3D-Druck in der Zahnmedizin – Teil 1

3D-Druck in der Zahnmedizin – Teil 1

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Nachdem subtraktive Fertigungsverfahren auf Basis einer digitalen Konstruktion („Computer-Aided Design“, CAD) und einer digitalen Herstellung („Computer-Aided Manufacturing“, CAM) schon seit vielen Jahren sehr erfolgreich in der Zahnmedizin eingesetzt werden, steht momentan das dreidimensionale (3D) Drucken als additive Technologie im Fokus.

Alexander Prechtel, Marcel Reymus, Annett Kieschnick, Bogna Stawarczyk

Umgangssprachlich hat sich der Begriff „3D Druck“ durchgesetzt, wobei lieber von einem additiven Fertigungsverfahren gesprochen werden sollte, da nach dem Drucken weitere Schritte bis zum endgültigen Produkt erforderlich sind. Die Anfänge des 3D-Druckens liegen in den 1980er Jahren als für die Industrie Prototypen additiv hergestellt wurden („Rapid Prototyping“). In den folgenden Jahren haben additive Technologien bis heute in sehr vielen Branchen Einzug erhalten und sind teilweise ein unverzichtbares Element in der Serienproduktion geworden. Die Anwendungsgebiete des 3D-Drucks in der Zahnmedizin sind vielfältig und erweitern sich regelmäßig durch die fortlaufende Entwicklung von neuen Drucktechnologien und Materialien. So werden beispielsweise mittels 3D-Druck Bohrschablonen für die Implantologie, Implantatabutments, Modelle für die Herstellung von Zahnersatz, Implantatmodelle, Modelle für die digitale Kieferorthopädie (Aligner-Technik), Schienen, individuelle Abformlöffel, Gerüste aus Metalllegierungen sowie festsitzender und herausnehmbarer Zahnersatz hergestellt.

Vor- und Nachteile

Grundsätzlich sollte der Einsatz der noch relativ neuen Technologie des 3D Drucks in der Zahnmedizin kritisch in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Vor-/Nachteile überprüft werden. Vorteile der additiven Fertigung sind,

  • dass dreidimensionale Objekte mit einer komplexen Geometrie individuell für den Patienten hergestellt werden können,
  • ein effizienter ressourcenschonender Herstellungsaufwand besteht,
  • sowie in hoher Präzision gefertigt werden kann.
Gefräst vs. gedruckt. Insbesondere bei kleineren Radien kann die CAD/CAM-Frästechnologie an Grenzen stoßen (s. gefräste Schiene obere Abbildung). Hier bietet der 3D-Druck Vorteile (s. gedruckte Schiene untere Abbildung).

Auf der negativen Seite sind ein komplexer digitaler Workflow mit vorausgesetztem technischem Know-how, die Unklarheit der Produkthaftung des Zahnarztes, die (noch) hohen Material- und Prozesskosten sowie eine meist erforderliche Nachbearbeitung des gedruckten Objekts zu nennen. Auch die digitale Erhebung und Verarbeitung von Patientendaten im Rahmen des Druckprozesses ist mit Risiken verbunden, die in der heutigen digitalisierten Welt besondere Beachtung bedürfen.

3D-Druck: Vor- und Nachteile

Grundsätzlich sollte der Einsatz der noch relativ neuen Technologie des 3D Drucks in der Zahnmedizin kritisch in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Vor-/Nachteile überprüft werden. Vorteile der additiven Fertigung sind,

  • dass dreidimensionale Objekte mit einer komplexen Geometrie individuell für den Patienten hergestellt werden können,
  • ein effizienter ressourcenschonender Herstellungsaufwand besteht,
  • sowie in hoher Präzision gefertigt werden kann.

Auf der negativen Seite sind ein komplexer digitaler Workflow mit vorausgesetztem technischem Know-how, die Unklarheit der Produkthaftung des Zahnarztes, die (noch) hohen Material- und Prozesskosten sowie eine meist erforderliche Nachbearbeitung des gedruckten Objekts zu nennen. Auch die digitale Erhebung und Verarbeitung von Patientendaten im Rahmen des Druckprozesses ist mit Risiken verbunden, die in der heutigen digitalisierten Welt besondere Beachtung bedürfen.

3D-Druck: Verschiedene Technologien

In der Zahnmedizin kommen verschiedene 3D-Drucktechnologien zum Einsatz. Das Selektive Laser Schmelzverfahren (SLM) ist geeignet, um Metalle wie Titan/Titanlegierungen und Kobalt-Chrom-Molybdän-/Edelmetalllegierungen additiv zu verarbeiten. Lichthärtende Kunstharze und Kunststoffe können mittels Stereolithographie (SLA) und Digital Light Processing (DLP) gedruckt werden, indem eine Lichtquelle (meist UV-Licht) das Material punktweise aushärtet.

Viele Techniken stehen zur Verarbeitung von Kunststoffen wie Polycarbonat (PC), Polyamid (PA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) zur Verfügung; nämlich SLA, Selektive Laser Sinterung (SLS), Fused Filament Fabrication (FFF) und PolyJet Technologie (PJ). Je nach Einsatzgebiet des Produkts in der Zahnmedizin muss die entsprechende Technologie und das dazu adäquate Material ausgewählt und validiert werden, um erfolgreiche Ergebnisse zu erhalten.

Eine mit photosensitivem Harz gefüllte Wanne eines DLP-/SLA-Druckers. Das zu druckende Objekt „wächst“ Schicht für Schicht aus dem flüssigen Harz und härtet mittels Polymerisation aus.
Spule eines Filamentdruckers. Ein Stangen-Filament wird durch den Hitzekopf erwärmt und mittels eines Extruders Schicht für Schicht auf die Bauplattform appliziert.

Perspektiven

Der 3D Druck in der modernen Zahnmedizin ist keine technische Spielerei, sondern eine revolutionäre Innovation, die für die Zukunft ein enormes Potential hat, das traditionelle etablierte Fertigungsverfahren in Frage stellen wird. Zu den wichtigsten zukünftigen Entwicklungen gehören der 3D-Druck von keramischen digital färbbaren Materialien und Materialkombinationen, so dass ein kompletter Zahnersatz in einem Arbeitsgang gedruckt werden kann. Allerdings müssen auf technischer und rechtlicher Seite noch Herausforderungen gelöst werden, damit sich der digitale 3D Druck in der Zahnmedizin auf dem Niveau der traditionellen analogen Prozesse ansiedeln oder sogar noch besser werden kann.

3D-Druck Teil 2

Druckermaterialien und die Nachbereitung im Fokus