3D-Druck: Farbstabilität von 3D-gedrucktem Zahnersatz 

3D-Druck in der Zahnmedizin: Wie beeinflussen verschiedene Oberflächenbehandlungen die Farbstabilität? Ein Forscherteam der LMU München verglich die Farbstabilität eines 3D-Druckharzes für permanente Restaurationen mit zwei Verblendkompositen. Die Wissenschaftler untersuchten, wie verschiedene Oberflächenbehandlungen – Lackieren, Beschichten und Polieren – Verfärbungsraten beeinflussen und testeten zusätzlich Reinigungsmethoden zur Entfernung bestehender Verfärbungen.

Durch technologische Fortschritte im Bereich 3D-Druck können permanente Restaurationen mittlerweile aus 3D-gedruckten Harzen hergestellt und klinisch angewendet werden. Diese kosteneffiziente Methode stellt eine potenzielle Alternative zu konventionellen metall- oder keramikbasierten Restaurationen dar. Neben Einzelzahnversorgungen können 3D-Druckharze auch als Verblendmaterialien genutzt werden, um ästhetische Anforderungen an Farbe und Oberflächenstruktur zu erfüllen. Allerdings sind Farbinstabilität und Verfärbungen beim 3D-Druck häufige Probleme, die zu einem Austausch dieser Restaurationen führen. Studien zeigen, dass eine erhöhte Oberflächenrauigkeit und eine hohe Oberflächenenergie die Anhaftung von Farbpigmenten begünstigen und somit die Farbstabilität negativ beeinflussen. Zudem erhöhen raue Oberflächen die Plaqueansammlung, was das Risiko für orale Erkrankungen steigert.

Um die Oberflächenqualität und Farbstabilität zu verbessern, gibt es verschiedene Nachbearbeitungsmethoden wie Polieren, Lackieren (Varnishing) oder Beschichten (Coating). Diese können eine glatte, homogene Oberfläche erzeugen und die Materialeigenschaften optimieren. Allerdings gibt es bislang nur wenige Studien, welche die Auswirkungen dieser Behandlungen auf 3D-gedruckte Harze nach Lagerung in verschiedenen Medien untersuchen.

Zusätzlich wurde untersucht, inwieweit individuelle und professionelle Prophylaxemaßnahmen mögliche Veränderungen in diesen Parametern rückgängig machen können. Die Studie stellt verschiedene Hypothesen auf: 

• Die Verfärbungsraten waren unabhängig vom Materialtyp, von der Oberflächenbehandlung, und von der Wahl des Farbmediums für alle Versuchsgruppen gleich.
• Die individuelle sowie professionelle Prophylaxen führten zu keiner Verbesserung hinsichtlich der Verfärbungsneigung (konnte die Verfärbungen nicht wieder rückgängig machen)
• Oberflächenparameter wie die freie Oberflächenenergie oder die Oberflächenrauigkeit zeigten für alle Materialien, Oberflächenbehandlungen, Farbmedien und Reinigungsmethoden keine signifikanten Unterschiede.

Material und Methoden

Die Studie umfasste die Herstellung von insgesamt 576 Prüfkörpern. Dabei wurden drei verschiedene Materialien verwendet: 

• ein 3D-Druckharz (VarseoSmile Crown^plus; BEGO GmbH & Co. KG) sowie 
• zwei Verblendkomposite (GRADIA PLUS; GC EUROPE NV und VITA VM LC flow; VITA Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co. KG), die in der Schichttechnik verarbeitet wurden. 

Anschließend wurden die Prüfkörper in vier Gruppen unterteilt: Lackieren, Polieren, Beschichten („gecoated“) oder keine Oberflächenbehandlung (Kontrollgruppe).

Für das Lackieren kamen die Produkte OPTIGLAZE color (GC EUROPE NV) und VITA AKZENT LC (VITA Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co. KG) zum Einsatz. Die Politur erfolgte mittels Ziegenhaarbürstchen und Politurpaste oder mithilfe von Silikonpolierern. Nach der Oberflächenbehandlung wurden die Prüfkörper für bis zu 14 Tage in verschiedenen färbenden Flüssigkeiten gelagert (Rotwein, Kurkuma, Kresse, Wasser). 

Die Messungen fanden zu vier Zeitpunkten statt: 

• direkt nach der Herstellung (T0), 
• nach 14 Tagen Lagerung (T14) 
• nach individueller Zahnreinigung (IP) und
• nach professioneller Zahnreinigung (PP). 

Die Prüfkörper wurden zunächst mit einer speziell entwickelten Zahnbürstenapparatur gereinigt, um eine individuelle Prophylaxe (IP) zu simulieren, die der häuslichen Anwendung einer elektrischen Zahnbürste entspricht. Zeigten sich danach weiterhin starke Verfärbungen (ΔE₀₀ > 1.8), erfolgte eine zusätzliche professionelle Prophylaxe (PP) mittels Prophylaxekelch und Polierpaste – vergleichbar mit einer professionellen Zahnreinigung in der Zahnarztpraxis. Im Rahmen der Studie wurden neben der Farbstabilität das Verfärbungsmaß, die Oberflächenrauigkeit sowie die Oberflächenenergie der Prüfkörper untersucht. Die statistische Analyse der erhobenen Daten erfolgte mit IBM SPSS Statistics v29.0. Dabei kamen der Kolmogorov-Smirnov-Test, der Mann-Whitney-U-Test, der Kruskal-Wallis-Test sowie die Tests nach Friedman und Wilcoxon zum Einsatz. Ein Signifikanzniveau von α = 0,05 wurde zugrunde gelegt.

Ergebnisse

Lackierte oder beschichtete 3D-gedruckte Oberflächen zeigten geringere Verfärbungsraten nach der Lagerung in Rotwein, Kurkuma, Kresse und Wasser. Die Politur, insbesondere mit Ziegenhaarbürstchen, reduzierte ebenfalls die Verfärbung – sowohl beim 3D-Druckharz als auch bei den beiden Verblendkompositen. Dies unterstreicht die klinische Relevanz einer geeigneten Oberflächenbehandlung, insbesondere bei Kontakt mit stark färbenden Substanzen wie Rotwein und Kurkuma. Unbehandelte Prüfkörper zeigten hingegen die stärkste Farbveränderung. 

Bei Verblendkompositen führte die Politur mit Ziegenhaarbürstchen zu besonders glatten Oberflächen (Rauigkeit ≤ 0,2 µm), was langfristig klinisch relevant sein könnte, da glattere Oberflächen möglicherweise weniger Plaque und Farbstoffe anlagern. Die Art der Oberflächenbehandlung hatte insgesamt einen größeren Einfluss auf die Verfärbung als das Material selbst.

Beide Reinigungsmethoden (IP, PP) verbesserten die Oberflächenparameter und reduzierten Verfärbungen. Die individuelle Prophylaxe war besonders wirksam bei dem Verblendkomposit 1, während die professionelle Prophylaxe beim 3D-gedruckten Harz die besten Ergebnisse erzielte. Allerdings beeinflussen neben der Materialwahl auch die Oberflächenbehandlung und Ernährungsgewohnheiten das Verfärbungsverhalten, da Verfärbungen trotz prophylaktischer Maßnahmen nicht immer vollständig entfernt werden konnten. Zudem zeigte sich, dass die individuelle Prophylaxe beim 3D-gedruckten Harz die Oberflächenenergie erhöhte, während die professionelle Prophylaxe sie verringerte. Eine erhöhte Oberflächenrauigkeit und -energie standen insgesamt im Zusammenhang mit einer stärkeren Verfärbungsneigung, da ungleichmäßige Strukturen Farbpigmente leichter aufnehmen und binden konnten.

Fazit

3D-Druck von Zahnersatz: Da 3D-Druckharze momentan noch zu Verfärbungen neigen, ist eine Nachbehandlung der Materialoberfläche essenziell, um eine verbesserte Farbstabilität erzielen zu können. Oberflächenbehandlungen wie Lackieren, Beschichten und Polieren tragen dazu bei, die Farbstabilität und verschiedene Oberflächeneigenschaften, wie z. B. die Rauigkeit, zu verbessern, was wiederum langfristig ästhetische und klinisch beständige Ergebnisse gewährleistet. Um Verfärbungen zu minimieren, können Lackieren und die Politur mit Ziegenhaarbürstchen für alle untersuchten Materialien empfohlen werden.