Funktion

Der alltägliche 3D-Druck

3D-Druck: Wieso? Womit? Wozu?

.
.

Auch im Dentalbereich gilt der 3D-Druck als die Zukunftstechnologie. Für die individuelle, auf einen Patienten bezogene Herstellung von Hilfsteilen und Restaurationen ist die additive Fertigung prädestiniert. Aber hat die Technologie, gepaart mit den entsprechenden normkonformen Materialien, das Potenzial, die subtraktive Technologie der Zerspanung abzulösen? Trotz der augenscheinlichen Vorteile stellte sich dem Anwender im Dentallabor nicht selten die Frage nach dem „Wieso“ – dicht gefolgt vom „Womit“ und“ „Wozu“. Und jetzt wird‘s konkret.

Wieso?

  • Abb. 1: Die additive Technologie des 3D-Drucks.

  • Abb. 1: Die additive Technologie des 3D-Drucks.
    © Ralph Riquier
Komplexe Objekte lassen sich aus Schichten aufgebaut einfacher herstellen als in der Fräsbearbeitung. Hinterschnitte werden nicht durch die Maschinenkinematik beschränkt (Abb. 1). Auch das präzise Ausarbeiten von Details, wie Interdentalräumen oder schmalen Stumpfformen, limitiert kein Werkzeugdurchmesser. Außerdem ermöglicht der 3D-Druck Fertigungszeiten pro Stück, die eine Fräsanlage mit nur einer Frässpindel nicht realisieren kann. Diese Vorteile bilden in der täglichen Anwendung ein enormes Potenzial hin zu einer effizienteren Herstellung.

Womit?

Der Begriff 3D-Druck vereint eine Vielzahl von additiven Technologien: von Powder Bed Fusion (SLA/SLM/SLS) über VAT-Photopolymerisation (SLA/DLP/CLIP) bis hin zu Material Extrusion (FDM/FFF/PJM) nebst einigen anderen Verfahren, die im ZT-Umfeld derzeit nicht verbreitet sind. Powder Bed Fusion beschränkt sich im Dentalbereich aktuell auf den Einsatz von Pulvern aus Cobalt-Chrom-Molybdän-, Titan- und Goldlegierungen. Diese hochpreisigen Fertigungsanlagen sind vorwiegend in Fertigungszentren oder Großlaboren anzutreffen.

Bei der VAT-Photopolymerisation finden Photopolymere (Kunststoffe) Anwendung. Aufgrund der einsetzbaren Materialvielfalt – nicht zuletzt von MPG-konformen Druckmaterialien – kommen im Dentallabor SLA- und DLP-Systeme am häufigsten zum Einsatz.

Die Material Extrusion verwendet entweder thermoplastische Kunststoffe, die durch Aufschmelzen und Pressen durch eine Düse aufgetragen werden, oder flüssiges Photopolymer, welches über eine Düse aufgetragen und durch Licht ausgehärtet wird. Bisher werden bei dieser Technologie nur Materialien ohne Medizinprodukte(MP)-Zulassung oder bis MP-Klasse 1 verwendet.

Wozu?

Für den Anwender stellt sich neben der Verarbeitungstechnologie auch immer die Frage nach der Indikationsvielfalt, also dem Einsatzbereich. Durch ein breites Anwendungsspektrum lässt sich gerade zu Beginn die Auslastung erhöhen.

Um wiederum die Produktivität bei der zunehmenden Produktionsmenge zu maximieren, ergibt sich zumeist eine Spezialisierung von 3D-Druckertypen auf bestimmte Indikationen. Die gängigen Einsatzbereiche werden im Folgenden kurz umrissen.

Modelle

Resultierend aus der zunehmenden Verbreitung von intraoralen Scansystemen (IOS) in Zahnarztpraxen wird die Notwendigkeit der digitalen Herstellung von Modellen im Labor folgen. Durch den Einsatz spezieller Softwaretypen wie z.B. Fix-it-Erik (r2 dei ex machina) kann das Labor aus der breiten Palette der Modelltypen sein System wählen (Abb. 2). Es lassen sich Modelle mit Sockel inklusive Split-Cast-Geometrie und Magnetaussparung, Sägemodelle mit Sägeschnitten und Pinlöchern (Abb. 3 bis 5) oder einfache Zahnkränze generieren.

  • Abb. 2: Modelle spielen auch weiterhin eine Rolle in der Restaurationserstellung.
  • Abb. 3: Modellsystem mit integriertem Sockel bei der Software Fix-it-Erik.
  • Abb. 2: Modelle spielen auch weiterhin eine Rolle in der Restaurationserstellung.
    © Ralph Riquier
  • Abb. 3: Modellsystem mit integriertem Sockel bei der Software Fix-it-Erik.
    © Ralph Riquier

  • Abb. 4: Auch Pindex-Modelle können digital erstellt werden.
  • Abb. 5: Löcher und partielle Sägeschnitte werden „mitgedruckt“.
  • Abb. 4: Auch Pindex-Modelle können digital erstellt werden.
    © Ralph Riquier
  • Abb. 5: Löcher und partielle Sägeschnitte werden „mitgedruckt“.
    © Ralph Riquier

All dies als Hohlmodell, Vollmodell oder Modell mit Wabenstruktur sowie mit oder ohne Zahnfleischmaske (Abb. 6). Gewählt werden sollte dabei immer das Modellsystem, das in Kombination mit der verwendeten Drucktechnologie konstant genaue Ergebnisse erzielt.

  • Abb. 6: Aussparung für ein Modellanalog inklusive Gingivamaske.
  • Abb. 6: Aussparung für ein Modellanalog inklusive Gingivamaske.
    © Ralph Riquier

Schienen

Schienen stellen eine weitere zukunftsträchtige Anwendung für den 3D-Druck dar. Von Knirscherschienen über adjustierte Aufbissschienen bis hin zu sog. „Anti-Schnarcher“-Schienen lassen sich alle Typen digital erstellen (Abb. 7). Einzig die Materialwahl entscheidet hierbei, ob die Schiene gedruckt oder gefräst werden muss (Abb. 8). Für die intraorale Anwendung zugelassene Materialien stehen bei der VAT-Photopolymerisation (SLA/DLP) zur Verfügung.

  • Abb. 7: Softwareseitige Konstruktion einer Anti-Schnarcher-Schiene in der BiteReg-Software.
  • Abb. 8: Schiene nach der digitalen Herstellung.
  • Abb. 7: Softwareseitige Konstruktion einer Anti-Schnarcher-Schiene in der BiteReg-Software.
    © Ralph Riquier
  • Abb. 8: Schiene nach der digitalen Herstellung.
    © Ralph Riquier

Fu-Löffel, Bissnahmen, Stützstiftregistrate

Ganz besonders prädestiniert ist der 3D-Druck für die Herstellung von Hilfsteilen (Abb. 9 und 10). Auch hier kann auf verschiedene Softwareapplikationen zurückgegriffen werden: von Allroundlösungen wie Dental Designer (3Shape) oder DentalCad (Exocad) bis hin zu Stand-alone-Lösungen wie BiteReg (r2 dei ex machina) (Abb. 11 und 12) oder EasyBase (Shera). Die Auswahl des Drucksystems wird allein durch die Materialkomponenten eingeschränkt, denn es ist eine Medizinprodukte-Zulassung der Klasse 1 nötig.

  • Abb. 9: Hilfsteile sind prädestiniert für den 3D-Druck.
  • Abb. 10: Digitale Konstruktion einer Überabformung.
  • Abb. 9: Hilfsteile sind prädestiniert für den 3D-Druck.
    © Ralph Riquier
  • Abb. 10: Digitale Konstruktion einer Überabformung.
    © Ralph Riquier

  • Abb. 11: Bissschablonen erstellt in BiteReg (r2 die ex machina).
  • Abb. 12: IPR-Registrat während der Konstruktion.
  • Abb. 11: Bissschablonen erstellt in BiteReg (r2 die ex machina).
    © Ralph Riquier
  • Abb. 12: IPR-Registrat während der Konstruktion.
    © Ralph Riquier

Provisorien

Zahnfarbene Kunststoffe der Medizinprodukte-Klasse 2a für das Indikationsgebiet der provisorischen Versorgung stehen dem Anwender bei der VAT-Photopolymerisation (SLA/DLP) zur Verfügung. Somit erfolgt die Frage der drucktechnischen oder frästechnischen Anwendung über einen Vergleich der Werkstoffkennwerte der Materialien.

Bohrschablonen

Auch Bohrschablonen sind mit den 3D-Druckverfahren der VAT-Photopolymerisation (SLA/DLP) oder der Material Extrusion (PJM) sehr gut umsetzbar (Abb. 13). Zur Anwendung müssen dabei allerdings Materialien kommen, die mindestens der Medizinprodukte-Klasse 1 zugeordnet sind.

  • Abb. 13: Bohrschablone nach dem 3D-Druck.
  • Abb. 13: Bohrschablone nach dem 3D-Druck.
    © Ralph Riquier

Fazit

Der 3D-Druck hat das Potenzial, die Fertigung im Dentallabor nachhaltig zu verändern. Ob diese Veränderung, so wie es momentan der Fall ist, eine Ergänzung der CNC-Produktion mit Fräsmaschinen darstellt oder zukünftig diese Technologie gänzlich ersetzt, dürfte sich in der Materialentwicklung entscheiden. Stehen adäquate Materialen zu den bisher eingesetzten Fräsrohlingen zur Verfügung, ist der 3D-Druck aus wirtschaftlicher Sicht effizienter.

  • Abb. 14: Bissregistrate digital erstellt

  • Abb. 14: Bissregistrate digital erstellt
    © Ralph Riquier
Außerdem wird der ressourcenschonende Einsatz von Rohmaterialien zunehmend gefordert. Subtraktive Verfahren kommen hierbei schnell an ihre Grenzen. Die additive Fertigung hat gerade im Materialbereich noch viel Entwicklungsspielraum, ist aber schon zum jetzigen Zeitpunkt eine Fertigungsmethode, die indikationsbezogen einige digitale zahntechnische Arbeitsabläufe neu ausrichtet (Abb. 14).

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZTM Ralph Riquier