3D-Druck Schienen

Game-Changer für den 3D-Druck von Schienen: Unser Weg zur digitalen Schienenfertigung

Kategorie: 3D-Drucker Dental
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Die Nutzung digitaler Technologien ist eine große Bereicherung für Dentallabore. Ob Datenerfassung, Planung oder Fertigung – kaum ein zahntechnischer Arbeitsbereich bleibt von digitalen Möglichkeiten unberührt. Allerdings ist es wenig sinnvoll, Verfahrensweisen nur der Digitalisierung wegen umzustellen. Das nachfolgende Beispiel von 3D-gedruckten Schienen zeigt: Es bedarf einer soliden fachlichen Betrachtung der Prozesse und der Ergebnisse, um die Schienenfertigung im Dentallabor erfolgreich zu digitalisieren.

Das Herstellen von Schienen gehört im Dental-Labor Teuber GmbH (Darmstadt) zum Tagesgeschäft. Und während in vielen Bereichen seit Jahren digital gearbeitet wird, galt der digitale Weg zur Schiene lange Zeit als neuralgischer Punkt. Dies hat sich geändert. Heute werden die Schienen in diesem Labor nahezu ausschließlich gedruckt.

Mit welchen Widrigkeiten der Umstieg gepflastert war und was letztlich zum echten Game-Changer wurde, beschreibt Christian Schuchmann (Dental-Labor Teuber). Nur so viel – oft wird ein Schritt zurück der Anlauf für echten Fortschritt. 

Das Herstellen von Schienen im Dentallabor

Die Schienenherstellung nimmt in unserem Labor einen hohen Anteil am Gesamtauftragsvolumen ein. Pro Jahr werden zirka 800 bis 1000 Schienen gefertigt. Doch obwohl sehr viele Bereiche bei uns seit Jahren digitalisiert sind, erfolgte das Herstellen der Schienen lange Zeit manuell. Der klassische Weg basierend auf der Tiefziehtechnik hat sich bewährt.

Allerdings weiß jede Zahntechnikerin und jeder Zahntechniker, wie zeitaufwendig und fehlersensibel das manuelle Vorgehen ist. Daher wollten wir die Schienenherstellung bereits vor einigen Jahren digitalisieren. Leicht gesagt, schwer getan ...  

Erste Erfahrungen mit Schienen aus dem 3D-Drucker: Misserfolge, Mehrarbeit und einen Schritt zurück

Da der 3D-Druck schon lange in unserem Labor etabliert ist, erschien uns technologisch der Umstieg auf das Drucken von Schienen zunächst problemlos. Doch wir wurden eines Besseren belehrt. Nach etwa drei Monaten erhielten wir die „Quittung“ für den etwas unüberlegten Wechsel der Verfahrenstechnik. So gut wie alle Schienen wurden reklamiert; sie frakturierten nach gewisser Tragedauer.

Zunächst konnten wir uns dies nicht erklären, kamen aber mit einer werkstoffkundlichen Betrachtung der Problematik auf die Spur. Die Druckmaterialien polymerisierten nach der Herstellung weiter und diese nachgelagerte Photopolymerisation machte die Schienen im Laufe der Zeit immer spröder. Brüche waren vorprogrammiert.

Diese Tatsache bedeutete: Eine Drei-Monats-Produktion an Schienen musste ersetzt werden. Ernüchtert stiegen wir wieder auf den manuellen Prozess um. Das Herstellen der Schienen war nun einer der wenigen Fertigungsprozesse, der noch manuell erfolgte.  

Zitatzeichen
Autorbild

„Manchmal muss man einen Schritt zurücktreten, um dann weiter springen zu können.“ 

– Christian Schuchmann
Geschäftsführer Dental-Labor Teuber GmbH

Möglichkeiten und Vorteile der digitalen Fertigung von Schienen

Ungeachtet der Misserfolge beschäftigten wir uns auch in der folgenden Zeit mit dem Gedanken, Schienen digital herzustellen. Vorteile der digitalen Fertigung sind beispielsweise:

  • Schnelle CAD-Konstruktion und reduzierter Arbeitszeitaufwand 
  • Gegenüber der manuellen Herstellung reduzierte Anzahl von Fehlerquellen  
  • Effiziente Fertigung, Kostenersparnis 
  • Direkte Verarbeitung der Daten aus dem Intraoralscanner (modellfrei) 
  • Reproduzierbarkeit 
  • Problemlose Neuanfertigung basierend auf vorhandenem Datensatz

Alternative zum 3D-Druck ist das Fräsen der Schiene. Aus technischer Sicht gut umsetzbar, ist die Materialwahl entscheidend. Glasklare PMMA-Blanks für Schienen sind im Vergleich zur halb-hart/halb-weichen Schiene (Tiefziehtechnik) hart.

Dementsprechend verhalten sind die Reaktionen auf gefräste PMMA-Schienen. Hingegen sind gefräste Schienen aus thermoplastischem Material (z. B. ClearSplint, Astron) vergleichsweise weich und haben komfortable Trageeigenschaften.

Allerdings ist das Material teuer, sodass der Patient eine Zuzahlung leisten muss. Auch aus unternehmerischer Sicht ist das Fräsen von Schienen nicht optimal. Je nach Kiefergröße lässt sich aus einem Blank oft nur eine Schiene fräsen. Hinzu kommt der hohe Materialverlust (Abfall), der nicht dem Streben nach einem möglichst ressourcenschonenden Arbeiten entspricht. 

3D-Druck von Schienen: Darauf kommt es an

Die Überzeugung vom Potenzial der additiven Fertigung führte immer wieder zu dem Versuch, Schienen im 3D-Druck-Verfahren herzustellen. Getestet worden sind verschiedene Drucker und 3D-Druckmaterialien.

Doch erst mit dem 3D-Drucksystem SprintRay Pro S (Sprintray) und dem 3D-Druckharz KeySplint Soft (Keystone) wurde die gedruckte Schiene Realität. Wir haben etwas genauer hinter die „Kulissen“ von Werkstoff und Technologie geschaut. 

Game-Changer: 3D-Druckmaterial

Bei der polymerisationsbasierten Stereolithographie (SLA, DLP) wird mit flüssigem Photopolymer (3D-Druckharz) gearbeitet, welches unter einer Lichtquelle zum Festkörper aushärtet.

Hierfür bedarf es je nach Anwendung entsprechender Werkstoffe. Insbesondere bei gedruckten Objekten, die in den Patientenmund kommen (z. B. Abformlöffel, Kronen, Schienen), muss die Materialwahl sehr sorgfältig erfolgen. Für Schienen muss das Druckerharz explizit als Medizinprodukt zugelassen sein. Zudem sollte es eine gewisse Flexibilität und hohe Bruchfestigkeit bieten.  

KeySplint Soft ist anders als bekannte Schienenmaterialien. Das Material hat einen thermoelastischen Memory-Effekt und kann durch Erwärmen justiert werden. Einerseits weich und flexibel; andererseits unglaublich stark und robust – dies sorgt für angenehmen Tragekomfort und Stabilität. Durch die thermoelastischen Eigenschaften passt sich die Schiene bei Erwärmung (z. B. lauwarmes Wasser) der Zahnreihe an. Ein zu lockerer Sitz im Mund und Spannungsdruck werden vermieden.

Zudem hat das Material eine hohe Bruchfestigkeit. Bisherige Erfahrungen zeigen eine lange Haltbarkeit ohne die oft übliche Sprödigkeit gedruckter Schienen. Das Material entspricht einem Medizinprodukt Klasse 2a. KeySplint Soft ist laut Herstellerinformation frei von Weichmachern und Bisphenol A. 

Game-Changer 3D-Drucker

Den perfekten „Kollegen“ für das Drucken von Schienen fanden wir im 3D-Drucksystem SprintRay Pro S. Die ausgeklügelte Sensorik bzw. die smarte Gerätesoftware integrieren KI-Technologien.

Beispielsweise verfolgt der PRO S während des Drucks seine eigene Aktivität. Die RFID-Technologie verwaltet Verbrauchsmaterialien, überwacht Nutzungsdauer und informiert über Nachbestellungen. Mit seiner benutzerfreundlichen Software und der selbstüberwachenden Hardware ist die Anwendung intuitiv. Aufgrund der hohen Druckgeschwindigkeit kann ein großes Auftragsvolumen umgesetzt werden.

Zusätzlich zu den technischen Raffinessen das überzeugendste Kriterium: SprintRay Pro S ist ein offenes Drucksystem, welches auch die Geräte für das Post-Processing (Reinigung, Lichthärtung) beinhaltet. 

Zusammenfassung

Das Drucken von Schienen gehört nun seit mehr als acht Monaten zum Alltag. Wir haben keinerlei Reklamationen; im Gegenteil. Oft werden die komfortablen Trageeigenschaften der Schienen betont. Hintergrund ist der thermoelastische Memory-Effekt von KeySplint Soft. Nach kurzem Eintauchen in warmes Wasser passt sich die Schiene der Mundsituation an. Der Herstellungsprozess ist effizient und sicher.

Liegt ein Datensatz aus dem Intraoralscanner vor, kann modellfrei gearbeitet werden. Die Möglichkeiten moderner CAD-Software (virtueller Artikulator) lassen eine exakte funktionelle Gestaltung entsprechend bewährter Parameter zu. 

Nachdem wir verschiedene Systeme und Werkstoffe zum Drucken von Schienen getestet haben und zwischendurch wieder einen Schritt zurückgetreten sind, haben wir nun unseren Weg gefunden.

Zum Game-Changer wurde das Drucksystem Sprint Ray Pro S mit dem 3D-Druckharz KeySplint Soft. Voraussetzungen für den alltäglichen Druck von langlebigen Schienen sind aus unserer Sicht: 

  • Offenes 3D-Drucksystem (z. B. Sprint Ray Pro S) mit hoher Druckgeschwindigkeit 
  • Thermoelastisches Schienenmaterial mit hoher Bruchfestigkeit (z. B. KeySplint Soft) 
  • Gründliche Reinigung der gedruckten Schiene nach dem Druck (z. B. Pro Wash/Dry) 
  • Vollständige Polymerisation durch maximale Lichtpolymerisation (z. B. ProCure) 

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vom 26.03.2022
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