Néha ott kezdődik a jövő, ahol az ember nem is gyanítaná, például a régóta ismert „Csináld magad”-dal. A CAD/CAM-mel és az olyan innovatív anyagokkal, mint a cirkonoxid, a „fogtechnikus” szakma általános struktúra váltása, változási folyamata már sok évvel ezelőtt elkezdődött. Most a 3D nyomtatással egy új gyártási technológia áll a rendelkezésünkre. A cikk szerzője leírja a laboratórium tulajdonosok szemszögéből, hogyan lehet a 3D nyomtatást hasznosan a munka és cselekvési folyamatokba integrálni. Ezen kívül megválaszolásra kerülnek a kérdések, hogyan változtatja meg a laboratóriumban a gyártási folyamatokat a 3D nyomtatás és milyen előnyöket kínál ez a technológia a fogtechnikus számára.
Egy ideje a fogtechnikai laboratóriumokban a gyártási technológiákhoz társul egy kiegészítő gyártási eljárás: a 3D nyomtatás. A modern nyomtatási eljárással új gondolkodásmód kerül bele a fogtechnikai munkafolyamatokba. Innovatív készülékek meggyőző (és így kedvező) ár-teljesítmény arányának köszönhető, hogy a trend a 3D nyomtatásnál az önálló laboratóriumi előállítás felé halad vissza. Így biztosít például a Bego Varseo 3D nyomtatás rendszere átlátható előállítási költségek mellett nagy anyagkínálatot és egyszerű kezelést (félautomata). A fogtechnikai laboratórium számára így megnyílik a hozzáférés egy jövőorientált technológiához, és ismert és új protetikai indikációk előre megmondható minőségű eredményéhez. Ez által az üzleti területek felé az út simábbá válik, amit eddig külső előállítóknak kellett átengednünk. Így például a fúrósablonok előállítását a navigált implantológiához (Guided Surgery). Alapjában véve a 3D nyomtatás nem hasonlítható össze a CAD/CAM fréztechnológiával, hanem mint egy kiegészítő technológiát kell tekinteni.
Felvitel ledolgozás helyett
A 3D nyomtatás egy gazdaságos gyártási eljárásnak számít, mivel az építőelemek előállítása hozzáadódóan történik. Felhasználásra ezért csak az az anyagmennyiség kerül, ami a kialakításhoz szükséges. Mi, mint laboratórium, ezzel kiegészítőleg a kidolgozó gyártáshoz egy olyan technológiát nyerünk, amivel bármilyen alakzatot nagyfokú pontossággal és széles anyagválasztékból készíthetünk. Ez egy tökéletes kiegészítés a CAM frézgéphez. Sok indikáció ültethető át a 3D nyomtatással nagyobb fokú precizitással és alacsonyabb költségek mellett, mint manuális úton. Ide tartoznak például a sínek vagy a fúrósablonok, tehát a nagy fesztávú konstrukciók, amelyeknél a frézeléssel deformitások és ezáltal feszültségek léphetnek fel. Itt a 3D-nyomás világosan fölényben van.
Alapok a 3D technológiához
Egy 3D nyomtatónak szüksége van – mint egy fréz – vagy csiszoló egységnek is – egy digitális adathalmazra, ami az információkat a nyomtatni kívánt hozzávalókat tartalmazza. Itt egy háromdimenziós konstrukcióról van szó (például egy harapási sín STL adatsoráról), amit a nyomtató szoftvere kétdimenziós, horizontális rétegekre (Layer) bont, és amivel azután a 3D nyomtató ebből eredő adatformátumát tárolja. A nyomtatás alatt a 2D rétegek úgy lesznek egymásra építve, hogy egy háromdimenziós objektum keletkezik. Jól látható az alapelv, ha a 3D puzzle-t az Eiffel-torony vagy a gizai piramis motívumaival elképzeljük. Alapvetően a 3D nyomtatás meghatározás átírja a gyártási módszerek sokaságát és különböző technológiák gyűjtőfogalma. Általános vélemény, hogy a gyors prototipizálás (vagy gyors gyártás) alapelveiről van szó. A következőkben a leggyakoribb módszerek kerülnek bemutatásra.
Poly-jet technológia
A technológia a leginkább egy tintasugaras nyomtatóhoz áll közel. Mivel a Poly-Jet nyomtató a tintasugaras nyomtatóhoz hasonlóan nyomtatófejekkel rendelkezik: de tinta helyett benne egy kötőanyag vagy egy fotopolimer található. Az első változatnál a kötőanyagot (ragasztó) 2D-porrétegekben viszik fel, amit egy henger lépésről lépésre egy nyomólemezre visz fel. Egy másik változatban egy folyékony fotopolimert visznek fel egy 2D-plattformra (X és Y koordináták) és végül egy fényforrással kikeményítik. Minden kikeményített réteggel az építő platform (Z koordináta) süllyed, úgyhogy idővel létrejön a 3D darab. Ezáltal a 3D darab lassan felfelé növekszik.
3D nyomtatás porral
A 3D pornyomtatásnál beszélnek szelektív lézerszinterezésről (SLS) vagy szelektív lézerolvasztásról (SLM) is. Itt a porállagú kiindulási anyagot rétegesen viszik fel és lézerrel egy 3D-darabbá „tömörítik”. A gyártás általában megnövelt nyomás alatt és hő odavezetése mellett történik. Hasonlóan működik az SLM, csak hogy ennél az eljárásnál fémport használnak. Az SLM-nél a fémport egy nagy teljesítményű lézer réteg felépítéses eljárással lokálisan megolvasztja (fém 3D nyomtatás).
3D nyomtatás olvasztott anyagokkal
Amint a már megolvasztott anyag háromdimenzióban felépítésre kerül, Fused Deposition Modeling-ről (FDM) beszélünk. Az alapelv hasonlít egy forrólevegős ragasztópisztoly alkalmazásához az építészetből. Csak olyan anyagokat lehet feldolgozni, amelyek hőre lágyulnak (viaszok, vagy termoplasztikus műanyagok). A nyomófej belsejében van egy forró fúvóka, amibe bevezetik a nyersanyagot. A felmelegítés által az anyag megolvad, és folyékony formában kilép a fúvóka másik oldalán. Egy hűtőberendezés stabilizálja a szintén horizontális rétegekben felkerülő anyagot, úgyhogy a követő rétegek folyamatosan egymásra rakódhatnak.
3D nyomtatás folyékony anyagokkal
Egy példa a folyékony anyagokkal való nyomtatásra a sztereolitográfia (SLA). Az SLA-eljárás a 3D nyomtatás őse. Itt az objektum egy folyékony műgyantából lévő fürdőben (fotopolimer) alakul a kívánt formára. Ez a műgyanta UV fény vagy lézer alatt pontszerűen keményedik ki. A 3D minták egyes rétegeit LED-fénnyel a folyékony anyag felszínére vetítik, vagy egy lézerrel szelektíven megvilágítják. A réteg megdermed és rögzíti az objektumot az alatta lévő mozgatható szerkezetre. Ezután egy mechanikus kar a mintát a megfelelő rétegmagassággal felfelé húzza, és a folyékony anyag alul ismét összegyűlik, úgyhogy lehet vetíteni a következő réteget.
A fogtechnikai ipar számára két technológia különösen alkalmasnak bizonyult: az SLM és az SLA technológia. Az SLA technológia képezi itt a kiegészítő előállítás alapkövét. A Bego Varseo 3D nyomtatója DLP-technológiával dolgozik, ami egy modern megvilágításos eljárás. A 3D technológiák sokfélesége megengedi olyan anyagok átültetését, amire ma talán nem is gondolnánk, amelyeket azonban a közeli jövőben igen gyorsan ki kell találnunk. Ezért kell a laboratóriumoknak lehetőség szerint idejében megbarátkozni ezzel a kiegészítő gyártási móddal. A technológia kiforrott. A fogorvosok és pácienseik kívánságai felénk, laboratóriumok felé folytonosan fokozzák az anyagportfólió növekedését.
A Varseo 3D nyomtató alkalmazása a laboratórium mindennapjaiban
A teljes gazdaságot szemlélve a 3D nyomtatás az ipari értékteremtési folyamatot meg fogja változtatni. Mi is, mint fogtechnikusok, a 3D nyomtatással csak nyerhetünk. Laboratóriumunkban egy ideje a Varseo nyomtatás-szisztémával dolgozunk. A 3D nyomtató nézetünk szerint költség-nyereség arányával az első hasznos 3D nyomtató készülék a fogtechnikusi mindennapokban. Alapvetően azonban a 3D nyomtató technológia megjelenése nem jelenti azt, hogy a bevált CNC gyártó készülékek a fogtechnikából el fognak tűnni. Sokkal inkább: a fogtechnikának egyre több számítógépes támogatású gyártást kell kínálni. Mi fogtechnikusok meg fogjuk tanulni a „hibrid” gondolkodást: frézelés/csiszolás vagy nyomtatás – ezt az indikáció fogja eldönteni. A cirkon-oxiddal például egy igen gazdaságosan frézelhető anyag jött létre, amit nem szeretnénk nélkülözni. A nyomtatóval ezzel szemben olyan darabokat állítunk elő, amelyek nem, vagy csak igen nagy ráfordítással frézelhetők, mint például sínek, fúrósablonok vagy fémlemez struktúrák.
Meggyőző a Varseo-ban az anyag-spektrum. A felhasználó pillanatnyilag öt speciális gyanta közül választhat, és ezzel különböző indikációkat tud lefedni. Számítani lehet rá, hogy a közeljövőben további gyanták és ezzel új alkalmazási területek is a palettára kerülnek. A Varseo nyomtató vonzereje egyszerű kezelésében rejlik. Mert a Varseo 3D nyomtatóval egy olyan egygombos szisztémát fejlesztettek ki, amit három kézi fogantyúval ösztönösen lehet működtetni. Egy okosan kifejlesztett tartály-szisztéma teszi lehetővé a komplikációmentes anyagváltást. Minden anyaghoz külön tartályt kell használni. Ezért ajánlatos több tartályt vásárolni. A zárt tárolóknak köszönhető, hogy a gyanta szennyeződése és szükségtelen megvilágítása a minimálisra redukálódik. A nyomtató, mint „open-STL-file”-készülék valamennyi fogtechnikai szoftvermegoldáshoz megfelelően tervezett. Az adatátvitel USB-n keresztül problémamentesen megtörténhet. Alternatív megoldásként a szisztéma kényelmesebben is a laboratóriumi hálózattal összeköthető.
A Varseo egy klasszikus félautomata, amiért ez a készülék a számunkra rendkívül szimpatikus. Ez azt jelenti, hogy a fogtechnikus teljesen össze van kötve a folyamatlánccal, és a termelés fontos része marad. Itt válik érthetővé, hogy a modern fogtechnikus a 3D technológiánál is abszolút pótolhatatlan.
A Varseo alkalmazási területei jelenleg áttekintésben
• Harapási sínek
• Fúrósablonok
• CAD/öntött vázak (koronák, hidak, fémlemez)
• Egyéni lenyomatkanalak
• Minták
A mi laboratóriumunkban a technológia fúrósablonok, sínek és CAD/öntött vázak esetében kerül alkalmazásra. Egyre többet készítünk azonban lenyomatkanalakból is a Varseo nyomtatóval. Itt szeretném egy kanál CAD/CAM támogatásos elkészítésének költségeit egy CAD konstrukció ráfordításaival szembeállítani. Ehhez hozzá kell fűzni azt, hogy a fogtechnikus hivatása nem csak vonzerejével hat, ha a tanuló által készített „kanalat” csiszolni kell. Valamennyi szakavatott számára azonban mégiscsak sokkal kényelmesebb este a nyomtatót beállítani, és abból másnap reggel a kész kanalat kivenni. Az ilyen modern technológiákkal szakmánkat ismét érdekesebbé tudjuk tenni, és a mai tanulóknak új technológiákat kínálhatunk.
Munkafolyamat a 3D nyomtató használatával
A 3D nyomtató integrációjához semmit sem kellett változtatnunk a meglévő CAD/CAM technika konstrukciós technológiáján. A CAD átültetés nálunk a 3Shape szisztémával történik. A szituáció digitalizálását (3Shape szkenner) követi a nyomtatott elem tervezése a DentalDesigner szoftverben. Ezután a CAM-hez egy úgynevezett Bau-Job-ot kell készíteni. Erre a célra rendelkezésre áll a CAMbridge szoftver modul. Ezzel a konstrukció a kibocsátott adatoknak megfelelően a 3D nyomtatóhoz illesztett lesz és beépül a nyomtatóba. Mivel a konstrukciós adatok tároltak, az egységet bármikor újból lehet nyomtatni, ami például a provizóriumoknál vagy a síneknél hasznos.
Egy sín előkészítése a 3D nyomtatáshoz
Egyre gyakrabban integrálnak síneket a protetikai terápiás folyamatokba. A funkciózavarok kezelése mellett a sínekkel esetenként például mindenféle vertikális harapásemeléseket érvényesítenek. Sok vevőnk jár el úgy, hogy a pácienseket nagyobb restaurációknál először egy sínnel látja el: a sínek hasonlítanak tehát a későbbi ellátás „próbaviseléséhez”. A fogszabályozások esetében is a sínek hasznos segítők. Meg kell itt említenünk a fog korrektúra síneket (Aligner).
A gipszminták szkennelése vagy az intraorális lenyomatadatok feltöltése után rendelkezésünkre áll egy virtuális diagnosztikai minta. Ezt a fogorvos vagy a fogtechnikus minden méretben kiértékelheti. A szoftver mintázási utasításainak megfelelően következik ezután a sín tervezése. Ügyelni kell az 1,0-1,5 mm-es minimális falvastagságra. A megtervezett sín elfogadása után kiválasztjuk a „Send design to manufacturing” opciót, mivel a sínt a laboratóriumon belül szeretnénk nyomtatni. A „3Shape CAMbridge” szoftver applikáció segítségével a konstrukciót, mint Bau-Job-ot (tárgy nyomtatása) készítjük elő. Ehhez egy Job-adatsort készítünk, és a Varseo nyomtatót a „Maschine” pont alatt benyomjuk.
Anyagként a „VarseoWax Splint”-tel egy sínekhez való speciális gyanta áll rendelkezésre. Most az STL-adatokat a Job-megrendelésre töltjük fel. Ahhoz, hogy a gép működési idejét csökkentsük és a gépet hatékonyan terheljük, hasznos a nyomtatót úgy felszerelni, hogy több darabot egy rendelésben nyomtasson. Ezután a sínkonstrukciót a CAMbridge szoftverrel a nyomtatóban el kell helyezni. Változtatásokat az X és az Y tengelyen lehet lefolytatni. A supportokat (támaszok az építőlemezhez, melyek sok kicsi öntőcsatornához hasonlítanak) a szoftver automatikusan generálja, és azok eloszlását a 3D nézetben kontrollálja. Az átfedő vagy helytelenül pozícionált supportokat el lehet tolni, vagy el lehet távolítani. A „Produzieren” az a gomb, amivel a BauJob automatikusan felkészül és tárolódik. Az adatsort ezután közvetlenül átadjuk a nyomtatóra, vagy egy USB-n tároljuk. A 3D nyomtató ezután feldolgozza az adatsort és kijön a nyomtatott sín.
Önök nélkülözhetetlenek és azok is maradnak
Egy olyan terület, amit mi, mint laboratórium a 3D nyomtatással újonnan csatlakoztathatunk, illetve kiépíthetünk, a preimplantológiai tervezési szolgáltatás. A kis és közepes laboratóriumoknak is meg kell próbálniuk, hogy az implantológiai „gyártási láncolatba” a kezdetektől, mint tanácsadó partner beilleszkedjenek és méltányolják őket. Nagy figyelmet érdemel a fogorvos/szájsebész is. Ez azt jelenti, hogy minden tervezést a fogorvosnak/szájsebésznek kell jóváhagynia, és ideális módon írásban igazolnia.
A fogtechnikus az új technológiák által a munkafolyamatokat nem csak kedvezőbb árúvá és hatékonyabbra tudja kialakítani, hanem megoldhatja a számunkra az „alkotó segítőtárs” megítélést. Ha rendelkezünk a megfelelő kompetenciával, például egy implantátum-protetikai kezelés tervezésébe partnerként idejében be fognak vonni. A háromdimenziós tervezés (klasszikus Backward Planning) a team kommunikációját kényszerítően előfeltételezi. Önök, mint fogtechnikusok, ezáltal nélkülözhetetlenné válnak. Magától értetődően a tervezés a fogorvos/szájsebész szintjén marad, mindenesetre a fogtechnikus értékes előzetes munkát végezhet, és ezzel a kezelő orvosnak valódi értéktöbbletet hoz létre.
Egy fúrósablon előkészítése a 3D nyomtatáshoz
A 3D nyomtatással a virtuális tervezés szerint egyszerű a fúrósablonokat előállítani. Idáig a sablonokat költségesen kézzel készítették (például a Hexapoddal és behelyezett lego elemmel) vagy egy külső szolgáltatónál nyomtatták. Ha megszemléljük a tiszta gyártási, illetve anyagköltségeket a 3D nyomtatásnál, gyorsan világossá válik, hogy ez miért tartozik a leggazdaságosabb gyártási fajták közé. Az eljárás elképesztően gyors, pontos és költséghatékony.
Mint implantátum tervező programok nálunk az ImplantStudio (3Shape) és a smop (Swissmeda) kerül alkalmazásra.
Mindkét program nyitott STL-adatsorokat szállít, amelyekkel a nyomtatót be lehet tölteni. A még viszonylag fiatal ImplantStudio szoftver igen jó kezdeteket mutat, mindenesetre a további fejlesztésre még várni kell. A smop szoftver kiforrott és praxisbarát. Az előnye ennek az ösztönösen működtethető szoftvernek az optimált teljes folyamat – az eset tervezésétől a fúrósablon készítéséig.
Itt nem szükséges a CT, illetve a DVT felvétel előtt szkennsablont készíteni. A szakterületek közötti kommunikáció a kezelő team-ben egy szerveralapú szisztémán keresztül zajlik. Az adathordozók körülményes elküldése ez által már nem szükséges. A DVT vagy CT képek DICOM adatait éppúgy importálják, mint a száji helyzet vagy a Set-up STL adatsorát. Az adatsor telepítése után valamennyi lényeges információ egy képen megtekinthető. Az állkapocscsont háromdimenziós ábrázolása mutatja az anatómiai struktúrákat. A Set-up szállítja az elképzelést a protetikai elrendezésről. A szoftverben valamennyi kapható implantátum rendszer integrált, így ki lehet választani a kívánt szisztémát, és virtuálisan a mutatott csontokra lehet helyezni. Az implantátumot megfogják az egérrel, és a korrekt pozícióba tolják.
Az implantátumok virtuális behelyezése után a tervezett szituációt egy felülnézeti képre visszahelyezik, és ellenőrzésre az implantológushoz küldik. Ő ellenőrzi az implantátum tengelyeket és adott esetben hozzáigazítja. A záró kontroll után a tervezést a fogorvos lezárja és visszaküldi a laboratóriumba. Erre az implantátum tervezésre alapozva konstruáljuk a tervező szoftverben a fúrósablont, ilyenkor csupán a sablon külső határát kell megállapítani. A szoftver kombinálja az információkat a tervezett implantátum pozíciókkal és automatikusan létrehoz egy látványtervet. A kialakítás individuálisan a kezelő orvos specifikus kívánságaihoz igazítható. A sínkészítésnek megfelelően a fúrósablont a nyomtatási folyamathoz a CAMbridge szoftverbe illesztik. A fúrósablont ilyenkor fejen állva (horizontálisan) rendezik el. A supportok ellenőrzésekor ügyelni kell arra, hogy a furathüvelyek szélei szabadon maradjanak. Adott esetben a supportokat ezen a területen le kell törölni, vagy el kell tolni. A sablonok pontos pozícionálása után Baujob-ot készítenek, és az adatokat átviszik a nyomtatóra.
3D nyomtatás a Varseo-val
Miután az adatsort átvittük a nyomtatóra, a készülék a megtalált adatokat a „Begojob 1” sávra helyezi. Emellett a rétegfelvételek száma és a nyomtatási folyamathoz szükséges idő is kijelzésre kerül. Mielőtt a Druckjobot el lehet indítani, a tárolókat (gyanta tartály) meg kell szabadítani a műanyag maradványoktól. A lehetséges szennyeződéseket a tartályok üvegkorongján kevés etanollal lehet eltávolítani. A „Start Print Job” nyomógombbal indul a nyomtatási folyamat. Az objektum egyes rétegeit úgynevezett maszk vetítéses eljárással UV fény segítségével vetítik a folyékony anyag felszínére. A megvilágított réteg megkeményedik és a tárgyat a felül lévő mozgatható részre rögzíti (a nyomtatott tárgy tehát lefelé nő). Egy mechanikus kar a talpon található mintát a megfelelő rétegmagasságba felfelé húzza úgy, hogy a folyékony anyag a tárgy alatt gyűlik össze, és a következő réteg vetíthető. Így készül lépésről lépésre egy sín vagy fúrósablon.
A felépülési ráta 50 μm-nél óránként 20 mm-t tesz ki, 1000 μm-nél ez 40 mm/óra. A nyomtatási idő ezzel függ az építési magasságtól és alapvetően független a nyomtatási folyamatonkénti darabok számától. A nyomtatás után az objektumot kiveszik a készülékből, és leválasztják a felületről. Először ultrahangos fürdőben etanolos tisztítás következik. Annak érdekében, hogy az utolsó gyantamaradványt is eltávolítsák, lehet ezután a tárgyat egy etanollal átitatott ecsettel megtisztítani. A tisztítási folyamat friss etanolfürdőben maximálisan 5 percig tart. Ezután le lehet vágni a supportokat egy szeparáló koronggal, vagy egy fogóval. Ilyenkor ügyelni kell arra, hogy a nyomtatott darab ne sérüljön, vagy ne deformálódjon. A fúrósablonoknál különösen a hüvelyek területén kell gondosan eljárni.
Végül következik polimerizációs készülékben a tárgy tökéletes kikeményítése. Csak ekkor éri el a végleges anyagtulajdonságokat, úgyhogy a hüvelyeket be lehet rögzíteni a fúrósablonba. A rögzítés a VarseoWax Surgical Guide gyanta egy cseppjével történik és egy ismételt fénypolimerizálással. Minden további utómunkálat nélkül a sín vagy a sablon ezzel kész a szájba történő behelyezésre.
Kitekintés
A Varseo nyomtatóval ez idejűleg minták, lenyomatkanalak, CAD/öntött vázak (tehát vázak koronákhoz, tercier struktúrákhoz, túlharapásos struktúrák, fémlemez) sínek, fúrósablonok készíthetők. A közeljövőben az anyagkínálat bizonyára bővül fogszínű anyagokkal, és a nyomtató ezáltal teljes kerámia őrlő koronák, vagy provizóriumok gyártása számára is érdekessé válik. Ha a távolabbi jövőbe tekintünk, várható, hogy a kerámia összekapcsolható lesz a fogtechnikai 3D nyomtatási folyamatokkal. A „nem fogtechnikai” mindennapokban ez már nem ábrándos elképzelés. 2015 áprilisában a hannover-i vásáron bemutattak olyan 3D nyomtatókat, amelyek nagyteljesítményű kerámiákat tudnak nyomtatni. Itt a fényérzékeny gyantában kerámia részecskék homogén eloszlanak.
Összegzés
Miután az elmúlt évtizedben a CAD/CAM fréztechnika beépült a fogtechnikába, most a 3D nyomtatás társult hozzá. Az előnyök a laboratórium számára a gazdaságosság mellett a precizitás, a nagy előállítási sebesség, bármilyen alakzat átültetése, az anyagok sokasága és az ahhoz kapcsolódó széles indikációs választék. „Do-It-Yourself” – a 3D nyomtatással laboratóriumként bővíteni tudjuk szolgáltatási palettánkat és kedvezőbbé tehetjük gyártási folyamatainkat. Ezzel az értékteremtés a laboratóriumban marad, anélkül, hogy a nagyfokú készítési precizitásról le kellene mondanunk.
| Indikáció | Átlagos súly lemezzel | Anyag nettó ár |
| Fémlemez bázis
(CAD/öntött eljárás) | kb. 8 gramm | 3,03 € |
| Fúrósablon | kb. 15 gramm | 7,15 € |
| Sín | kb. 12 gramm | 5,64 € |
| Lenyomatkanál | kb. 20 gramm | 7,58 € |
Megjelent a Dentál Dialógus c. magazin 2016/1. számában.