Bild-3D-Druck

3D-Drucker in Labor und Praxis

3D-Druck ist ein echtes Trend-Thema in Dentallaboren und Zahnarztpraxen. Doch woher kommt der Hype und was gibt es es zum Thema 3D-Druck zu beachten?

 

Das sollten Sie über 3D-Druck wissen:

  1. 3D-Druck in der Zahnmedizin, worum geht es eigentlich?
  2. Wie unterscheiden sich die Druckverfahren?
  3. Welche Technologien stecken hinter den Druckverfahren?
  4. Anwendungsbereiche: Was können 3D-Drucker?
  5. Welche Modelle gibt es?
  6. IDS 2019: Die Neuheiten im 3D-Druck.
  7. Wie wird sich das Thema 3D-Druck in Zukunft weiterentwickeln?
  8. Wo finde ich bei offenen Fragen einen Ansprechpartner?

1. 3D-Drucker in der Zahnmedizin

Dentale 3D-Drucker sind auf dem Vormarsch. Der Verkauf industrieller 3D-Drucker ist laut Analyse der Marktforscher von Context im Jahr 2018 um 27 Prozent gewachsen. Ein solides Wachstum, das auch in der Dentalbranche verzeichnet wird.

Wir befinden uns mitten in der lautstark prognostizierten und trotzdem stillen Revolution „3D-Druck“. In kaum einem anderen medizinischen Bereich scheint der 3D-Druck konventionelle Methoden so stark zu revolutionieren, wie in der Zahnmedizin.

Das Ende des Aufwärtstrends von dentalen 3D-Druckern in Labor und Praxis ist nicht abzusehen – im Gegenteil. Und so stehen 3D-Drucker auch im IDS-Jahr 2019 wieder im dentalen Fokus. Im Dentalbereich ist das Fertigungsprinzip nicht wirklich neu, sondern wird als additives Verfahren in einigen Bereichen bereits seit vielen Jahren angeboten – hauptsächlich von Fertigungsdienstleistern.

Beispiele sind die Stereolithografie (SLA) für das Herstellen von Bohrschablonen oder das Lasersintern (SLM) für Gerüste aus Nichtedelmetall. Relativ neu ist das Etablieren vergleichsweise günstiger dentaler 3D-Drucker in Labor und Praxis. Zusätzlich zu den Entwicklungen im Bereich der Drucker setzt die Forschung und Entwicklung den Fokus auf die Drucker-Materialien.

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2. 3D-Drucker ist nicht gleich 3D-Drucker

Wer sich mit 3D-Druckern beschäftigt, stellt gravierende Unterschiede fest. Die Nomenklatur steht als Synonym für fast alle additiven Verfahren. Unterschieden werden sie zum Beispiel nach Art der verwendeten Materialien (z. B. Kunststoffe, Metalle). Eine weitere Differenzierung erfolgt über den Vorgang des Aufbaus eines Objektes, also den additiven Prozess.

a. Aufbau mittels Polymerisation

Fertigungstechnologie: z.B. Stereolithografie (SLA), Digital Light Processing (DLP)

Materialien: u. a. Kunststoffe, Harze, Polymerharz

b. Aufbau mittels Verkleben

Fertigungstechnologie: z.B. Binderverfahren

Materialien: u. a. Metalle, Keramik, Gips

c. Aufbau mittels Verschmelzen,

Fertigungstechnologie: z.B. Lasersinter-/Laser-Meltingverfahren (SLM), Fused Deposition Modeling (FDM)

Materialien: u. a. Metalle (SLM), Kunststoffe, Harze, Polymerharz

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3. Verfahrenstechnologien im dentalen 3D-Druck

Die derzeit populärsten Funktionsweisen beim dentalen 3D-Drucker sind SLA und DLP. Beide Technologien sind sich ähnlich, doch es gibt einen maßgeblichen Unterschied. Bei der SLA-Technologie fungiert ein Laserstrahl als Lichtquelle. Bei der DLP-Technik handelt es sich um einen Projektor bzw. Beamer.

SLA = Stereolithografie

DLP = Digital Light Processing

 

SLA- und DLP-Drucker

Die Art der Belichtungsquelle ist der primäre Unterschied zwischen dem DLP- und SLA-Drucker. Der Laserstrahl bei der SLA-Technik „malt“ das zu druckende Objekt sukzessive in die Oberfläche. Ist eine Schicht erstarrt, werden das Druckobjekt um die Höhe eines Layers abgesenkt bzw. erhöht und die nächste Schicht mittels Laser projiziert. Eine Weiterentwicklung ist die Low Force Stereolithography (LFS)™ Technologie, die beim Form 3 von Formlabs zum Einsatz kommt. Der Projektor bzw. Beamer beim DLP-Verfahren hingegen härtet die zu druckende Schicht mit einem Mal flächig aus. Dies beschleunigt den Druckprozess. Daher wird dem DLP-Druck eine höhere Druckgeschwindigkeit beigemessen.

DLP-Drucker mit LCD-Lichtquelle

Die Belichtung während des eigentlichen Druckprozesses beeinflusst die Genauigkeit und die Druckzeit. Aktuell werden von einigen Herstellern in Druckern sogenannte LCD-Lichtquellen ergänzend zum DLP-Projektor eingebaut. Somit sollen Lichtstreuung verhindert und eine gleichbleibend hohe Qualität forciert werden.

Poly-Jet-Technologie

Im dentalen 3D-Druck wird auch die PolyJet-Technologie angewandt. Vergleichen lässt sich die Funktionsweise mit dem Tintenstrahldrucker im Büro, nur statt Tinte fließt Druckermaterial (feine Tröpfchen eines Photopolymers). Die Aushärtung erfolgt mit UV-Licht. Vorteile der Technologie sind die hohe Detailtreue und die Genauigkeit. Zudem können verschiedene Materialien in einem Druckprozess umgesetzt werden – Multimaterialdruck (3D-MMP). Dessen beispielhafte Anwendung ist hier nachzulesen: https://www.dentaletexte.de/multimaterial-3d-druck/. Ein Nachteil des PolyJet-Drucks: PolyJet-Drucker sind aufgrund ihrer komplexen Technologie vergleichsweise teuer.

Filamentdruck

Ein im Dentalbereich noch recht wenig angewandtes Verfahren ist der Filamentdruck, auch fused filament fabrication (FFF) oder fused deposition modeling (FDM) genannt. Wie bei einer Heißklebepistole wird ein Stangen-Filament in einem Hitzekopf erwärmt und über einen Extruder schichtweise auf die Bauplattform aufgetragen. Beim Abkühlen verfestigt sich das Material. Der Filamentdruck wurde bislang primär für den privaten Hausgebrauch genutzt und aufgrund der relativ geringen Auflösung für den dentalen Bereich als ungenau erachtet.

Doch hier hat sich viel getan. Hersteller haben die Geräte weiterentwickelt und für den Dentalbereich optimiert, z. B. Kumovis. Dem Filamentdruck wird für dentale Anwendungen eine gute Zukunft prognostiziert. Grund sind die zu verarbeitenden Materialien: medizinische thermoplastische Materialien (monomerfreie Thermoplaste der Materialgruppe PAEK).

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4. Anwendung von 3D-Druckern im Dentalbereich

Ein Vorteil der additiven Fertigung ist, dass jedwede Geometrien umgesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil: der 3D-Druck gehört zu den besonders wirtschaftlichen Fertigungsverfahren. Sollen beispielsweise Modelle aus dem Datensatz des Intraoralscanners erstellt werden, ist der 3D-Druck aus wirtschaftlicher Sicht dem Fräsen vorzuziehen. Außerdem können mit dem 3D-Druck schon heute viele weitere Anwendungen im Dentallabor umgesetzt werden. Hierzu zählen z. B.

  • Abformlöffel
  • Schienen
  • Implantat-Bohrschablonen
  • Modelle für die Aligner-Therapie
  • Gingivamasken
  • Provisorien
  • Set-ups bzw. Try-in-Prothesen
  • Positionierungshilfen

Für die unterschiedlichen Indikationen gibt es jeweils passende Materialien, neue oder verbesserte Materialien werden kontinuierlich auf den Markt gebracht – häufig speziell abgestimmt auf die Druckermodelle des jeweiligen Herstellers.

Drucker-Farmen in großen Dentallaboren und Fertigungszentren

Je nach Laborstruktur werden verschiedene Indikationen umgesetzt. Während ein Labor den Löffeldruck für sich entdeckt hat, druckt das andere Labor eventuell hauptsächlich Schienen oder Bohrschablonen. Einige größere Dentallabore bauen sogenannte „Drucker-Farmen“. Hierbei werden mehrere kleine 3D-Drucker aufgestellt und mit jedem der Geräte wird eine bestimmte Indikation umgesetzt.

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5. 3D-Drucker für dentale Anwendung kaufen

Die Auswahl an 3D-Druckern für Labor und Praxis ist groß. Nicht nur die Dentalindustrie bietet Drucker an, auch branchenfremde Unternehmen entdecken die Zielgruppe „Zahnarzt / Zahntechniker“. Einsteiger, Mittelklasse oder Premium – vom günstigen Modell für 1.000 EUR bis zum High-End-Gerät für 60.000 EUR und mehr ist alles möglich.

Objektive Expertenmeinung

Es empfiehlt sich, vor dem Kauf eines 3D-Druckers mit Experten zu sprechen und sich neutral über dentale 3D-Drucker zu informieren.

Die CAD/CAM-Spezialisten von Henry Schein sind bestens geschult, kennen den aktuellen Stand der Technik und können auch zu den Neuheiten beraten, die auf der IDS 2019 vorgestellt wurden.

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6. Aktuelle Trends im dentalen 3D-Druck

Auch auf der IDS 2019 stand der 3D-Druck wieder im Fokus stehen. Geräte werden weiterentwickelt und in ihrer Verfahrenstechnik optimiert, z. B. bezüglich der Druckzeit. Innovative Technologien machen den dentalen 3D-Druck gegenüber der klassischen SLA- oder DLP-Technik schneller und noch effizienter.

 

Mehr Tempo im 3D-Druck durch neue Technologien

So arbeitet beispielsweise der Nextdent-Drucker mit einer kontaktlosen DLP-Technologie. Das System basiert auf einem Membransystem und wird seit Mitte 2018 bereits erfolgreich vom Markt angenommen.

Von Carbon3D kommt das sogenannte Clip-Verfahren (Continuous Liquid Interface Production). Laut Herstellerangaben erfolgt der Druck mithilfe dieses Verfahrens 100 Mal schneller. Grund sei die perfekte Interaktion von chemischen Prozessen und einem exakten Materialverbrauch. Vom jeweiligen Objekt wird nicht jede einzelne Schicht gedruckt und zusammengesetzt. Vielmehr wird die Form durch eine spezielle Technologie in einem Stück erstellt. Aufgrund einer kontrollierten Sauerstoffzufuhr „wächst“ das Objekt aus dem Harz ohne zu stoppen.

SprintRay – der Name verrät die Vision dieses Herstellers von 3D-Druckern. Um den Druckprozess schneller zu machen, ohne an Präzision einzubüßen, hat SprintRay den STEM Tank (Selektiv texturierte elastomere Membran) entwickelt.

Auch der Hersteller EnvisionTEC hat den Dentalmarkt längst für sich entdeckt und präsentiert aktuell die patentierte Continuous Digital Light Manufacturing (CDLM) Technologie; eine Weiterentwicklung des DLP-Verfahrens. Diese Technologie ermöglicht den konstanten Aufbau von Objekten mit extrem hoher Geschwindigkeit.

Automatisierte Nachbearbeitung für mehr Effizienz

Mit einem Hochgeschwindigkeits-Drucker zeigt sich auch Structo. Besonderheit des Velox ist das automatische Nachbearbeitungssystem: Drucken, Waschen und Verarbeiten. Das eigenständige Post-Processing-System reduziert den Zeitaufwand. Auch DWS hat einen solchen All-in-One-Drucker im Angebot. Nach dem Import der Dateien erfolgt der Prozess automatisch und ohne Zuarbeit des Anwenders – vom 3D-Druck bis zum fertig ausgehärteten Objekt.

Weiterentwickelte Materialien speziell für den dentalen 3D-Druck

Vielversprechend im Bereich der Materialien klingt der neue 3D-Drucker von Lithoz. Der CeraFab 7500 arbeitet mit der LCM Drucktechnologie (Lithography-based Additive Manufacturing), die Keramiken herstellen kann und von der TU Wien entwickelt wurde. Anwendungsbespiele wären laut Hersteller u. a. Kronen und Brücken. Lithoz verwendet ein optimiertes Zirkonoxid als Material für den 3D-Drucker.

Auf der IDS 2019 präsentierte Formlabs mit Digital Denture Resins neue Materialien für hochwertigen Zahnersatz. Die Materialneuheit besteht aus den zwei Komponenten Denture Base Resin und Denture Teeth Resin, die optimal aufeinander abgestimmt sind und vollständig 3D-gedruckte Komplettprothesen ermöglichen.

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7. Zukunftsaussichten für dentale 3D-Drucker

Der 3D-Druck hat sich in Labor und Praxis etabliert und ist längst nicht mehr das belächelte Verfahren einiger Visionäre und auch nicht mehr den dentalen digitalen Pionieren vorbehalten. Und das „Hype-Thema“ wird die Branche weiter beschäftigen.

Druckbare polymerbasierte Materialien

Ein Fokus der Zukunft liegt auf den Materialentwicklungen. Zu erwarten ist, dass verstärkt 3D-druckbare polymerbasierte Materialien auf den Markt kommen. Beispielsweise wurde Ende Januar 2019 bekannt, dass Dentsply Sirona eine strategische Partnerschaft mit dem erfolgreichen Start-up für Hochgeschwindigkeits-3D-Druck Carbon (Sitz Silicon Valley) eingegangen ist. Ziel der Zusammenarbeit sei es, das erste hochwertige druckbare Prothesenmaterialsystem zu produzieren.

Druckbare Keramiken

Auch im Bereich der Keramiken kann es für Zahntechniker spannend werden. Das chinesische Technologieunternehmen Prodways stellte einen Keramikdrucker vor, der laut Pressemitteilung vor allem für Medizin und Luftfahrtindustrie von Interesse sein könnte. Der Drucker kann Objekte mit Keramikmaterialien wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Hydroxylapatit drucken. Noch ist dies für dentale Anwendungen nicht spruchreif, aber der Weg scheint sich zu öffnen.

Zudem könnte zukünftig die künstliche Intelligenz (KI) Einfluss auf 3D-Druckprozesse und auch CAD-Konstruktion nehmen.

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