Tandheelkunde – Wittere tanden uit de printer?!

3D-printen wordt steeds meer gebruikt in de tandheelkunde. Het wordt hier gebruikt door tandartsen, tandtechnici en orthodontisten. Deze maken gebruik van zowel 3D-printers als 3D-scanners, waarvan sommige speciaal voor deze toepassingen zijn gemaakt. De productie van tandbruggen, implantaten, tandkronen en dergelijke kan aanzienlijk in tijd worden verkort door gebruik te maken van deze technologie. Bovendien wordt (vooral) in de tandheelkundige sector minder materiaal gebruikt dan bij de conventionele productie. Vooral patiënten hebben baat bij een dienstverlening die op hen is toegesneden.

Gebitmodellen, kronen, bruggen en beetspalken uit de 3D-printer

Met een 3D-scanner en een 3D-printer kunnen bijvoorbeeld wasmodellen van het gebit worden gemaakt. Zo'n wasmodel dient dan als basis voor het 3D-printen van bijtspalken, chirurgische geleiders en dergelijke. Tot nu toe moesten deze afdrukken altijd worden gemaakt met een zogenaamde afdruklepel en afdrukmassa, wat voor sommige patiënten zeer onaangenaam is. Een 3D-scanner legt de gegevens van het gebit vast, die vervolgens met behulp van software op de computer worden omgezet in een 3D-bestand.

In hoofdzaak wordt de technologie echter gebruikt voor de vervaardiging van tandkronen, -bruggen en -implantaten. In de regel worden hier 3D-printers voor metaalbewerking gebruikt, omdat de nieuwe tanden een aanzienlijke hoeveelheid kracht (kauwen) moeten kunnen weerstaan – op lange termijn.

Potentieel van tandheelkundige 3D-printing

In 2015 genereerde additieve vervaardiging in de tandheelkundige industrie een omzet van ongeveer 780 miljoen dollar. Het marktonderzoeksbureau Smart Tech Publishing verwacht dat de verkoop zal groeien tot meer dan 3 miljard US dollar in 2020. Tegelijkertijd blijft de markt voor digitale tandheelkunde groeien. Zo noteerde EnvisionTEC in 2016 een omzetstijging van 75 procent ten opzichte van het jaar ervoor. Ook de omzet zal in de daaropvolgende jaren waarschijnlijk aanzienlijk zijn toegenomen.

Belangrijkste toepassingsgebieden van 3D-printen in de tandheelkunde

3D-printen wordt onder meer gebruikt voor

  • het investeringsgieten,
  • de directe productie van tandheelkundige apparatuur en voor restauraties,
  • de productie van boorsjablonen en tandheelkundige instrumenten

gebruikt.

Investeringsgieten is onder meer de productie van patiëntspecifieke kronen en bruggen. Het te vervaardigen voorwerp wordt dan gemaakt van vloeibaar materiaal dat in de mal is gegoten. Materialen die kunnen worden gebruikt zijn onder meer keramiek en metaal.

Bij de productie van tandheelkundige apparatuur komt het desbetreffende product rechtstreeks uit de 3D-printer. Dit kan bijvoorbeeld een metalen tandkroon zijn.

Een derde belangrijk gebied is de productie van chirurgische boorsjablonen en tandheelkundige instrumenten. Ook hier komt het object rechtstreeks uit de 3D-printer. De stencils kunnen bijvoorbeeld worden gemaakt van specifieke harsen die worden gebruikt in processen zoals stereolithografie (SLA).

Voordelen van additieve vervaardiging in de tandheelkunde

De conventionele vervaardiging van een brug, kroon of andere tandprothese neemt gewoonlijk twee tot drie weken in beslag. Door gebruik te maken van de – deels intraorale – 3D-scanners en een 3D-printer (deels met freesunit) is het mogelijk deze periode terug te brengen tot twee à drie dagen. In sommige tandartspraktijken wordt de brug of het implantaat ook onmiddellijk afgedrukt en tijdens dezelfde sessie bij de patiënt geplaatst.

Er komen steeds meer drukmaterialen op de markt, vooral voor tandheelkundig gebruik. Terwijl er eind 2017 ongeveer 20 goedgekeurde materialen waren, zullen er naar verwachting alleen al in 2018 nog tien tot 20 materialen hun goedkeuring krijgen. Afhankelijk van de materiaalklasse kan het goedkeuringsproces tot drie jaar in beslag nemen.

Een ander voordeel is dat zelfs met een klein printbed meerdere items in één bewerking kunnen worden geproduceerd.

Welke 3D-printprocessen kunnen worden gebruikt?

De in de tandheelkunde gebruikte 3D-printmethoden zijn stereolithografie (SLA), fused deposition modelling (FDM), digitale lichtverwerking (DLP), ProJet/MultiJet printing (MJP) of direct metal printing (DMP).

SLA en DLP 3D printers werken met verschillende harsen. Deze hars zit in een speciale tank en wordt door een laser of projector uitgehard tot het gewenste voorwerp. Zij worden hoofdzakelijk gebruikt voor het smelten van was en kunnen voor dit doel mallen namaken. Evenzo zijn zij geschikt voor de directe vervaardiging van eindobjecten zoals bijtspalken. De technologie werkt zeer nauwkeurig en kan zelfs een resolutie tot 20 micrometer bereiken. De hars kan ook worden gebruikt om 3D-printmallen te maken voor investeringsgieten, die op hun beurt kunnen dienen als basis voor verder 3D-printen met andere materialen.

Powder Bed Fusion technologie wordt gebruikt door metalen 3D printers. Metaalpoeder in een grote verscheidenheid van samenstellingen is beschikbaar voor productie. Metalen 3D-printers zijn duur, maar de aanschaf ervan kan zichzelf bij regelmatig gebruik snel terugverdienen. Een van de meest gebruikte productiemethoden is Direct Metal Laser Sintering (DMLS). Hiermee kunnen voorwerpen van hoge kwaliteit worden vervaardigd zonder dat dit ten koste gaat van de kwaliteit in vergelijking met conventionele productie.

3D scanner in tandheelkunde

3D-scanners behoren tot de belangrijke tandheelkundige apparaten in de wereld van 3D-printen. Niet iedereen vindt het leuk als er afdrukken moeten worden genomen van zijn kunstgebit. Vaak is er een soort kokhalsreflex in het bijzonder. Met een 3D-scanner kan de informatie eenvoudiger worden verkregen. Deze toestellen moeten een hoge graad van nauwkeurigheid hebben om de mond en het gebit realistisch weer te geven.

In de tandheelkunde kunnen twee verschillende soorten 3D-scanners worden gebruikt. Enerzijds zijn er intraorale en anderzijds desktop 3D-scanners.

De intraorale 3D scanner maakt gekleurde driedimensionale beelden van de gebitsprothese of het gebit van een patiënt. Deze apparaten worden in de mond ingebracht en maken vervolgens een uiterst nauwkeurig 3D-kleurmodel. Dit model wordt vervolgens door de software aangepast, zodat een nieuwe kroon, brug of prothese kan worden gemaakt.

Desktop 3D-scanners maken gebruik van gestructureerde lichttechnologie (wit of blauw licht) en zijn tegelijkertijd volledig omsloten. In de scanruimte moet de belichting volledig worden gecontroleerd. Met deze apparaten is het mogelijk de digitale gegevens te bepalen op basis van conventionele tandafdrukken. Deze scanners moeten ook een hoge beeldresolutie hebben. De aanschafkosten voor deze mobiele toestellen liggen in de orde van grootte van vier of vijf cijfers. Desktop scanners van 3shape, bijvoorbeeld, kosten vanaf ongeveer 2.500 euro. Wie slechts een paar scans wil uitvoeren of de technologie eerst wil testen, kan zo'n apparaat ook huren.

Sommige fabrikanten bieden ook pakketten aan bestaande uit een 3D-scanner en een 3D-printer die kunnen worden gekocht. In de regel zijn deze twee toestellen dan ook compatibel met elkaar. Voeg daar nog goede technische ondersteuning aan toe, en de aankoop loont nog meer.

Conclusie

In de komende jaren zullen veel tandartsen, tandtechnici en orthodontisten blijven investeren in 3D-printen en 3D-scannen. Alleen al vanwege de gedetailleerdheid, verscheidenheid en nauwkeurigheid heeft 3D-printen een aanzienlijk potentieel in de tandheelkunde. Aangezien sommige bedrijven ook hun assortiment tandheelkundige 3D-printers willen uitbreiden, is het zinvol om de duurdere 3D-printers (kant-en-klare printers) en 3D-scannermodellen te leren kennen. In de meeste gevallen werken deze toestellen veel professioneler en zijn ze misschien zelfs goedgekeurd voor industrieel gebruik.

Verdere literatuur/bronnen:

  • https://formlabs.com/de/blog/preform-219-schnellere-bohrschablonen/
  • https://www.zahnarzt-dr-stoltenberg.de/praxis/ausstattung-und-technik/vollkeramikzahnersatz-mit-cerec
  • https://www.zwp-online.info/fachgebiete/kieferorthopaedie/grundlagen/3d-druck-wirklicher-vorteil-oder-digitaler-hype