Fräsen und 3D-Druck in der Zahntechnik
Was ist der Unterschied und für welche Technologie soll ich mich entscheiden?
Seit 35 Jahren brennen wir bei vhf für die Frästechnologie und entwickeln und verbessern sie immer weiter. Speziell für dentale Restaurationen gelten höchste Qualitätsanforderungen. Doch kann man diese nur durch Fräsen oder Schleifen erreichen? Schließlich ist der 3D-Druck derzeit – auch in der Dentalbranche – sprichwörtlich in aller Munde.
Bei der Auswahl der geeigneten Fertigungstechnologie – subtraktiv wie Fräsen oder additiv wie Drucken – ist die Frage entscheidend, zu welchem Zweck eine Arbeit angefertigt wird. So bietet die Drucktechnologie etwa bei der Herstellung von Modellen und Bohrschablonen gewisse Vorteile, beispielsweise hinsichtlich Schnelligkeit oder Wirtschaftlichkeit. Wenn es aber bei permanenten Restaurationen um Langlebigkeit, Gesundheitsschutz, Ästhetik, Materialvielfalt und Präzision geht, kann die Frästechnologie ihre Stärken voll ausspielen.
Nicht nur die perfekte Ästhetik ist ausschlaggebend für dentale Restaurationen, auch hohe Langlebigkeit und eine hervorragende Biokompatibilität sind entscheidende Faktoren für ein nachhaltig strahlendes Lächeln.
Langlebigkeit: Hochwertige Keramik für dauerhafte Restaurationen
Fräsbare Keramikwerkstoffe wie Lithiumdisilikat (beispielsweise das populäre IPS e.max von Ivoclar) und Zirkonoxid enthalten keine organischen Bindemittel – ihr Keramikanteil liegt also bei annähernd 100 Prozent, somit ist das Material von Anfang an stabil und homogen. Dies führt zu einer hervorragenden dauerhaften Haltbarkeit und minimiert das Risiko von Materialermüdung im Mund.
Einige 3D-Druckmaterialien wurden ebenfalls für dauerhafte Restaurationen entwickelt und weisen mit über 50 Prozent Gewichtsanteil einen vergleichsweise hohen Anteil an Keramikpartikeln auf. Ein erheblicher Teil des Materials besteht jedoch weiterhin aus Kunstharz, das dazu dient, die Schichten während des Druckprozesses zu verbinden. Kunstharz weist eine deutlich geringere Biegefestigkeit als Keramik auf, was sich auch in Zahlen zeigt: Während eine gedruckte Krone aus Hybridharz etwa 80 bis 150 Megapascal erreicht, liegt gefrästes Lithiumdisilikat bei rund 500 Megapascal. Zirkonoxid bringt es sogar auf 900 bis 1.200 Megapascal. Außerdem können die Kunstharze im Laufe der Zeit abgebaut werden, was die Stabilität und Haltbarkeit der Restauration beeinträchtigt.¹
Umwelt- und Gesundheitsschutz: ungiftig und biokompatibel
Keramische und metallische Rohlinge sind praktisch inert, also biokompatibel und sicher – sowohl während der Verarbeitung als auch im Mund der Patientinnen und Patienten. Dies ist durch jahrzehntelangen Einsatz belegt und entsprechend zertifiziert. Da diese Materialien keine toxischen Reaktionen hervorrufen, besteht somit kein Risiko von späteren Entzündungen oder allergischen Reaktionen. Die Nachbearbeitungsschritte beim Fräsen beschränken sich auf Polieren oder Sintern, ohne weitere chemische Reaktionsprozesse.
Die beim 3D-Druck verwendeten Kunstharzmaterialien enthalten oft giftige Chemikalien wie Acrylate und Isocyanate. Während des Druckprozesses entstehen Dämpfe und Staub, die für die an der Herstellung der Restauration beteiligten Personen ein Gesundheitsrisiko darstellen können.²
Gedruckte Restaurationen bleiben zudem giftig, wenn sie nicht richtig ausgehärtet sind. Selbst ausgehärtete Materialien können jedoch zytotoxisch³ sein und könnten im Mund zu Entzündungen, Gewebeschäden und allergischen Reaktionen führen.
Ästhetik: unübertroffen naturgetreues Aussehen
Lithiumdisilikate und moderne Zirkonoxidmaterialien bieten bereits eine hohe ästhetische Qualität und benötigen oft nur eine minimale oder gar keine zusätzliche Charakterisierung, um ein natürliches Aussehen zu erreichen.
Glaskeramiken zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Transluzenz aus. Ihr lichtoptisches Verhalten ähnelt dem natürlicher Zahnhartsubstanz – sie wirken lebendig und tiefenwirksam. Bei Zirkonoxid gibt es mehrschichtige Materialien, die unterschiedliche Farbabstufungen und Transparenzen vereinen. Für hochästhetische Provisorien können mehrschichtige PMMAs verwendet werden, die Farbverläufe bereits integriert haben. Sie liefern ein ansprechendes Ergebnis mit höherer Natürlichkeit als einfarbige Kunststoffe.
Das Drucken von mehrschichtigen Kunstharzmaterialien ist hingegen nur mit komplexer und teurer Technologie möglich, mit welcher dennoch keine vergleichbar hohe Ästhetik wie bei fräsbaren Materialien erzielt werden kann.⁴ Bei der Herstellung von Provisorien und Bohrschablonen kann der Druck hingegen eine kostengünstige Option sein. Die Werkstoffe unterliegen auch nicht den Anforderungen an eine Langzeitbeständigkeit in der Mundhöhle, weil sie nur kurz und ohne mechanische Belastung eingesetzt werden.
Große Anwendungs- und Materialvielfalt beim Fräsen: Mit der vhf R5 lässt sich dank der directclean Technology ohne Umrüstarbeiten beliebig zwischen Nass- und Trockenbearbeitung wechseln. Hier: Nassschleifen von Glaskeramik und Trockenfräsen von Zirkon.
Große Materialvielfalt und Flexibilität
Mit nur einer Fräsmaschine kann eine Vielzahl von Materialien verarbeitet werden – von Wachs über Kunststoffe bis hin zu Keramik und Metallen. Diese Bandbreite stellt Flexibilität im Laboralltag sicher, reduziert die Investitionskosten und vereinfacht Schulungen, weil das Bedienkonzept bei einer Maschine stets gleichbleibt.
3D-Drucker sind dagegen in der Regel für den Druck nur einer Materialklasse ausgelegt, da die Technologien für den Druck unterschiedlicher Materialien grundlegend verschieden sind. Hier kommen digitale Lichtprojektionsverfahren (DLP), Stereolithografie (LCA) oder selektives Laserschmelzen (SLM) zum Einsatz. Für das gleiche Indikationsspektrum ist beim 3D-Druck also ein größerer Maschinenpark erforderlich oder man muss Arbeiten fremdfertigen lassen.
Präzise und vorhersagbare Ergebnisse mit hoher Oberflächengüte
Die Wiederholgenauigkeit beim Fräsen liegt im einstelligen Mikrometerbereich. Je nach den verwendeten Werkzeugen und der Frässtrategie ist die Präzision der Zahnrestaurationen hervorragend und die Passung ist bei korrekter Vorgehensweise sehr konstant reproduzierbar. Schließlich entscheiden in der Zahnmedizin winzige Abweichungen, ob eine Restauration perfekt passt oder aufwendig nachgeschliffen werden muss. Gefräste Oberflächen haben zudem eine sehr hohe Güte, was beispielsweise die Plaque-Ansammlung an Prothesenoberflächen reduziert.⁵
Der 3D-Druck hat ebenfalls eine hohe Auflösung, aber die Vorhersagbarkeit in Bezug auf die Passform ist nicht mit gefrästen Restaurationen vergleichbar.⁶ Zudem befinden sich die für den Druck unvermeidlichen Stützstrukturen, die später manuell entfernt und geglättet werden müssen, oft an kritischen Stellen – zum Beispiel an der Kaufläche einer Krone. Dafür ermöglicht der 3D-Druck aber auch komplexe Geometrien, die mit traditionellen Frästechniken schwer zu erreichen sind.
Beim Fräsen einer Krone bleibt ein Haltesteg stehen, der vergleichsweise unauffällig seitlich am Zahn angebracht wurde. Er lässt sich gut von Hand entfernen. Die Stützstruktur des 3D-Drucks besteht aus mehreren dünneren Stegen, die sich häufig direkt auf der Kaufläche befinden. Deren Entfernung gestaltet sich deutlich schwieriger und die feinen Details einer aufwendig konstruierten Kaufläche gehen hierbei wieder verloren. Reste des Druckharzes sind hier noch als weiße Schicht erkennbar.
Über 40 Jahre bewährte Fräsergebnisse in der Zahnmedizin
Dentalkeramik wird seit Jahrzehnten gefräst und geschliffen. Ob Glaskeramik oder Zirkonoxid – es gibt nachgewiesene langfristige klinische Erfolge und wissenschaftliche Langzeitstudien, die ihre Haltbarkeit belegen.⁷ Diese Erfahrungen schaffen Sicherheit für Zahnärzte und Patienten. Ein Beispiel: Die Überlebensraten von Keramikkronen liegen in vielen Studien nach zehn Jahren bei mehr als 90 Prozent.
Bei gedruckten Materialien ist dies nicht der Fall, da sie in der Regel relativ neu auf dem Markt sind und belastbare Langzeitdaten fehlen. Vor einiger Zeit musste ein namhafter Hersteller ein neues Hybridmaterial sogar auf bestimmte Indikationen beschränken, nachdem sich Kronen in der Praxis in großem Umfang abgelöst hatten.⁸
Schnellere Produktion mit weniger Vor- und Nacharbeit
Beim Vergleich der Produktionszeiten muss der gesamte Produktionsablauf berücksichtigt werden. Die Fräsmaschine ist sofort betriebsbereit und Fräsmaterialien erfordern keine Vorbereitung. Nach dem Fräsen werden die Haltestege entfernt und geglättet, anschließend werden die Restaurationen mit Druckluft gereinigt. Die meisten Materialien müssen abschließend in einem Ofen gesintert oder kristallisiert werden; die dafür benötigte Zeit hat sich jedoch mit dem technologischen Fortschritt deutlich verkürzt.⁹
Beim 3D-Druck nehmen die Vor- und Nachbearbeitung mehr Zeit in Anspruch. Druckbare Materialien müssen oft gemischt und über längere Zeit erwärmt werden, bevor sie verwendet werden können. Bei größeren Stückzahlen tritt dieser Effekt jedoch zunehmend in den Hintergrund.
Auch nach dem Druck sind noch mehrere Schritte zu durchlaufen wie das Abschneiden und Glätten der aufwendigeren Stützstruktur, diverse Reinigungsvorgänge, die Aushärtung von harzbasierten Materialien mit einem UV-Lichtgerät bzw. das Sintern von keramischen Materialien im Ofen. Abschließend erfolgt das Glätten der Oberfläche mit einem rotierenden Instrument. Diese Abläufe sind notwendig, um ein sicheres und klinisch brauchbares Ergebnis zu erzielen, kosten aber Zeit und Personalaufwand.
Schleifen von Glaskeramik mit höchster Präzision: dank einer Wiederholgenauigkeit im Mikrometerbereich müssen bei der Passgenauigkeit keine Kompromisse eingegangen werden. So können auch bei empfindlichen Materialien wie Glaskeramik im unkristallisierten Zustand dünne Präparationsgrenzen gefertigt werden.
Welche Technologie eignet sich also für welche Indikation?
Additives Fertigungsverfahren
Es zeigt sich, dass additive und subtraktive Fertigungsverfahren als komplementäre Technologien betrachtet werden können: Der 3D-Druck eignet sich für chirurgische Schablonen, Modelle und Provisorien, die auf diese Weise recht flexibel und kostengünstig hergestellt werden können. Mit anderen Worten: für alles, bei dem es nicht auf höchste Qualität ankommt und was nicht langfristig im Mund der Patientin oder des Patienten verbleibt.
Hybridverfahren
Es sind aber auch Hybridverfahren im Kommen, bei denen eine Arbeit zunächst durch Laserschmelzen aus Kobalt-Chrom oder Titan additiv aufgebaut und anschließend an passungsrelevanten Stellen auf einer hochpräzisen Fräsmaschine subtraktiv nachbearbeitet wird. Die verbliebenen raueren Oberflächen des lasergesinterten Metalls eignen sich dann ideal zum Verblenden mit Kunststoff. Hier können sowohl die größere Designfreiheit des Laserschmelzens als auch die Präzision des Fräsens ihre Vorteile ausspielen; das Verfahren ist aber auf recht spezifische Indikationen beschränkt.
Subtraktives Fertigungsverfahren
Das Fräsen ist eindeutig die erste Wahl für dauerhafte Restaurationen aufgrund ihrer überragenden Langlebigkeit, Biokompatibilität, Präzision und ästhetischen Qualität. Hier trifft auch das Argument des vermeintlich günstigeren Preises für 3D-gedruckte Restaurationen nur teilweise zu: Während Blockmaterialien nach wie vor kostspielig sind, sind die Preise für Ronden etwa aus Zirkonoxid in den letzten Jahren deutlich gesunken. Außerdem sind hochwertige Materialien für den Druck von dauerhaften Restaurationen ebenfalls teurer als die häufig zum Preisvergleich herangezogenen Materialien für Provisorien.
