Zahnmedizin – Weißere Zähne aus dem Drucker?!

Im Bereich der Zahnmedizin kommt der 3D Druck in immer stärkerem Umfang zum Einsatz. Er wird hier sowohl von Zahnärzten, Zahntechnikern als auch von Kieferorthopäden genutzt. Diese setzen dabei sowohl auf 3D Drucker als auch auf 3D Scanner, welche teilweise speziell für diese Anwendungen geschaffen wurden. Die Fertigung von Zahnbrücken, Implantaten, Zahnkronen und dergleichen mehr lässt sich durch den Einsatz dieser Technologie zeitlich erheblich verkürzen. Zudem wird auch weniger Material verbraucht als bei der herkömmlichen Fertigung (vor allem) im Dentalbereich. Insbesondere Patienten profitieren von einem individuell auf sie zugeschnittenem Service.

Gebissmodelle, Kronen, Brücken und Bissschienen aus dem 3D Drucker

Mit einem 3D Scanner und einem 3D Drucker können beispielsweise Wachsmodelle des Gebisses gefertigt werden. Ein solches Wachsmodell dient dann als Basis für den 3D Druck von Bissschienen, chirurgischen Führungen und dergleichen mehr. Bis jetzt mussten diese Abdrücke immer mit einem sogenannten Abformlöffel und Abdruckmasse vorgenommen werden, was für einige Patienten sehr unangenehm ist. Ein 3D Scanner erfasst die Daten des Gebisses, am Rechner werden sie dann mit Hilfe einer Software in eine 3D Datei umgewandelt.

In der Hauptsache wird die Technologie allerdings für die Herstellung von Zahnkronen, Brücken und Zahnimplantaten eingesetzt. Hier greift man in der Regel auf Metall verarbeitende 3D Drucker zurück, müssen die neuen Zähne doch eine erhebliche Krafteinwirkung (Kauen) aushalten – und das auf Dauer.

Potenziale des zahnmedizinischen 3D Drucks

Im Jahr 2015 wurden durch die additive Fertigung in der Dentalindustrie umgerechnet ungefähr 780 Millionen US-Dollar umgesetzt. Das Marktforschungsunternehmen Smart Tech Publishing geht davon aus, dass der Umsatz im Jahr 2020 auf mehr als 3 Milliarden US-Dollar anwächst. Zugleich zieht auch der Markt für die digitale Zahnmedizin weiter an. So verzeichnet EnvisionTEC im Jahr 2016 gegenüber dem Vorjahr ein Umsatzwachstum von 75 Prozent. Auch in den nachfolgenden Jahren dürfte der Umsatz deutlich zugelegt haben.

Haupteinsatzgebiete des dentalen 3D Drucks

Der 3D Druck wird unter anderem für

  • den Feinguss,
  • die direkte Fertigung von Dentalgeräten und für Restaurationen,
  • die Herstellung von Bohrschablonen und Dentalwerkzeugen

eingesetzt.

Als Feinguss versteht man dabei unter anderem die Fertigung von patientenspezifischen Kronen und Brücken. Das zu fertigende Objekt wird dann aus flüssigem Material, welches in die Form gegossen wurde, hergestellt. Als Material können unter anderem Keramik und Metall verwendet werden.

Bei der Herstellung von Dentalgeräten kommt das jeweilige Produkt direkt aus dem 3D Drucker. Dies kann beispielsweise eine Metallzahnkrone sein.

Ein drittes großes Gebiet ist die Fertigung von chirurgischen Bohrschablonen sowie von Dentalwerkzeugen. Auch hier kommt das Objekt direkt aus dem 3D Drucker. Die Schablonen können beispielsweise aus spezifischen Harzen gefertigt werden, die in der Verfahren wie der Stereolithographie (SLA) zum Einsatz kommen.

Vorteile der additiven Fertigung in der Zahnmedizin

Für die konventionelle Herstellung einer Brücke, einer Krone oder eines anderen Zahnersatzes werden meist zwei oder drei Wochen benötigt. Durch den Einsatz der – teilweise intraoralen – 3D Scanner sowie eines 3D Druckers (teilweise mit Fräseinheit) ist es möglich, diesen Zeitraum auf zwei bis drei Tage zu reduzieren. In einigen Zahnarztpraxen wird die Brücke oder das Implantat auch sofort gedruckt und dem Patienten noch in der gleichen Sitzung eingesetzt.

Gerade für den zahnmedizinischen Einsatz kommen immer mehr Druckmaterialien auf den Markt. Waren es  bis Ende 2017 etwa 20 zugelassene Materialien, so rechnet man damit, dass allein 2018 zehn bis 20 weitere Materialien ihre Zulassung erhalten. Je nach Materialklasse kann der Zulassungsprozess  bis zu drei Jahre dauern.

Ein weiterer Vorteil ist, dass auch bei einem kleinen Druckbett mehrere Gegenstände in einem Arbeitsgang gefertigt werden können.

Welche 3D Druckverfahren können zum Einsatz kommen?

Die 3D Druckverfahren im Rahmen der Zahnmedizin sind entweder die Stereolithographie (SLA), das Fused Deposition Modeling (FDM), das Digital Light Processing (DLP), das ProJet/MultiJet Printing (MJP) oder das Direct Metal Printing (DMP).

SLA und DLP 3D Drucker arbeiten mit verschiedenen Harzen (Resin). Dieses Harz befindet sich in einem speziellen Tank und wird durch einen Laser oder einen Projektor zum gewünschten Objekt ausgehärtet. Hauptsächlich kommen sie für das Wachsschmelzverfahren zum Einsatz und können hierfür Formen reproduzieren. Desgleichen eignen sie sich zur direkten Fertigung von endgültigen Objekten wie beispielsweise Bissschienen. Die Technologie arbeitet sehr genau und kann sogar eine Auflösung von bis zu 20 Mikrometern erreichen. Aus dem Harz können zudem 3D Druckformen für den Feinguss gefertigt werden, die dann wiederum als Basis für weitere 3D Drucke mit anderen Materialien dienen können.

Die Powder Bed Fusion Technologie wird von Metall 3D Druckern verwendet. Für die Fertigung steht Metallpulver in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen zur Verfügung. Metall 3D Drucker sind zwar kostenintensiv, ihre Anschaffung kann sich bei regelmäßigem Einsatz schnell amortisieren. Zu den gebräuchlichsten Produktionsmethoden gehört das Direct Metal Laser Sintering (DMLS). Mit ihm können hochwertige Objekte gefertigt werden, ohne dass es im Vergleich zur konventionellen Herstellung zu Einbußen bei der Qualität kommt.

3D Scanner in der Zahnmedizin

Zu den wichtigen zahnmedizinischen Geräten in der Themenwelt des 3D Drucks gehören auch 3D Scanner. Nicht jeder mag es, wenn von seinem Gebiss Abdrücke genommen werden müssen. Oft tritt vor allem eine Art Würgereiz auf. Mit einem 3D Scanner können die Informationen unkomplizierter gewonnen werden. Diese Geräte müssen eine hohe Genauigkeit aufweisen, um so den Mund und das Gebiss realistisch darzustellen.

In der Zahnmedizin können zwei verschiedene 3D Scannerarten zum Einsatz kommen. Zum Einen handelt es sich um intraorale und zum Anderen um Desktop 3D Scanner.

Der intraorale 3D Scanner erschafft farbige dreidimensionale Bilder der Prothese beziehungsweise des Gebisses eines Patienten. Diese Geräte werden in den Mund eingeführt und erstellen dann ein hochpräzises farbiges 3D-Modell. Dieses Modell wird dann von einer Software modifiziert und ermöglicht so die Anfertigung einer neuen Krone, Brücke oder Prothese.

Desktop 3D Scanner nutzen eine strukturierte Lichttechnik (entweder Weiß- oder Blaulicht) und sind zugleich vollständig umschlossen. In der Scankammer soll die Belichtung vollständig gesteuert werden. Mit diesen Geräten ist es möglich, die digitalen Daten auf der Basis von konventionellen Zahnabdrücken zu ermitteln. Auch bei diesen Scannern sollte au eine hohe Bildauflösung geachtet werden. Die Anschaffungskosten für diese mobilen Geräte liegen im vier- oder fünfstelligen Bereich. Desktop Scanner von 3shape kosten beispielsweise ab ca. 2.500 Euro. Wer nur wenige Scans durchführen oder die Technologie erst einmal testen möchte, kann sich ein solches Gerät auch mieten.

Einige Hersteller bieten auch Pakete, die aus einem 3D Scanner und einem 3D Drucker bestehen, zum Kauf an. In der Regel sind diese beiden Geräte dann auch miteinander kompatibel. Kommt dann noch ein guter technischer Support dazu, rechnet sich die Anschaffung erst recht.

Fazit

Auch in den nächsten Jahren werden viele Zahnärzte, Zahntechniker und Kieferorthopäden in verstärktem Maße in den 3D Druck und 3D Scan investieren. Allein schon aufgrund seiner Detailtreue, seiner Vielfalt und seiner Genauigkeit hat der 3D Druck in der Zahnmedizin ein erhebliches Potenzial. Da auch einige Unternehmen ihr Angebot an dental einsetzbaren 3D Druckern erweitern möchten, ist es durchaus sinnvoll, sich auch über die höherpreisigen 3D Drucker (Fertigdrucker) und 3D Scanner Modelle zu informieren. Meist arbeiten diese Geräte wesentlich professioneller, eventuell wurden sie sogar für den industriellen Einsatz zugelassen.

Weiterführende Literatur/Quellen:

  • https://formlabs.com/de/blog/preform-219-schnellere-bohrschablonen/
  • https://www.zahnarzt-dr-stoltenberg.de/praxis/ausstattung-und-technik/vollkeramikzahnersatz-mit-cerec
  • https://www.zwp-online.info/fachgebiete/kieferorthopaedie/grundlagen/3d-druck-wirklicher-vorteil-oder-digitaler-hype