3D-Druck ist in aller Munde ...

... aber noch nicht als Zahnersatz.

Beitrag von Nadine Heilemann,
Produktmanagerin

Dass der 3D-Druck eine wichtige Rolle in den Prozessketten der zukünftigen, digitalen Zahntechnik und -medizin spielen wird, ist vorhersehbar. Aber wo stehen wir heute und was ist technisch wirklich möglich?

Es gibt etliche dentale Indikationen, die interessant für die additive Fertigung sind. Die Euphorie und Investitionslust, die noch vor ca. drei bis vier Jahren vorherrschten, scheinen allerdings etwas abgekühlt zu sein. Eine gewisse Ernüchterung in Bezug auf gedruckte, polymerbasierende Medizinprodukte ist eingetreten. Der Mundraum ist eine »feindliche« Umgebung und stellt hohe Anforderungen an die Zahnersatzmaterialien. Neben der Passung sind es insbesondere eine gute Körperverträglichkeit, Mechanik und Langlebigkeit, die zahntechnische Konstruktionen aus dem 3D-Drucker erfüllen müssen.

Unsere Einschätzung zur Lage der 3D-Drucktechnologie:

Skepsis ist angebracht
CoCr – ein alter Hut
3D-Modelle
3D-Bissschienen & Co.
3D-Druck und Körperverträglichkeit
Bissschienen – Fräsen hat noch Vorteile

Bei der medizinischen Anwendung von Kunststoffen ist eine gewisse Skepsis angebracht. Im Risikomanagement und in der klinischen Bewertung, wie Sie für Medizinprodukte und ihren Lebenszyklus üblich sind, gilt die Leitlinie: Die Vorteile müssen die Nachteile des Produktes überwiegen. Eine schlechte Körperverträglichkeit sollte als nicht-akzeptabel gelten. Durch die neue, kommende MDR (Medizinproduktrichtlinie) wird die dokumentierte Risikobetrachtung und Marktbeobachtung auch für die Dentallabore als Hersteller von patientenindividuellem Zahnersatz ein größeres Thema werden.

3D-Druck durch Selektives Laserschmelzen (SLM) von NEM (CoCr) hat sich besonders für Kronen- und Brückenkonstruktionen stark etabliert. Alternativen aus gedrucktem Polymer für die NEM-Indikationen sind noch nicht vorhanden. Schaut man auf die Entwicklungen und Tendenzen der internationalen Märkte, wird die 'gedruckte CoCr Vollgusskrone' jedoch sukzessiv von monolithischen Vollkeramiken verdrängt. Keramiken überzeugen durch eine bessere Körperverträglichkeit und Optik und geben dem Patienten dadurch ein besseres und wertvolleres Lebensgefühl. In Deutschland spielt aktuell die Bezuschussung für NEM im Gesundheitssystem noch eine Rolle bei der Endscheidung für ein Zahnersatzmaterial, was erklärt, warum der Anteil ‚Stahl‘ an allen Indikationen, analog oder digital hergestellt, mit 20% noch relativ hoch ist (Quelle: AG Keramik. Status Vollkeramik - jetzt im Praxisalltag, Wiesbaden 2019). In unserem DD Technologiezentrum fertigen wir mit einem eigenen SLM-Team auf Maschinen der Firma Concept Laser. Der Materialeinsatz und die Kosten sind gegenüber einer gefrästen Krone geringer. Wer sehr hohe Ansprüche an die Oberflächen stellt, fährt mit einer gefrästen CoCr Krone besser. In puncto Körperverträglichkeit sind uns keine relevanten Unterschiede von 3D-Pulvern, gefrästem oder gegossenem NEM bekannt.

Das Drucken von Modellen in der Dentaltechnik ist bereits heute »state of the art«. Wenngleich die gedruckten Modelle nicht als Medizinprodukte gelten, sind sie ein wichtiger Baustein in der digitalen Fertigungskette und erzielen aufgrund der innovativen 3D-Drucktechnologie eine bessere Passgenauigkeit. Das Drucken von Therapie-Modellen – nach dem intraoralen Scan – ist für die Aligner-Technologie (z.B. World Class Orthodontics – Ortho Organizers® GmbH) heute kaum mehr wegzudenken. Die weltweite Verbrauchsmenge Druckharz für die 3D-Modelle ist mittlerweile so signifikant hoch, dass das Interesse auch von branchenfremden Chemiefirmen und Konzernen geweckt ist. Da Wettbewerb bekanntlich das Geschäft belebt, kann davon ausgegangen werden, dass die Preise für die Modell- Resins sinken werden.

Zunächst sei erwähnt, dass die Exocad mit Ihrer CAD Software (DD Designer by Exocad) und dem »Bite Splint« Modul den Grundstein zur Planung und Konstruktion von Bissschienen für die digitale Fertigung gelegt hat. Qualität, Passgenauigkeit und Zeiteffizienz bieten Vorteile gegenüber dem analogen Weg. Das 3D-Drucken benötigt im Vergleich zum Fräsen einer Schiene weniger Materialeinsatz und verspricht eine Zeitersparnis. Also ist es nur folgerichtig, dass die ersten Medizin-Resins für Indikationen mit kurzzeitiger Anwendung (MPG Medizinproduktgesetz – Klasse I – ununterbrochene Anwendung im Mund auf max. 29 Tage begrenzt) wie Bissnahmelöffel, Bohrschablonen und Schienen entwickelt und angeboten wurden. In der Vergangenheit haben aber viele Anwender negative Erfahrungen mit der Sprödigkeit und Bruchanfälligkeit der 3D-gedruckten Schienen gemacht.

Status quo

Die Entlastung des menschlichen Organismus von Fremd- und Giftstoffen durch Polymere sollte so weit wie möglich gewährleistet sein. Die Sensibilität gegenüber Giftstoffen in Alltagskunststoffen, wie z.B. Verpackungen, ist mittlerweile in der Bevölkerung sehr hoch - und das zu Recht. Umso mehr ist eine kritische Betrachtung der photopolymerisierenden Druck-Materialien für den Einsatz im Mundmilieu notwendig. Es handelt sich um chemisch-komplexe Produkte, bei denen Details in der Prozessführung entscheidend für ein biokompatibles Ergebnis sind. Ein Indikator zur Beurteilung der medizinischen Qualität und zur Gefahr von Absonderungen ist die Untersuchung der Löslichkeit, die idealerweise so gering wie möglich sein sollte und mindestens die Anforderungen (DIN EN 20795-1) für die vorgesehene Indikation erfüllen muss. Die materialschädigende Speichelaufnahme ist bei 3D-gedruckten Objekten ebenfalls ein Thema für die Optimierung, besonders wenn es um den langfristigen oder dauerhaften Einsatz geht.

Blick in die Zukunft

Bei Dental Direkt sind wir davon überzeugt, dass die 3D-Technologie und die Druckmaterialien eine Weiterentwicklung erfahren werden. In Zukunft werden für die Fertigung von Medizinprodukten beide Faktoren besser aufeinander abgestimmt sein. Da es jedoch bei vielen Indikationen um die Langlebigkeit des Produktes in der Mundhöhle geht, bieten zum jetzigen Zeitpunkt die Polymer-Fräsrohlinge in puncto Mechanik und Biokompatibilität Vorteile für den Patienten.

Materialien für definitiven Zahnersatz werden als Produkte der Risiko-Klasse IIa für die ununterbrochene Anwendung im Mund über einen Zeitraum von mehr als 30 Tagen klassifiziert. In dieser Risikoklasse sind auch Druck-Resins für Prothesenbasen erhältlich. Digitale Prothesen sind eine zukunftsweisende Option und der weltweite Bedarf für Prothesen ist riesig. Aber auch hier ist zu prüfen, ob aktuell noch CAM-Fräsrohlinge für die Basis die bessere Alternative sind. Insbesondere die Affinität zur Speichelaufnahme der gedruckten Teile kann ein Problem für Geruchsbildung, Bruchanfälligkeit und Verformung darstellen. Die Klasse IIa Materialien müssen in puncto Sprödigkeit und Bruchanfälligkeit deutlich gegenüber den ersten Klasse I Resins verbessert werden.

Mit dem DD Bio Splint P HI haben wir einen Rohling aus schlagzähem PMMA entwickelt, der eine für den Patienten angenehme Elastizität und Resistenz für Langlebigkeit mitbringt. Obwohl wir DD Bio Splint P HI speziell für Schienen-Therapien entwickelt haben, bei dem der Patient die Tragedauer durch das Herausnehmen unterbricht, erfüllt es alle Kriterien für die höhere MPG Klasse IIa. Durch den thermoplastischen Spritz & Präge Herstellungsprozess, bei dem medizinisches, komplett auspolymerisiertes Granulat bis zur Zähflüssigkeit erwärmt wird, um dann unter extremen Druck in eine Form gespritzt zu werden, erreichen die Rohlinge und somit die Schienen hohe Festigkeiten und eine sehr gute Biokompatibilität. Da das Polymerisieren des medizinischen PMMA-Granulates unter kontrollierten, industriellen Bedingungen stattfindet, weist das Material extrem geringe MMA Werte auf, ist frei von Bisphenolen und zeigt eine sehr geringe Wasser / Speichelaufnahme (ISO 20795-1), die gen „Null“ geht.

Erläuterung zur Abbildung:

Der Hype-Zyklus stellt die unterschiedlichen Phasen der öffentlichen Aufmerksamkeit dar, die eine neue Technologie bei deren Einführung durchläuft. Bezüglich des 3D-Drucks lässt sich das Folgende festhalten: Die Erwartung, man könne auf Anhieb Medizinprodukte drucken, die in puncto Mechanik, Körperverträglichkeit und Ästhetik mit gefrästen Konstruktionen mithalten können, ist - vorerst - enttäuscht. Besonderen Sinn ergibt dagegen der 3D-Druck zum Herstellen von zahntechnischen Modellen, also von Nicht-Medizinprodukten.

Phase 1: „Technologische Entwicklung”: Der Auslöser ist die Einführung oder Bekanntmachung einer neuen Technologie.

Phase 2: „Gipfel der überzogenen Erwartungen”: Die neue Technologie erzeugt viel Aufmerksamkeit und hohe Erwartungen.

Phase 3: „Tal der Enttäuschungen”: Erwartungen werden nicht erfüllt (Drucken von Medizinprodukten, z.B. Aufbissschienen), Aufmerksamkeit lässt nach.

Phase 4: „Pfad der Erleuchtung”: Trotz abgenommener öffentlicher Aufmerksamkeit wird die Technologie weiterentwickelt und findet ihre Anwendungsbereiche (Nicht-Medizinprodukte, z.B. Modelle).

Phase 5: „Plateau der Produktivität”: Technologie ist anerkannt, etabliert sich in den Anwendungsbereichen und reift weiter aus.

Quelle: Edelhoff D., Güth J.-F., Trimpl J., Schweiger J., 3D-Druck in der Zahnheilkunde – zwischen Hype und Produktivitätssteigerung, in: BZB 9/2018, S. 46 - 55. Einschätzung der Autoren über den Stand der Einzelanwendungen anhand einer Modifikation des Gartner Hype Cycles in Bezug auf die Anwendung des 3D-Drucks in der Zahnheilkunde.

Marcel Costa,
Leitung Technologiezentrum

»Der Modelldruck, den wir als Dienstleistung aus unserem Technologiezentrum anbieten, hat viele Vorteile für unsere Kunden. Gerade für Labore und Zahnärzte, die bei der Implantatprothetik digital arbeiten wollen, macht die Investition in ein Inhouse-Konzept großen Sinn.«

Direkt zum 3D-Drucker Asiga Max UV

Direkt zum 3D-Resin DD exa print: Model (thermo)

Wir haben einen riesigen Hype in der Branche in Richtung 3D-Druck. Wir sind uns alle einig: Der 3D-Druck wird in der zukünftigen Dentalbranche ein ganz entscheidende Rolle spielen. Aber auch schon für Medizinprodukte? Gerade wenn es um das Fräsen von Bissschienen geht, punktet unser biokompatibles DD Bio Splint P HI PMMA-Material nach wie vor.

Reduziertes E-Modul

optimale Absorption von Kaukräften durch höhere Elastizität (E-Modul 2.022 MPa)

Minimale Wasseraufnahme

gewährleistet langfristige Volumen- und Passgenauigkeit (Löslichkeit 0,0 µg/mm³)

Hohe Bruch- und Schlagzähigkeit

gesteigerter Widerstand gegen Bruch (2178 J/m²)
hohe Stabilität bei Stoß und Schlag (3,0 kJ/m²)

Minimaler Restmonomeranteil

Durch industriell Polymerisation und thermoplastische Formgebung (Restmonomergehalt <0,7%)

Direkt zur DD Bio Splint P HI Produktseite

Kai Großelindemann,
CAD/CAM-Vertrieb

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