3D tiskárny Straumann® CARES® P series od firmy Rapid Shape pohledem uživatele

„Dentální 3D tisk dosáhne celosvětově ke konci roku 2025 pravděpodobně hodnoty 930 milionů dolarů. To je doprovázeno ročním růstem okolo 17 %“, tolik předpoklady společnosti QY Research, zabývající se průzkumem trhu a poradenstvím.* Bezpochyby se 3D tisk ukazuje jako jedno z nejsilněji rostoucích odvětví v dentální branži. S rostoucím zájmem se ruku v ruce rozšiřuje i trh s řešeními pro dentální 3D tisk. Při rozhodování o pořízení 3D tiskárny stojí zájemce před množstvím přístrojů s často podobně znějícími reklamními sděleními. Rozhodnutí pro optimální 3D tiskárnu podléhá mnoha faktorům, které se na jedné straně týkají samotné technologie 3D tiskárny a na druhé straně požadavků budoucího uživatele. S 3D tiskárnami pracujeme od roku 2012 a již před nějakým časem jsme se rozhodli pro nový přístroj z dílny Straumann^® od výrobce Rapid Shape pro rozšíření našich dvou stávajících 3D tiskáren. Před samotnou investicí jsme se s touto tiskárnou velmi intenzivně seznamovali a v rámci osobní návštěvy výrobního závodu jsme obdrželi důležité informace z první ruky.

Firma Rapid Shape má své sídlo v Heimsheimu, v malém městečku jižně od Pforzheimu (Německo). Zde se systémy pro 3D tisk vyvíjejí, vyrábějí i distribuují do celého světa. Zdejší specialisté patří k předním inovátorům v aditivních technologiích. Od roku 2015 doplňují jejich portfolio i profesionální dentální 3D tiskárny využívající technologii DLP. Tento výrobce tiskáren optimalizoval proces tisku vlastními technologiemi i pro dentální obor. V roce 2017 vstoupila společnost do partnerství s firmou Straumann – spojení, které bylo velmi vítáno, protože Rapid Shape umožnil firmě Straumann rychlý přístup k aditivním technologiím. Výsledkem jsou 3D tiskárny Straumann^® CARES^® P series.

Je jasné, že investice do nové 3D tiskárny se vyplatí pouze tehdy, když je s ní spojen skutečný nárůst produktivity. Navíc musí tiskárna samozřejmě odpovídat různým provozním požadavkům zubní laboratoře. V tomto ohledu existují podle oblasti použití různé přístupy. Pro naši laboratoř jsme hledali vysoce přesnou tiskárnu, primárně na výrobu modelů a implantačních šablon. Návštěva v Rapid Shape nám ukázala, s jak vysokou kompetencí, péčí a spolehlivostí jsou přístroje vyvíjeny a vyráběny.

Zajištění kvality u výrobce

Nás osobně zajímala nejvíce přesnost vytištěných objektů. Ta by měla být před použitím tiskárny ověřena ze strany výrobce, neboť bychom chtěli tisknout s konstantně vysokou kvalitou. Co na nás u Rapid Shape udělalo dojem, jsou – kromě vývoje i výroby přímo v Německu – velmi přísné inspekční protokoly.

Každá 3D tiskárna, která podnik opustí, je prověřena odborníky, kteří se nepodílejí na její výrobě. Zvláštní pozornost je věnována rychlosti tisku, spolehlivosti a reprodukovatelnosti výrobního procesu včetně přesnosti vytištěných objektů. Přesnost je zajištěna vysoce přesným robotickým měřicím systémem. Následně jsou dvěma navzájem nezávislými osobami proměřeny a zkontrolovány validační a testovací tiskové úlohy. Přesnost je pak zkoušena pomocí dentální kontrolní šablony, takže reprodukovatelnost je zajištěna reálnými aplikacemi. Výtisky jsou náhodně skenovány a následně porovnávány se vzorem. Je více než působivé vidět, jaké úsilí je u Rapid Shape věnováno samotné oblasti zajištění kvality.

Tiskárna v zubní laboratoři

Zajištění kvality tisku na pracovišti
Co do kvality tisku uživatel má možnost automatické kalibrace tiskárny, která šetří čas. Za tímto účelem mohou být v laboratoři vytištěny kalibrační objekty a v rámci kalibrace také zkontrolována intenzita LED světelného zdroje, který zajišťuje vytvrzení. Stejně jako jiné přístroje v zubní laboratoři, jako například keramické či sintrovací pece, které pravidelně kalibrujeme, abychom dosáhli optimálních výsledků, podléhají 3D tiskárny podobným kontrolním protokolům. V naší laboratoři kalibrujeme tiskárnu v týdenním cyklu: K tiskárně se jednoduše připojí měřicí čidlo, pomocí kterého je změřena intenzita světla světelného zdroje 3D tiskárny. Tiskárna se pak v případě odchylek sama zkalibruje – elegantní řešení pro konzistentně dobré výsledky.

Kalibrační matrice pro implantační šablony
3D tisk využíváme v naší laboratoři především pro výrobu implantačních šablon. Pro zubní laboratoře se v této oblasti objevují nové příležitosti k vytváření zubních náhrad. Základem jsou dostatečné nástroje pro plánování 3D pozic implantátů a protetiky před zavedením implantátů. V závislosti na programech pro plánování implantologického ošetření nejsou ve variantách provedení implantačních šablon téměř žádné hranice. Mohou být tištěny buď šablony „jednoduché“ s dosedem na zuby, nebo složitější, s dosedem na sliznici nebo na kost na základě odpovídajícího modelu z otisku pacienta. Jednoduché implantační šablony by se teoreticky daly vyrábět i frézováním, ale čím složitější je implantační šablona (například se štolami pro fixační šroubky nebo s odlišnou angulací implantátů), tím výhodnější je použití 3D tisku. 3D tiskárny CARES^® P series společně s plánovacím programem coDiagnostiXTM od firmy Straumann umožňují pracovat s kalibrační matricí dostupnou pro různé implantační systémy – pro každý typ vodicího pouzdra lze dle libosti (či spíše dle frikce) vybrat ideální těsnost pouzdra z 21 rozdílných variant (obr. 1, 2). Odpovídající hodnota se do programu zadá během výroby implantační šablony a těsnost vodicího pouzdra se automaticky přenese do 3D tiskárny. My, jako uživatelé, tak získáváme nástroj, který zajišťuje stálé a přesné výsledky.

Aby bylo zamezeno zdeformování vyráběné implantační šablony, je pro tiskárny CARES^® P series k dispozici speciální tisková platforma určená přímo pro výrobu implantačních šablon. Šablona je během tisku, po vytištění, v průběhu následného čištění, až do konečného vytvrzení ve vytvrzovacím zařízení fixována ke stabilní destičce, a tím je zamezeno její případné deformaci.

Model s implantáty
Kromě výroby implantačních šablon se pro protetiku nesenou implantáty nabízejí další zajímavé možnosti 3D tisku (obr. 3–5). Především jsou to pracovní modely včetně možnosti umístění laboratorních analogů a plánovaných protetických prvků či skenovacích tělísek. Dále také možnost vyrobit před samotnou implantací model s přesnou pozicí implantátů otevírá zcela nové možnosti. Provizorní náhrada (kupříkladu pro okamžité zatížení) může být v digitálním pracovním procesu naplánována přímo ve virtuálním návrhu implantologického ošetření a ihned vytištěna.

Tisk modelu jako nutnost
Potřeba 3D tisku pracovních modelů narůstá zvláště se současným rozšiřováním intraorálních skenerů. Zatím získáváme data z intraorálního skeneru u přibližně 20 % našich zakázek. V době digitálního intraorálního skenování, CAD/CAM řízené výroby protetických náhrad a následného dokončení prací na modelech rovněž zhotovených metodou CAD/CAM je vhodné popřemýšlet o dosavadních zavedených pracovních postupech a přizpůsobit je dostupným v praxi používaných technologiím (obr. 6–9). Často spekulovaná otázka, zda je model vytištěný na základě digitálních dat z pohledu každodenní praxe lepší než model sádrový, je zde v podstatě podružná, protože když obdržíme data z intraorálního skeneru, nelze sádrový model zhotovit, přestože bychom jej v některých případech pravděpodobně upřednostnili.

Speciální design pahýlů a vysoká přesnost
I při výrobě modelů mají 3D tiskárny CARES^® P series jedinečnou charakteristiku – vyjímatelné pahýly vykazují speciální design s malými lamelami, který neslouží k odlišení se od ostatních výrobců tiskáren, nýbrž má zcela konkrétní využití: V zásadě narazily 3D tiskárny, co do kvality povrchu a tolerance v rozměrové přesnosti na své hranice. Rozlišení 3D tiskárny nestačí pro ideální dosazení protetických prvků. Norma v klasickém strojírenství definuje přesný dosed jednotlivých prvků s tolerancí od ± 5 do 7 µm (7 µm = 0,007 mm). Pro výrobu v zubních laboratořích však relevantní technika 3D tisku pracuje s tolerancí mezi 30 a 80 µm. Jako řešení problému takto vysoké tolerance vyvinuly firmy Rapid Shape a Straumann pro CAD/CAM program CARES^® Visual speciální geometrii pahýlů do modelu. Základní myšlenkou jsou elastické vodicí lamely, která kompenzují odchylku cca 30 µm k ose zubu. Dalším prvkem je pro 3D tisk upravená vložka pro osu Z s odchylkou ± 25 µm. Tři lamelové prvky tak automaticky dorovnávají pahýly ke středové ose zubu, a to i při jejich rozdílné geometrii (obr. 10–12). Prvek pilíře tak přesně a bez pružení sedí na svém místě v pracovním modelu (obr. 13).

Ověřené materiály a vysoká rychlost tisku
Akcelerátorem tisku u 3D tiskáren Straumann^® CARES^® P series je patentovaná technologie Force-FeedbackTM, v rámci které měřicí jednotka dohlíží na průběh tisku a poskytuje data v reálném čase pro řízení – zpřesnění a urychlení výrobních procesů tiskárny. 

Co se týče tiskových materiálů, je k dispozici jejich široký výběr pro nejrůznější indikace. Firma Rapid Shape spolupracuje s ověřenými výrobci materiálů a nabízí portfolio kvalitních průmyslově i dentálně testovaných materiálů. Vývojové oddělení firmy Straumann tyto materiály ověřuje mj. i z hlediska jejich biokompatibility a sterilizovatelnosti. Relativně nové jsou tiskové materiály v barvě zubů, se kterými v současnosti tiskneme prototypy náhrad pro zkoušky estetiky (tzv. Try-In). Pro tento účel se 3D tisk jeví jako celkově efektivnější, než CAD/CAM frézování. Zatím nejme schopni dostatečně posoudit, zda by bylo možno vytištěné prototypy náhrad využít k provizornímu ošetření – v tomto ohledu se stále ještě držíme zpět a používáme je v současnosti výhradně pro zkoušky estetiky.

*QY Research, „Global Dental 3D Printing Market Analysis, 2014 – 2025“, February 2019

• 

  Kalibrační matrice tiskárny v programu coDiagnostiX. Uživatelé si pro každý jednotlivý typ implantační štoly v šabloně mohou vybrat optimální velikost z 21 různých vložek.

• 

  Kalibrační matrice tiskárny v programu coDiagnostiX. Uživatelé si pro každý jednotlivý typ implantační štoly v šabloně mohou vybrat optimální velikost z 21 různých vložek.

• 

  Různé příklady vytištěných pracovních modelů pro náhrady kotvené implantáty – před implantací lze také zhotovit model s přesnou pozicí implantátů

• 

  Různé příklady vytištěných pracovních modelů pro náhrady kotvené implantáty – před implantací lze také zhotovit model s přesnou pozicí implantátů

• 

  Různé příklady vytištěných pracovních modelů pro náhrady kotvené implantáty – před implantací lze také zhotovit model s přesnou pozicí implantátů

• 

  Příklad digitálního pracovního postupu: po získání dat z intraorálního skeneru se pomocí CAD vytvoří virtuální pracovní model i protetická konstrukce…

• 

  Příklad digitálního pracovního postupu: po získání dat z intraorálního skeneru se pomocí CAD vytvoří virtuální pracovní model i protetická konstrukce…

• 

  … a poté se vytisknou pracovní modely a zhotoví korunka kotvená implantátem

• 

  … a poté se vytisknou pracovní modely a zhotoví korunka kotvená implantátem

• 

  Speciální design pahýlu v CAD/CAM programu Cares Visual. Elastická vodicí křidélka vyrovnávají odchylku cca 30 µm k ose zubu. Tyto prvky zajišťují pahýly i při jejich rozdílné geometrii v přesné pozici.

• 

  Speciální design pahýlu v CAD/CAM programu Cares Visual. Elastická vodicí křidélka vyrovnávají odchylku cca 30 µm k ose zubu. Tyto prvky zajišťují pahýly i při jejich rozdílné geometrii v přesné pozici.

• 

  Speciální design pahýlu v CAD/CAM programu Cares Visual. Elastická vodicí křidélka vyrovnávají odchylku cca 30 µm k ose zubu. Tyto prvky zajišťují pahýly i při jejich rozdílné geometrii v přesné pozici.

• 

  Ve chvíli, kdy je model pilíře dosazen na pracovní model, křidélkové prvky zajišťují jeho přesnou pozici a dosed bez pružení

Závěr

Již přibližně osm let pracujeme v naší laboratoři s 3D tiskárnami a během této doby jsme získali hodně nových poznatků a zkušeností. Mezi ně sice patří i určité neúspěchy, přesto nám 3D tisk zajistil významnou výhodu. V některých oblastech konvenční postupy dosloužily, například když obdržíme data z intraorálního skeneru nebo vyrábíme implantační šablony. Ve zpětném pohledu prodělala 3D tisková zařízení velmi razantní vývoj, podobně jako v jiných technologických oblastech. Rychlost, přesnost, polymerační vytvrzení, tiskové materiály a další technologické aspekty jsou neustále rozvíjeny a zdokonalovány. Není divu, že toto odvětví zaznamenává 17% roční nárůst.* Stále více se začíná uplatňovat i umělá inteligence například z důvodu optimalizace pracovního postupu. S moderními 3D tiskárnami CARES^® P series od firmy Rapid Shape je z našeho pohledu nabízena spolehlivá a každodenně využitelná technologie, která může efektivně začlenit 3D tisk do běžného pracovního dne v zubní laboratoři.

Informace o autorech: zobrazit skrýt

Björn Roland, Klein-Winternheim, Německo

Po svých mistrovských zkouškách ve Frankfurtu nad Mohanem (Německo) v září 2004 sledoval vždy jediný cíl: excelentní protetiku, splňující nejvyšší nároky na přirozeně perfektní estetiku a spolehlivou funkčnost. Tento cíl ho zavedl též do Osaky v Japonsku, kde v renomovaném Osaka Ceramic Training Center absolvoval u Shigeo Kataoky nadstavbové vzdělání. Po svém nástupu jako zastupující vedoucí zubní laboratoře a po mnohaleté spolupráci vede dnes tento vynikající mistr zubní techniky laboratoř „Dental Design Schnellbächer & Roland GmbH“ v Klein-Winternheimu nedaleko Frankfurtu (Německo).

Již v roce 2006 založil „Virtual Implant Planning GbR“, která se věnuje virtuálnímu implantačnímu plánování. V současnosti Björn Roland pořádá celosvětově kurzy a přednášky na téma protetika nesená implantáty, CAD/CAM a keramiky. K tomu navíc jsou dostupné četné národní i mezinárodní publikace přímo z jeho pera. Jako člen „dental excellence international laboratory network e. V.“ využívá vědomosti z úzké mezinárodními spolupráce s kolegy při své každodenní práci.
Kontakt: br@dental-design.de, www.dental-design.de.

PR, Straumann