Innerhalb einer relativ kurzen Zeit hat sich der 3D-Druck in vielen Dentallaboren etabliert. 3D-Drucker sind in den Arbeitsablauf integriert und Teil der zahntechnischen Prozesskette geworden. Ungeachtet dessen, dass sich der dentale 3D-Druck noch am Anfang der Entwicklung befindet – insbesondere im Bereich der Materialien ist noch Forschungs- und Entwicklungsarbeit notwendig – ist das Potenzial hoch. Derzeit wird der 3D-Drucker in der prothetischen Zahnmedizin vor allem für Modell- und Hilfsobjekte verwendet. Hierbei ist der 3D-Druck kein Selbstzweck, sondern Antwort auf die Veränderung in der Branche und in der Arbeitswelt. Die Automatisierung von Prozessen steht in vielen Bereichen im Fokus und ist auch im Dentallabor ein wichtiges Thema. „Prozesse optimieren“ klingt abstrakt und nach betriebswirtschaftlicher Floskel, ist jedoch eine wichtige Grundlage für den erfolgreichen Laboralltag. Zahntechniker arbeiten im Bereich der Medizinprodukte. Prozesse sind daher so abzustimmen, dass mit Sicherheit eine hohe Qualität umgesetzt werden kann. Hier bieten moderne 3D-Drucksysteme interessante Möglichkeiten. Drucker, Software, Materialien und Post-Processing sind ideal aufeinander abgestimmt. Zunehmend werden Arbeitsschritte an die Maschine übergeben, was dem Zahntechniker mehr Spielraum für seine eigentlichen Kernkompetenzen bietet.

Automatisierung im Dentallabor

Automatisierung bedeutet Produktivität sowie Effizienz und zugleich Sicherheit innerhalb der Prozesskette. Fehlerquellen werden vermindert, indem manuelle Arbeitsschritte wegfallen. Dies bedeutet nicht, dass zahntechnische Fertigkeiten und manuelle Fähigkeiten ersetzt werden. Vielmehr gilt der Grundsatz: Je repetitiver eine Tätigkeit, desto höher ihr Potenzial, sie zu automatisieren. Werden „anspruchslose“, wiederkehrende Arbeiten von Maschinen übernommen, ist das für den Zahntechniker eine Erleichterung des Arbeitsalltags. Zudem sind weitere, nicht wirtschaftlich orientierte Aspekte als Vorteile der Automatisierung zu nennen. Hierzu zählen die Kunden- und Patientenzufriedenheit und damit auch die Reputation des Dentallabors. Beispiel Abformlöffel: Individuell gedruckte Abformlöffel kommen bei Zahnärzten erfahrungsgemäß sehr gut an (Argumente: gleichmäßige Wandstärken, professionelles Aussehen nach Industriestandard, hohe Qualität).

Für Zahntechniker bedeuten die digitalen Möglichkeiten auch, sich mit den Technologien zu beschäftigen und sie kritisch zu beurteilen. Was ist sinnvoll für das Dentallabor? Die Antwort obliegt oft individuellen Gegebenheiten. Grundsätzlich gilt, nur weil die Automatisierung eines Prozesses aus technischer Sicht sinnvoll scheint, muss sie noch lange keinen wirtschaftlichen Mehrwert für das Dentallabor bieten. Andersherum bedeutet es auch, Prozesse nicht nur aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu betrachten. Beispiel Abformlöffel: Der 3D-Druck des Abformlöffels ist nicht unbedingt günstiger als die konventionelle Fertigung, doch die anderen, nicht monetären Vorteile (Arbeitserleichterung, Qualität) lassen den 3D-Druck in vielen Fällen zur Technologie der Wahl werden. Es gilt wie immer, Vor- und Nachteile sorgfältig abzuwägen; nicht nur bezogen auf die eigentliche Technologie (3D-Druck), sondern auch auf die Geräte bzw. 3D-Drucksysteme.

Qualitätskriterium 3D-Drucker

Obwohl der 3D-Druck ein automatisierter Fertigungsprozess ist, sind aktuell im Laboralltag häufig noch manuelle Arbeitsschritte notwendig, bis das gedruckte Objekt einsatzbereit ist. Trotz aller Digitalisierung verlangt der 3D-Druck händisches Arbeiten. Oft sind diese Arbeiten mühselig, zeitaufwendig und haben mit der zahntechnischen Kernkompetenz wenig zu tun (z. B. Ablösen des Druckobjektes von der Bauplattform, Reinigung des gedruckten Objektes). Und bei aller Euphorie für den 3D-Druck gilt es, die hohen Anforderungen in Bezug auf Präzision sowie Reproduzierbarkeit und den regulatorischen Rahmen im Blick zu behalten. Vor diesem Hintergrund werden vonseiten der 3D-Druckerhersteller Abläufe stetig optimiert, Prozesse und Materialien validiert und Anwendungen komfortabler gestaltet.

Neuer Drucker mit noch mehr Automatisierung

Ein Beispiel für einen modernen Drucker, der eine zunehmende Automatisierung im Dentallabor genehmigt, ist der Straumann® CARES® P30+ ASM aus dem Hause Rapid Shape (Abb. 1). Wie alle Drucker dieser Serie basiert das Gerät auf der Force-Feedback-Technologie. Was technisch und theoretisch klingt, äußert sich im praktischen Alltag durch schnelle Druckgeschwindigkeit und hohe Präzision. Bei der Force-Feedback-Technologie überwacht ein Messgerät den Vorgang und liefert Echtzeit-Daten für die Bewegungssteuerung. Ein Vorteil ist, dass der Trennvorgang kontrolliert und sanft erfolgt, während die sonstigen Bewegungen zum Mischen und Nachfluss von frischem Druckermaterial für die nächste Bauschicht beschleunigt werden. Eingebettet ist der Drucker in eine validierte Prozesskette aus

• verschiedensten 3D-Druckerharzen,
• automatischem Reinigungssystem (Straumann® CARES® P wash) und
• automatisiertem Lichthärtegerät (Straumann® CARES® P cure).

Der kleine Unterschied

Der neue Drucker unterscheidet sich zu dem Modell P30 nur mit einem einzigen Tool, welches jedoch im Arbeitsalltag wertvoll geworden ist. Der Drucker integriert eine Schublade und ein Messer (Abb. 2 und 3). Dies ist die sogenannte ASM-Funktion (Abscher-Mechanismus). Der Vorteil dieser Funktion offenbart sich im Laboralltag. Das manuelle Ablösen der gedruckten Objekte von der Bauplattform ist aufwendig und gehört sicher nicht zu den Lieblingsaufgaben eines Zahntechnikers. Die ASM-Funktion erlöst den Zahntechniker von dieser Aufgabe. Ist ein Druckjob beendet, fährt das Messer automatisch über die Bauplattform und löst das gedruckte Objekt ab. Die Objekte fallen in die darunterliegende Wanne; der nächste Druckjob kann starten, wodurch sich der mannlose Betrieb des Druckers verlängert. Der Zahntechniker entnimmt später die gesammelten Druckobjekte der Wanne und beginnt mit dem Post-Processing. Die ASM-Funktion ist ein weiterer Schritt hin zur Automatisierung zahntechnischer Abläufe im 3D-Druck. Zusammen mit den automatisierten Reinigungs- und Lichthärteprozessen ist ein angenehmer, fast vollständig automatisierter Workflow gegeben. Hat sich der Zahntechniker an die Vorzüge der ASM-Funktion gewöhnt, möchte er sie nicht mehr missen. Es wird Zeit gespart. Zudem entfällt das im manuellen Vorgehen oft mühselige und durch die „schmierigen“ Resine meistens schmutzige Lösen der Objekte von der Modellplattform. Der gesamte Druckprozess wird komfortabler.

Anwendungen im Laboralltag

Abformlöffel und Bissschablonen

Das Drucken individueller Abformlöffel ist in vielen Laboren Normalität. Hier zeigt sich einmal mehr, wie schnell sich Technologien (Software, Hardware, Materialien) entwickeln und wie zugleich die Akzeptanz der Anwender steigt. Noch vor einigen Jahren wurde die Indikation „Löffel“ für den 3D-Drucker kritisch diskutiert. Heute werden auch im Labor des Autors alle Löffel und Bissschablonen mit dem 3D-Drucker hergestellt und die Prozesse dementsprechend umgestellt.

Grundsätzlich gilt es, bei der Einführung neuer Prozesse zwei Fragen zu betrachten: 1. Ist der neue Prozess günstiger? Ist der neue Prozess besser? Abformlöffel zu drucken, ist aus wirtschaftlicher Sicht nicht unbedingt günstiger, aber das Ergebnis ist besser. Es gibt gute Software-Anwendungen für das Konstruieren von Löffeln und Bissschablonen. Gängige CAD-Softwares (z. B. 3Shape, Dentalwings Straumann® CARES® Visual, exocad) integrieren entsprechende Optionen. Zudem wurden pfiffige Software-Lösungen als Stand-Alone-Anwendung entwickelt, die dem Zahntechniker viele Möglichkeiten bieten (z. B. SHERAeasy-base, Shera oder BISS Dental, Promadent).

Qualität und „Lock and Feel“ eines gedruckten Löffels sind hoch. Gerade wenn eine aufwendige prothetische Restauration gefertigt wird, sollte der Abformlöffel entsprechend hochwertig anmuten. Dies kann mit dem 3D-Druck auf komfortable Weise umgesetzt werden (Abb. 4 bis 6). Einige Vorteile des gedruckten Abformlöffels:

• gute Optik und Haptik,
• identisch einheitliche Qualität,
• gleichmäßige Ausblockung, einheitliche Löffelwand und Abformmaterialstärke,
• entsprechend eingearbeitete Retentionen,
• abgestimmt auf verschiedene Abformmaterialien,
• angepasst an individuelle Vorlieben bei der Arbeit des Zahnarztes,
• nur wenig Nacharbeit für den Zahntechniker.

Nicht immer günstiger, aber besser: Aus wirtschaftlicher Sicht ist das Drucken des Löffels nicht günstiger. Bedenkt man jedoch, dass das Dentallabor ohnehin basierend auf einem Datensatz arbeitet, ist die digitale Herstellung des Löffels die logische Schlussfolgerung. Und auch für viele andere Indikationen wird der 3D-Druck bevorzugt, z. B. für Bissschablonen und für Aufnahmehalterungen im Rahmen der elektronischen Bissregistrierung (Abb. 7 und 8).

Modellherstellung

Die Modellherstellung ist eine klassische Indikation für den 3D-Drucker. Zusätzlich zu Modellen für das Fertigstellen von Kronen und Brücken auf natürlichen Pfeilern mit herausnehmbaren Stümpfen und Implantatmodellen mit Laboranalogen gewinnen Modelle für die digitale Kieferorthopädie (Aligner) an Relevanz. Hinsichtlich der Daten aus dem Intraoralscanner stellt sich nicht die Frage, ob das digital hergestellte Modell besser oder schlechter ist als das Gipsmodell. Der 3D-Druck ist die logische Konsequenz; es sei denn, dass modellfrei gearbeitet wird. In der Regel benötigt der Zahntechniker ein Modell (Fertigstellen, Kontrolle) und hier ist der 3D-Druck oft das Verfahren der Wahl.

Wie passen die herausnehmbaren Stümpfe im Modell? Insbesondere bei Modellen mit herausnehmbaren Stümpfen (Geller-Modell) haben viele Drucker Probleme, eine reproduzierbare Passung der Stümpfe zu generieren. Hier scheinen zwei Problematiken eine Rolle zu spielen: einerseits die Präzision des Druckers im Allgemeinen. Andererseits limitiert oft die Konstruktionssoftware für die Stümpfe die Anwendung. Herausforderung ist eine Stumpfgeometrie, die nicht zu rund ist, um den Stumpf exakt passend im Modell zu reponieren. Hier haben die Straumann® CARES® P series-Drucker ein Alleinstellungsmerkmal. Rapid Shape und Straumann haben dafür eine neue Stumpfgeometrie für die CAD/CAM-Software Straumann® CARES® Visual entwickelt. Die herausnehmbaren Stümpfe haben ein spezielles Design, deren Kernidee elastische Führungsflügel sind, die eine Toleranz von rund 30 μm zum Zahnmittel ausgleichen. Weiteres Element ist eine für den 3D-Druck optimierte Auflage für die Z-Achse mit einer Abweichung von +/- 25 μm. Die drei Flügelelemente mit stets gleicher Federwirkung justieren den Stumpf bei unterschiedlicher Stumpfgeometrie im Modell automatisch zum Zahnmittelpunkt (Abb. 9 bis 11). Sobald der Stumpf in das Modell eingesetzt wird, federn die Elemente minimal ein (Abb. 12 und 13). 

Implantatprothetik

Die gute Passung steht auch bei gedruckten Implantatmodellen im Fokus. Hier müssen die in ihrer Geometrie verschiedenen Laboranaloge exakt reponiert werden können (Abb. 14). Sind die Druckerparameter entsprechend eingestellt, werden präzise, sichere und reproduzierbare Ergebnisse realisiert. Aber: Die Parameter müssen je nach Laboranlog bzw. dessen Form neu bewertet und angepasst werden. Beispielhaft sei das klassische Straumann-Laboranalog mit seiner länglich-konischen Form gezeigt; das Laboranalog passt exakt in das Modell (Abb. 15). Alternative wäre das Medentika-Laboranalog, welches ein völlig anderes Design hat. Auch hier ist mit den richtigen Druckerparametern eine hohe Präzision realisierbar (Abb. 16).

Prächirurgisch ein Modell mit exakter Implantatposition herstellen zu können, eröffnet dem Dentallabor neue Wege. Die provisorische Restauration (Sofortversorgung) kann im digitalen Workflow direkt aus der Implantatplanung heraus gefertigt werden. Für temporäre Kronen steht innerhalb des hier beschriebenen Drucksystems das Material P pro Crown & Bridge zur Verfügung (Abb. 17). Eine Besonderheit ist die Art der Nachbearbeitung innerhalb der validierten Prozesskette bzw. der innovative Reinigungsprozess. Unmittelbar nach dem Druckvorgang werden die Objekte (z. B. temporäre Kronen) in eine Zentrifuge gegeben (Abb. 18). Dadurch werden Resin-Überschüsse auf dem gedruckten Objekt entfernt. Diese Art der Reinigung ist eine Alternative zum gängigen Vorgehen mit Alkohol; Alkohol kann die Langzeitstabilität eines Druckerharzes negativ beeinflussen. Die Reinigung in der Zentrifuge ist zwar etwas aufwendiger, kann jedoch für die Materialqualität positiv sein. Gerade bei Objekten, die längere Zeit im Mund verbleiben (z. B. temporäre Kronen), ist dieser Aspekt zu bedenken (Abb. 19 und 20). Die beschriebenen Indikationen lassen den 3D-Drucker in der Implantatprothetik zu einem Protagonisten werden. Sind alle Parameter aufeinander angestimmt, können Modell, Bohrschablone und temporäre Krone vor dem chirurgischen Eingriff gedruckt werden (Abb. 21).

Ausblick: Materialien

Hinsichtlich der Materialien wird eine Auswahl für verschiedenste Indikationen angeboten. Der Druckerhersteller arbeitet mit verifizierten Materialpartnern zusammen und bietet für deren Portfolio industriell und zahntechnisch geprüfte Parameter an. Zudem validiert die Entwicklungsabteilung von Straumann die Materialien u. a. auf Biokompatibilität und Sterilisierbarkeit. Derzeit sind neun verschiedene Materialien verfügbar, die entsprechend der Indikation eingesetzt werden können (Abb. 22). Die Forschung ist auf diesem Gebiet sehr aktiv, sodass neue spannende Indikationen zu erwarten sind.

Interessante Entwicklung ist ein sedimentfreies Resinharz für den 3D-Druck (noch in der Entwicklung) (Abb. 23). Bei herkömmlichen 3D-Druckresinen besteht die Gefahr, dass sich die Sedimente im Material bei längerer Zeit des Nichtgebrauchs am Boden absetzen. Das Harz entmischt sich. Dies kann die Qualität des Drucks beeinflussen. Straumann arbeitet momentan an Kunststoffen, die keine Sedimente mehr enthalten. Diese Idee kommt aus der Industrie, wo mit sehr großen Tanks gearbeitet wird, in denen sich das Material nur schwer aufrühren lässt. Mit sedimentfreien Dental-Resinen wäre dieses Problem auch aus dem Laboralltag verbannt, was erneut einen Schritt hin zur vollständigen Automatisierung des 3D-Drucks bedeuten würde

Fazit

Nachdem der 3D-Druck im Laboralltag etabliert ist, steht die Materialentwicklung im Fokus. Zudem sind die Hersteller bestrebt, den 3D-Druck angenehmer und reproduzierbarer zu gestalten. Dies wird bei den 3D-Druckersystemen von Rapid Shape (z. B. Straumann® CARES® P30+ ASM) mit einer steigenden Automatisierung, cleveren Softwareapplikationen und innovativen Materialien erreicht. Schon längst steht der 3D-Drucker nicht mehr als Solist im Fokus, sondern die gesamte validierte Prozesskette aus Drucker und Post-Processing, Software sowie Materialien.

Vorgestellt wurden derzeit gängige Indikationen für den Druck zahnmedizinischer Hilfsmittel sowie temporärer Restaurationen. In einigen Bereichen der Zahntechnik haben konventionelle Prozesse im Labor des Autors größtenteils ausgedient, z. B. Herstellen von Abformlöffeln oder Bohrschablonen. In Zukunft sind zusätzliche Anwendungsbereiche für den 3D-Drucker zu erwarten. Neben der erweiterten Materialpalette wird die künstliche Intelligenz (KI) in Druckersystemen und Software zum Einsatz kommen, um beispielsweise das Workflow-Management zu optimieren. Für den Zahntechniker bedeutet das mehr Automatisierung des 3D-Druckprozesses und mehr Zeit für eigentliche zahntechnische Kernaufgaben. Mit den modernen Druckern wird eine zuverlässige und alltagstaugliche Technologie angeboten, die sich sicher und komfortabel in den Laboralltag integriert. 

© Deutsche Erstveröffentlichung: Quintessenz Zahntechnik 4/2021, Seite 290-298, Quintessenz Publishing, Quintessenz Verlags-GmbH, Berlin