Shape Splint Studio oder Exocad Bite Splint Module), in der die gesamte Schiene inklusive der an die Antagonisten angepassten Okklusalfläche reproduzierbar hergestellt werden kann.

Die STL-Datei wird in die Slicing-Software importiert und nach der Generation der Supportstrukturen an den Drucker übertragen. Der 3D-Druck erfolgt mit einem Material der Medizinprodukteklasse IIa (Keystone KeySplint Soft), welches leicht flexibel ist und gleichzeitig ausreichend Stabilität bietet, um den Kaukräften standzuhalten.

Digitale Prothesen

  • Abb. 4: Das Herstellungsverahren von Totalprothesen hat sich verändert.

  • Abb. 4: Das Herstellungsverahren von Totalprothesen hat sich verändert.
    © Kreimer
Das Herstellungsverfahren von Totalprothesen hat sich in letzten Jahrzehnten nicht grundlegend verändert. Bisher konnte sich die CNC-Fertigung nicht durchsetzen, da die Materialkosten bedingt durch den hohen Materialverbrauch keine effiziente Herstellung ermöglichten. Jedoch bietet auch hier die 3D-Druck-Technologie neue Möglichkeiten. So können sowohl die Prothesenbasis als auch der Zahnkranz für eine kostengünstige Prothese (z. B. Reiseprothese) gedruckt werden (Abb. 4). Bei hochwertigeren Prothesen kann die gedruckte Prothese in einem Hybridverfahren mit einem in Multicolor PMMA gefrästen Zahnkranz kombiniert werden.

Die Software-Hersteller haben in der jüngsten Vergangenheit zunehmend Ressourcen in die Entwicklung von Modulen für das Design von digitalen Prothesen investiert. Daher gibt es sowohl die Möglichkeit, neue Prothesen zu designen als auch bereits Bestehende zu kopieren. Der STL-Output wird in 2 Prozessen in speziell für diesen Anwendungszweck entwickelten Kunstharzen der Medizinprodukteklasse IIa (Formlabs Denture Resin) gedruckt. Nach dem Post-Processing können die beiden Komponenten miteinander verbunden werden.

Permanente Kronen aus Hybridmaterialien

Die neueste Entwicklung im 3D-Druck-Materialbereich sind Kunstharze, welche erstmals die Freigabe für permanente Kronen erhalten haben. Es handelt sich dabei um keramisch gefüllte Hybridmaterialien (Formlabs Permanent Crown Resin) für Einzelkronen, Inlays, Onlays und Veneers. Dies verdeutlicht einmal mehr, wohin die Reise gehen wird. Die Materialien verbessern sich stetig und immer mehr Indikationen werden im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden können. Bedingt durch den Herstellungsprozess der im Dentalmarkt gängigen SLA- und DLP-Technologien sind die Kronen allerdings nur monochrom druckbar und daher vor allem in puncto Ästhetik Multilayer-Materialien aus der CNC-Fertigung unterlegen.

Welche Probleme gibt es momentan noch?

Zusammenfassend kann man sagen: „The future is now”. Der digitale Workflow ist in vielen Bereichen ausgereift und ermöglicht erhebliche Effizienzsteigerungen bei gleichbleibender oder sogar besserer Qualität. Die Arbeit auf digitalen Daten ermöglicht zudem zahlreiche weitere Vorteile, wie z. B. ein hohes Maß an Wiederholbarkeit, eine einfache Dokumentation der Arbeitsprozesse und Vorteile bei der Kommunikation zwischen Patient, Behandler und Labor.

Gleichzeitig gibt es aber natürlich auch Herausforderungen: So ist der Markt im Bereich digitaler Lösungen oft wenig transparent. Wer sich nicht auskennt, kann schnell unnötig Geld ausgeben bzw. in die falschen Technologien investieren. Grundsätzlich benötigt ein optimaler digitaler Workflow Zeit, um das nötige Know-how aufzubauen, um vom Potenzial digitaler Design- und Fertigungsprozesse richtig zu profitieren. Der digitale Workflow ist mehr als eine Summe einzelner Produkte – dieser erfordert eine neue Denkweise und die Bereitschaft, gewisse Prozesse auf einer fundamentalen Ebene neu zu gestalten.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZTM Stephan Kreimer