Применение 3D-печати в стоматологии

Сегодня 3D-печать плотно внедрена в данную сферу и отлично сочетается с инновационными методами оказания стоматологической помощи.

Преимущества трехмерных принтеров

Современные стоматологические 3D-принтеры позволяют быстро и с меньшими трудозатратами изготавливать качественные, долговечные модели мостов, коронок, виниров и других конструкций. Применение данного оборудования имеет следующие преимущества:

Стоматологические конструкции, напечатанные на SLA-принтере

1. Широкий выбор материалов – позволяет решать практические любые задачи.
2. Высокая точность воспроизведения – повышает качество лечения, способствует экономии времени и средств.
3. Короткие сроки производства. Создание объемной цифровой модели с помощью интраорального сканера занимает всего несколько минут, а ее распечатка на 3D-принтере происходит в разы быстрее по сравнению с изготовлением гипсовой модели.
4. Нет необходимости в организации отдельного технического помещения – трехмерный принтер и компьютер с необходимым программным обеспечением занимают минимум места.
5. Возможность моделирования большого количества экземпляров за один подход.
6. Сохранение цифровых моделей в виде файлов для повторного изготовления в будущем.
7. Эстетика – для пациента может быть быстро изготовлена функциональная временная конструкция, пока идет процесс производства основного моста или коронки.
8. Снижение стоимости работ в сравнении с аналоговым производством.

Какие виды 3D-печати используются в стоматологии?

Рассмотрим технологии 3D-печати, используемые в стоматологии, и их особенности:

1. DLP – цифровая светодиодная проекция. Излучение цифрового проектора избирательно воздействует через область печати на жидкую фотополимерную смолу, находящуюся в специальной емкости. Происходит послойное затвердевание смолы в местах воздействия и постепенное построение объемной модели. Отличия этой технологии – относительно небольшая рабочая площадь, высокая скорость печати, большой выбор совместимых расходных материалов. Из-за специфики засветки светодиодами на поверхности фигуры могут образовываться воксельные линии-слои.
2. SLA (SL) – стереолитография. Процесс печати схож с технологией DLP, но в качестве источника света используется луч лазера. В сравнении с DLP, метод более экономичен по цене, обеспечивает лучшее качество поверхности, но занимает больше времени. SLA-принтеры имеют большую рабочую площадь и совместимы со множеством материалов, рассчитанных на решение различных задач. Чтобы перейти на другой материал, нужно лишь сменить картридж и ванночку с полимером. За счет доступной цены, простой работы и компактных размеров SLA-оборудование оптимально подходит для зуботехнических лабораторий.
3. SLM – лазерное плавление металлического порошка. Данные технологии позволяют работать с биосовместимым титановым сплавом и печатать, к примеру, готовые элементы для замены частей челюсти. Созданные модели имеют однородную непористую структуру и высокую механическую прочность без дополнительного обжига.
4. MJP (MJM) – многоструйная печать, основанная на послойном построении деталей из фотополимера или воска. Технология была разработана компанией 3D Systems и используется для создания высокоточных моделей и объектов любого уровня сложности с мелкой детализацией и идеально гладкой поверхностью. С ее помощью изготавливают выплавляемые, выжигаемые, концептуальные, тестовые или функциональные модели, прототипы. Точность построения составляет 16 микрон, что значительно выше, чем у технологий DLP и SLA. MJP-принтеры и расходники к ним являются самыми дорогими в своем классе. 
5. LFS – стереолитографическая лазерная печать низкой силы, представляющая собой «гибрид» технологий SLA и DLP. В LFS-оборудовании используются линейное освещение и гибкий резервуар, что обеспечивает высочайшую точность печати и невероятное качество поверхности. Снижение усилия при построении облегчает удаление несущих конструкций. Этот метод открывает большие возможности для совершенствования производственных материалов.    
6. Polyjet – струйная трехмерная печать жидкими смолами, затвердевающими под воздействием света. Напечатанные модели отличаются высокой точностью и по качеству поверхности не уступают деталям, изготовленным по методу SLA. Технология Polyjet редко используется в стоматологии, так как из-за дорогих запатентованных расходников подходит для производства ограниченного круга изделий.

Технологии 3D-печати, используемые в стоматологии

DLP и SLA-принтеры оптимально подходят для решения повседневных задач в стоматологических клиниках. EBM и SLM-оборудование актуально для крупных лабораторий. А технологии MJP и Polyjet постепенно уходит в прошлое.

Популярные программы для работы со стоматологическими моделями

1. 3Shape - наиболее продвинутая система, требующая ежегодной оплаты за продление лицензии.
2. Maestro 3D Ortho Studio - полностью открытое итальянское ПО с бессрочной лицензией. Дополнительные модули с новым функционалом можно приобрести отдельно. На выходе всегда формируется STL-файл.
3. Avantis 3D – российская программа с недорогой лицензией, но без создания файлов. Готовые цифровые модели передаются непосредственно компании-производителю для печати на собственном фирменном оборудовании. Также можно купить модуль для формирования файлов STL.
4. Implant Assistant – недорогое программное обеспечение с российской поддержкой, заточенное под работу с имплантатами.
5. Dental CAD – программа, позволяющая воссоздавать мосты, коронки, бюгельные протезы и другие модели на основе сканов, размещать на них поддержки и позиционировать на печатном столе.

Процесс моделирования в программе 3Shape

Какие стоматологические модели можно печатать на трехмерных принтерах?

С помощью 3D-принтеров производят широкий спектр стоматологических конструкций:

1. основы под мосты и коронки, колпачки, вкладки, бюгельные протезы;
2. модели для секторального воспроизведения нижней и верхней челюсти в прикусе, разборные, демонстрационные модели челюсти;
3. индивидуальные капы, хирургические шаблоны для имплантации, направляющие для челюстно-лицевой хирургии и т.д.

В настоящее время активно развивается печать базисов съемных протезов, временных и постоянных ортопедических конструкций.

Основные направления применения 3D-принтеров в стоматологии

Техника для трехмерной печати находит все более широкое применение в ортодонтии, хирургии и протезировании.

Стоматологические изделия, изготовленные с помощью 3D-печати

Рассмотрим подробнее, какие стоматологические изделия изготавливают с ее помощью.

Элайнеры

Прозрачные элайнеры применяются для исправления неправильного прикуса. Процесс их изготовления с применением 3D-технологий состоит из нескольких этапов:

1. Сканирование слепка (гипсового или снятого через двухкомпонентный силикон).
2. Загрузка файла со слепком в программное обеспечение для виртуального моделирования движения зубного ряда от исходного положения до идеального расположения зубов в конце лечения.
3. Печать смоделированного курса лечения на принтере.
4. Вакуумная формовка капп по напечатанным моделям.

Модель элайнеров, созданная с помощью 3D-печати

Изготовление элайнеров на 3D-принтере имеет следующие преимущества:

1. высокая рентабельность производства;
2. сокращение сроков производства – начинать лечение можно уже на следующий день после снятия сканов;
3. экономия времени на корректировку – процедура занимает минимум времени и не мешает лечению (длительный перерыв может негативно отразиться на всем курсе лечения).

Брекет-системы

Использование 3D-технологий при изготовлении брекетов позволяет добиваться прогнозируемых результатов. С помощью принтера печатают шаблон-кондукторы – ложки позиционирования для установки брекет-систем. Благодаря этим приспособлениям все элементы брекетов позиционируются и фиксируются точно на нужных местах.

Для брекет-систем также можно использовать аддитивные технологии

Хирургические шаблоны

Это специальные элементы-кондукторы, через которые можно быстро и максимально точно сверлить отверстия под имплантаты в кости под нужным углом.

Оперативные вмешательства планируются заранее и выполняются после подготовки слепка и снимка КТ. Это очень тонкая работа: из-за малейшей ошибки придется восстанавливать костную ткань, что может занять от 2 месяцев до 1 года. Применение хирургических шаблонов позволяет избежать таких негативных последствий операций, как засверливание под неправильным углом или на меньшую/большую глубину, неточное позиционирование.

Изготовление хирургических шаблонов

Стоматологические модели

При выполнении любой стоматологической процедуры производится реальная примерка на модель. Вместо традиционного метода изготовления моделей из гипса по слепкам, сегодня все больше применяют современные трехмерные технологии: 3D-сканирование ротовой полости и объемную печать полученной цифровой модели.

3D-модель ротовой полости

Прямое производство

Традиционно стоматологические изделия производятся методом фрезеровки или литья (устаревающий способ). Послойная 3D-печать мелкодисперсным сферическим порошком с фракцией 10-40 микрон   – совершенно новая технология производства, предлагающая следующие преимущества:

1. Высокая скорость изготовления.
2. Производство сложных конструкций с высоким уровнем точности. Для сравнения: получить слишком тонкие и мелкие детали с помощью фрезеровки невозможно, а при литье некоторые элементы могут получиться недостаточно упругими и крепкими.
3. Монолитность, однородность напечатанных объектов. Готовые изделия не имеют пор, что имеет огромное значение при изготовлении керамических коронок. Малейшая полость рано или поздно вызывает повреждение протеза. Использование 3D-печати позволяет избежать таких последствий.
4. Минимум отходов. В ходе печати (лазерного плавления металлического порошка) образуется конгломерат сплавленных частиц, объем которого не превышает 15%.
5. Возможность одновременного изготовления большого количества моделей (около 80 единиц на платформе среднего размера).

Пример использования 3D-печати из металла в стоматологии

Этапы прямого производства стоматологических конструкций на объемном принтере:

1. Разработка цифровой модели в CAD-программе и ее нарезка на слои. Большинство стоматологических ПО одновременно являются слайсерами, поэтому создание модели, генерация поддержек и подготовка к печати осуществляются в одной программе.
2. Печать изделия на металлическом 3D-принтере. Выполняется обязательно в защитной среде – аргоне или азоте. При использовании аргона необходимо подвести и подключить к оборудованию баллоны с этим газом. А в случае с азотом камеру можно заполнить газом с помощью генератора азота.
3. Удаление поддерживающих элементов.
4. Пескоструйная обработка, галтовка готовой детали.

Перспективы использования объемной печати в стоматологии

Сейчас в стоматологии наблюдается устойчивый тренд применения цифрового протокола CAD/CAM. Трехмерное сканирование, объемное моделирование и печать позволяют избежать многих болезненных процедур, сократить время визита к врачу и оказывать стоматологические услуги на более высоком уровне, в том числе, в эстетическом плане.

За последние годы значительно снизилась стоимость 3D-принтеров и расходных материалов для объемной печати. Одновременно со снижением цены в разы повысилась производительность 3D-техники и улучшилось качество создаваемых объектов. Благодаря этому для специалистов многих зуботехнических лабораторий и клиник стало доступно оборудование с техническими характеристиками, которые ранее были только у дорогих принтеров.

Максимальному внедрению новых 3D-печатных технологий мешает только сложность освоения специализированной техники. Чтобы полностью разобраться в 3D-печати и научиться добиваться качественных результатов, требуется дополнительное обучение, занимающее определенное время. Несмотря на сложности, трехмерная печать довольно активно внедряется в разные области стоматологии. Этому способствует огромное количество мастер-классов, семинаров и вебинаров, проводимых производителями 3D-оборудования и материалов.

Итоги

Современная стоматология тесно переплетена с 3D-технологиями и постепенно отходит от использования аналоговых протоколов. В будущем данная область будет только развиваться: повышаться точность и детализация печати сложных конструкций, увеличиваться скорость построения моделей.