Wie funktioniert der 3D-Druck?

Der 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren durch welches aus digitalen Objektdaten, vollautomatisch dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden können. Dabei trägt der Drucker das gewählte Material schichtenweise auf, wodurch das gewünschte Objekt entsteht.

Um das Material aufzutragen gibt es verschiedene Verfahren. Das wohl bekannteste ist die Schmelzschichtung bzw. FDM (Fused Deposition Modeling). Dabei wird ein thermoplastischer Werkstoff zunächst durch Erhitzen geschmolzen und dann durch eine Düse aufgetragen. Nach dem Auftragen kühlt das Material ab und härtet wieder aus, woraufhin die nächste Schicht aufgetragen werden kann.

In der Zahnmedizin finden vor allem lichthärtende Verfahren – die Stereolithografie (SLA) und das Digital Light Processing (DLP) – Anwendung. Hierbei wird ein bei Raumtemperatur flüssiges, lichtaushärtendes Kunstharz, das sogenannte Resin, schichtweise mit ultraviolettem Licht gehärtet und so zu einem hochpräzisen Objekt verbunden. Bei der SLA geschieht das mit einem fein gesteuerten Laserstrahl, beim heute weit verbreiteten DLP wird jede Schicht auf einmal mit projiziertem Licht ausgehärtet – das ist in der Regel schneller. Nachdem dieses dann aus dem Drucker entnommen wurde, wird es in einer Kammer mit ultraviolettem Licht final ausgehärtet. Die durch dieses Verfahren erzeugten Produkte sind sehr stabil und passgenau. Der verwendete, für medizinische Anwendungen zugelassene Kunststoff ist biokompatibel (gewebeverträglich) und kann im Mund getragen werden.

3D-gedruckter Zahnersatz: Anwendungen in der Zahntechnik

Durch dieses Herstellungsverfahren können komplexe und präzise Objekte in kurzer Zeit erzeugt werden. Die gedruckten Objekte basieren auf Daten digitaler 3D-Modelle, welche mit CAD (Computer Aided Design) Anwendungen oder durch das Abbilden existierender Objekte mit Hilfe eines Scanners erstellt werden.

Zum detailgenauen Erfassen des Gebisses eines Patienten wird ein Intraoralscanner verwendet, welcher das Gebiss in kürzester Zeit scannt und ein 3D-Objekt erstellt. Dieser Scanner arbeitet je nach System mit optischen Verfahren wie Streifenlicht, konfokaler Messung oder (Stereo-)Photogrammetrie, bei denen die Oberfläche aus verschiedenen Perspektiven optisch erfasst wird. Um eine präzise Berechnung des Models zu ermöglichen, werden Bilder aus verschiedenen Perspektiven benötigt, weshalb das Bedienen des Scanners Übung und eine ruhige Hand verlangt. Das hierdurch gewonnene, hochpräzise 3D-Modell des Gebisses wird dann im Computer mit CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing) Programmen weiterverarbeitet, um die Daten für den 3D Druck aufzubereiten.

Es gibt viele verschiedene Anwendungsfälle für den 3D-Druck in der Zahntechnik, darunter die Herstellung von Zahnbrücken, Zahnkronen und Zahnersatz, aber auch von Zahn- und Kiefermodellen, welche zu Übungszwecken und zur Planung eines komplexen Eingriffes genutzt werden können. Darüber hinaus werden heute Aufbiss- und Knirscherschienen, Bohr- bzw. OP-Schablonen für die Implantatplanung, herausnehmbare Prothesen sowie kieferorthopädische Modelle und Schienen im 3D-Druck gefertigt.

Bei der Herstellung von Zahnersatz kann dank dem 3D-Druck viel Zeit gespart werden, da aufwändige Schritte, wie etwa der Versand der Abformung des Gebisses an ein zahntechnisches Labor und die Herstellung eines Gipsmodelles auf Basis dieser Abformung komplett wegfällt. Stattdessen wird das Gebiss gescannt und die dabei erfassten Daten dann von einem Spezialisten am Computer weiterverarbeitet, woraufhin der Zahnersatz zeitnah gedruckt werden kann.

Neuere Entwicklungen: von Provisorien zu dauerhaften Kronen

Lange dienten gedruckte Kronen und Brücken vor allem als provisorische Versorgung. Inzwischen stehen keramisch gefüllte Hybrid-Kunststoffe zur Verfügung, mit denen sich auch dauerhafte Einzelkronen herstellen lassen. Für stark belastete Seitenzähne und für die Langzeithaltbarkeit ist die wissenschaftliche Datenlage allerdings noch begrenzt; viele Versorgungen aus Keramik werden weiterhin gefräst. Parallel haben schnellere Drucker (vor allem DLP) und eine zunehmend computergestützte, teils KI-unterstützte Planung die digitalen Arbeitsabläufe beschleunigt.

Geschichte des 3D-Drucks

Der 3D Druck wurde 1980 durch den Japaner Dr. Hideo Kodama erfunden. 1984 entwickelte der US-Ingenieur und Erfinder Chuck Hull die Stereolithographie und meldete diese zum Patent an, welches dann 1986 erteilt wurde. Daraufhin folgten viele verschiedene 3D Druck Technologien die alle unter den Patentbestimmungen und durch die hohen Preise der neuen High Tech nur für große Industrieunternehmen in Frage kamen. Als die ersten dieser Patente dann 20 Jahre später ausliefen fand der 3D Druck Zugang zu neuen Gebieten und ist heute bereits fester Bestandteil der modernen Zahnmedizin.

Wie wir den 3D-Druck in unserer Praxis nutzen, lesen Sie auf unseren Seiten 3D-Druck, Digitale Abdrücke und Eigenes Praxislabor.