1 Inleiding en kerncijfers

De tandheelkundige sector is al vele jaren sterk in beweging, dankzij de opkomst van de digitale tandheelkunde. Met name de additieve productie – "3D-printen" – heeft de tandheelkundige industrie in staat gesteld het gebruik van digitale technologieën verder te ontwikkelen.
De tandheelkunde is namelijk een veelbelovende markt voor 3D-printtechnologie, omdat deze inspeelt op de vraag naar maatwerk.

De markt voor tandheelkundig 3D-printen in cijfers

2 3D-printtechnologieën in de tandheelkunde

In de industrie is additieve productie een procedé waarbij een werkstuk wordt gevormd door het opeenstapelen van opeenvolgende lagen materiaal. 3D-printen is slechts de gangbare benaming die alle additieve procedés omvat.
In de tandheelkundige industrie worden meerdere technologieën en materialen ingezet bij additieve productie.
Het vormgevingsproces kan fysisch zijn (smelten gevolgd door stolling, sintering) of chemisch (fotopolymerisatie).
De keuze van de techniek wordt bepaald door de beoogde toepassing.
Hieronder de belangrijkste procedés die in de tandheelkunde worden gebruikt.

FDM (Fused Deposition Modeling) in tandheelkundig 3D-printen

De techniek bestaat uit het afzetten van een thermoplastisch filament dat wordt verwarmd tot de plasticiteitstemperatuur van het gesmolten polymeer. De vormgeving is in dit geval fysisch en maakt gebruik van thermoplastische materialen (ABS of PLA).
FDM heeft als voordeel dat werkstukken tegen lage kosten worden vervaardigd zonder nabewerking. Kritiekpunten zijn echter het gebrek aan snelheid, nauwkeurigheid en biocompatibiliteit. Het procedé is daarom alleen geschikt voor het maken van mastermodellen voor het thermovormen van orthodontische aligners, retentie- of bleekspalken.
Met de opkomst van het nieuwe thermoplastische materiaal PEEK (PolyEtherEtherKetone) zou dit procedé biocompatibele tandheelkundige oplossingen kunnen produceren, in het bijzonder uitneembare partiële protheses. Dit FDA-goedgekeurde materiaal heeft een uitstekende chemische en mechanische weerstand en is tegelijkertijd lichtgewicht voor meer patiëntcomfort. Een prothese zonder metaal biedt het voordeel smaakneutraal te zijn.

SLA- en DLP-fotopolymerisatie in de tandheelkunde

Dit is het belangrijkste additieve productieprocedé in de tandheelkundige sector. Het is een chemisch procedé dat wordt toegepast in de SLA- (stereolithografie) en DLP-technieken (Digital Light Processing).
SLA bestaat uit het vormen van een 3D-model in opeenvolgende lagen via een laser die elke laag in een bad met fotogevoelige vloeistof scant en polymeriseert. De gebruikte materialen zijn elastomeren en thermohardende kunststoffen.
Deze technologie biedt een duidelijk hogere resolutie en nauwkeurigheid dan FDM, met biocompatibele materialen, met name vloeibare harsen die goedgekeurd zijn door CE/FDA. De afwerking is veel minder complex, waardoor de productietijd afneemt.
Dankzij deze technologie kan het materiaal worden gewisseld voor een andere toepassing. Ze vindt haar toepassing in de vervaardiging van chirurgische mallen, voorlopige protheses, uitbrandbare elementen zoals stellite-basisstructuren…

Additieve metaalproductie voor implantaten en protheses

Vooral vertegenwoordigd door SLM (Selective Laser Melting of laserfusie) en SLS (Selective Laser Sintering of lasersintering), vindt deze zijn toepassing in de productie van implantaten, stellites of nikkel-chroom kappen.
Deze technologie vereist een aanhoudende productie om de aanzienlijke investeringen terug te verdienen.
Bovendien vereisen metaalprinters soms meer nabewerking, wat de productiviteit vermindert, maar in termen van kosten per eenheid blijft de technologie aantrekkelijk.

Procedé Materialen
Selective Laser Melting (SLM)
Of laserfusie Metalen +++
Kunststoffen
Keramiek
Selective Laser Sintering (SLS)
Of lasersintering Metalen +++
Thermoplasten (polycarbonaat, polyamiden, polyvinylchloride)
Keramiek
FDM Fused Deposition Modeling Thermoplasten (ABS of PLA)
Stereolithografie (SLA) Elastomeren en thermohardende kunststoffen

3 Toepassingen van 3D-printen in de tandheelkunde

3D-printen is voornamelijk door tandheelkundige professionals geadopteerd voor het vervaardigen van chirurgische mallen, gepersonaliseerde tandheelkundige spalken, uitbrandbare hars- of afdrukonderdelen voor gieten en tijdelijke tandkronen.
De toepassingen van 3D-printen in de tandheelkunde kunnen in drie categorieën worden ingedeeld:

Directe vervaardiging van op maat gemaakte tandheelkundige hulpmiddelen via 3D-printen

Hoofdzakelijk implantaat-chirurgische mallen die de chirurg tijdens het boren begeleiden en zo de digitale pre-implantaire planning respecteren, met name wat betreft de locatie, hoek en diepte van de implantaten.
Het is ook mogelijk om met biocompatibele harsen van klasse III spalken in 3D te printen die perfect aangepast en comfortabel zijn voor de mond van de patiënt, zoals bleekspalken, bruxismespalken en spalken voor fluoridegeltoepassing.
3D-printen maakt het ook mogelijk hulpmiddelen te vervaardigen die in de orthodontie worden gebruikt, zoals aligners, transferspalken, osteotomiegeleiders, repositioneringsgidsen en allerlei orthesen en interceptieapparaten.
Ook apparaten voor maxillofaciale chirurgie (genioplastiek, rinoplastiek, epithesen) kunnen in 3D worden geprint.
3D-printen van afdrukken voor tandheelkundige gietvormen via de verloren-was-techniek
Een 3D-versie van de tandheelkundige prothese (kroon, brug…) geprint in uitbrandbare hars wordt gebruikt om via de verloren-was-techniek een gepersonaliseerde gietvorm te vervaardigen. De eindprothese wordt verkregen door het gewenste materiaal (keramiek, metaal…) in deze mal te gieten.

Figuur 1 Een in 3D geprinte tandkroon (verloren-was-techniek)

Directe vervaardiging van tandheelkundige restauraties en protheses in 3D

Dankzij 3D-printen is het mogelijk om tandfacings, kronen en voorlopige bruggen te vervaardigen met biocompatibele harsen. Deze restauraties passen perfect in de mond van de patiënt dankzij de hoge nauwkeurigheid van de 3D-scan en de SLA- of DLP-harsprinters.
Er moet echter worden opgemerkt dat het nog niet mogelijk is om permanente tandkronen of protheses direct in 3D te printen in hars of keramiek.
Additieve metaalproductie maakt het mogelijk om direct kronen, bruggen en tandheelkundige implantaten te produceren, evenals het metalen deel van stellites en de basis van volledige uitneembare protheses.

Welke 3D-printtechniek voor welke tandheelkundige toepassing

Toepassing Techniek
Chirurgische mallen SLA

Voorlopige protheses SLA
Orthodontische orthesen, interceptieapparaten, tandspalken, modellen SLA

Maxillofaciale chirurgie (genioplastiek, rinoplastiek, epithesen) en orthodontie: osteotomiegeleiders en repositioneringsgidsen, bv.: ortho-chirurgie Lefort, mandibulaire reconstructie… SLA

Basis van volledige uitneembare protheses

FDM
Metalen chassis van uitneembare partiële protheses Additieve metaalproductie

4 Voordelen, nadelen en perspectieven

In het prothetisch laboratorium is het tegenwoordig gebruikelijk om zowel subtractieve als additieve oplossingen samen te zien bestaan binnen een digitale workflowstrategie.
Het gebruik van 3D-printen als aanvulling op klassieke bewerkingsmethoden biedt veel voordelen.

Een gedematerialiseerd en vereenvoudigd tandheelkundig productieproces

Traditioneel waren protheses het resultaat van samenwerking tussen de tandarts en de tandtechnicus. De komst van digitale technologieën zet deze klassieke organisatie op zijn kop door de werkprocessen volledig te dematerialiseren.
Beide spelers in de tandheelkundige wereld treden zo toe tot een moderniseringsdynamiek van hun geavanceerde gereedschap, terwijl ze hun vakmanschap – dat essentieel blijft – behouden.
Door gebruik te maken van additieve productie is het mogelijk de productieketen te vereenvoudigen dankzij de digitale workflow, de omstandigheden te optimaliseren en de productiecycli van protheses en tandheelkundige gietvormen – en dus de delicate stappen van handmatig werk – te verkorten.

Snelle productie van protheses via 3D-printen

Van de digitale tandafdruk tot de 3D-printproductie duurt het volledig digitale proces slechts enkele uren werk, in plaats van enkele dagen traditioneel. Door de verkorte doorlooptijden kan de patiënt in sommige gevallen slechts één keer langskomen.
Door menselijke tijd te verminderen maakt additieve productie het mogelijk deze te richten op werk met hoge toegevoegde waarde en de productiviteit aanzienlijk te verhogen.

Rentabiliteit van 3D-printen voor de tandartspraktijk

De ROI van 3D-printen is aanzienlijk, wat de brede adoptie ervan door veel tandartsen en tandtechnici wereldwijd verklaart.
Vandaag de dag is meer dan 50% van de Franse prothetische laboratoria uitgerust met 3D-scanners en freesmachines, en 20% met 3D-printers, waardoor ze hun omzet met 70% kunnen verhogen.
Productie door het toevoegen van materiaal is inderdaad zeer rendabel, omdat meerdere protheses tegelijkertijd kunnen worden geprint, wat schaalvoordelen oplevert in termen van tijd en kosten.

Nauwkeurigheid van in 3D geprinte tandheelkundige onderdelen

Productietechnieken via toevoeging van materiaal zouden meer precisie bieden.
De kwaliteit van de vervaardigde onderdelen hoeft niet onder te doen voor die van onderdelen die met conventionele methoden in de tandheelkundige industrie worden geproduceerd.
Het grootste voordeel van 3D-printen is het vermogen om gepersonaliseerde en op maat gemaakte onderdelen te produceren.

Voordelen van tandheelkundig 3D-printen voor de patiënt

Het gecombineerde gebruik van digitale technieken maakt het mogelijk om in recordtijd gepersonaliseerde tandheelkundige hulpmiddelen en protheses te produceren, wat het comfort van de patiënt maar ook de effectiviteit van zijn behandeling verhoogt.

Ecologische impact van 3D-printen in de tandheelkunde

Additieve technologieën staan bekend om hun lage energieverbruik. Ze zijn weinig vervuilend en hebben minder impact op het milieu.
De gebruikte materialen zijn doorgaans biologisch afbreekbaar en recyclebaar, en dus duurzamer.

Nadelen en beperkingen van tandheelkundig 3D-printen

Hoewel 3D-technologieën aanzienlijke voordelen bieden, kan de adoptie ervan sommige behandelaars afschrikken die lang gewend zijn geweest te werken met traditionele methoden.
De overstap naar digitaal vereist immers een zeker vertrouwen in deze procedés. Bekeerde tandartsen en tandtechnici moeten zich uitrusten met de nodige apparatuur, waarvan het gebruik een nieuwe werkorganisatie en -logica vereist, evenals een training om software en apparaten te beheersen.

Perspectieven en toekomst van 3D-printen in de tandheelkunde

SmartTech Publishing legt uit dat 3D-harsprintoplossingen met een prijs onder de $5000 een belangrijke rol zullen spelen in de groei van 3D-printen op de tandheelkundige markt.
Het bureau schat dat Formlabs in de afgelopen twee jaar zijn marktaandeel meer dan 20 keer heeft vergroot met zijn Form 2 3D-printer en gecertificeerde tandheelkundige harsen.
SmarTech stelt dat additieve productie in de komende tien jaar de belangrijkste productiemethode zal worden voor alle tandheelkundige restauraties, uiteindelijk het volledige gamma tandheelkundige protheses zal bestrijken, en dat met name additieve metaalproductie een belangrijke rol zal spelen in deze sector, vooral voor de productie van directe metalen implantaten.
Het rapport schat dat uitbesteed 3D-metaalprinten voor de vervaardiging van deze implantaten tegen 2024 de miljard dollar zal overschrijden.

5 Conclusie

3D-printen heeft zich met zijn scala aan technieken en materialen in de tandheelkundige sector weten te vestigen dankzij de flexibiliteit in productie, efficiëntie, snelheid en precisie.
Additieve technieken maken het mogelijk productieprocessen van protheses en diverse tandheelkundige apparaten, die lang werden gedomineerd door freestechnologie, te optimaliseren zonder de uiteindelijke kwaliteit van de producten in het gedrang te brengen.
Hun belangrijkste nut ligt in de productie van hulpmiddelen op maat, een centraal vraagstuk in de geneeskunde en vooral in de tandheelkunde.
Alle cijfers tonen aan dat de ontwikkeling van de tandheelkundige markt veelbelovend is en toelaat maximaal profijt te halen uit digitale technieken.

6 Veelgestelde vragen over tandheelkundig 3D-printen

Wat is de prijs van een 3D-printer voor tandheelkundige protheses?

De prijs van een tandheelkundige 3D-printer varieert naargelang de technologie. Instapmodellen van SLA/DLP-harsprinters (Formlabs, SprintRay) beginnen rond € 3.000 tot € 5.000. Professionele modellen met hoge precisie voor prothetische laboratoria liggen tussen € 10.000 en € 30.000. Systemen voor additieve metaalproductie voor implantaten en stellites kosten meer dan € 100.000.

Is het mogelijk om een tand in 3D te maken?

Ja, het is mogelijk om voorlopige tandkronen, bruggen en protheses in 3D te printen met biocompatibele harsen. Definitieve keramische protheses kunnen nog niet rechtstreeks in 3D worden geprint, maar met de verloren-was-techniek kan een geprinte mal worden gemaakt om het eindmateriaal te gieten. Additieve metaalproductie maakt het op zijn beurt mogelijk om rechtstreeks metalen kronen en implantaten te produceren.

Wat is de prijs van een tandheelkundige 3D-scan?

Een intraorale 3D-scan (optische afdruk) kost voor de patiënt tussen € 50 en € 150. De investering voor de praktijk in een intraorale scanner ligt tussen € 15.000 en € 40.000, afhankelijk van het model. Deze kosten worden snel terugverdiend door het wegvallen van fysieke afdrukken, de vermindering van fouten en de versnelling van de digitale workflow.

Wat is de prijs van een tandheelkundige 3D-panoramic?

Een tandheelkundige 3D-panoramic (cone beam of CBCT) kost voor de patiënt tussen € 60 en € 200, afhankelijk van het bedekte gebied en de behandelaar. Voor de praktijk is de investering in een cone beam zoals de I-MAX 3D XPRO van Owandy een essentieel hulpmiddel voor implantaatplanning en geleide chirurgie, twee domeinen waar 3D-printen een directe toegevoegde waarde biedt.