Werkstoffe

Materialien für den 3D-Druck

Passt wirklich alles zusammen, was zusammenzupassen scheint?

Unser Autor Stephan Winterlik beschäftigt sich seit Jahren intensiv mit der additiven Fertigung und dentalen Anwendung. Er nimmt Sie mit auf seine Reise durch die 3D-Druck-Welt, die faszinierend, aber keinesfalls ohne Klippen und Gefahren ist. Verschaffen Sie sich Klarheit und lesen seine Tipps!

Ob man einen 3D-Drucker in seinen Betrieb integrieren sollte oder sogar muss, darauf ist in der Fachpresse bereits hinlänglich eingegangen worden. Aber eine definitive Antwort kann nur jedes Labor für sich selbst geben. Aufgrund meiner Erkenntnisse der vergangenen Jahre kann ich nur unterstreichen, dass es wenig Erfolg verspricht, wenn man einen Drucker wegen nur einer Applikation anschafft. Hier denkt mancher zum Beispiel an einen Drucker für Aligner- Modelle oder einen für Sägeschnitt-Modelle. Diese einseitige Nutzung mag für ein größeres Labor oder Dentalunternehmen schlüssig sein, weil man große Mengen der einen oder anderen Applikation herstellt. Die meisten Laborinhaber jedoch suchen eher nach einem flexiblen Gerät, das trotzdem bzw. gleichzeitig produktiv ist. Aus diesem Grund möchte ich hier das Hauptaugenmerk auf die Materialien und ihre Kombinationsmöglichkeiten sowie Grenzen legen.

Ähnlich wie bei einer Fräsmaschine sollte es auch beim 3D-Drucker normal sein, in verschiedene Materialien und Anwendungen einzusteigen, um nicht nur erste Erfahrungen zu machen, sondern nach kurzer Zeit produktive, standardisierte Arbeitsabläufe zu nutzen und das Angebot des 3D-Drucks natürlich auch zu vermarkten. Allerdings liegt die Tücke wie so oft im Detail. Der 3D-Druck – bzw. die additive Fertigung – trägt ein völlig neues Thema an uns heran, das teilweise neue Problemstellungen aufweist. Wir müssen nicht wie bei einer Fräsmaschine aus einem bereits festen Körper heraus produzieren, sondern vielmehr in einen leeren Raum hinein bauen. Worauf hierbei zu achten ist und welche Visionen bereits in der einen oder anderen Unternehmensschublade schlummern, soll hier im Überblick beleuchtet werden.

Zukunft ist schön und gut – aber besser sollten wir alle eher in der Realität starten und einen Schritt nach dem anderen nach vorne setzen, um auch wirklich wiederholbare, produktive und stabile Applikationen als tägliche Arbeitsweise zu integrieren. Anderenfalls verstricken wir uns im Netz des Wünschens und Hoffens. Wir sollten nicht den Fehler wie so mancher Vertriebsmitarbeiter der Industrie machen und glauben, dass wir alles, was wir heute nicht haben, perfekt verkaufen könnten, wenn wir es hätten. Labore sollten also nicht gegenüber ihren Zahnarztkunden ins Blaue hinein reden und Luftschlösser bauen. Was der Zahntechniker der Praxis anbietet, muss bereits Hand und Fuß haben, erprobt sein und gelingen.

Drucken vs. Fräsen: Unterschiede in der virtuellen Konstruktion

Wer sich fragt, ob man beim Design für ein 3D-gedrucktes Objekt im Vergleich zur Konstruktion für eine Fräsmaschine anders vorgehen muss, dem sei leider als Antwort ein klares „Ja!“ gegeben. Den Fehler, Wesentliches aus der bekannten Welt zu übernehmen, machen viele Zahntechniker, die ihre ersten Schritte in diese neue Technik starten. Wer denkt hier nicht an den ersten Umgang mit dem „weißen Stahl“ Zirkoniumdioxid als Alternative zur Gusstechnik?

Zunächst sei gesagt: Ein Objekt ist nur dann perfekt druckbar, wenn wir einen geschlossenen Körper (.STL ohne Artefakte) mit entsprechender Wandstärke konzipieren und eine Stützstruktur oder ein Stützmaterial einplanen. Zusätzlich bleibt noch immer die Ungewissheit, ob nicht nur mein Drucker die gewünschte Wandstärke und Randstärke produzieren kann, sondern ob mein Material diese Präzision überhaupt abbilden kann. Auch die Stabilität meiner konzipierten „Frei-Form“ oder meiner neuen Applikation ist bis zum Einsatz beim Patienten mit Fragezeichen versehen und beweist sich erst dann. Ich muss zum Beispiel wissen: Bei Material der Klasse 2a muss ich mit einem Lichtofen arbeiten, der durch ein erweitertes Lichtspektrum wirklich bis in die Tiefe alle Stellen erreicht und aushärtet.

Zusätzlich muss eventuell der Winkel meiner Positionierung auf der Bauplattform verändert werden, damit meine Schichten günstiger verlaufen.

Thema Wandstärken

Für den 3D-Druck sind die Wandstärken und die damit verbundenen Stabilitäten eher aus der Erfahrung heraus zu erstellen. Wenn Sie die Limits herausfinden oder Kollegen befragen, die diese herausgefunden haben, dann können auch Sie erfolgreich sein. Nichts ist schlimmer, als wenn wir eine neue Technologie überfordern und diese dann als negativ abstempeln – nur, weil wir nicht das gewünschte Ergebnis erhalten haben. Eine gesunde Portion Realismus und das Hinterfragen von Sachverhalten sind absolut angebracht.

  • Abb. 1: Hybridarbeit. Sie entstand nach der virtuellen Konstruktion als Resultat aus dem 3D-Metalldruck und dem automatisierten Fräsakt, um eine hundertprozentige Passung zu erhalten.

  • Abb. 1: Hybridarbeit. Sie entstand nach der virtuellen Konstruktion als Resultat aus dem 3D-Metalldruck und dem automatisierten Fräsakt, um eine hundertprozentige Passung zu erhalten.
Wir setzen Elektronik ein, um uns das Leben leichter zu machen als vorher mit analoger Technik. Deshalb sollten wir uns ausgiebig nach Softwarelösungen umschauen, die benötigte Hilfen bringen. Dies ist auch für unser Thema der Materialstärken möglich. Aber bisher verfügen nur die wenigsten Dentallabore über eine CAD-Software, die auch Analysen für Bruchgefahren erstellen kann. Vor allem im Bereich des Metall-3D-Drucks sollte eine solche Software unbedingt genutzt werden. Wir können hierbei nicht nur die Nacharbeitsprozesse stark einschränken, sondern auch eventuell eine Hybridproduktion anstreben (Abb. 1). In der Umsetzung bedeutet dies: Wir drucken zuerst unser Metallobjekt und bearbeiten nachträglich die neuralgischen Punkte mit unserer Fräsmaschine. Diese Art der Produktion ist eine große Herausforderung, wird aber bereits von Vorreitern erfolgreich genutzt.

Weitere „Knackpunkte“

Der Hintergrund für diese vorsichtige Herangehensweise bei unterschiedlichen Konstruktionen und Materialstärken ist, dass auch das richtige Material für meine Applikation ausgewählt werden muss. Je nach Material ergeben sich andere Werte.

Ein weiterer Punkt, mit dem man sich im Unterschied zur maschinellen Frästechnik auseinandersetzen muss, betrifft die Support-Gestaltungen am zu druckenden Objekt. In diesem Zusammenhang erhebt sich die Frage: Wie will ich mein Objekt auf der Bauplattform ausrichten, damit ich nicht nur das beste Ergebnis habe, sondern auch die geringsten Verzüge und Nacharbeiten generiere. Auch kleinste Veränderungen können über einen erfolgreichen oder kollabierenden Druck entscheiden. Erfahrung ist hier sicherlich eine große Überschrift. Leider lässt sich da manchmal das berühmte „Trial-and-Error“-Prinzip nicht vermeiden.

Obwohl die Variabilität der Materialien noch lange nicht so breit ist, wie der Fräsbereich sie uns bietet, sehen wir uns in Sachen Material sicherlich einem deutlich größeren Spielraum für Fehler gegenüber, wenn wir in den 3D-Druck einsteigen. Wir finden mehr individuelle Einstellungen und Kombinationen vor, als wir es von einer normalen Fräsmaschine her gewohnt sind.

Der 3D-Druck und das Erreichen der zahntechnischen Ziele

Uns als Zahntechniker interessiert an einem gedruckten Objekt oder einer Applikation dasselbe wie bei anderen Herstellmethoden auch. Im Folgenden greife ich die wichtigsten Aspekte heraus: die Passgenauigkeit, Oberflächengüte und Einsatzmöglichkeiten, die Stabilität und Funktionalität sowie schließlich die Produktivität und Amortisation.

Passgenauigkeit

Die Passgenauigkeit ist wohl eines der höchsten Güter, die wir in der Zahntechnik haben. Meist ist sie auch eines der größten Streitthemen – mit den Fragen: Wer hat wann welchen Fehler gemacht und wer hat welche zusätzlichen Kosten zu tragen? Somit benötigen wir Materialien, die in ihren Eigenschaften gut kontrollier- und beherrschbar sind. Wenn wir ständigen Schwankungen des Druckergebnisses unterliegen, dann können wir keinen Vorteil aus dieser neuen Technologie schöpfen. Als guten Rat möchte ich Ihnen mitgeben: Nehmen wir auch in Bezug auf die Angaben und Variabilität unser Unternehmen in die Pflicht, das uns die Materialien und die Geräte verkauft hat. Die Antwort: „Gibt’s nicht“ gibt’s höchst selten. Passgenauigkeit ist auch im 3D-Druck möglich ... nur macht es etwas mehr Arbeit, diese zu bewerkstelligen als bei einem klassischen Hartgipsmodell.

Oberflächengüte

Die Oberflächengüte kann je nach Drucker und Material hohen Schwankungen unterliegen und gibt ein weiteres Streitthema ab. Unterschiede sind augenfällig, wenn man sich gedruckte Schaumodelle und normale Superhartgipsmodelle im Vergleich anschaut. Kurioserweise ist die Rillenbildung, die wir bei den meisten 3D-Druckobjekten prägnant sehen, fast immer ein Problem der Abstimmung zwischen Drucker und Material – und nicht nur der Schichtstärke (Abb. 2a–c). Eine starke Rillenbildung entsteht, wenn das Material beim Bau des Objekts übersehen, weil die nachträgliche Schrumpfung geringer ist. Eine geringe Kantenschärfe hingegen zeugt von einer Unterbelichtung. Diese ist eher negativ, weil das Material vor dem Belichten leider etwas verschwimmt und somit ungenauer wird, es kann höheren Schrumpfungen ausgesetzt sein. Überschaut man den gesamten Bereich der additiven Fertigung, dann ist nur in den seltensten Fällen der Hersteller des Druckers auch gleichzeitig der Hersteller des Materials. Das hat zur Folge und bedeutet, dass der Anwender selbst sein Material perfekt auf die Lichtstärke des Druckers abstimmen muss. Konkret ist das eine Gratwanderung: Wir wollen ein zügiges Aushärten des Materials im Drucker erzielen, um uns lediglich geringe Schrumpfungen einzuhandeln, aber auf der anderen Seite wünschen wir nur ein leichtes Verschwimmen, um die starken Rillen zu verhindern. Dies hat teilweise Testdrucke in vierstelliger Zahl zur Folge und wird nicht von jedem Anbieter umgesetzt. Die Nanometer des Druckers und die Schichtstärke des Materials spielen hier nur eine untergeordnete Rolle.

  • Abb. 2a: Sägeschnittmodell mit 32 μm Schichtstärke aus einem MJP-Drucker. Hier nach Entfernen des mitgedruckten Wachs-Supports.
  • Abb. 2b: Sägeschnittmodell mit 60 μm Schichtstärke aus einem DLP-Drucker. Auch hier wurde ein mechanischer Support mitgedruckt, der bereits entfernt ist.
  • Abb. 2a: Sägeschnittmodell mit 32 μm Schichtstärke aus einem MJP-Drucker. Hier nach Entfernen des mitgedruckten Wachs-Supports.
  • Abb. 2b: Sägeschnittmodell mit 60 μm Schichtstärke aus einem DLP-Drucker. Auch hier wurde ein mechanischer Support mitgedruckt, der bereits entfernt ist.

  • Abb. 2c: Aligner-Modell ohne Support in 100 μm gedruckt. © Analyselabor, Orthocaps GmbH, Hamm
  • Abb. 2c: Aligner-Modell ohne Support in 100 μm gedruckt. © Analyselabor, Orthocaps GmbH, Hamm

Einsatzmöglichkeiten

Die Einsatzmöglichkeiten sind in vieler Hinsicht begrenzt. Wir als Zahntechniker hätten gerne eine eierlegende Wollmilchsau und somit einen Drucker für wenig Geld, auf dem wir alle erdenklichen Materialien und Applikationen herstellen können. Dieser Wunsch bleibt aus mehreren Gründen heute teilweise noch unerfüllt. Als Erstes müssen wir uns darüber im Klaren sein, dass wir am Ende ein Medizinprodukt oder medizinisches Hilfsteil produzieren, wenn es nicht nur um Modelle geht. Hierbei müssen wir im Labor als Hersteller auch die Vorgaben der Zulassung und der Haftung beachten. Wenn wir ein Material heranziehen, das für einen entsprechenden Drucker nicht abgestimmt oder zugelassen ist, und wir dann auch noch eine Applikation wählen, für die das Material auch nicht zugelassen ist, dann sind wir es, die zu 100% in der Haftung stehen – und nicht die Hersteller. Zusätzlich ist auch die Gebrauchsanweisung zur Verarbeitung des Materials unbedingt einzuhalten, damit wir am Ende nicht in puncto Stabilität und Verträglichkeit auf dem Bauch landen.

Daraus folgt, dass wir in der Zahntechnik dringend einen Drucker benötigen, der nicht nur mindestens fünf bis zehn sinnvolle Applikationen für uns abdeckt (siehe weiter unten: „Produktivität“ und „Amortisation“), sondern auch noch alle erforderlichen Zertifizierungen von Material und Drucker innehat. Die ersten Ankündigungen einiger Hersteller werden uns in diesem Jahr 2018 sicherlich unserem Wunsch deutlich näherbringen. Die verschiedenen Medizinproduktklassen sind über das Bundesministerium genau aufgeschlüsselt und die Kenntnis im Überblick für temporären oder langfristigen Verbleib im Mund nutzbar.


Medizinprodukte

Näheres erfährt man hier: www.bfarm.de > Medizinprodukte > Abgrenzung /Klassifizierung www.bundesgesundheitsministerium.de > Themen > Gesundheitswesen > Medizinprodukte > Schaubild


Stabilität

  • Abb. 3: Aufbissschiene aus dem 3D-Drucker mit 50 μm Schichtstärke.

  • Abb. 3: Aufbissschiene aus dem 3D-Drucker mit 50 μm Schichtstärke.
Das Erreichen von Stabilität ist eine klare Vorgabe. Sie wird allerdings von nicht wenigen Nutzern bei der Verarbeitung missachtet. Ein typisches Beispiel aus dem Laboralltag: Wir verarbeiten ein Material, das für eine Bohrschablone konzipiert wurde, aber dieses findet jetzt für eine Aufbissschiene Verwendung (Abb. 3). Es kann dann noch hinzukommen, dass die Verarbeitung vom Drucker bis hin zu einem veränderten Nachhärteprozess (z.B. unterschiedliche Wellenlänge oder Belichtungsdauer) abgewandelt wird. Hieraus kann eine mangelnde Stabilität resultieren und der Zahnarztkunde beanstandet das Produkt.

Dem laborseitigen Vorgehen liegt der Schluss zugrunde, dass eine Schiene aus dem/jedem 3D-Druckprozess im Stabilitätsvergleich mit einer Schiene, die aus einem industriell gepressten Blank herausgefräst wurde, gleichzusetzen ist. Solche Erwartungen treffen aber in der Regel nicht zu.

Mit diesen Stabilitätsreklamationen wenden sich die betroffenen Labore nicht selten an die Hersteller der Materialien oder Drucker. Eine Auswertung einiger Hersteller hat ergeben, dass rund 30% der Anrufe täglich auf diese falschen Handhabungen oder Erwartungen zurückzuführen sind. Hier gibt es also noch erheblichen Aufklärungs- und Schulungsbedarf.

Funktionalität

Funktionalität und ein maßvoller Zeiteinsatz sollten selbstverständlich sein. Nach meinen Erfahrungen wird dies aber nicht von allen Herstellern wirklich gelebt. Ein, zugegeben, auf die Spitze getriebenes Beispiel: Bevor ich drucken kann, muss ich meinen Drucker aufwendig wöchentlich kalibrieren, danach durchlaufe ich meinen Druckprozess, der für einen individuellen Löffel drei Stunden dauert, und zu guter Letzt wird das Material unter Schutzgas ausgehärtet. Dies ist nicht als Angriff auf einzelne Hersteller zu verstehen – das Geschilderte soll aber durchaus kritisch zum Nachdenken darüber anregen, wo hier die Funktionalität für die tägliche Anwendung geblieben ist.

Es gibt auch positive Beispiele, die dem „Plug-and-play“ sehr nahe kommen. Für mich persönlich fängt die Funktionalität damit an, dass wir in unserer CAD-Software am besten direkt im Hintergrund automatisch die Objekte auf eine oder mehrere Bauplattformen und Drucker platzieren lassen können, ohne aufwendiges Up- oder Downloaden. Einige Hersteller haben bereits für dieses Jahr angekündigt, diese Lösung umzusetzen.

Einen weiteren Punkt möchte ich anführen: Ich will den 3D-Druckprozess mit bekannten Mitteln in meine Räumlichkeiten integrieren können. Dabei wünsche ich mir, dass dies in einem Prozess stattfindet, der jedem Audit bei einer Qualitätskontrolle standhalten würde.

Produktivität

Das Argument der Produktivität wird unter Umständen in dem einen oder anderen Labor vor der Anschaffung außer Acht gelassen. Ich habe für die Anwendung „Aligner“ Rechenbeispiele aufgezeigt [1]: Hier kommt ein gedrucktes Modell je nach Drucker auf Kosten von 5,23 bzw. 5,34 Euro, wobei die Materialkosten jedoch um bis zu 40% nach oben oder unten abweichen können. Wir alle sind uns einig, dass wir den 3D-Druck gerne am Anfang ausprobieren wollen, weil er neu ist. Allerdings wollen wir eher früher als später damit Geld verdienen und auch eine gewisse Produktivität vorfinden, was es uns möglich macht, die Technologie standardisiert in unseren täglichen Ablauf zu integrieren. Wenn ich einen halben Tag auf meinen Druck warten muss, dann wird die Kostenkalkulation und Produktivität recht schnell zu einem Negativbeispiel. Aber auch hier ist Abhilfe am Horizont zu sehen und Druckzeiten von deutlich unter 40 Minuten können zur Regel werden. Alle, die sich mit der Kalkulation schwertun, sollten ihren steuerlichen Berater zurate ziehen.

Amortisation

Es ist auch hin und wieder so, dass die Amortisation bei neuen Technologien etwas aus den Augen verloren wird. Meist werden Abschreibungen auf fünf Jahre eingeplant, was auch bei einem 3D-Drucker so gehandhabt werden kann. Bedenken Sie allerdings, dass die Entwicklung in den vergangenen drei Jahren sehr rasant vorangegangen ist und eventuell eine erweiternde Investition nach zwei bis drei Jahren im Raume stehen kann.

Ob Ihr Lieferant nicht nur Händler eines Produktes ist, sondern Hersteller, sollte bei einer Anschaffung nicht außer Acht gelassen werden. Sie wollen ja auch in vier Jahren nicht nur Materialien, sondern auch Service und Ersatzteile erhalten können, wenn benötigt. Finden Sie auch heraus, ob ein Hersteller den 3D-Druck etwa nur als Experiment nutzt, um hier ein zusätzliches Geschäft zu machen.

Dieser erste Überblick sollte die meisten Punkte abdecken und es Ihnen ermöglichen, Fragen zur Qualität von Druckern und Materialien zu stellen.

Wichtige Fragen zur Anwendung

  • Abb. 4: Vergleich zwischen teilweisem Hohldruck und ausgefülltem Druck. Der Hohldruck kann zu einer Materialersparnis von 20 bis 40% führen.

  • Abb. 4: Vergleich zwischen teilweisem Hohldruck und ausgefülltem Druck. Der Hohldruck kann zu einer Materialersparnis von 20 bis 40% führen.
Sie fragen sich sicherlich, wie Sie herausfinden, ob Ihre gewünschte Konstruktion auch im richtigen Material zur gewünschten Qualität und Stabilität produzierbar ist. Dies wird ein guter Druckerhersteller in einem sogenannten Benchmark (Testdruck) für sie beantworten können. Vergessen Sie dabei nicht: Die Passung eines Testdruckes kann nur selten perfekt sein – es kann nämlich sein, dass Sie in Ihrer CAD-Software nur zufällig die richtigen Export-Werte (Spaltmaße) für die Datei gewählt haben. Dies ist normalerweise je nach Drucker mit einigen Testdrucken abzustimmen. Allerdings können Sie die Oberflächenqualität und die Festigkeit des Materials (Abb. 4) für Ihre Anwendung auf diesem Wege leicht bewerten.

Wo liegen Grenzen?

Was kann man womit und was nicht? Diese Frage ist nur sehr schwer klar zu beantworten. Der Grund hierfür liegt schlicht in den unzähligen Variations- und Kombinationsmöglichkeiten von Drucker, Material, Anwendung und Anforderung. Im Grunde ist die Limitierung durch die Materialeigenschaften und Zulassungen Ihrem eigenen Einfallsreichtum unterzuordnen. Ich habe in der Vergangenheit bereits viele individuelle Lösungen vom Modellguss über eine Zahnspangenkonstruktion (kieferorthopädische Geräte) bis hin zu Provisorien gesehen, die sicherlich nicht patentiert werden können, aber ein gewisses Alleinstellungsmerkmal für ein Labor und die Praxis bedeuten können.

Ratsam ist bei allem, was man konstruiert, dass man mit einem Zahnarzt zusammenarbeitet, der bereitwillig einige neue Wege geht. Ob das Objekt am Ende als Kunststoff-, Kobalt-Chrom- oder gar Titan-Produkt hergestellt wird, bleibt der Anwendung und dem Patienten überlassen (Abb. 5).

  • Abb. 5: Totalprothese aus dem 3D-Drucker. Das Material besitzt die Zulassung nach Klasse 2a. Zähne und Basis sind in separaten Arbeitsschritten gedruckt und zusammengefügt worden.
  • Abb. 6: Einfarbige provisorische Brücke aus nach Klasse 2a zugelassenem Material, mit Mikrokeramik gefüllt.
  • Abb. 5: Totalprothese aus dem 3D-Drucker. Das Material besitzt die Zulassung nach Klasse 2a. Zähne und Basis sind in separaten Arbeitsschritten gedruckt und zusammengefügt worden.
  • Abb. 6: Einfarbige provisorische Brücke aus nach Klasse 2a zugelassenem Material, mit Mikrokeramik gefüllt.

Eignen sich manche Materialien besser als andere für dünne Schichten beim Objektaufbau?

Das ist recht sicher zu bejahen. Zur Erläuterung sollte man wissen, dass dunkle und opake Materialien eher eine längere Druckzeit/Belichtungszeit benötigen als helle oder transparente Materialien. Zugleich brauche ich aber eventuell Füllstoffe, die mir die benötigte Festigkeit im Material sicherstellen. Hier gibt es teilweise mit Mikrokeramik gefüllte Materialien, die ähnlich einem Füllungsmaterial aufgebaut sind (Abb. 6). Es ist auch für die Hersteller in der Branche eine echte Herausforderung, nicht nur ein Material mit genügend Festigkeit und Oberflächengenauigkeit, sondern auch Ästhetik und schnellem Verarbeitungsprozess und überhaupt Druckbarkeit zu entwickeln. Wer sich mit diversen 3D-Druckmaterialien befasst hat, hat sicherlich bemerkt, dass nicht nur die Fließfähigkeit unterschiedlich ist, sondern auch die Aufbewahrung. Bei manchen Materialien ist aufwendiges Schütteln vonnöten. Dies kann über „Roller“ aus dem Chemielaborbedarf oder per Hand umgesetzt werden.

Für das Endergebnis bezüglich dünner Schichten wird Ihnen ein Testdruck der einzelnen Hersteller Gewissheit bringen können. Wenn Sie kein klassisches Modell zum Testdruck schicken, sondern es wirklich auf die Spitze treiben wollen, dann sollten Sie individuelle Datensätze verwenden. Es gibt verschiedene Testdateien im Internet, die mit kleinen Durchmessern, spitzen Zuläufen oder schrägen Formen die 3D-Drucker dieser Welt herausfordern werden. Schauen sie sich einfach mal um.


Zwei Möglichkeiten, Testdateien herunterzuladen

www.3dnatives.com/de > Bitte geben Sie in der Suche ein: „Top 10 Webseiten zum 3D Druck Modelle Download im STL Format“

www.3dmake.de > Bitte geben Sie in der Suche ein: „16 Top-Seiten für tolle gratis 3D-Modelle“

Die aufgeführten Links sind als Beispiele zu sehen, eine Haftung wird nicht übernommen.


Was geschieht, wenn man Drucker und Materialien von verschiedenen Herstellern kombiniert?

Im besten Falle passiert augenscheinlich gar nichts bzw. nichts Unerwünschtes. Wenn man sich das Thema aber im Detail anschaut, dann sind nicht nur die Lichtstärke von 385 nm oder 405 nm Wellenlänge sowie der jeweilige Pflegeaufwand unterschiedlich, sondern es differieren auch grundsätzlich die Verfahren. Im Dentalbereich finden wir beispielsweise die Stereolithografie mit Laserstrahl (SLA), die Maskenprojektion (DLP) oder den Materialauftrag aus der Düse (Jet-Technologie; „Tröpfchendruck“). Ich habe etwa erlebt, dass bei falscher Wartung der Jet-Technologie sogar die Druckköpfe verstopfen können und eventuell einige Tausend Euro Schadenssumme entstehen können, wenn diese nicht von der Garantie abgedeckt sind.

Vor allem sind die rechtlichen Konsequenzen für den Anwender wichtig. Gehen wir davon aus, dass wir ein Material von Hersteller A auf einem Drucker von Hersteller B in einem DLP- oder SLA-Laserdrucker verwenden und dieses Material dafür weder optimiert noch offiziell zugelassen ist. Dann entbinden wir rechtlich gesehen die Hersteller des Druckers und des Materials von jeglicher Haftung und Garantie. Genau gesagt: Wir als Zahntechniker haften bei defekten Produkten und auch bei Schäden, die bei Patienten entstehen, zu 100%. Dies wird leider von vielen Nutzern immer wieder vergessen, ist aber klar, wenn man sich im Medizinrecht etwas umschaut.

Haftungsfragen ergeben sich auch beim Einsatz des Materials. Selbst wenn ich jetzt ein Material heranziehe, das auf meinem Drucker zugelassen ist, ich aber beispielsweise mit einem nur für Bohrschablonen zugelassenen Material eine Aufbissschiene herstelle, dann kann ich als Zahntechniker haftbar gemacht werden, wenn es zum Schaden kommt: Denn ich habe eine Anwendung abgewandelt. Das wäre ungefähr so, als wenn ich einen alten Benzin-PKW mit Benzin E10 betanke, weil ich weiß, dass dies ein Kraftstoff für Benziner ist. Am Ende kann ich weder den Tankstellenbetreiber noch den Automobilhersteller haftbar machen, wenn der Motor aufgibt oder ich durch mehr Leistung des Autos eventuell einen Unfall baue.

Wir müssen uns alle immer wieder bewusst machen, dass wir nicht nur Techniker sind, sondern Medizinprodukte für Patienten herstellen. Hier muss jeder Beteiligte sicher sein, dass wir unsere Produkte auch gewissenhaft nach den Regeln und Gesetzen produziert haben.

  • Abb. 7: Das Modell ist stark verzogen, weil es sich beim Bauprozess von der Plattform gelöst hat.

  • Abb. 7: Das Modell ist stark verzogen, weil es sich beim Bauprozess von der Plattform gelöst hat.
Wenn wir ‚Glück’ haben, dann sind die Probleme des nicht zugelassenen Materials offensichtlich, wie Fehldrucke, starker Verzug oder erschwertes Abnehmen von der Bauplattform (Abb. 7). Wenn wir aber Pech haben, dann sind die Probleme so gering, dass für uns kein Problem sichtbar ist. Das kann zum Beispiel bei nicht ausgehärtetem Objektkern der Fall sein. Wir können auch eine toxische Dispersionsschicht erzeugt haben oder einen Verzug der Optik oder ein Aussetzen von wenigen Bauschichten.

Nun kann ich im Internet zu fast jedem Drucker Einstellungsmöglichkeiten finden, wie ich unterschiedliche Materialien doch erfolgreich nutzen kann. Und natürlich haben wir hier auch durchaus positive Erfahrungen gemacht. Leider muss ich zugeben, dass unterm Strich meist eine ganze Menge Zeit dabei investiert wurde. Womöglich habe ich damit weit mehr Geld zum Fenster hinausgeschleudert, als wenn ich eventuell zwei verschiedene Drucker gekauft hätte.

Die sogenannten „Eh-da-Kosten“ sind zwar eh da, aber am Ende muss sie schon irgendjemand bezahlen ... und wenn wir selbst es sind, weil wir unsere Freizeit geopfert haben.

Was ist bei der Behandlung/Lagerung des gedruckten Objektes wissenswert oder muss beachtet werden?

Fast alle gedruckten Modelle sind einem Ausdünsten, Austrocknen oder Schrumpfen ausgesetzt. Die meisten Materialien sind nicht zur Langzeitaufbewahrung geeignet und wurden eigentlich nur zum Prototypenbau konzipiert. Ausgenommen sind die Materialien der Klassen 1 und 2a. Diese müssen verschiedene Regularien strikt einhalten, um beständig im oder am Patienten genutzt zu werden. Ein Hersteller von Materialien der Klasse 1 oder 2a muss außerdem seine Materialien, teils in Klimaschränken, über viele Jahre beobachten und analysieren, um die Unbedenklichkeit garantieren zu können. Somit sollte ein Hersteller Ihnen sagen können, ob und wie lange Sie verzugsfrei einer Lagerung zustimmen können oder ob Sie eher neu drucken müssen. Bei Modellmaterial oder Wachsmaterial sieht es mit der Schrumpfung teilweise haarsträubend aus. So kann ein Stumpfmodell nach wenigen Wochen eine so große Veränderung durchlaufen, dass mir beim Auf-den-Kopf-Drehen des Modells alle Stümpfe entgegenfallen und keine Passung mehr zu finden ist.

Wo sollte man derzeit bei der manuellen Herstellung bleiben?

Ob sich die manuelle Herstellung von Objekten in einem Labor lohnt oder nicht, ist von verschiedensten Faktoren völlig unabhängig zu betrachten.

  • Abb. 8: Modellguss aus einem DLP 3D-Drucker aus ausbrennfähigem Kunststoff.

  • Abb. 8: Modellguss aus einem DLP 3D-Drucker aus ausbrennfähigem Kunststoff.
Wenn ich zum Beispiel zwei Modellgüsse pro Woche für meine Kunden herstelle, meine zahnärztlichen Kunden mir keine digitalen Dateien zusenden und ich auch sonst kaum digitale Prozesse integriert habe, wird sich ein 3D-Drucker für ein ausbrennbares Material nicht lohnen – das ist sofort einzusehen. Am anderen Ende der Skala gibt es Labore, die sehr stark digital vernetzt sind und zusätzliche Applikationen sehen, mit denen sie sich über ein additives Druckverfahren weitere Vorteile ins Haus holen können (Abb. 8). Hier stellt beispielsweise der Metalldruck eine Ausbaumöglichkeit dar.

Überblickend sehe ich bei kleinen Laboren, die diverse Applikationen jeweils nur in geringen Mengen produzieren, wenig Möglichkeit, gewinnbringend einen 3D-Drucker einzusetzen. Bei einer mittleren bis überdurchschnittlichen Betriebsgröße sollte man sich detailliert seine Prozesse anschauen: Wo hat man entweder sehr hohe Personalaufwendungen oder verzeichnet sehr geringe Margen? Dann kann innerhalb weniger Tage sicherlich genauer geklärt werden, wo ein Einsatz von 3D-Druck realistisch sinnvoll ist und wo nicht.

Welche Perspektiven wird es bei der Materialausweitung geben?

Ganz klar sehe ich einen großen Schritt bei den Materialien zur Mittel- bis Langzeitnutzung kommen: beispielsweise für provisorische Kunststoffkronen, Prothesenbasen oder Aufbiss- oder Knirschschienen, die hier bereits erwähnt wurden. In diesem Bereich wird es sicherlich auch über die nächsten Jahre immer mehr Möglichkeiten bezüglich Farbe, Stabilität, Einsetzbarkeit und Zulassungen geben.

Bedenken Sie jedoch, dass je nach Materialanforderung nicht nur die Entwicklung und die Tests positiv verlaufen müssen, sondern auch eine Zulassung für Medizinprodukte am Ende stehen muss. Dazu gehört auch, dass in dieser Zulassung der Drucker und das Verfahren enthalten sein müssen, nicht nur die Materialien selbst. Alleine die Zulassung des Materials dauert in aller Regel ein Jahr – und da sind die Entwicklungszeiten noch nicht enthalten. Gehen Sie also davon aus, dass ein Material der Klasse 1 oder 2a rund zwei bis vier Jahre diverse Wege durchlaufen hat, bevor Sie es verwenden können und dürfen. Zudem liegen die Investitionskosten für einen Hersteller schnell, rechnet man alles ein, bei sechsstelligen Summen – und dies bereits, bevor auch nur ein Liter verkauft wurde. Daraus ist zu ersehen, dass ein Hersteller sehr genau prüft, bevor er irgendeine neue Entwicklung startet. Am Ende möchte er damit Geld verdienen und nicht eine Investition und Entwicklung in eine Randapplikation oder eine „nette Idee“ verantworten müssen. Zusätzlich werden kleine Unternehmen hier nur schleppend mithalten können.

Zu definitiven Materialien möchte ich sagen: Wir können von einem gedruckten Material, das medizinisch zugelassen ist, zu einem hohen Prozentsatz nicht die gleichen Eigenschaften erwarten, wie sie in der Tiefzieh- oder Frästechnik vorausgesetzt sind. Es gibt Limitierungen durch das Lichthärten (Laser oder Projektor) des Materials – nicht jeder Stoff bzw. nicht jedes Stoffgemisch ist auf die bekannte Weise zu härten. Ich denke, dass jeder Laborinhaber mir zustimmen wird: Es ist wenig sinnvoll, wenn wir für jede Applikation einen eigenen Drucker kaufen und am Ende in den Räumen fünf bis zehn Geräte stehen haben. Und weil das so ist, wird von den Herstellern versucht, auf einem Drucker die größtmögliche Materialvielfalt abzubilden. Bis zu dieser Realisierung brauchen wir leider manchmal etwas Geduld, damit hier auch das Richtige auf den Markt kommt.

Mein Fazit und Ausblick

Wir stehen noch am Anfang dessen, was 3D-drucktechnisch einmal möglich sein wird. In den vergangenen Jahren haben wir teilweise bereits große Schritte durchlaufen, die zu einer guten Einsetzbarkeit des 3D-Drucks, sprich: der additiven Fertigung, führen. Aber wir müssen realistisch sein und einsehen, dass unser Enthusiasmus und Einfallsreichtum hinsichtlich der Möglichkeiten durch die Zulassungen und Umsetzbarkeiten der Industrie gebremst werden. Beim Thema Metall-3D-Druck sind wir aber bereits in Kobalt- Chrom und Titan deutlich weiter als im Kunststoffbereich.

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Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZT Stephan Winterlik


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