Dentaler 3D-Druck: Oberflächenbehandlung von Harzobjekten

Auch im dentalen 3D-Druck spielt die Oberflächenbehandlung des gedruckten Objektes eine wichtige Rolle. Der Artikel stellt die Untersuchung eines Forscherteams der LMU München vor, das sich mit der Oberflächenbehandlung von aus Harz gedruckten Objekten beschäftigt. Polieren, Lackieren oder Beschichten – welche Methode hat welchen Einfluss auf die Eigenschaften des gedruckten Objekts? Mehr dazu in diesem Artikel.

Dentaler 3D-Druck: Die Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie und hier speziell bei dem 3D-Druck von Harz haben es ermöglicht, permanenten festsitzenden Zahnersatz herzustellen. Voraussetzung für diese Restaurationen sind wesentliche Materialeigenschaften wie eine langanhaltende Farbstabilität, hohe Biokompatibilität, starke mechanische Eigenschaften, Abrasionsbeständigkeit und eine geringe Oberflächenrauheit. Insbesondere müssen 3D-gedruckte Restaurationen eine hohe Umsetzungsrate für die Biokompatibilität aufweisen. Zudem ist eine glatte Oberfläche mit einer Rauheit von nicht mehr als 0,2 μm notwendig, um Plaque-Anlagerungen und erhöhte Materialabnutzung zu verhindern.

Dentaler 3D-Druck mit Harzen: Oberflächenbehandlung

Allerdings sind Harzrestaurationen immer noch anfällig für Farbinstabilität und Verfärbungen, die durch Faktoren wie Materialzusammensetzung, Nachbearbeitung und Oberflächenbehandlung beeinflusst werden können. Oberflächenbehandlungen wie 

• Polieren,
• Lackieren, 
• Beschichten (engl. Coating) 

können die Qualität polymerbasierter Restaurationen verbessern. Das Polieren optimiert das ästhetische Erscheinungsbild, reduziert die mikrobielle Adhärenz und verbessert die Farbstabilität sowie die mechanischen Eigenschaften. Das Auftragen eines polymerisierbaren, niedrigviskösen Lacks kann ebenfalls die Oberflächenqualität verbessern und eine weitere Möglichkeit zur Individualisierung bieten.

Untersuchungen haben gezeigt, dass das Lackieren glattere, farbstabilere Oberflächen erzeugen kann als das herkömmliche Polieren. Allerdings ist die Studienlage zum Thema Lackieren oder Beschichten von 3D-gedruckten Restaurationen momentan noch begrenzt. Deshalb zielte die hier vorgestellte Studie darauf ab, die Auswirkungen verschiedener Oberflächenbehandlungen auf die chemischen und mechanischen Eigenschaften eines gedruckten Objektes aus Harz zu bewerten und diese Ergebnisse mit zwei Verblendkompositen zu vergleichen.

Die Studie stellt die Hypothese auf, dass weder der Materialtyp noch die Oberflächenbehandlung (Lackieren, Beschichten, Polieren oder keine Behandlung) die Umsetzungsrate, die Oberflächenrauheit, die Martens-Parameter, die Biegefestigkeit oder den Materialverlust nach 3-Körper-Verschleiss beeinflussen könnten.

Material und Methoden

Insgesamt wurden 288 Prüfkörper in zwei verschiedenen Geometrien hergestellt (Abb. 1).

In-vitro-Untersuchung

Während ein Material mittels 3D-Technologie hergestellt worden ist (VarseoSmile Crown^plus; BEGO GmbH & Co KG), wurden zwei unterschiedliche Verblendkomposite mittels Inkrement-Schichttechnik in Silikonformen polymerisiert (GRADIA PLUS; GC EUROPE NV [abgekürzt mit: GC-VK] und VITA VM LC flow; VITA Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co KG [VITA-VK]). Die Oberfläche dieser Materialien wurde entweder

• lackiert (OPTIGLAZE color; GC EUROPE NV [GC-Lack], VITA AKZENT LC; VITA Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co KG [VITA-Lack],
• poliert (Ziegenhaarbürstchen + Politurpaste (Abraso Starglanz; bredent GmbH & Co KG), Silikonpolierer)

oder

• beschichtet bzw. „gecoated“ (VarseoSmile Crown^plus; BEGO GmbH & Co KG). 

Materialien, die keine Oberflächenbehandlung erhalten haben, wurden als Kontrollgruppen bezeichnet. Nach sieben Tagen Lagerung in Wasser bei 37 °C wurden die Umsetzungsrate, die Oberflächenrauheit, die Martens-Parameter, die biaxiale Biegefestigkeit und der 3-Körper-Verschleiß nach 200.000 Zyklen untersucht. Die gemessenen Daten wurden statistisch mit der IBM SPSS Statistics v29.0 Version ausgewertet und dabei der Kolmogorov-Smirnov-, der Mann-Whitney U-, der Kruskal-Wallis- und der Spearman Korrelationstest durchgeführt (α=.05).

Ergebnisse

Nach dem Polieren wies das gedruckte Objekt einen höheren Umsetzungsgrad (Abb. 2), eine erhöhte Oberflächenrauheit, einen höheren 3-Körper-Verschleiß, aber niedrigere Martens-Parameter im Vergleich zu den beiden Verblendkompositen auf. Nach der Politur mittels Ziegenhaarbürstchen hatte das aus Harz gedruckte Objekt eine geringere Biegefestigkeit als VITA-VK. Für das gedruckte Objekt reduzierten sowohl die Politur mit dem Ziegenhaarbürstchen als auch die Anwendung des GC-Lacks die Oberflächenrauheit, während die Applikation des VITA-Lacks zu dem geringsten 3-Körper-Verschleiß führte (Abb. 3).

Bei beiden Verblendkompositen führte die Politur mittels Ziegenhaarbürstchen zu einer niedrigen Oberflächenrauheit und einem geringerem 3-Körper-Verschleiß sowie zu einem hohen elastischen Eindringmodul und einer hohen Biegefestigkeit. Die Politur mittels Silikonpolierern führte sowohl bei dem aus Harz gedruckten Objekt als auch bei GC-VK zu einem niedrigen elastischen Eindringmodul sowie zu einer reduzierten Biegefestigkeit beim Verblendkomposit. Die Beschichtung, das Coating-Verfahren, erzeugte ebenfalls ein niedrigeres elastisches Eindringmodul im Vergleich zur Kontrollgruppe und einen höheren 3-Körper-Verschleiß im Vergleich zur Anwendung des GC-Lacks. Daher können die Politur mittels Silikonpolierern und das Coating-Verfahren nicht empfohlen werden.

Schlussfolgerung

Dentaler 3D-Druck: Aktuell weisen aus einem Harz gedruckte Objekte im Vergleich zu traditionellen Verblendkompositen für permanente Zahnrestaurationen schwächere chemische und mechanische Eigenschaften auf. Dies macht eine nachträgliche Oberflächenbehandlung wie das Polieren erforderlich, um die Materialeigenschaften verbessern zu können. Das Polieren mit einem Ziegenhaarbürstchen kann in dieser Studie für alle getesteten Materialien empfohlen werden, wobei das Lackieren eine vielversprechende Alternative für das aus Harz gedruckte Objekt speziell in Bezug auf die Oberflächenrauheit und den 3-Körper-Verschleiß darstellt.