Der Filamentdruck rückt zunehmend als alternatives additives Fertigungsverfahren für provisorische Restaurationen in den Fokus. Doch wie präzise und belastbar sind FFF-gefertigte Versorgungen aus PMMA und PET im Vergleich zu DLP-gedruckten und CAD/CAM-gefrästen Restaurationen? Der Beitrag stellt Ergebnisse einer Studie zu mechanischen Eigenschaften, Genauigkeit, Verbundverhalten und Befestigung vor.
Additive Fertigungsverfahren gewinnen in der restaurativen Zahnmedizin zunehmend an Bedeutung und ergänzen etablierte subtraktive Herstellungsverfahren wie das computerunterstützte Fräsen (CAD/CAM). Während sich insbesondere die Vat-Photopolymerisation, beispielsweise mittels Digital Light Processing (DLP), bereits klinisch etabliert hat, rückt die Fused Filament Fabrication (FFF) aufgrund ihrer wirtschaftlichen Fertigung, des geringen Materialverbrauchs und der einfachen Verarbeitung zunehmend in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen.
Bei der FFF werden thermoplastische Kunststoffe schichtweise verarbeitet. Trotz ihrer Vorteile bestehen weiterhin Einschränkungen hinsichtlich Genauigkeit, Oberflächenqualität und Prozessstabilität, weshalb die Anwendung bislang überwiegend auf die Herstellung dentaler Modelle beschränkt ist. Für den Einsatz bei provisorischen Restaurationen liegen bisher nur wenige Untersuchungen vor.
Provisorische Restaurationen müssen während der Behandlungsphase Funktion, Ästhetik und Phonation gewährleisten und gleichzeitig ausreichende mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Präzision aufweisen. Vor diesem Hintergrund wurden FFF-gefertigte Restaurationen aus PMMA und PET hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, Genauigkeit und Verbundfestigkeit untersucht und mit DLP-gedruckten sowie CAD/CAM-gefrästen Restaurationen verglichen. Die vorliegende Arbeit präsentiert ausgewählte Ergebnisse dieser Gesamtuntersuchung.
Der Filamentdruck ist ein additives Fertigungsverfahren, das neue Möglichkeiten für die Herstellung provisorischer Restaurationen eröffnet und hinsichtlich Präzision, Belastbarkeit und Verbundverhalten bewertet werden muss.
Material und Methode
Initiale Bruchlastmessung
Zur Bestimmung der initialen Bruchlast wurden Seitenzahnkronen, okklusale Veneers und Frontzahnkronen mittels Fused Filament Fabrication (FFF; SIMPLEX 2 SX, Renfert GmbH, Hilzingen, Deutschland) aus PMMA (The.r.mo.bridge, Pressing Dental S.r.l., San Marino) und PET (ELDY FILAMENT, DentalPlus GmbH, Bensheim, Deutschland) hergestellt.
DLP-gedruckte Restaurationen (VarseoSmile Crown Plus, BEGO GmbH & Co. KG, Bremen, Deutschland) sowie CAD/CAM-gefräste PMMA-Restaurationen (Telio CAD LT, Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Liechtenstein) dienten als Kontrollgruppen.
Nach der Digitalisierung (Ceramill Map 400, Amann Girrbach AG, Koblach, Österreich) zur Bestimmung der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit wurde die initiale Bruchlast mit einer Universalprüfmaschine (Zwick/Roell 1445 RetroLine, ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Deutschland) ermittelt (Abb. 1).
Scherhaftfestigkeit
Zur Untersuchung der Verbundfestigkeit und des Einflusses verschiedener Konditionierungssysteme wurden 72 rechteckige PMMA-Prüfkörper (10 × 10 × 2 mm) mittels Fused Filament Fabrication (FFF) hergestellt.
Nach dem Abstrahlen (50 µm Al₂O₃, 0,1 MPa, 10 s, 45° Anstellwinkel, 10 mm Abstand; Basic quattro IS, Renfert GmbH, Hilzingen, Deutschland) erfolgte die Konditionierung entweder mit einem Universalprimer (Monobond Plus, Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Liechtenstein) oder einem Adhäsiv (Visiolink, bredent GmbH & Co. KG, Senden, Deutschland).
Anschließend wurden Befestigungshülsen (SD Mechatronik GmbH, Feldkirchen-Westerham, Deutschland) mithilfe eines dualhärtenden Befestigungskomposits (Variolink Esthetic DC, Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Liechtenstein) aufpolymerisiert. Die Hälfte der Prüfkörper wurde unmittelbar der Scherhaftfestigkeitsprüfung (Zwick/Roell 1445 RetroLine, ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Deutschland) unterzogen, die übrigen nach einem Thermolastwechsel (10.000 Zyklen, 5 °C/55 °C, 30 s Verweildauer; SD Mechatronik GmbH, Feldkirchen-Westerham, Deutschland).
Bruchlastmessung in Abhängigkeit vom Befestigungsmaterial
Zur Untersuchung des Einflusses des Befestigungsmaterials auf die Bruchlast wurden 48 FFF-gefertigte Seitenzahnkronen aus PMMA und PET hergestellt. Die PET-Restaurationen wurden entweder mit einem Glasionomerzement (Meron, VOCO GmbH, Cuxhaven, Deutschland) oder einem kunststoffmodifizierten Glasionomerzement (Ketac Cem Plus, Solventum Germany GmbH, Neuss, Deutschland) befestigt. Die PMMA-Restaurationen wurden mit einem Universalprimer (Monobond Plus, Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Liechtenstein) beziehungsweise einem Adhäsiv (Visiolink, bredent GmbH & Co. KG, Senden, Deutschland) konditioniert und anschließend mit einem dualhärtenden Befestigungskomposit (Variolink Esthetic DC, Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Liechtenstein) auf Prüfabutments (TRINIA, Bicon Europe Ltd., Madrid, Spanien) befestigt.
Die Hälfte der PMMA-Restaurationen (1.200.000 Zyklen, 5 N, 5 °C/55 °C, 60 s Verweildauer; Kausimulator CS-4.10, SD Mechatronik GmbH, Feldkirchen-Westerham, Deutschland) sowie alle PET-Restaurationen (20.000 Zyklen, 5 N, 5 °C/55 °C, 60 s Verweildauer) wurden einer Kausimulation unterzogen. Abschließend erfolgte die Bruchlastprüfung mit einer Universalprüfmaschine (Zwick/Roell 1445 RetroLine, ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, Deutschland).
Ergebnisse
FFF-gefertigte Restaurationen zeigten die geringsten, CAD/CAM-gefräste die höchsten Bruchlastwerte. Bei DLP- und CAD/CAM-Restaurationen erreichten okklusale Veneers die höchsten Bruchlasten, bei FFF-Restaurationen Seitenzahnkronen. Frontzahnkronen wiesen unabhängig vom Herstellungsverfahren die niedrigsten Bruchlasten auf. Innerhalb der FFF-Restaurationen erzielte PMMA höhere Bruchlasten als PET (Abb.2).
DLP-gedruckte Restaurationen zeigten die höchste Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. 3D-Drucke aus dem FFF-PET erreichte eine mit CAD/CAM-gefrästen Restaurationen vergleichbare Genauigkeit, während FFF-PMMA die größten Abweichungen aufwies. Visiolink erzielte signifikant höhere Scherhaftfestigkeitswerte als Monobond Plus. Während der Thermolastwechsel keinen Einfluss auf Visiolink hatte, lösten sich alle mit Monobond Plus konditionierten Prüfkörper während der Alterung (Abb. 3).
Das Befestigungsmaterial beeinflusste die Bruchlast weder bei PET- noch bei PMMA-Restaurationen. Nach der Kausimulation verringerte sich die Bruchlast unabhängig vom verwendeten Befestigungsmaterial (Abb. 4).
Fazit
Die Ergebnisse zeigen, dass die Herstellungsstrategie einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften provisorischer Restaurationen besitzt. Während CAD/CAM-gefräste Restaurationen die höchsten Frakturlasten erzielte, wies DLP die größte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auf. Innerhalb der FFF-gefertigten Restaurationen erreichte PET eine Genauigkeit auf dem Niveau von CAD/CAM, wohingegen PMMA größere Abweichungen zeigte. Für PMMA erwies sich Visiolink als geeignetes Adhäsivsystem. Unter Berücksichtigung der material- und verfahrensabhängigen Unterschiede stellt FFF eine vielversprechende Alternative zur Herstellung provisorischer Restaurationen dar.