3D Dentaldruck: Warum revolutionieren 3D-Technologien die Branche?

Wie wir wissen, hat die additive Fertigung eine große Anzahl von Sektoren und Branchen erreicht. Sie bietet u. a. erhebliche Vorteile in Bezug auf Produktivität, Kosten, Anpassung und Herstellungszeiten. Zu den bekanntesten Anwendungen des 3D-Drucks gehört die Zahnmedizin. In diesem Bereich der Medizin ermöglicht die Technologie die individuelle Anpassung von zahnmedizinischen Lösungen für jeden Patienten. Laut einer Studie von Markets and Markets wird erwartet, dass der weltweite Markt für 3D-Druck in der Zahnmedizin bis 2029 einen Umsatz von 8,1 Mrd. US-Dollar erreichen wird, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 19 %. Dieses Wachstum lässt sich unter anderem durch die ständige Weiterentwicklung von 3D-Technologien und verschiedenen Materialien erklären.

Der 3D-Druck in der Zahnmedizin umfasst verschiedene Verfahren, von der Stereolithografie über das direkte Metallsintern bis hin zum Fused Deposition Modeling. Diese Technologievielfalt wiederum ermöglicht die Herstellung von Teilen aus Harzen, Filamenten, Metallen usw. Die additive Fertigung in der Zahnmedizin wiederum ermöglicht die Herstellung von chirurgischen Führungen, Kronen, Alignern oder Zahnersatz, wobei jede Lösung mit großer Präzision an den Patienten angepasst wird. Aber welche 3D-Technologien sind die wichtigsten und für welche Anwendungen? Welche Vorteile bieten sie in diesem Bereich und wie sieht die Zukunft aus? Lesen Sie weiter und erfahren Sie mehr.

(Bild: Roboze)

Der Dentalsektor kann in zwei Gruppen von Akteuren unterteilt werden: Zahnarztpraxen und Dentallabore. Traditionell arbeiten sie bei der Herstellung von maßgefertigten Medizinprodukten (Aligner, Kronen, Brücken usw.) zusammen. Der Zahnarzt nimmt einen Abdruck des Gebisses seines Patienten und schickt ihn an das Labor, das dann die Vorrichtung, meist aus Gips, herstellt. Dies ist ein zeitaufwändiger Prozess, der sogar mehrere Tage dauern kann, wenn man die Hin- und Rückfahrten zwischen Zahnarzt und Labor nicht mitzählt. Außerdem muss der Patient einen weiteren Termin wahrnehmen, ohne dass er eine Garantie dafür hat, dass seine Apparatur nach dem ersten Test angepasst wurde. Herkömmliche Verfahren sind daher zeitaufwändig, teuer und können ungenau sein. Das Aufkommen der 3D-Technologien setzt dieser Arbeitsmethode jedoch ein Ende und beschleunigt die Prozesse.

3D-Drucktechnologien für den Dentalbereich und ihre Materialien

Wenn man über additive Fertigung im Dentalbereich spricht, muss man wissen, dass es eine Vielzahl von Technologien gibt. Die Wahl hängt in erster Linie von den zu realisierenden Anwendungen und den kompatiblen Materialien ab. Olivier Bellaton, Direktor und Gründer von BIOSUMMER Dental, weist darauf hin, dass jedes Verfahren seine Vor- und Nachteile hat. FDM beispielsweise kann es ermöglichen, Teile „zu Kosten von unter einem Euro herzustellen, und das ohne Nachbearbeitung. Geschwindigkeit, Genauigkeit sowie Biokompatibilität sind bei diesem Verfahren jedoch nur schwer bis gar nicht umsetzbar.“ Im Allgemeinen werden mit dieser Technologie kieferorthopädische Zahnmodelle erstellt, die zur Thermoformung von Schienen verwendet werden, seien sie zum Richtigstellen, Bleichen oder Fixieren der Zähne. Allerdings gibt es auch zunehmend 3D-gedruckte Dentalprodukte, die mit PEEK gedruckt werden, welches ein biokompatibles Hochleistungspolymer ist, das auch mit FDM Druckern kompatibel ist. Der 3D-Druckerhersteller IEMAI3D stellt fest: „Die Vorteile von Teilprothesen aus PEEK sind vielfältig. Es ist ein starkes und leichtes Material, das den Patientenkomfort verbessert. Der Rahmen der Prothese ist metallfrei gefertigt und wird geschmacksneutral sein.“

D-gedruckte Zahnmodelle mit PEEK. (Bild: Juvora)

Ein weiteres Verfahren, das im Dentalbereich eingesetzt wird, und wahrscheinlich eines der wichtigsten, ist der 3D-Druck von Kunststoffen. Ob mittels Stereolithographie (SLA) oder digitaler Lichtverarbeitung (DLP), diese Technik bietet eine viel höhere Auflösung und eine erhebliche Detailgenauigkeit. Das Team von ETEC erklärt: „In Kombination mit CE/FDA-zugelassenen Materialien bietet die Photopolymerisation genauere Abdrücke und ermöglicht so agilere Geräte. Die Nachbearbeitung ist viel weniger komplex, was die Herstellungszeit verkürzt. Darüber hinaus ist es sehr einfach, das Material zu wechseln und Modelle für verschiedene Anwendungen zu drucken. Dies bringt große Vorteile für die Dentalindustrie, da die Zahnärzte ihre Patienten schneller behandeln können.“

Schließlich ist die additive Fertigung von Metallen auch ein in der Zahnmedizin weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Implantaten, Prothesen oder Kronen aus Nickel-Chrom oder Titan. Innerhalb der Familie der Metalltechnologien sind die auf Pulverbett basierenden Technologien in diesem Bereich am weitesten verbreitet. Dazu gehören das Pulverbettlaserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen. ETEC sagt auch, dass „diese Technologie eine nachhaltige Produktion erfordert, um Investitionen von bis zu mehreren hunderttausend Euro zu amortisieren, wobei die Fertigkeiten eher industriell als zahnmedizinisch sind“. Metallmaschinen sind viel teurer als andere Technologien und erfordern manchmal mehr Nachbearbeitung, was die Produktivität verringern könnte. Ein Zahntechniker erklärte uns, dass eine maschinell hergestellte Krone 15 Minuten Arbeit erfordert, während der 3D-Metalldruck 5 Stunden in Anspruch nimmt. In Bezug auf die Kosten pro Einheit ist die additive Fertigung jedoch wesentlich kostengünstiger (etwa 0,75 Cent statt 7 Euro).

Links: 3D-gedruckte Modelle mit Stereolithographie; rechts: Metallteile für zahnmedizinische Anwendungen.

Scannen und 3D-Druck: Erfolgsduo in der Zahnmedizin

Wie wir sehen können, ist der 3D-Druck in der Zahnmedizin präziser und verkürzt die Herstellungszeit. Tatsächlich dauert es nicht mehr Tage, sondern nur noch ein paar Stunden, so dass in einigen Fällen die Lösung dem Patienten in einer einzigen Konsultation übergeben werden kann. Doch welche Schritte sind bei der Herstellung von 3D-gedruckten zahnmedizinischen Geräten erforderlich? Der erste Schritt findet in der Zahnklinik statt, wo nach einer vorläufigen Diagnose durch den Facharzt ein intraoraler Scan des gesamten Mundes des Patienten durchgeführt wird. Auf diese Weise erhält man digitale Bilder, die es ermöglichen, ein 3D-Modell der gesamten Morphologie zu erstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass es neben den intraoralen 3D-Scannern auch Laborlösungen gibt, mit denen Teile und Abdrücke aus dem Mund des Patienten gescannt werden können.

Sobald die Scanphase abgeschlossen ist, wird die erhaltene 3D-Datei über eine sichere Webplattform an das Dentallabor gesendet. Das Labor liest dann den digitalen Abdruck erneut ein und modelliert in seiner Design-Software (CAD) die Morphologie der Krone oder des Implantats. Bei diesem Modellierungsprozess werden Zahnfleischgrenzen, Interferenzen mit anderen digitalisierten Zähnen oder sogar die Form des Lächelns des Patienten mit einem Gesichtsscanner berücksichtigt. Schließlich erfolgt die Herstellung der Teile auf einem 3D-Drucker, vorzugsweise einem, der für diesen Zweck entwickelt wurde. Im Gegensatz zu vielen Standardlösungen für die additive Fertigung bieten dentale 3D-Drucker die in diesem Bereich erforderliche höhere Oberflächenqualität, Präzision und Geschwindigkeit. Sie sind nicht nur in der Lage, Teile aus biokompatiblen Materialien herzustellen, sondern ermöglichen auch einen umfangreichen Arbeitsablauf und die sofortige Produktion von Aufträgen.

 Zahnärzte und Zahntechniker müssen über die richtige Ausrüstung verfügen. Ob es sich nun um 3D-Scanner, 3D-Drucker oder die Beherrschung von CAD-Software handelt, dies kann heute für viele Praktiker ein Hindernis darstellen. Das zahnmedizinische Produktentwicklungsteam von Formlabs stellte klar, dass „die wichtigsten Säulen dieser neuen Arbeitsmethoden 3D-Scanner, CAD-Software und additive Fertigung sind. Im Allgemeinen gibt es auf der Ebene der Software einen Punkt des Widerstands, wo die Ausbildung nicht offensichtlich ist“.

Das neue zahnmedizinische Verfahren umfasst den Einsatz von 3D-Scannern, CAD-Software und 3D-Druckern (Bild: SHINING 3D)

Welche Zukunft hat der 3D-Dentaldruck?

 3D-Technologien haben erhebliche Vorteile für die Dentalindustrie, so dass die Zukunft in diesem Sektor ermutigend ist. Allerdings gibt es immer noch viele Zahnärzte, die der Einführung im Wege stehen könnten. Dies liegt häufig daran, dass eine neue Organisation und Arbeitslogik, Software-Schulungen sowie die Anschaffungskosten für 3D-Scanner und –Drucker erforderlich sind. Anton von ETEC ergänzt: „Die meisten Fachleute sind sehr aufgeschlossen und offen für neue digitale Technologien. Es geht einfach darum, Ärzte und Fachleute der Dentalindustrie aufzufordern, die neue digitale Technologie und ihren Nutzen für sich, ihr Unternehmen und ihre Patienten zu verstehen und zu vertrauen. Und natürlich spielt die allgemeine und berufliche Bildung eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund investieren viele produzierende Unternehmen in diesen Bereich, um die Technologie und ihre klinischen Anwendungen besser zu verstehen.“ 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zahnärzte, die den Übergang zur digitalen Zahnheilkunde vollziehen, Zeit und Geld sparen, ihre Produktivität steigern und das Nutzererlebnis verbessern. Im Gegenzug werden sie in der Lage sein, wettbewerbsfähige Dienstleistungen anzubieten und mehr Patienten anzuziehen bzw. zu halten, insbesondere angesichts von Konkurrenten, die nicht auf dem neuesten Stand der Technik sind.

Wenn wir uns auf den zahnmedizinischen 3D-Druckmarkt konzentrieren, stellen wir fest, dass auch hier der Wettbewerb immer stärker wird. Dies wird durch den Markteintritt neuer Akteure und den Kampf der etablierten Akteure um Marktanteile noch verstärkt. Dieser Wettbewerb führt zu einem allmählichen Preisverfall, da die Unternehmen versuchen, sich gegenseitig zu unterbieten. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Material-, Ausrüstungs- und Arbeitskosten in den kommenden Jahren allgemein steigen werden, wodurch die Dentalunternehmen unter Druck geraten, ihre Rentabilität und wettbewerbsfähige Preise aufrechtzuerhalten.

Die meisten Zahnärzte sind bereit, neue Technologien auszuprobieren. (Bild: RAYSHAPE)

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*Titelbildnachweis: Formlabs