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Eine Technologie löst die andere in hohem Tempo ab

Von der Kautschuk-Prothese zur virtuellen Konstruktion und Fertigung im 3D-Druck

29.08.2017

Prothesenbasen spiegeln heute ihr natürliches Vorbild „täuschend echt“ wider.
Prothesenbasen spiegeln heute ihr natürliches Vorbild „täuschend echt“ wider.
© Heraeus Kulzer

100 Jahre Verband der Deutschen Dental-Industrie – diese Zeit steht für eine dynamische Entwicklung. Doch es gibt auch bleibende Konstanten. Dies wird in den folgenden Zeilen am Beispiel eines Prothesenkunststoffs erläutert, der heute wie bei seiner Einführung auf der 10. Internationalen Dental-Schau (IDS) 1937 kommerziell verfügbar ist.

Zu jener Zeit hatten die damaligen Forscher bereits unterschiedliche Wege hin zu einer funktionstüchtigen Totalprothese beschritten (und auch zu Teilprothesen). Da gab es den Naturkautschuk, der nach den Verfahren des US-Amerikaners Goodyear und des Engländers Hancock durch Erhitzen auf 140 bis 160 Grad Celsius unter Beimengung von Schwefel elastisch und wärmebeständig wurde. Wer sich dieses Verfahren einmal live angesehen hat, kann sich noch lange Zeit an die damit verbundenen Gerüche erinnern.

Ein Konkurrenzprodukt hatte der Schotte McIntosh zu vermarkten versucht. Dabei handelte es sich um Celluloid, den ersten halbsynthetischen Kunststoff. Zur Herstellung behandelte man Baumwolle mit Salpetersäure, gewann auf diese Weise Cellulosenitrat und überführte es durch Mischung mit Kampfer als Weichmacher zu einem plastischen Material. Es schmeckte allerdings übel und konnte sich daher nicht durchsetzen.

Teilweise parallel dazu entwickelten Unternehmen aus dem metallurgischen Bereich Prothesenwerkstoffe aus Stahl – ein Zwischenspiel. Denn die Forscher beschäftigten sich hartnäckig an der Entwicklung synthetischer Kunststoffe. Eine Gruppe stellten die Bakelite dar, die mancher heute noch vom klassisch-schwarzen Bakelittelefon kennt. Statt dieser Kondensationsprodukte aus Phenolen und Formaldehyd setzten sich aber in der Zahnheilkunde letztlich polymerisierbare Kunststoffe auf der Basis von Methacrylaten durch.

Das lange Zeitalter der Polymethylmethacrylate beginnt

Als ein Vertreter ist das Plexiglas allgemein bekannt. Als Pionierunternehmen forschte daran das Chemieunternehmen Röhm & Haas aus Darmstadt und entwickelte auch die Grundlagen für zahnheilkundliche Anwendungen. Dafür brachten die Methacrylate eine hohe Form, Farb- und Mundbeständigkeit mit. Es kam in den 30er-Jahren zunächst in Form von Platten auf den Markt.

Eine alternative Form der Verarbeitung bot ein auf der IDS 1937 präsentiertes Verfahren: Im Labor mischte man ein vorpolymerisiertes Kunstharzpulver mit einer unpolymerisierten Flüssigkeit und gewann daraus unter Erhitzen eine gut formbare Masse – und dies bei vernachlässigbarem Schrumpf. Nach der Verleihung eines Patents im Jahre 1936 traf das dabei verwendete Polymethylmethacrylat („Paladon“) sowohl in Europa wie auch in Nord- und Südamerikas sowie Australien auf eine große Nachfrage, sodass die Exportquote innerhalb von zwei Jahren auf 44 Prozent stieg. Noch heute hat das Heißpolymerisat international seine Bedeutung, auch weil es sich in einfachen Geräten verarbeiten lässt. Selbst hierzulande wird es nach wie vor zur Herstellung von Prothesenbasen eingesetzt. International ist es nach Marktdaten immer noch das Material der Wahl.

Daneben haben die Forscher der Dentalindustrie Kunststoffe mit immer natürlicherem Erscheinungsbild entwickelt. Zum Beispiel werden dabei Blutgefäße simuliert und für den Patienten eine feinabgestimmte individuelle Einfärbung ermöglicht. Spezielle lichthärtende Kunststoffe haben die Anzahl der Arbeitsschritte im Labor reduziert: kein Einbetten und Ausbrühen nach der Aufstellung. Stattdessen können die Konfektionszähne auf der ausgehärteten Basis aufgestellt werden, und die fertig ausmodellierte Prothese lässt sich anschließend direkt endpolymerisieren.

Der Markt fächert sich heute in eine ganze Reihe unterschiedlicher Kunststoffe auf. Die Heißpolymerisate dienen heute nach wie vor zur Herstellung von Totalprothesen. Den bei weitem höheren Marktanteil halten jedoch inzwischen Kaltpolymerisate (fast das zehnfache), aus denen man auch Teilprothesen fertigt. Gebräuchlich sind daneben Unterfüllungsmaterialien zur Korrektur schlecht sitzender Prothesen, Materialien für die Kieferorthopädie und Thermoplasten für allergiesensible Patienten (Total- und Teilprothesen). Die oben erwähnten lichthärtenden Kunststoffe haben sich insbesondere für Schienen als Material der Wahl erwiesen.

Digital gestützt und dreidimensional gedruckt

In Zukunft könnten aktuelle Technologien die Arbeitsweise verändern. Selbst eine komplette Totalprothese lässt sich schon heute mit digitalem Support in einem Arbeitsschritt im Labor fertigen.

  • Einkleben von Prothesenzähnen in eine gefräste Basis.
  • Die Digitalisierung hält Einzug ...
  • Einkleben von Prothesenzähnen in eine gefräste Basis.
  • Die Digitalisierung hält Einzug ...

  • ... hier: die Herstellung von Prothesenbasen.
  • Verschiedene Kunststoffe können zur Herstellung einer Prothesenbasis dienen und werden zur Fertigung therapeutischer Schienen verwendet - hier: Funktionsschiene aus Universal-Kunststoff.
  • ... hier: die Herstellung von Prothesenbasen.
  • Verschiedene Kunststoffe können zur Herstellung einer Prothesenbasis dienen und werden zur Fertigung therapeutischer Schienen verwendet - hier: Funktionsschiene aus Universal-Kunststoff.

Dieses Zukunftsprojekt bringt Industrieunternehmen aus verschiedenen Bereichen der Dentalbranche zusammen. Einige sind klassische Spezialisten für Prothesenzähne. Andere stoßen als Hersteller von Fräsrohlingen oder von Maschinen zu ihrer Bearbeitung, von Intra- und Extraoralscannern hinzu, wieder andere als Dental-Software-Ingenieure. Es gibt verschiedene Ansätze, wie man mit digitalem Support zur Totalprothese gelangt.

Ein Weg sieht zum Beispiel folgendermaßen aus: Es werden aus einem vorpolymerisierten Heißpolymerisat künstliche Alveolen herausgefräst und die Prothesenzähne an den entsprechenden Stellen eingeklebt. Die eigentliche Konstruktion einer Vollprothese erfolgt softwaregestützt. Für den Patienten wie für den Zahnarzt reduziert sich der Zeitaufwand deutlich von üblicherweise fünf Sitzungen auf zwei.

Neben der Frästechnik dürfte der 3D-Druck in Zukunft eine größere Rolle spielen. Schon heute lässt sich die Grundplatte für die Herstellung einer Bissregistrierung auf diese Weise mit aufbauenden Verfahren aus Kunststoff fertigen. Insbesondere in Kombination mit einer virtuellen Abformung mit dem Intraoralscanner wird dies den Weg von der Abbildung der klinischen Ausgangssituation bis zur fertigen Prothese noch stärker verkürzen.

  • Zukunft 3D-Druck - hier das Modell einer Totalprothese.

  • Zukunft 3D-Druck - hier das Modell einer Totalprothese.
    © Heraeus Kulzer

Der hier unternommene Streifzug zeigt, wie die Dentalindustrie immer wieder Impulse aus anderen Bereichen aufnimmt und im Sinne des Patienten für die Zahnheilkunde nutzbar macht. Dabei lösen sich die verwendeten Technologien in rasantem Tempo ab. So verbindet man Goodyear heute mit Autoreifen und Celluloid mit den Pionieren des Films (daher die Redewendung: „auf Celluloid gebannt“). Dass ein Kunststoff seit fast 80 Jahren im dentalen Einsatz bleibt, stellt eine Ausnahmeerscheinung dar. Paladon hat es geschafft.

Quelle: VDDI

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