1 Einleitung und Kennzahlen

Seit vielen Jahren befindet sich der Dentalsektor dank der Bewegung der digitalen Zahnheilkunde in einem tiefgreifenden Wandel. Insbesondere die additive Fertigung, der „3D-Druck", hat es der Dentalindustrie ermöglicht, ihren Einsatz digitaler Technologien weiterzuentwickeln.
Der Dentalsektor ist nämlich ein tragender Markt für die 3D-Drucktechnologie, weil sie die Anforderung nach maßgeschneiderten Lösungen beantwortet.

Der Markt des dentalen 3D-Drucks in Zahlen

2 Die 3D-Druck-Technologien in der Zahnmedizin

In der Industrie ist die additive Fertigung ein Verfahren zur Formgebung eines Werkstücks durch Materialauftrag in aufeinanderfolgenden Schichten. Der 3D-Druck ist lediglich die allgemein gebräuchliche Bezeichnung, die alle additiven Verfahren zusammenfasst.
In der Dentalindustrie werden mehrere Technologien und Materialien für die additive Fertigung eingesetzt.
Der Formgebungsprozess kann physikalisch (Schmelzen mit anschließender Verfestigung, Sintern) oder chemisch (Fotopolymerisation) erfolgen.
Die Wahl der Technik richtet sich nach der angestrebten Anwendung.
Nachfolgend die wichtigsten in der Zahnheilkunde eingesetzten Verfahren.

FDM (Fused Deposition Modeling) im dentalen 3D-Druck

Die Technik besteht im Auftragen eines thermoplastischen Filaments, das auf die Plastizitätstemperatur des geschmolzenen Polymers erhitzt wird. Die Formgebung ist in diesem Fall physikalisch und nutzt thermoplastische Materialien (ABS oder PLA).
FDM hat den Vorteil, Werkstücke zu geringen Kosten und ohne Nachbearbeitung zu produzieren. Allerdings werden ihm mangelnde Schnelligkeit, Präzision und Biokompatibilität vorgeworfen. Es eignet sich daher nur zur Herstellung dentaler Meistermodelle zum Tiefziehen von kieferorthopädischen Alignern, Retentionsschienen oder Bleaching-Schienen.
Mit dem Aufkommen des neuen thermoplastischen Materials PEEK (PolyEtherEtherKetone) könnte dieses Verfahren jedoch biokompatible Dentallösungen produzieren, insbesondere herausnehmbare Teilprothesen. Dieses FDA-zugelassene Material weist eine hervorragende chemische und mechanische Beständigkeit auf und ist zugleich leicht, um den Patientenkomfort zu verbessern. Die metallfreie Prothese hat den Vorteil, geschmacksneutral zu sein.

Fotopolymerisation SLA und DLP in der Zahnheilkunde

Dies ist das wichtigste im Dentalsektor eingesetzte additive Fertigungsverfahren. Es handelt sich um ein chemisches Verfahren, das in den Techniken SLA (Stereolithografie) und DLP (Digital Light Processing) angewandt wird.
SLA besteht in der Bildung eines 3D-Modells durch aufeinanderfolgende Schichten dank eines Lasers, der jede Schicht in einem Bad lichtempfindlicher Flüssigkeit abtastet und sie polymerisiert. Die verwendeten Materialien sind Elastomere und duroplastische Kunststoffe.
Diese Technologie bietet eine deutlich höhere Auflösung und Präzision als FDM, mit biokompatiblen Materialien, und zwar mit CE/FDA-zugelassenen flüssigen Harzen. Die Nachbearbeitung ist deutlich weniger aufwendig, was die Fertigungszeit verkürzt.
Dank dieser Technologie ist es möglich, das Material für eine andere Anwendung zu wechseln. Sie findet daher Anwendung bei der Herstellung von Bohrschablonen, provisorischen Prothesen, ausbrennbaren Elementen wie Modellgussgerüsten...

Additive Metallfertigung für Implantate und Prothesen

Sie wird hauptsächlich durch SLM (Selective Laser Melting oder Laserschmelzen) und SLS (Selective Laser Sintering oder Lasersintern) vertreten und findet ihre Indikation in der Produktion von Implantaten, Modellgüssen oder Nickel-Chrom-Käppchen.
Diese Technologie erfordert eine hohe Produktionsauslastung, um die erheblichen Investitionen zu amortisieren.
Darüber hinaus erfordern Metallmaschinen mitunter eine aufwändigere Nachbearbeitung, was die Produktivität reduziert, sich aber bezogen auf die Kosten pro Einheit immer noch deutlich rentabler darstellt.

Verfahren Materialien
Selective Laser Melting (SLM)
Oder Laserschmelzen Metalle +++
Kunststoffe
Keramiken
Selective Laser Sintering (SLS)
Oder Lasersintern Metalle +++
Thermoplaste (Polycarbonat, Polyamide, Polyvinylchlorid)
Keramiken
FDM Fused Deposition Modeling Thermoplaste (ABS oder PLA)
Stereolithografie (SLA) Elastomere und duroplastische Kunststoffe

3 Die Anwendungen des 3D-Drucks in der Zahnheilkunde

Der 3D-Druck wurde von den Fachleuten der Dentalwelt hauptsächlich zur Herstellung von Bohrschablonen, individualisierten Dentalschienen, ausbrennbaren Harzelementen oder Abformungen für Gussverfahren und provisorischen Zahnkronen eingesetzt.
Die Anwendungen des 3D-Drucks in der Zahnmedizin lassen sich in drei Kategorien einteilen:

Direkte Herstellung maßgeschneiderter Dentalvorrichtungen per 3D-Druck

Hauptsächlich implantologische Bohrschablonen, die den Chirurgen beim Bohren leiten und so die digitale präimplantologische Planung einhalten, insbesondere Position, Winkelung und Tiefe der Implantate.
Es ist ebenfalls möglich, mit biokompatiblen Harzen der Klasse III perfekt an den Patientenmund angepasste und komfortable Schienen per 3D-Druck herzustellen, unter anderem Bleaching-, Bruxismus- und Fluorid-Gel-Applikationsschienen.
Der 3D-Druck ermöglicht auch die Herstellung kieferorthopädischer Vorrichtungen wie Aligner, Übertragungsschienen, Osteotomieschablonen und Repositionsschablonen sowie verschiedenster Orthesen und Frühinterventionsgeräte.
Man kann auch Geräte für die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie per 3D-Druck herstellen (Kinnplastik, Rhinoplastik, Epithesen).
3D-Druck von Abformungen für Zahngussverfahren mittels Wachsausschmelztechnik
Eine in ausbrennbarem Harz gedruckte 3D-Version der Zahnprothese (Krone, Brücke...) wird zur Herstellung einer individuellen Gussform mittels Wachsausschmelztechnik verwendet. Die endgültige Prothese wird durch Eingießen des gewünschten Materials (Keramik, Metall...) in diese Form erhalten.

Abbildung 1 / Eine per 3D-Druck gefertigte Zahnkrone (Wachsausschmelztechnik)

Direkte Herstellung von Restaurationen und Zahnprothesen in 3D

Dank des 3D-Drucks ist es möglich, Zahnveneers, provisorische Kronen und Brücken mit biokompatiblen Harzen herzustellen. Diese Restaurationen sind dank der hohen Präzision des 3D-Scans und der SLA- oder DLP-Harz-3D-Drucker perfekt an den Patientenmund angepasst.
Es ist jedoch zu beachten, dass es noch nicht möglich ist, permanente Zahnkronen oder -prothesen aus Harz oder Keramik direkt per 3D-Druck herzustellen.
Die additive Metallfertigung ermöglicht die direkte Produktion von Zahnkronen, Brücken und Implantaten sowie des Metallteils dentaler Modellgüsse und der Basis herausnehmbarer Totalprothesen.

Welche 3D-Drucktechnik für welche dentale Anwendung

Anwendung Technik
Bohrschablonen SLA

Provisorische Prothesen SLA
Kieferorthopädische Orthesen, Frühinterventionsgeräte, Dentalschienen, Modelle SLA

Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (Kinnplastik, Rhinoplastik, Epithesen) und Kieferorthopädie: Osteotomie- und Repositionsschablonen, z. B. für Lefort-Orthochirurgie, Mandibularekonstruktion... SLA

Basen herausnehmbarer Totalprothesen

FDM
Metallgerüst herausnehmbarer Teilprothesen Additive Metallfertigung

4 Vorteile, Nachteile und Perspektiven

Heutzutage ist es in Dentallaboren üblich, subtraktive und additive Lösungen im Rahmen einer digitalen Workflow-Strategie nebeneinander einzusetzen.
Der Einsatz des 3D-Drucks als Ergänzung zu klassischen Fräsverfahren bietet zahlreiche Vorteile.

Ein entmaterialisierter und vereinfachter dentaler Fertigungsprozess

Traditionell waren Prothesen das Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen Zahnarzt und Zahntechniker. Der Aufstieg der digitalen Technologien stellt diese klassische Organisation auf den Kopf, indem er die Arbeitsprozesse vollständig entmaterialisiert.
Diese beiden Akteure der Dentalwelt begeben sich so auf einen Modernisierungskurs ihrer Spitzenwerkzeuge, wobei sie ihr essentielles Know-how bewahren.
Durch den Einsatz der additiven Fertigung lässt sich die Produktionskette dank des digitalen Workflows vereinfachen, die Bedingungen lassen sich optimieren und die Fertigungszyklen für Prothesen und Zahngussformen verkürzen – und damit auch die heiklen Schritte manueller Arbeit.

Fertigungsgeschwindigkeit der Prothesen per 3D-Druck

Von der digitalen Zahnabformung bis zur 3D-Druck-Fertigung dauert der vollständig digitale Prozess nur wenige Arbeitsstunden statt, wie traditionell üblich, mehrere Tage. Die so verkürzten Fertigungszeiten ermöglichen es in manchen Fällen, den Patienten nur ein einziges Mal einbestellen zu müssen.
Durch die Reduzierung der menschlichen Arbeitszeit ermöglicht der Einsatz der additiven Fertigung, diese wieder auf wertschöpfende Tätigkeiten zu konzentrieren und die Produktivität erheblich zu steigern.

Rentabilität des 3D-Drucks für die Zahnarztpraxis

Der ROI des 3D-Drucks ist beträchtlich, was seine Einführung durch eine große Zahl von Zahnärzten und Zahntechnikern weltweit erklärt.
Heute sind über 50 % der französischen Dentallabore mit 3D-Scannern, Fräsmaschinen und 20 % mit 3D-Druckern ausgestattet, was ihnen eine Umsatzsteigerung von 70 % ermöglicht.
Die additive Fertigung ist in der Tat sehr rentabel, da mehrere Prothesen gleichzeitig gedruckt werden können, was Skaleneffekte in Bezug auf Zeit und Kosten ermöglicht.

Präzision der in 3D gedruckten Dentalteile

Die Techniken der additiven Fertigung bringen eine höhere Präzision mit sich.
Die Qualität der gefertigten Teile muss sich in nichts vor denen verstecken, die mit den konventionellen Methoden der Dentalindustrie hergestellt werden.
Das Hauptinteresse des 3D-Drucks besteht in seiner Fähigkeit, individualisierte und maßgeschneiderte Teile herzustellen.

Vorteile des dentalen 3D-Drucks für den Patienten

Der kombinierte Einsatz digitaler Techniken ermöglicht es, individualisierte Dentalgeräte und -prothesen in Rekordzeit herzustellen, was den Komfort des Patienten und die Wirksamkeit seiner Behandlung steigert.

Ökologische Auswirkungen des 3D-Drucks in der Zahnheilkunde

Additive Technologien sind für ihren geringen Energieverbrauch bekannt. Sie sind wenig umweltbelastend und haben einen geringeren Einfluss auf die Umwelt.
Die von ihnen verwendeten Materialien sind in der Regel biologisch abbaubar und recycelbar und damit nachhaltiger.

Nachteile und Grenzen des dentalen 3D-Drucks

Zwar bieten die 3D-Technologien nicht zu vernachlässigende Vorteile, dennoch kann ihre Einführung manche Behandler abschrecken, die seit langem an die traditionellen Methoden gewöhnt sind.
Der Umstieg auf das Digitale erfordert nämlich ein gewisses Vertrauen in diese Verfahren. Überzeugte Zahnärzte und Zahntechniker müssen sich mit der erforderlichen Ausrüstung ausstatten, deren Einsatz eine neue Arbeitsorganisation und -logik sowie eine Schulung zur Beherrschung von Software und Geräten erfordert.

Perspektiven und Zukunft des 3D-Drucks in der Zahnheilkunde

SmartTech Publishing erklärt, dass Harz-3D-Drucklösungen mit einem Preis unter 5000 $ eine Schlüsselrolle für das Wachstum des 3D-Drucks auf dem Dentalmarkt spielen werden.
Das Institut schätzt, dass das Unternehmen Formlabs in den letzten zwei Jahren seinen Marktanteil mit seinem 3D-Drucker Form 2 und seinen zertifizierten Dentalharzen um mehr als das 20-fache gesteigert hat.
SmartTech behauptet, dass die additive Fertigung in den kommenden zehn Jahren zur Hauptproduktionsmethode für alle dentalen Restaurationen werden wird und langfristig das gesamte Spektrum der Zahnprothesen abdecken soll. Insbesondere die additive Metallfertigung dürfte in diesem Sektor eine wichtige Rolle spielen, vor allem bei der direkten Produktion von Metallimplantaten.
Der Bericht schätzt, dass bis 2024 der ausgelagerte 3D-Metalldruck zur Herstellung dieser Implantate die Milliarden-Dollar-Marke überschreiten wird.

5 Fazit

Der 3D-Druck hat sich mit seiner Palette an Techniken und Materialien dank seiner Fertigungsflexibilität, Effizienz, Schnelligkeit und Präzision im Dentalsektor durchgesetzt.
Die additiven Techniken ermöglichen es, die Fertigungsprozesse von Prothesen und verschiedensten Dentalgeräten, die lange Zeit von der Frästechnologie dominiert waren, zu optimieren, ohne die endgültige Qualität der Produkte zu beeinträchtigen.
Ihr Hauptinteresse liegt in der Herstellung maßgeschneiderter Vorrichtungen, einer zentralen Herausforderung in der Medizin und insbesondere in der Zahnmedizin.
Alle Zahlen zeigen, dass die Entwicklung des Dentalmarktes vielversprechend ist und es ermöglicht, das Maximum an Nutzen aus den digitalen Techniken zu ziehen.

6 Häufig gestellte Fragen zum dentalen 3D-Druck

Was kostet ein 3D-Drucker für Zahnprothesen?

Der Preis eines dentalen 3D-Druckers hängt von der Technologie ab. Einsteiger-SLA/DLP-Harzdrucker (Formlabs, SprintRay) beginnen bei etwa 3.000 bis 5.000 €. Professionelle Hochpräzisionsmodelle für Dentallabore liegen zwischen 10.000 und 30.000 €. Systeme für additive Metallfertigung von Implantaten und Modellgüssen überschreiten 100.000 €.

Ist es möglich, einen Zahn in 3D zu fertigen?

Ja, es ist möglich, provisorische Kronen, Brücken und Zahnprothesen im 3D-Druck mit biokompatiblen Harzen herzustellen. Definitive Keramikprothesen sind noch nicht direkt im 3D-Druck herstellbar, aber die Wachsausschmelztechnik ermöglicht es, eine gedruckte Form zu erstellen, in die das Endmaterial gegossen wird. Die additive Metallfertigung ermöglicht ihrerseits die direkte Herstellung von Kronen und Metallimplantaten.

Was kostet ein 3D-Dentalscan?

Ein intraoraler 3D-Scan (optische Abformung) kostet zwischen 50 und 150 € für den Patienten. Die Investition für die Praxis in einen Intraoralscanner liegt je nach Modell zwischen 15.000 und 40.000 €. Diese Kosten amortisieren sich rasch durch den Wegfall physischer Abformungen, die Reduzierung von Fehlern und die Beschleunigung des digitalen Workflows.

Was kostet ein dentales 3D-Panorama?

Ein dentales 3D-Panorama (Cone Beam oder CBCT) kostet je nach erfasstem Bereich und Behandler zwischen 60 und 200 € für den Patienten. Für die Praxis stellt die Investition in einen Cone Beam wie den I-MAX 3D XPRO von Owandy eine unverzichtbare Ausrüstung für die Implantatplanung und die geführte Chirurgie dar – zwei Bereiche, in denen der 3D-Druck einen direkten Mehrwert bietet.