Der 3D-Druck festsitzenden Zahnersatzes gewinnt an Bedeutung. Ein wichtiger Faktor für die Qualität bei polymerbasierten 3D-Druckwerkstoffen ist das Postprocessing, insbesondere die Nachbelichtung. Die vorgestellte Studie analysiert, wie unterschiedliche Nachbelichtungsprotokolle die Umsetzungsrate sowie mechanische Kennwerte wie Martenshärte, Biegefestigkeit und E-Modul 3D-gedruckter Objekte beeinflussen.
Die moderne Zahnmedizin beruht mehr denn je auf dem Fortschritt digitaler Technologien. Insbesondere die Versorgung mit festsitzendem Zahnersatz bedarf hochwertiger und moderner Werkstoffe. 3D-gedruckter Zahnersatz etabliert sich in einem immer breiter werdenden Anwendungsspektrum, da diese Technologie nicht nur eine zeitsparende, sondern zumeist auch kostengünstige Versorgungsmöglichkeit darstellt.
3D-Druck festsitzender Restaurationen
Die vorliegende Untersuchung beleuchtet die Materialeigenschaften von drei 3D-Druckharzen für den permanenten und temporären Einsatz in Abhängigkeit unterschiedlicher Nachbelichtungsprotokolle (Postprocessing-Strategien, PP). Um die Anforderungen für den permanenten Gebrauch zu erfüllen, enthalten diese Harze für den 3D-Druck Füllkörper, welche die Nachbelichtung durch Lichtstreuung und -absorption potenziell beeinträchtigen können. Die Nachbelichtung nach dem Druck ist ausschlaggebend für Langlebigkeit, Biokompatibilität sowie Festigkeit der hergestellten Objekte.
Unterschiedliche Nachbelichtungsgeräte, variierend in Lichtquelle, Belichtungszeit und Temperatur, sind verfügbar, die aktuelle Studienlage dazu ist allerdings noch unzureichend. Insbesondere das Verhalten der Lichtquellen innerhalb der Objekte und die Fragestellung nach der Belichtungstiefe sind bisher wenig behandelt worden.
Material und Methoden
Im Rahmen der Untersuchung wurden 720 Prüfkörper aus drei Harzgruppen hergestellt (Fig.1): zwei Harze für den permanenten Einsatz (VAR=Varseo Smile Crownplus, BEGO Medical; CRO= Crowntec, Saremco Dental) und ein Harz für den temporären Gebrauch (FRE=Freeprint temp, Detax).
Um sämtliche Messungen der DC und HM in unterschiedlichen Schichten durchführen zu können, wurden diese Prüfkörper in 2 und 4 mm Schichtdicken gedruckt und nur an der Oberfläche belichtet (Fig.2). Nach Reinigung in der Zentrifuge (Multifuge 1 S-R; Heraeus, Hanau, Deutschland) für vier Minuten bei 20 °C und 1500 rpm wurden sämtliche Prüfkörper nachbelichtet.
Dabei kamen zwei experimentelle Nachbelichtungsgeräte (NK Optik, Baierbrunn, Deutschland) zum Einsatz, um insgesamt 5 Nachbelichtungsprotokolle zu generieren:
- PP 1: 385 nm LED; 76 mW/cm2, Zeit 180 s
- PP 2: 400 nm LED; 77 mW/cm2, Zeit 180 s
- PP 3: 460 nm LED; 49 mW/cm2, Zeit 180 s
- PP 4: Xenon-Blitzlichtlampe; 37 mW/cm2, Zeit 2000 Blitze/200 ms
- PP 5: Xenon-Blitzlichtlampe; 90 mW/cm2, Zeit 2000 Blitze/200 ms
Im Anschluss an die Prüfkörperherstellung erfolgten die initialen Messungen aller Parameter. DC wurde im Raman Spectrophometer (inVia Qontor; Renishaw, Pliezhausen, Deutschland) bei Wellenlängen von 1610 cm-1 und 1640 cm-1ermittelt. Um die initialen Werte der HM zu ermitteln, kam eine Universalprüfmaschine (ZHU 0.2; ZwickRoell, Ulm, Deutschland) zum Einsatz, welche die Spitze eines Vickersdiamanten mit einer maximalen Testkraft von 9,81 N auf die Oberfläche der Prüfkörper aufsetzte. FS wurde mit einer Universalprüfmaschine (Zwick 1445; ZwickRoell) bestimmt, indem vertikal Kraft mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 mm/min appliziert worden ist. Die EM-Werte konnten im Anschluss rechnerisch aus den dazugehörigen FS-Werten bestimmt werden.
Nach diesen initialen Messungen kam es im Zuge der longitudinalen Datenerhebung zur künstlichen Alterung der Prüfkörper für die DC- und HM-Werte (Thermocycler THE-1100; SD Mechatronik, Feldkirchen-Westerham, Deutschland) bei Wassertemperaturen von 5 °C und 55 °C mit einer Verweildauer von jeweils 30 Sekunden für insgesamt 10.000 Zyklen, um einen Einsatz des Zahnersatzes in der Mundhöhle für 12 Monate zu simulieren (Fig.3). Im Anschluss erfolgten die Messungen der gealterten Prüfkörper für DC und HM. Um die Werte für FS und EM nach Alterung zu ermitteln, wurden diese Prüfkörper direkt nach Druck im Thermocycler gealtert und anschließend gleichermaßen vermessen.
Die erhobenen Daten wurden statistisch mit IBM SPSS Statistics v29.0 mittels Kolmogorov-Smirnov-, Kruskal-Wallis-, Mann-Whitney-U- und Wilcoxon-Test sowie der Spearman`s Korrelation ausgewertet (p<0.05).
Ergebnisse
Nach der Nachbelichtung mit stroboskopischem Xenonlicht (PP 4 und PP 5) zeigten alle drei untersuchten Materialien die jeweils höchsten Werte für DC sowie HM (Fig. 4). Die erfassten Messdaten verdeutlichten zudem eine ausgeprägte Tiefenabhängigkeit der Polymerisation, da sowohl DC als auch HM mit zunehmender Prüfkörpertiefe kontinuierlich abnahmen (0 mm > 2 mm > 4 mm). Somit lässt sich schlussfolgern, dass eine homogene Lichtverteilung essenziell ist, da eine ausreichende Aushärtung primär an der lichtzugewandten Oberfläche erfolgt. Des Weiteren lagen die FS- und EM-Werte bei allen drei Harzen nach Belichtung mit PP 4 und PP 5 signifikant über denen der LED-Gruppen (PP1-3). Die kurzzeitigen, hochintensiven Lichtimpulse des Xenon-Stroboskoplichts erzeugen ein breites Emissionsspektrum bei gleichzeitig hoher Strahlungsintensität, was sich vorteilhaft auf die mechanischen Materialeigenschaften der Harze auswirkt.
Die künstliche Alterung führte innerhalb der LED-Gruppen zu einer Erhöhung von DC und HM, was vermutlich auf eine fortschreitende Polymerisation, begründet durch die erhöhte Wassertemperatur, zurückzuführen ist.
Schlussfolgerung
Ziel der vorliegenden Studie zum 3D-Druck war es, den Einfluss unterschiedlicher Nachbelichtungsprotokolle sowie künstlicher Alterung auf die Umsetzungsrate, Martenshärte, Biegefestigkeit und den E-Modul verschiedener Harze für festsitzenden Zahnersatz zu analysieren.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl des Nachbelichtungsprotokolls indikations- und materialspezifisch erfolgen sollte. Besonders geeignet erwies sich die Nachbelichtung mittels Xenon-Stroboskoplicht, wobei auch hier eine homogene Lichtverteilung entscheidend ist. Dies gilt insbesondere für voluminöse Restaurationen, bei denen eine ausreichende Aushärtung in tieferen Materialschichten sichergestellt werden muss. Für Praxis und Labor unterstreichen die Ergebnisse, dass das Postprocessing kein standardisierter Nebenschritt ist, sondern maßgeblich zur mechanischen Stabilität und zur langfristigen klinischen Eignung 3D-gedruckten Zahnersatzes beiträgt.
Untersuchung
Die hier vorgestellten Ergebnisse basieren auf der folgenden Studie: Gekle S, Mayinger F, Kreitmair U, Reymus M, Hoffmann M, Stawarczyk B. Impact of different post-polymerization protocols on the material properties of three printed dental resins. J Mech Behav Biomed Mater 2025;172:107164.