3D-Druck in der Zahnmedizin

3D-Druck in der Zahnmedizin

3D-Druck in der Zahnmedizin – Ein neuer Meilenstein für eine wirtschaftliche Gesundheitsversorgung

Der 3D-Druck revolutioniert die Zahnmedizin, indem er zur Effizienzsteigerung und Kostensenkung im Gesundheitssystem beiträgt. Insbesondere durch den Einsatz von Photopolymeren ermöglicht der 3D-Druck erhebliche Fortschritte, wie etwa verbesserte Materialien und optimierte Prozesse bei gleichzeitig reduzierten Kosten.

Finden Sie heraus, welche Anwendungsmöglichkeiten der 3D-Druck Zahnmedizin bietet, wie beispielsweise bei Implantaten oder kieferorthopädischen Behandlungen, und wie die Technologie – dank der vielfältigen Eigenschaften des Photopolymerharzes – die Behandlung auf jeden einzelnen Patienten anpassen lässt.

Entwicklung des 3D-Drucks in der Zahnmedizin

Die Geschichte des 3D-Drucks in der Zahnmedizin reicht zurück in die 1980er Jahre mit der Einführung von Stereolithografie (SLA). Seitdem haben Fortschritte in der Photopolymer-Technologie sowie der digitalen Modellierung die Produktion von Zahnersatz revolutioniert.

 

  • 1980er: Erste SLA-Prototypen für dentale Anwendungen
  • 2000er: Einführung biokompatibler Photopolymere
  • Heute: Kombination aus KI, Automatisierung und On-Demand-Fertigung

Was ist 3D-Druck?

3D-Druck, oder additive Fertigung, baut Objekte Schicht für Schicht aus einem digitalen Modell auf. Die Vat-Photopolymerisation nutzt lichtempfindliche Photopolymere, die durch Licht aushärten und hochdetaillierte, glatte Oberflächen ermöglichen.

Die Einsatzbereiche sind unter anderem: 3D-Druck Automobilindustrie, 3D-Druck im Bauwesen und Schmuck aus dem 3D-Drucker.  Auch der Bereich 3D-Druck in der Medizin erfährt eine ähnlich schnelle Entwicklung. So kann er beispielsweise in der Zahnmedizin den Produktionsprozess dezentralisieren, personalisieren, beschleunigen und insgesamt effizienter machen.

3D Printing in Dentistry - Header.jpg



Überblick über Dental-3D-Drucktechnologien

Im Bereich der 3D-Druck-Technologien für die Zahnmedizin stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, darunter Stereolithografie (SLA), Digital Light Processing (DLP) und Masked Stereolithography (mSLA).

Jede dieser Technologien bietet spezifische Vorteile und Einschränkungen, die je nach Anwendungsbereich – wie beispielsweise der Herstellung von Alignern oder Implantaten – entscheidend sind. Der 3D-Druck im Dentalbereich ermöglicht Zahnärzten und Laboren die präzise Herstellung von Modellen und Apparaturen, wodurch eine individuell angepasste Patientenversorgung gewährleistet wird.

3D-Druck Zahnmedizin und seine Anwendungsbereiche

Der Einsatz von Photopolymeren im 3D-Druck hat in der Zahnmedizin bereits bedeutende Fortschritte hervorgebracht. Sowohl für Zahnarztpraxen als auch für Universitäten trägt er zu einer verbesserten Patientenversorgung, kürzeren Behandlungszeiten bei gleichzeitig besseren Resultaten sowie einer höheren Kosteneffizienz bei.

3D-Druck Implantate

Dank der 3D-Druck-Technologie können Fachleute 3D-Druck-Implantate herstellen, die auf die einzigartige Anatomie und die jeweiligen Bedürfnisse des Patienten zugeschnitten sind. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, Implantate zu personalisieren und weiterzuentwickeln, um bessere Ergebnisse zu erzielen und zufriedenstellende Resultate sowohl für die Patienten als auch für die Zahnärzte zu erhalten.



Der 3D-Druck wird zur Herstellung verschiedener prothetischer Komponenten verwendet, die bei der Behandlung mit Implantaten zum Einsatz kommen, wie z. B. Abutments und Kronen. Diese Komponenten können genau auf das Implantat und die angrenzenden Zähne des Patienten abgestimmt werden, was zu einer verbesserten Ästhetik und Funktionalität führt. Dieses Mass an Individualisierung gewährleistet eine bessere Passform und verringert die Notwendigkeit umfangreicher Anpassungen während des Eingriffs.

Kieferorthopädische Behandlung

Der 3D-Druck in der Zahnmedizin ermöglicht die präzise Herstellung massgeschneiderter kieferorthopädischer Brackets, die individuell auf die Zahnanatomie jedes Patienten abgestimmt sind. Diese Brackets können so gestaltet werden, dass sie sicher und effizient sitzen. Der Photopolymer-Druck wird zum Beispiel häufig zur Herstellung von Alignern verwendet.

Der Kieferorthopäde nimmt zunächst digitale Scans der Zähne des Patienten auf, anhand derer er eine Reihe von Alignern entwirft, die die Zähne nach und nach in die gewünschte Position bringen. Bei diesem Verfahren werden die Formen in 3D gedruckt, während die Aligner unter Verwendung von Kunststofffolien wie Polyethylenterephthalatglykol (PETG) oder thermoplastischem Polyurethan (TPU) thermogeformt werden.

 

3D-1-_Zähne_957x508px.jpg


Chirurgische Schablonen

Der Einsatz von Photopolymer-3D-Druck in der Zahnmedizin hat sich als bahnbrechend bei der Herstellung von Schablonen für unterschiedlichste Anwendungen erwiesen, darunter Kieferorthopädie, Implantologie und Kieferchirurgie. Durch die Möglichkeit, hochpräzise und detailreiche Ergebnisse zu erzielen, eignet sich diese Technologie zudem hervorragend für chirurgische Eingriffe

Bohrschablonen sind wichtige Hilfsmittel, die Chirurgen bei der Durchführung präziser und minimalinvasiver Eingriffe unterstützen. Während des Eingriffs wird die Bohrschablone über die Anatomie des Patienten gelegt und hilft dem Chirurgen dabei, präzise Schnitte zu setzen, Implantate zu positionieren oder andere Verfahren durchzuführen. Sie sorgt dafür, dass die chirurgischen Eingriffe genau wie geplant ablaufen, wodurch das Risiko von Fehlern oder Komplikationen verringert wird.


Einsatz bei der Ausbildung

Der 3D-Druck in der Zahnmedizin schafft neue Möglichkeiten für die Aus- und Weiterbildung, indem er Zahnmedizinstudenten und Fachkräften praktische Übungsmöglichkeiten bietet und gleichzeitig die Kommunikation mit Patienten erleichtert. Dank des Photopolymer 3D-Drucks können hochpräzise und detaillierte anatomische Modelle von Zähnen, Kiefer und oralen Strukturen angefertigt werden, welche in der praktischen Ausbildung von Zahnmedizinstudenten von Vorteil sind.

Ausserdem können 3D-gedruckte Modelle für chirurgische Simulationen verwendet werden, die es Zahnmedizinstudenten ermöglichen, verschiedene zahnmedizinische Verfahren in einer risikofreien Umgebung zu üben. Dazu gehören beispielsweise Zahnextraktionen, das Setzen von Implantaten sowie viele andere chirurgische Techniken. Zahnmedizinische Fakultäten können den 3D-Druck sogar nutzen, um patientenspezifische Modelle zu erstellen, die auf echten klinischen Fällen basieren. Als Lehrmittel dienen solche Modelle den Studierenden dann dazu, Behandlungsmöglichkeiten kennenzulernen und Behandlungspläne für bestimmte Patienten zu entwickeln.

Vorteile von 3D-Druck Zahnmedizin

Die Photopolymerisation im 3D-Druck für die Zahnmedizin bietet viele Vorteile in Bezug auf individuelle Anpassung,, höhere Flexibilität und geringere Kosten. Im folgenden Abschnitt werden die wichtigsten Vorteile des Photopolymer 3D-Drucks beschrieben.

Massanfertigung

Die Massanfertigung ist ein zentraler Aspekt des 3D-Drucks in der Zahnmedizin, da die individuelle Zahnanatomie und die spezifischen Behandlungsanforderungen jedes Patienten massgeschneiderte Lösungen erfordern. Egal, ob es sich um Zahnkronen, Brücken, Aligner oder Retainer handelt, durch das 3D-Druckverfahren wird sichergestellt, dass die Geräte präzise und bequem im Mund des Patienten sitzen. Darüber hinaus ermöglichen massgeschneiderte chirurgische Schablonen präzise und minimalinvasive Eingriffe, bei denen gesundes Gewebe geschont wird und weniger Beschwerden auftreten.

Gleichzeitig wird durch den 3D-Druck der Herstellungsprozess gestrafft, so dass massgefertigte Zahnprothesen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden schneller produziert werden können. Dies verkürzt die Wartezeit für die Patienten und führt zu optimierten Behandlungsabläufen.

Dezentralisierte Produktion

Während herkömmliche Herstellungsverfahren häufig zentralisierte Produktionsanlagen voraussetzen, bei denen zahnmedizinische 3D-Druck Geräte und Prothetik in Massenproduktion gefertigt werden, ermöglicht der Photopolymer-3D-Druck einen dezentralen Ansatz für die Herstellung.

Zahnkliniken können 3D-Drucker vor Ort haben, um verschiedene zahnmedizinische Apparate und Zahnprothesen selbst herzustellen. Dadurch entfällt die Abhängigkeit von externen Zulieferern, die Vorlaufzeiten werden verkürzt und die Effizienz der Behandlung wird gesteigert. In zahnmedizinischen Notfällen ermöglicht der 3D-Druck den Zahnärzten die rasche Herstellung von provisorischen Prothesen und Apparaten, so dass den Patienten schnell geholfen werden kann.

Materialeffizienz

Materialeffizienz im 3D-Druck in der Zahnmedizin bedeutet die Reduktion von Abfällen und die optimale Nutzung von Ressourcen, um nachhaltigere und kosteneffiziente Produktionsprozesse zu gewährleisten. Der Photopolymer-3D-Druck bietet einige Vorteile in Bezug auf die Materialeffizienz in der Zahnmedizin. Der Grund dafür liegt unter anderem in dem schichtweisen Druckverfahren, bei dem nur dort Material hinzugefügt wird, wo es benötigt wird.

Dieses additive Herstellungsverfahren ist von vornherein materialeffizienter als herkömmliche Verfahren, bei denen überschüssiges Material oft noch entfernt werden muss, um das Objekt fertigzustellen. Darüber hinaus ist bei dieser innovativen Fertigungsmethode kein grosser Bestand an vorgefertigten Artikeln erforderlich, was die Materialvorräte und den Abfall reduziert. Methoden wie Stereolithographie (SLA) oder Material Jetting nutzen hochauflösende Drucktechnologien, um komplizierte Details mit hoher Genauigkeit zu erzielen.

Geringere Arbeitskosten

Da der 3D-Druck Zahnmedizin den Produktionsprozess durch den Einsatz der Vat-Photopolymerisation optimiert, können gleichzeitig die Arbeitskosten in der gesamten Branche gesenkt werden. Der 3D-Druck automatisiert die Produktion zunehmend und macht die manuelle Arbeit bei der Herstellung von zahnmedizinischen Hilfsmitteln und Prothesen nahezu überflüssig. Sobald der 3D-Drucker eingerichtet und der digitale Entwurf fertig ist, erfordert der Druckprozess nur noch minimale menschliche Eingriffe.

Mit einem 3D-Drucker vor Ort können Zahnkliniken und -labors zahnmedizinische Apparate und Modelle selbst herstellen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Herstellung auszulagern, was zu Kosteneinsparungen bei externen Produktionskosten führt. Der 3D-Druck von Photopolymeren kann daher zu einer erheblichen Senkung der Arbeitskosten und einer Steigerung der Effizienz in Zahnarztpraxen und Labors beitragen.

Herausforderungen und Limitierungen des 3D-Drucks für Zahnimplantate

Trotz aller Vorteile, stehen Zahnärzte und Labore bei der Einführung des 3D-Drucks für Zahnimplantate vor Herausforderungen:

  • Materialeinschränkungen: Nicht alle Materialien sind für langfristigen Zahnersatz geeignet.
  • Strenge Regularien: CE-Kennzeichnung & FDA-Zulassungen sind für medizinische Anwendungen verpflichtend.
  • Kosten für Spezialgeräte: Hochwertige 3D-Drucker erfordern hohe Anfangsinvestitionen.

Anwendung von Photopolymeren in der Zahnmedizin

Bei der Anwendung von 3D-Druck in der Zahnmedizin werden Photopolymere häufig in speziellen Technologien wie dem Photopolymer-3D-Druck oder der Stereolithographie (SLA) verwendet, die zahlreiche Vorteile bieten.

Um optimale Leistung und Patientensicherheit zu gewährleisten, ist es allerdings wichtig, für jede spezifische Anwendung den richtigen Kunststoff zu wählen.

 

Zahnärzte sollten bei der Auswahl der richtigen Photopolymer-Kunststoffe für verschiedene zahnmedizinische Verfahren Faktoren wie Biokompatibilität, mechanische Eigenschaften und ästhetische Merkmale berücksichtigen.

Die eingesetzten Photopolymere setzen sich aus 3 Komponenten zusammen: Monomere, Photoinitiatoren sowie Additive. Werden sie bestimmten Wellenlängen von Licht ausgesetzt, durchlaufen diese Komponenten eine Photopolymerisationsreaktion und verwandeln sich von einem flüssigen oder gelartigen Zustand in ein festes Material.


Monomere/Oligomere

Monomere sind reaktionsfähige Moleküle, die sich mit anderen Monomeren chemisch verbinden können. Mehrere miteinander verbundene Monomere bilden Ketten, die als Polymere bezeichnet werden. Dieser gesamte Prozess wird als Polymerisation bezeichnet. Bei den Monomeren handelt es sich in der Regel um organische Verbindungen, deren Eigenschaften die Merkmale des entstehenden Polymers bestimmen.

Oligomere hingegen sind grösser als Monomere, aber kleiner als Polymere. Sie bestehen aus Monomeren und sind Zwischenprodukte, die bei der Polymerisation entstehen. Oligomere dienen als Bindeglied zwischen Monomeren und voll polymerisierten Ketten, die aufgrund der spezifischen Monomereinheiten, die sie enthalten, und der Art und Weise, wie sie miteinander verbunden sind, einzigartige Eigenschaften und Funktionen aufweisen.

Photoinitiatoren

Photoinitiatoren werden durch Licht mit bestimmten Wellenlängen aktiviert und spielen eine wichtige Rolle im 3D-Druck für die Zahnmedizin. Wenn Photoinitiatoren dem Licht ausgesetzt werden, absorbieren sie die Lichtenergie, wodurch die Moleküle von einem Grundzustand in einen Zustand höherer Energie übergehen.

In ihrem angeregten Zustand werden die Photoinitiatoren instabil und durchlaufen eine chemische Umwandlung, die zur Bildung hochreaktiver Spezies, wie freier Radikale oder Kationen, führt. Diese freien Radikale oder Kationen leiten dann die Polymerisationsreaktion ein, indem sie die in den Monomeren oder Oligomeren vorhandenen Doppelbindungen angreifen und daran binden. Infolgedessen beginnen die Monomere und Oligomere, vernetzte Polymerketten zu bilden, wodurch das flüssige oder gelartige Material in einen festen Zustand überführt wird.

Additive

Additive sind Substanzen, die dem Photopolymer-Harz zugesetzt werden, um seine Eigenschaften während des 3D-Druckverfahrens zu verbessern oder zu verändern. Diese Zusatzstoffe werden sorgfältig ausgewählt, um die Leistung des Harzes für bestimmte Anwendungen zu optimieren, z. B. für Dentalmodelle, chirurgische Schablonen, transparente Aligner und andere Dentalgeräte.

Stabilisatoren werden dem Photopolymer-Harz zugesetzt, um eine vorzeitige Polymerisation oder einen Abbau während der Lagerung oder Lichteinwirkung zu verhindern. Sie tragen dazu bei, die Integrität des Harzes zu erhalten und eine gleichbleibende Druckleistung über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten.



Modifikatoren sind Zusatzstoffe, die zur Anpassung bestimmter Eigenschaften des Photopolymer-Harzes verwendet werden. Sie können die Viskosität, die Aushärtungsgeschwindigkeit, die Flexibilität oder die mechanischen Eigenschaften des Harzes verändern und es so für verschiedene 3D-Druckanwendungen geeignet machen. Einige Photopolymer-Harze, die beim 3D-Druck im Dentalbereich verwendet werden, können auch Farbstoffe enthalten. Diese Farbstoffe verleihen den gedruckten zahnmedizinischen Geräten, wie z. B. transparenten Alignern oder chirurgischen Schablonen, die gewünschte Farbe.

Photopolymere bereichern die Gesundheitsversorgung

Die Geschwindigkeit und Effizienz eines 3D-Druckers in der Kieferorthopädie ist entscheidend, um kurze Produktionszeiten und einen hohen Durchsatz zu gewährleisten. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von massgeschneiderten Lösungen anstelle von Einheitsgrössen, während die Produktionszeit und die Kosten deutlich sinken.

RAHN ist Ihr Partner für 3D-Drucklösungen und ein zuverlässiger Lieferant von Rohstoffen für 3D-Druckharze für die Entwicklung von leistungsstarken 3D-Photopolymeren. Kontaktieren Sie uns und vereinbaren Sie einen Termin mit unseren Experten, um die beste Lösung für Ihr Projekt zu finden.

Ihr persönlicher Kontakt

Christopher Cocklan

Christopher Cocklan

3D Printing Business Development Manager EnergyCuring

RAHN USA Corp.