3D-Druck in der Zahnmedizin – Teil 2

3D-Druck in der Zahnmedizin – Teil 2

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Während im ersten Teil des Beitrags der 3D-Druck in der Zahnmedizin im Allgemeinen kurz beschrieben worden ist, beleuchtet dieser Artikel die Druckermaterialien und die Nachbereitung etwas näher.

Marcel Reymus, Annett Kieschnick, Alexander Prechtel, Bogna Stawarczyk

Druckermaterialien

Neuralgischer Punkt beim 3D-Druck sind die dentalen Materialien. Verwendet werden in der Regel Harze, Thermoplaste bzw. Metallpulver (SLM).

Harze

Harze für die polymerisierende Aufbauten sind flüssige Werkstoffe, die überwiegend auf der UDMA-Monomer-Basis (Dimethacrylate) bzw. Oligomeren basieren, welche mit Initiatorsystemen und weiteren Additiven versehen werden. Teilweise werden von manchen Herstellern zu einem geringen Anteil keramische Füllstoffe zugeführt. Diese Harze sind hinsichtlich ihres Einsatzes im Mundmilieu chemisch als kritisch zu betrachten. Alleine die vielen Ausrufezeichen auf der Flasche warnen im unpolymerisierten Zustand vor allergischen Reaktionen sowie Haut- und Augenreizungen. Manche Harze sind unpolymerisiert sogar als umweltgefährdend und ätzend deklariert.

Hier lohnt sich ein kurzer Blick auf deren Sicherheitsdatenblätter sowie auf die Klassen des Medizinproduktegesetzes (MPG). Die Klassifizierung von Materialien die intraoral angewandt werden, erfolgt nach I, IIa, IIb und III (Richtlinie 93/42/EWG). Ein wesentliches Merkmal ist u. a. die Art und Dauer der Anwendung im Mund. Ein Großteil der angebotenen Drucker-Materialien ist der MPG-Klasse 1 zuzuordnen – die ununterbrochene Anwendung im Mund ist auf 29 Tage begrenzt. Zahnersatz muss die Anforderung „Langzeitanwendung“ erfüllen und die Materialien sind somit der MPG Klasse IIa (ununterbrochene Anwendung im Mund über einen Zeitraum von mehr als 30 Tagen) zuzuordnen.

Thermoplaste

Thermoplaste, welche mittels Filament-Technologien bearbeitet werden, sind hingegen monomerfrei und somit unbedenklich. Für den dauerhaften Zahnersatz ist es notwendig, auf die Qualität des Materials – „medical grade“ (Anforderung an Kunststoffe als Medizinprodukt) – zu achten. Zu den Thermoplasten zählen alle Materialien der Polyacryletherketone, wie z. B. PEEK oder PEKK. Auch PPSU (Polyphenylsulfone) und PC (Polycarbonat) können thermisch zu einer Restauration bearbeitet werden. Hier sind teilweise Temperaturen in der Druckdüse bis zu 400° C notwendig. Durch das Aufschmelzen des Materials können die mechanischen Eigenschaften – im Vergleich zu fräsbaren Ronden – verändert werden. Hierfür werden weitere Tempervorgänge oft direkt während des Druckes vorgenommen. Die genauen Parameter werden von den Herstellern sorgfältig ausgearbeitet und befinden sich meistens unter Geheimhaltung. Diese Werkstoffe und Drucktechniken sind jedoch in der Dentalbranche erst im Anmarsch.

3D-Druck: Nachbearbeitung

Additiv gefertigte Objekte bedürfen in den meisten Fällen einer gewissen Nachbearbeitung. Stützstrukturen müssen entfernt und die Oberfläche ggf. poliert werden. Bei Objekten aus Photopolymeren, welche durch die SLA- bzw. DLP-Technologie reproduziert wurden, ist eine korrekte Nachbelichtung von entscheidender Bedeutung. Nur so können die Biokompatibilität sowie die mechanischen Eigenschaften sichergestellt werden. Die für diesen Zweck auf dem Markt angebotenen Polymerisationskammern sind größtenteils von der Kunststoffverblendung bekannt.
Beispielhafte Darstellung verschiedener Nachbelichtungsgeräte (von links: Otoflash G171, NK Optik; PCU LED, Dreve; Labolight DUO, GC; LC-3D Printbox, NextDent).

Die Geräte unterscheiden sich dabei bei den verwendeten Lichtemittern. Die Firma NextDent empfiehlt für ihre Materialien das Verwenden der firmeneigenen LC-3DPrint Box. Diese arbeitet mit mehreren UV-Lampen, welche Wellenlängen von 315 bis 550 nm abdecken, bei Höhepunkten um etwa 360 und 435 nm. Das Unternehmen GC ist mit dem Labolight DUO vertreten. Dieses Polymerisationskammer basiert auf LED und deckt Wellenlängen von 380 bis 510 m mit Höhepunkten um etwa 395 nm und 475 nm ab. Das Otoflash G171 der Firma NK Optik (Baierbrunn, Deutschland) funktioniert mit Blitzlichtern hoher Energie. Das Besondere an diesem Gerät ist das mögliche Arbeiten unter Schutzgasatmosphäre (Stickstoff), was die Ausbildung einer Sauerstoffinhibitionsschicht verhindern soll. Von diesem Gerät werden Wellenlängen von 300 bis 700 nm abgedeckt, bei Höhepunkten um etwa 480 und 530 nm. Die ersten Untersuchungen zeigen einen Einfluss der Nachpolymerisation auf die mechanischen Eigenschaften deutlich.

Perspektiven

Insbesondere im Dentalbereich werden wir in den kommenden Jahren noch interessanten Entwicklungen begegnen. Auf der Additive Material Exhibition 2018 stellte das chinesische Technologieunternehmen Prodways einen Keramikdrucker vor, der laut Pressemitteilung vor allem für Medizin und Luftfahrtindustrie von Interesse sein könnte. Der Drucker kannObjekte mit Keramikmaterialien wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Hydroxylapatit drucken. Auch andere Unternehmen sind bereits mit Keramik-Druckern am Markt präsent. Es scheint eine Frage der Zeit, dass z. B. auch Keramiken oder Zirkonoxid für definitiven Zahnersatz gedruckt werden können.

3D-Druck Teil 1

Allgemeiner Überblick