Werkstoffe

Aktuelle Fertigungsoption für die Zahntechnik

3D-Druck – Trend mit Potenzial

07.03.2016
aktualisiert am: 14.03.2016

Indikationen des 3D-Druckers Varseo von BEGO.
Indikationen des 3D-Druckers Varseo von BEGO.

Was teilweise mit Ablehnung, mindestens aber mit Skepsis begleitet wurde, ist heute aus dem Zahntechnikerhandwerk nicht mehr wegzudenken: die Digitalisierung zahntechnischer Fertigungsmethoden und -prozesse. Richtig angewandt, reduziert diese Technik in Praxis und Labor Kosten und macht Prozesse schneller. So bei der Erfassung von Präparationsdaten, dem virtuellen Designen von Restaurationen und dem Fräsen oder Schleifen von Gerüsten aus Edelmetall-Dentallegierungen, Titan oder Keramik sowie deren 3D-Druck aus Nichtedelmetall-Dentallegierungen oder Kunststoff.

Die dentale Digitalisierung hat die Fertigungsprozesse in der Zahntechnik weitgehend verändert – gleichzeitig aber durch neue Werkstoffe Restaurationsoptionen geschaffen, die in der „klassischen“ analogen Technik nicht darstellbar waren. Mit der erwartbar zunehmenden zahnärztlichen Erfassung von Präparationsdaten mittels Intraoralscannern erhält diese Entwicklung einen weiteren – bisher unvorstellbaren – Impuls: die modellfreie (!) Fertigung von prothetischen Restaurationen. Doch bis es soweit ist, könnte ein Zwischenschritt eine weitere Veränderung mit sich bringen: die Ablösung der bisher im Ausgießverfahren gefertigten (Meister-) Modelle durch im 3D-Druck (3D-Printing [3D-P]) gefertigte Arbeitsunterlagen. Welche Optionen sich der Zahntechnik mit dem 3D-Druck insgesamt bieten, wird nachfolgend beschrieben.

Prozess und Vorteile

In der generativen Fertigungstechnologie (Additive Manufacturing [AM]) werden Objekte im Schichtbauverfahren gefertigt. Schicht um Schicht werden Legierungspulver mittels Laserstrahl aufgeschmolzen, fotosensitive Kunststoffe belichtet oder geschmolzene Materialien aufgetragen. Unabhängig von den in diesen Prozessen verwendeten Werkstoffen werden alle diese Verfahren als 3D-Drucken bezeichnet. In der Vergangenheit wurde dafür u. a. der Begriff des Rapid-Manufacturing (RM) genutzt.

Das 3D-Drucken ist ein ressourcenschonendes Fertigungsverfahren. Einerseits, weil die Konstruktionsdaten direkt in die gewünschten Bauteile (Objekte) umgesetzt werden – ohne zusätzliche vorbereitende Prozesse oder Materialien. Und: weil nur soviel Werkstoff verarbeitet wird, wie für die geometrische Form dieser Objekte notwendig ist – gegebenenfalls jedoch mit Material für Strukturen, mit denen die Bauteile „gestützt“ werden.

Zahntechnische Nutzung

In der Zahntechnik begann etwa ab dem Jahr 2007 das 3D-Drucken mit dem Selective-Laser-Sintering (SLS) respektive Selective-Laser-Melting (SLM). Beide Begriffe stehen für das wiederholte partielle Aufschmelzen von Nichtedelmetall (NEM Dental-) Legierungen nach einem speziellen Algorithmus – bis zum Erreichen der Bauteil- Endform (Kronen, Brücken, CoCr-Basen für partielle Restaurationen). Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass für die SLS- bzw. SLM-Fertigung der genannten zahntechnischen Objekte BEGO (Bremen) und DeguDent (Hanau) Pionierleistungen erbracht haben – gemeinsam mit ihren 3D-Druck-Industriepartnern. Und obwohl Großanlagenanbieter wie Concept Laser (Lichtenfels) oder EOS (Kreiling) heute auch Geräte in ihrem Lieferprogramm haben, die sich bereits für größere zahntechnische Labore oder laborgetragene Fertigungszentren eignen, wird diese Fertigungsart sicher den (dental-) industriellen Anbietern vorbehalten bleiben.

Ganz anders wird es mit den speziell für die zahntechnische „inhouse“-Fertigung konzipierten oder adaptierten 3D-Druckern sein, mit denen sich Objekte aus Kunststoffen fertigen lassen. Dies lässt sich zumindest aus dem nachhaltigen Interesse ablesen, welches dieser Fertigungstechnik und den zahntechnikgeeigneten Geräten (Tab. 1), insbesondere seit der Kölner Internationalen Dental-Schau (IDS) 2015, entgegengebracht wird. Die überwiegende Anzahl dieser Geräte dürfte sich aufgrund ihrer Größe und Anwenderfreundlichkeit in die meisten zahntechnischen Labore integrieren lassen (auf www.ztm-aktuell.de/3d hat die Fachjournalistin Annett Kieschnick, Berlin, unter der Überschrift „Jetzt machen wir aber mal Druck“ die Funktionsweise des 3D Drucks sowie einige der oben genannten Produkte näher vorgestellt).

  • Tab.1: Einige Anbieter von 3D-Druckern für die Kunststofftechnik.
Kein Anspruch auf Vollständigkeit.
  • Tab. 2: Indikationsbezogene Eignung des 3D-Drucks.
  • Tab.1: Einige Anbieter von 3D-Druckern für die Kunststofftechnik. Kein Anspruch auf Vollständigkeit.
  • Tab. 2: Indikationsbezogene Eignung des 3D-Drucks.

Anwendungsbreite 

Im 3D-„Kunststoff“-Druck werden in den genannten Geräten lichtempfindliche Harze eingesetzt, die durch „Fotopolymerisation“ (DLP) Schicht für Schicht ausgehärtet werden – entsprechend der Objektgeometrie, bis die Endkontur entstanden ist. Je nach gewünschtem Objekt (Tab. 2) müssen gegebenenfalls unterschiedliche Harze verwendet werden. Diese unterscheiden sich in ihren Materialeigenschaften, wie Viskosität, Formstabilität, Schlagzähigkeit oder rückstandslosem Verbrennen (für Gießvorlagen) sowie ihrer Eignung als Medizinprodukt der Klasse I oder IIa. Letzteres muss besonders für die Fertigung von Abformlöffel, Bohrschablonen, Provisorien oder Schienen beachtet werden.

Endbearbeitung

Nach dem Drucken müssen die Objekte vor ihrer weiteren Verwendung mit Ethylalkohol gereinigt werden, wie beispielsweise in einem Ultraschallgerät. Daran anschließend kann es objekt- und materialabhängig gegebenenfalls erforderlich sein, die Objekte in einem „Lichthärtegerät“ nachzubehandeln. Dadurch werden Restmonomere auspolymerisiert, wodurch sich die Objektfestigkeit und die Körperverträglichkeit verbessern. Solche speziellen „Lichthärtegeräte“ werden u. a. angeboten von: Dentona (Pro3dure CD-1), DWS (UV Curing Unit), EnvisionTEC (UV Light Curing box, Abb. 5), NK-Optik (Otoflash G 171, Vertrieb über Zircado, Abb. 6), Scheu (LC-6 Light Oven, Abb. 7) oder Shera (Shera flash-light, nur als Systemkomponente). Sind diese Prozesse durchgeführt, bildet ein Versäubern und gegebenenfalls Polieren der Objekte den Fertigungsabschluss.

  • Abb. 1: 3D-Drucker Varseo. Mögliche Indikationen sind im Aufmacherbild dieses Beitrages abgebildet. © BEGO
  • Abb. 2: Aus der Pro3dure fab-Serie, der pro3dure fab-13. © Dentona
  • Abb. 1: 3D-Drucker Varseo. Mögliche Indikationen sind im Aufmacherbild dieses Beitrages abgebildet. © BEGO
  • Abb. 2: Aus der Pro3dure fab-Serie, der pro3dure fab-13. © Dentona

  • Abb. 3: 3D-Drucker IMPRIMO 90. © Scheu-Dental
  • Der Sheraeco-print 30. © Shera
  • Abb. 3: 3D-Drucker IMPRIMO 90. © Scheu-Dental
  • Der Sheraeco-print 30. © Shera

  • Abb. 5: Die Lichthärtegeräte UV Light Curing Box. © EnvisionTEC, Zircado, Scheu-Dental
  • Otoflash G 171. © EnvisionTEC, Zircado, Scheu-Dental
  • Abb. 5: Die Lichthärtegeräte UV Light Curing Box. © EnvisionTEC, Zircado, Scheu-Dental
  • Otoflash G 171. © EnvisionTEC, Zircado, Scheu-Dental

  • Abb. 7: LC-6 Light Oven. © EnvisionTEC, Zircado, Scheu-Dental
  • Abb. 7: LC-6 Light Oven. © EnvisionTEC, Zircado, Scheu-Dental

„Make or buy“

Wie schon bei der digital-gestützten Fertigung von Gerüsten oder Prothesenbasen stellt sich auch für den 3D-„Kunststoff“-Druck die Frage nach dem „make or buy“. Aufgrund der individuellen Entscheidungsparameter soll dazu an dieser Stelle keine konkrete Empfehlung ausgesprochen, jedoch eine laborspezifische Betrachtung angeregt werden.

Hierzu könnten zunächst den in Tabelle 2 aufgeführten Indikationen die im eigenen Labor anfallenden (Jahres-) Mengen und deren Fertigung (inhouse/outhouse) hinzugefügt werden. Ferner sollte berücksichtigt werden, wie viele der eigenen Zahnarztkunden bereits einen Intraoralscanner nutzen, bzw. sich mit dessen Kauf beschäftigen – und sich dadurch die Frage nach gedruckten Modellen stellt. Ergänzend sollte ein Produkt- und Anwendungsvergleich erfolgen. In dieser Gegenüberstellung müssen neben den Kosten für Drucker, Lichthärte- und Ultraschallgerät, auch die für einen Wartungsvertrag und für die Designsoftware (Erst- und Jahreslizenzen) sowie Verbrauchsmaterialien und Zubehör berücksichtigt werden. Auch die Rüstkosten, die von Gerät zu Gerät unterschiedlich sein können, dürfen in dieser Betrachtung nicht unterschlagen werden. Für diejenigen, die heute noch die Anschaffung eines 3D-Druckers für die Kunststofftechnik zurückstellen wollen, bieten Firmen der Dentalindustrie die Fertigung an. Hierzu sind als Beispiel die auf diesem Gebiet langjährig tätigen Unternehmen Dreve (Unna) oder Sirona (Bensheim) sowie Implantatanbieter zu nennen, die Modelle und Bohrschablonen als Dienstleistung anbieten. Aber auch die „Newcomer“ in diesem innovativen Dentalsegment, wie 3D Medical Print (Lenzing, Österreich), Zircado (Leichlingen) sowie CA DIGITAL (Mettmann) im Bereich der digitalen KFO sollen nicht unterschlagen werden.

Der Blick voraus

Im 3D-Druck zahntechnischer Objekte – wie „Halbzeuge“ (Gerüste), Hilfsmittel (Abformlöffel, Modelle) oder Therapiemittel (Bohrschablonen, Schienen) liegt viel Potenzial. Und sicher ist: Durch die dynamische Entwicklung des industriellen 3D-Drucks erhält auch das zahntechnische Drucken Impulse für die Zukunft. So sind gedruckte Restaurationen schon heute keine Utopie mehr, sondern Realität. Und wenn Sie diesen Beitrag lesen, sind es noch knapp zwölf Monate und die nächste IDS öffnet in Köln ihre Türen. Ein prominentes dentales Thema wird dann auch der 3D-Druck sein – dies ist schon heute sicher. Mit seinen Möglichkeiten trägt dieses Additive Manufacturing dazu bei, dass die digitale Prozesskette in Praxis und Labor – sowie interdisziplinär – immer feingliedriger wird. Es macht deshalb für alle dentalen Akteure Sinn, sich mit dieser zukunftweisenden Technik zu beschäftigen.

Jürgen Pohling, Hamburg


Veranstaltungstipps rund um das Thema:

Rapid.Tech (und FabCon 3.D) vom 14.- 16. Juni 2016, mit Fachforum „Zahntechnik“ am 16. Juni, Erfurt Messe, Erfurt (www.rapidtech.de)

45. Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Dentale Technologie e. V. vom 26.- 28. Mai 2016, K3N-Halle, Nürtingen (www.ag-dentale-technologie.de)

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Jürgen Pohling

Bilder soweit nicht anders deklariert: Jürgen Pohling



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