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Additive Fertigung

Additive Fertigungsverfahren (aufbauend):
In diese Kategorie – die jüngste – fällt das weite Feld des „3D-Drucks“ mit seinen unterschiedlichen technologischen Lösungen. Parallel und synonym wird auch von „generativen“ Fertigungsverfahren gesprochen. Zusätzlich muss erwähnt werden, dass der Begriff „3D-Druck“ hier umgangssprachlich für die aufgeführten additiven Fertigungsverfahren benutzt wird. Rein technisch gesehen ist der 3D-Druck eigentlich ein Verfahren, welches zu den additiven Verfahren gehört.

3D Aligner

3D AlignerBasis für die Behandlungsplanung ist ein virtuelles 3D-Zahnmodell. Die Erfassung des Patientengebisses kann über einen Intraoralscanner oder über Abdrucknahme und Modellerstellung mittels 3D-Modellscanner geschehen. Dieser liefert Dateien im allgemein lesbaren STL-Format, welche infolge in die Software importiert werden. …

3D Druck

Maskenbelichtung DLP und punktgenaue Belichtung SLA sind die zwei meist eingesetzten Verfahren in der Zahntechnik.
Anders als beim FFF wird bei der Maskenbelichtung („Digital Light Processing“; DLP) die Schichtung nicht über Aufschmelzen und Abkühlen, sondern über Polymerisationsprozesse erreicht. …

Selective Laser Melting

Die Werkstücke werden mit dem CAD verfahren eingescannt virtuell Modelliert und anschließend werden die Daten versendet.
Mit dem SLM-Verfahren wird das Werkstück schichtweise dreidimensional aufgebaut. Dafür wird das Metall in sehr feiner Pulverform in Schichten (Layer) aufgetragen. Anschließend schmilzt ein …

3D Aligner

Der Herstellungsprozess:
3D AlignerBasis für die Behandlungsplanung ist ein virtuelles 3D-Zahnmodell. Die Erfassung des Patientengebisses kann über einen Intraoralscanner oder über Abdrucknahme und Modellerstellung mittels 3D-Modellscanner geschehen. Dieser liefert Dateien im allgemein lesbaren STL-Format, welche infolge in die Software importiert werden.

Zahnkronensegmentierung:
Nach Import und korrekter Ausrichtung des Modells im dreidimensionalen Raum werden die Einzelzahnkronen aus dem Gesamtmodell getrennt, um sie bewegen zu können.
Die Zähne werden danach mit einer synthetischen Wurzel vervollständigt. Im Zuge dessen wird auch die Orientierung jeden Zahnes erkannt und ein eigenes Koordinatensystem zugewiesen. So wird eine spätere Befehlseingabe, wie z. B. Änderung von Inklination, Rotation oder körperlicher Bewegung, Richtung mesial für jeden Zahn korrekt ausgeführt.

Planung der Alignerschritte:
Die Planung der Alignertherapie von der Anfangssituation bis zum simulierten Behandlungsziel erfolgt im Modul „Aligner 3D“. Hier werden auf Basis anwenderdefinierter Bewegungsgrenzwerte halbautomatisch Zwischenschritte errechnet. Die Grenzwerte definieren den Umfang der Bewegung pro Zahn und pro Bewegungsrichtung von einer Alignerschiene zur nächsten.

Zahnbewegungen wie Intrusionen, Extrusionen und Rotationen werden häufig durch sogenannte Attachments unterstützt – kleine Kompositaufbauten auf der Zahnoberfläche, welche von der Schiene gefasst werden und so die Kraftübertragung verbessern. Derartige Attachments existieren je nach gewünschter Wirkung in unterschiedlichen Ausprägungen. Sie können im Programm entweder aus einer Bibliothek von vorgefertigten Formen gewählt oder in einem Attachment-Editor eigenhändig konstruiert werden. Die Anwendungsmöglichkeiten bezüglich Formgebung und Platzierung auf dem Zahn übersteigen die der industriellen Anbieter. So ist eine Positionierung auf der lingualen Zahnseite denkbar, die Konstruktion sogenannter Bite Ramps, welche die Intrusion von Frontzahnsegmenten unterstützen oder auch Knöpfchen zum Einhängen von Gummizügen. Je nach biomechanischer Anforderung kann der Anwender die Apparatur flexibel anpassen.

Wurden die Zwischenschritte und Attachments festgelegt, werden die einzelnen Zwischenmodelle für den 3D-Druck exportiert.

Die meisten Alignerfälle, die  bei uns im Labor bearbeitet werden, umfassen zehn bis zwanzig Schienen und können bei Bedarf innerhalb von drei Tagen hergestellt werden.

Tiefziehen der Schienen:
Nach Herstellung der Modelle folgt konventionelle Tiefziehtechnik. Bezüglich der Auswahl des Folienmaterials für die Schienen gibt es unterschiedliche Methoden von dünnen und flexiblen bis starken und rigiden Materialien. Auch die Erstellung einer Folge von weichen, mittleren und harten Schienen auf demselben Zwischenmodell ist möglich. Die Wahl des Materials ist im Hinblick auf die Planung bei der Definition der Bewegungsgrenzwerte zu beachten. Je härter das Schienenmaterial, desto kleiner die möglichen Bewegungsschritte von Schiene zu Schiene. Umgekehrt können mit flexiblen Schienen größere Bewegungen pro Schiene umgesetzt werden. Die Wahl der Methode obliegt dem Fachanwender.

Korrekturen während der Behandlung:
Sollte während der Behandlung eine Korrektur der Schienenpassform nötig werden, ist ein Zwischenabdruck bzw. Intraoralscan nötig. Diese Zwischensituation wird in der Software in die ursprüngliche Alignerplanung geladen und mit dem Planungsmodell registriert. Nun können vom derzeitigen Status erneut Alignerschritte zum Originalziel geplant und neue Schienen hergestellt werden. Auf diese Weise wird die alte, vom Weg abgekommene Planung gleichsam „abgeholt“ und wieder in Richtung ursprüngliches Ziel geführt.

Typische Anwendungsfälle:
Die Funktionalität der Software ermöglicht die Behandlung schwerer Fehlstellungen mit großer Alignerzahl. Hier gilt es, anhand der internen Laborkosten die Wirtschaftlichkeit abzuwägen. Im Unterschied zum industriellen Hersteller muss im Eigenlabor jede Schiene händisch ausgearbeitet werden, wobei die Kosten der internen Herstellung irgendwann die Kosten des Produkts eines industriellen Anbieters übersteigen. Wenn dann nicht das Argument der Kontrolle über den Herstellungsprozess überwiegt, lohnt es sich, auf den externen Anbieter zurückzugreifen.

Aligner im Labor herstellen zu können, eröffnet neue Therapieoptionen in der Praxis. Vor allem Patienten mit kleinen Fehlstellungen, bei denen eine Behandlung mit Multibracketapparatur oder mit industriellem Alignerlieferanten wirtschaftlich unattraktiv wäre, kann mit dieser Methode eine preislich attraktive Alternative angeboten werden.

3D Druck

Maskenbelichtung DLP und punktgenaue Belichtung SLA sind die zwei meist eingesetzten Verfahren in der Zahntechnik.

Anders als beim FFF wird bei der Maskenbelichtung („Digital Light Processing“; DLP) die Schichtung nicht über Aufschmelzen und Abkühlen, sondern über Polymerisationsprozesse erreicht. Hier kommen flüssige lichthärtende Polymere zum Einsatz.

Das Polymer wird in eine Schale („Badbehälter“) gefüllt, welche am Boden lichtdurchlässig ist. Über eine Lichteinheit (Lichtstrahl, Spiegel, Projektor), meist mit den Wellenlängen von 405 nm oder 385 nm, wird das Polymer durch die Wanne hindurch Schicht für Schicht ausgehärtet. Mithilfe des Projektors wird dazu jeweils ein „Bild“ auf die gefüllte Wanne geworfen. Helle bzw. schwarz belassene Teile des projizierten Bildes (Maske) bestimmen die Stellen, die vom Licht erreicht werden. Das ausgehärtete Objekt befindet sich hier an einer Bauplattform haftend, die über die Z-Achse in bzw. aus der Wanne heraus bewegt wird.

Der DLP-Druck ist das in der Zahntechnik zurzeit weitest verbreitete Verfahren. Nicht zuletzt aufgrund des rapiden Preisfalls bei DLP-Druckern bildet es einen schnellen Einstieg für die Dentallabore

Das DLP-Verfahren ist eine Variante des Lithografie-Verfahrens, das mit lichthärtenden Systemen arbeitet. Die andere Variante ist die Stereolithografie (Stereolithography Apparatus; SLA): Hier erfolgt die Belichtung punktgenau und sukzessive mittels eines Lasers, nicht flächig durch eine Maske hindurch. Den wesentlichen Technologieunterschied macht die jeweils entwickelte Belichtungseinheit aus. Diese wiederum führt zu Unterschieden in den eingesetzten und einsetzbaren Materialien.

Welcher Variante man auch folgt, nach dem Belichtungsprozess im Drucker muss das Objekt noch einem sogenannten Postprocessing unterzogen werden, um den Polymerisationsprozess vollständig abzuschließen und eine volle Dimensionsstabilität und Biokompatibilität zu erreichen. Hierzu müssen die Bauteile in einem Akoholbad gereinigt und anschließend in speziellen Lichthärtegeräten mit der entsprechenden Wellenlänge nachbelichtet werden.

Ein breites Angebot an erhältlichen Photopolymeren deckt schon heute ein weites Spektrum zahntechnischer Anwendungsmöglichkeiten ab. Für Bohrschablonen über ausbrennbare Gerüstformen bis hin zu Prothesenbasen und Aufbissschienen sind die verschiedensten Materialien bereits im Einsatz

Vorteile der Lithographie-Druckverfahren betreffen die relativ hohe Genauigkeit, den hohen Durchsatz sowie die Vielfalt an zugelassenen Materialien.

Nachteil der Lithografie-Verfahren besteht noch in der ebenso von konventionellen lichthärtenden Dentalmaterialien her bekannten fehlenden Beständigkeit der Materialien in Bezug auf Dimensionsstabilität, Biokompatibilität und Materialeigenschaften.

Selective Laser Melting

Schicht für Schicht zum funktionsfähigen Werkstück…

Die Werkstücke werden mit dem CAD verfahren eingescannt virtuell Modelliert und anschließend werden die Daten versendet.

Mit dem SLM-Verfahren wird das Werkstück schichtweise dreidimensional aufgebaut. Dafür wird das Metall in sehr feiner Pulverform in Schichten (Layer) aufgetragen. Anschließend schmilzt ein leistungsfähiger Laser die vorgesehenen Bereiche selektiv auf. Die starke Fokussierung verleiht dem Laserstrahl eine sehr hohe Leistungsdichte, mit der das Material absolut präzise durchgeschmolzen wird. So lassen sich hundertprozentig dichte Werkstücke mit Wandstärken ab 40 µm erzeugen.

Mit Selective Laser Melting werden hundertprozentig dichte, mechanisch hochbelastbare Teile produziert.

Im Vergleich zum Fräsen ist die Materialeinsparung sehr hoch. Für den SLM-Prozess kann prinzipiell jedes Material verwendet werden, welches sich aufschmelzen lässt. Da unter einer Schutzgasatmosphäre (z.B. aus Argon oder Stickstoff) gearbeitet wird können alle Metalle aufgeschmolzen werden, ohne dass sie oxidieren.