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

Die additive Fertigung hat bereits eine beträchtliche Anzahl von Sektoren und Branchen erreicht und bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Produktivität, Kosten, Anpassung und Lieferzeiten. Sie wird insbesondere in der Zahnmedizin eingesetzt, wo sie die Anpassung der Zahnimplantate, -brücken, etc. an den jeweiligen Patienten erleichtert. Das Beratungsunternehmen QY Research gab bekannt, dass die Branche des 3D-Dentaldrucks bis Ende 2025 voraussichtlich einen 930 Millionen Dollar Wert erreichen wird, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 17%; ein Wachstum, das durch die ständige Entwicklung von 3D-Technologien und deren Materialien erklärt werden könnte. Tatsächlich deckt der 3D-Dentaldruck verschiedene Technologien ab, sei es Stereolithographie oder DMLS (Direct Metal Laser Sintering). Damit werden auch eine Vielzahl von Materialien abgedeckt: Harze, Kunststoffe, Metalle usw., welche ein breites Anwendungsspektrum bieten. Der 3D-Dentaldruck ermöglicht die Herstellung von chirurgischen Schablonen, Kronen, Schalen und Prothesen, wobei jede Lösung mit großer Präzision an den Patienten angepasst wird.

Aber auf welche Technologien sollte man sich in diesem Bereich fokussieren und vor allem auf welche Anwendungen? Wie reagieren Zahnärzte auf den starken Wachstum des 3D-Drucks und wie schaffen sie es, sich fortzubilden?

Bildnachweis: Formlabs

Der Dentalsektor lässt sich in zwei Hauptakteure unterteilen: Zahnarztpraxen sowie zahntechnische Labore. Traditionell arbeiten sie bei der Herstellung von kundenspezifischen Medizinprodukten (Schienen, Kronen, Brücken, etc.) zusammen. Der Zahnarzt nimmt einen Abdruck der Zähne des Patienten und schickt ihn an das Labor, das dann die Zahnvorrichtung herstellt, meist mithilfe eines Gipsmodells der Zähne des Patienten. Dieser Prozess dauert einige Tage; von den Transportzeiten zwischen Zahnarzt und Labor abgesehen. Was den Patienten betrifft, so muss er einen zweiten Termin vereinbaren, ohne jede Garantie, dass seine Prothese, Schiene, etc. schon beim ersten Versuch perfekt passt. Herkömmliche Prozesse sind daher langwierig, teuer und können ungenau sein. Die Einführung von 3D-Technologien revolutioniert diesen Prozess jedoch und entmaterialisiert die Arbeitsprozesse vollständig. Hergestellt wird nur die benötigte Zahnvorrichtung.

3D-Drucktechnologien für den Dentalbereich und ihre Materialien

Wenn wir über die additive Fertigung im Dentalbereich sprechen, ist es wichtig zu verstehen, dass verschiedene Technologien beteiligt sind, sei es die Schmelzabschichtung (FDM), die Photopolymerisation (SLA/DLP) oder die Laserschmelzung auf einem Pulverbett (DMLS). Die Wahl der entsprechenden Technologie hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab. Olivier Bellaton, Direktor und Gründer von Biosummer3D, 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.“

Mit PEEK gedruckte Teile. Bildnachweis: Juvora

Ein weiteres und wahrscheinlich auch das wichtigste additive Fertigungsverfahren im Dentalbereich ist die Photopolymerisation. Ob Stereolithographie oder DLP, dieses Verfahren bietet eine viel höhere Auflösung, die Möglichkeit für sehr viel mehr Details und vor allem können mehr biokompatible Materialien, in diesem Fall Flüssigharze, verwendet werden. Anton LOPEZ, Channel Sales Manager Frankreich bei EnvisionTEC, erklärte: „In Kombination mit CE/FDA [Zulassungszertifikate für Materialien für Medizinprodukte, EU/USA] zugelassenen Materialien ermöglicht die Photopolymerisation, insbesondere bei DLP, einen genaueren Druck, wodurch genauere Vorrichtungen erstellt werden können. Die Endbearbeitung ist viel weniger komplex, was die Fertigungszeit verkürzt. Und es ist sehr einfach, Materialien zu wechseln und verschiedene Anwendungen zu drucken. Dies ist für die Dentalindustrie sehr vorteilhaft, da Fachleute ihre Patienten schneller behandeln können.“ In Bezug auf die Anwendungen bietet diese Technologie aufgrund ihrer Präzision mehr Möglichkeiten; das können chirurgische Hilfsmittel, provisorische Kronen und Brücken, kalzinierbare Elemente sein.

Auch ist der 3D-Metalldruck is als Technologie, der in der Zahnmedizin zu finden, vor allem bei der Herstellung von Implantaten, zahnärztlichen Stelliten oder Nickel-Chrom-Abutments. Olivier betont, dass „die Technologie eine nachhaltige Produktion erfordert, um Investitionen von bis zu mehreren hunderttausend Euro mit mehr Kompetenzen aus der Industrie als aus dem Dentalsektor auszugleichen.“ Metall-3D-Drucker sind viel teurer als andere Technologien und erfordern manchmal mehr Zeit für die Nachbearbeitung, was die Produktivität für einige reduziert. In einem Gespräch mit einem Zahntechniker erklärte er, dass eine maschinell hergestellte Krone 15 Minuten Arbeit erfordert, während der 3D-Metalldruck 5 Stunden für den Druck benötigt. Bezogen auf die Stückkosten ist die additive Fertigung jedoch viel interessanter (75 Cent gegenüber mehr als 7 Euro).

Materialreduktion im Herstellungsprozess

Wie Sie sehen können, können 3D-Technologien im 3D-Dentaldruck für mehr Präzision und kürzere Fertigungszeiten sorgen. Man reduziert die Zeit von ein paar Tagen auf ein paar Stunden und in einigen Fällen muss der Patienten nur einmal in die Praxis kommen oder kann am gleichen Tag wiederkommen. Aber was sind die neuen Schritte bei der Fertigung von 3D-gedruckten Zahnprothesen, etc.? Olivier Bellaton erklärt: „Der physische Abdruck [des Gebisses] wird durch einen digitalen 3D-Abdruck ersetzt, den der Zahnarzt mit einem intraoralen Scanner (einer Kamera, die in 3D und in Echtzeit die Oberflächen von Zähnen und Zahnfleisch rekonstruiert) macht. Diese 3D-Datei kann dann über eine sichere Webplattform über das Internet an das Dentallabor gesendet werden.

Das Labor überprüft den digitalen Abdruck und modelliert die Form der Krone in seiner Designsoftware (CAD) unter Berücksichtigung der Grenzen des Zahnfleisches, der Beeinflussung von anderen digitalisierten Zähnen und sogar der Form des Lächelns des Patienten, das mit einem Gesichtsscanner digitalisiert wurde. Im Zweifelsfall ist es möglich in einem schnellen Gespräch mit dem Zahnarzt durch Splitscreen, die Form der Krone zu überprüfen. Die 3D-Datei der Krone kann dann zur Herstellung an einen 3D-Drucker gesendet werden. Alles, was man dann noch tun ist, ist das Einpacken des Objekts um es an den Zahnarzt zurückzuschicken. Dieser letzte Schritt kann sogar verschwinden, wenn der Zahnarzt selbst den 3D-Drucker in seinem Büro für einfache Arbeiten integriert. Alle logistischen Lösungen sind möglich. Der Prozess kann dann nur wenige Stunden dauern, was in einigen Fällen bedeutet, dass der Patient nur einmal hergebracht werden muss.“ Das Ergebnis sind reduzierte Logistikabläufe sowie reduzierte Produktionszeiten, ein personalisiertes System, das viel besser an den Körperbau des Patienten angepasst ist.

Bildnachweis: Shining 3D

Zahnärzte und Zahntechniker müssten sich daher mit 3D-Scannern oder Druckern ausstatten, sich aber auch mit der CAD-Software vertraut machen was für viele Fachleute ein Hindernis sein kann. Nicolas Klaus, Dental Product & Business Development bei Formlabs, erklärt: „Die wesentlichen Säulen dieser neuen Arbeitsmethoden sind 3D-Scanner, CAD-Software und 3D-Druck. Allgemein ist die CAD-Software das größte Hindernis, da das Training dafür nicht offensichtlich ist.“

Welche Zukunft hat der 3D-Dentaldruck?

Obwohl 3D-Technologien erhebliche Vorteile für den 3D-Dentaldruck haben, kann ihre Einführung einige Fachleute erschrecken, weil sie eine neue Organisations- und Arbeitslogik, Schulungen in Software, Scanner und Drucker und ein gewisses Maß an Vertrauen in diese innovativen Prozesse erfordert. Heute haben sich mehr als 50% der französischen Labore mit 3D-Scannern und Werkzeugmaschinen und 20% mit 3D-Druckern ausgestattet. Diese Akteure verzeichneten eine Umsatzsteigerung von 70%, was beweist, dass die Technologien echte Gewinne für die Zahnärzte darstellen. Anton von EnvisionTEC 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.“ 

Bildnachweis: Envisiontec

Die Zukunft für die Dental-3D-Druckindustrie mit vielen Befürwortern, die die Technologie als eine gute Möglichkeit sehen, ihre Effizienz und die Sicherheit ihrer Eingriffe zu verbessern, ist daher vielversprechend. Tatsächlich zeigte der Bericht 2018 von SmarTech Publishing ein jährliches Wachstum von 35% im 3D-Dentaldruck auf 9,5 Milliarden Dollar im Jahr 2027 – der Bericht berücksichtigt Hardware, Materialien und Teile, die in 3D gedruckt wurden.

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