Peter Stano, LF UK BA, 5.ročník
Použitie moderných technológií v stomatológii už dnes nie je ničím novým, frézovacie prístroje sú používané už od konca minulého storočia. Hlavným rozdielom medzi frézovaním a 3D tlačou je, že v prvom prípade ide o proces subtrakčný, a v druhom prípade ide o proces aditívny. Subtrakčné procesy sú charakteristické tým, že pri nich dochádza k odstraňovaniu materiálu, ktorý je pôvodne v nadbytku, a postupným odstraňovaním sa vytvorí požadovaný tvar. Aditívne procesy, medzi ktoré patrí aj 3D tlač, sú charakterizované tým, že požadovaný tvar vzniká postupne po vrstvách a finálny objekt je zložený z niekoľkých vrstiev materiálu. Spoločnou vlastnosťou oboch týchto procesov je, že na svoje fungovanie potrebujú CAD softvér, ktorý umožňuje vytvorenie požadovaného objektu vo virtuálnom prostredí.
Vzhľadom nato, že 3D tlač má využitie skoro vo všetkých odvetviach priemyslu a zubné lekárstvo tvorí len malé percento jej využitia, existuje veľké množstvo typov 3D tlače, avšak nie všetky sú používané v našom obore. Tento článok popisuje päť najpoužívanejších typov v stomatológii.
Stereolithography /SLA/
SLA tlačiareň používa laser, ktorým osvetľuje vaničku naplnenú tekutou foto- polymerizovateľnou živicou vrstvu po vrstve. Smer tohto lasera je ovládaný pohyblivým zrkadlom. Každá vrstva je vykreslená laserom bod po bode. Keď je prvá vrstva hotová, tak sa stavebná plošina s hotovou vrstvou vzďaľuje, a na jej povrch je vykreslená ďalšia vrstva. Tento proces sa opakuje až do dokončenia požadovaného objektu. Najväčšou výhodou je presnosť, relatívna cenová prijateľnosť a mož- nosť sterilizácie niektorých typov materiálov. Medzi najznámejšie tlačiarne tohto typu v stomatológii patria napríklad Formlabs, alebo XFAB.
Digital light processing /DLP/
Technológia podobná tech- nológii SLA. DLP tlačiareň ale nepoužívalaseranevykresľuje obraz bod po bode, naopak používa digitálny svetelný projektor, ktorý premieta naraz obraz celej vrstvy na vaničku, v ktorej sa nachádza fotopolymerizovateľná ži- vica. DLP tlačiareň taktiež potrebuje zariadenie na selektívne usmerňovanie lúčov svetla a tým je DMD (digital micromirror device). DMD je komponent skladajúci sa zo stotisícov až miliónov maličkých zrkadiel. Hlavnou výhodou DLP tlačiarní je ich rýchlosť, ktorá je vyššia práve vďaka premietaniu celej vrstvy naraz. Medzi nevýhody patrí vyššia cena oproti SLA zariadeniam a nižšia presnosť v rovnakej cenovej hladine. Najznámejšími zástupcami tejto kategórie sú Asiga a Nextdent.
Masked stereolithography /mSLA/
Tlačiarne typu mSLA môžete bežne nájsť aj pod názvom LCD tlačiarne. LCD tlačiarne pracujú na skoro totožnom princípe ako DLP tlačiarne, premietajú celú vrstvu naraz, ale nerobia to pomocou projektora. Zdrojom UV svetla sú LED žiarovky svietiace cez LCD obrazovku. LCD obrazovka funguje ako maska, ktorá podľa potreby prepúšťa svetlo tam, kde je to potrebné. Tieto tlačiarne teda nepotrebujú žiadne zariadenie na smerovanie svetla. Výhodou týchto tlačiarní je veľmi nízka cena a vysoká rýchlosť tlače. Zástupcami sú tlačiarne Anycubic, Phrozen alebo Moonray.
Photopolymer Jetting /PPJ/
Táto technológia po- užíva taktiež fotopoly- merizovateľnú živicu, ale pracuje podobne ako bežná atramentová tlačiareň. Pohyblivá hlavica tlačiarne nanáša vrstvy živice, ktoré následne fotopolymerizuje a po vytvrdení jednej vrstvy pokračuje nanesením a fotopolymerizáciou ďalšej vrstvy. Hlavnou výhodou tejto technológie je, že použitie viacerých hlavíc umožňuje počas jednej tlače použitie viacerých typov materiálov, alebo viacerých farieb. Naopak hlavnou nevýhodou je, že tento typ tlačiarní je extrémne finančne náročný na zaobstaranie a prevádzku. Najznámejšou radou týchto tlačiarní je rada Stratasys Objet.
Fused deposition modelling /FDM/
FDM je jedna z prvých metód 3D tlače. Zjednodušene povedané, funguje ako robotická tavná lepiaca pištoľ. Hlavnými zložkami je extrudér, ktorý roztápa filament a stavebná plošina. Pohyblivá časť je väčšinou extrudér, ale môže ňou byť aj plošina. Materiály musia byť termoplastické.
Najčastejšie používanými materiálmi sú priemyselne biodegradovateľná kyselina mliečna /PLA/ a polymér vyrábaný z ropy ABS. PLA je viac ekologickým materiálom, ale oproti ABS je menej odolná a má nižšiu teplotu topenia. FDM má dnes v stomatológii malé využitie, pretože nedosahuje potrebnú presnosť. Zaujímavá ale môže byť jeho budúcnosť a využitie v tkanivovom inžinierstve – bioprintingu.
Post-processing v 3D tlači
Dôležitou súčasťou 3D tlače ako výrobného procesu je okrem samotnej tlače aj úprava výrobku po jej ukončení. Tento proces je zložitý a dal by sa rozpísať na samostatný článok. Z pohľadu 3D tlače v stomatológii však medzi najdôležitejšie kroky patrí odstránenie podporných konštrukcií tzv. supportov. Tieto podporné konštrukcie sú dôležité v priebehu tlače, aby nedošlo ku skolabovaniu tlačeného objektu. Dôležité je aj očistenie vytlačeného objektu od zostatkovej tekutej živice, najčastejšie pomocou kúpeľa v izo- propylalkohole a následné vytvrdzovanie v špeciálnej UV piecke, ktoré dodá materiálu najlepšie možné mechanické vlastnosti.
Využitie v odvetviach stomatológie
3D tlač si našla nespočetné množstvo využití v zub- nom lekárstve aj zubnej technike, tlačiarne sa dajú používať priamo na klinike aj v zubnom laboratóriu. Najväčšou výhodou oproti tradičným postupom je rýchlosť a efektivita práce. Najväčšie využitie si 3D tlač našla v ortodoncii, kde sa „neviditeľné“ ortodontické aparáty už roky vyrábajú s využitím 3D tlače. Pomocou ortodontického softvéru sa nasimuluje a následne vytlačí 3D model každého kroku ortodontickej liečby pacienta. Plastová fólia je potom pomocou vákua vytvarovaná pritlačením o vytlačený model situácie do požadovaného tvaru, a následnou úpravou sa z nej stáva ortodontický aparát.
Dentoalveolárna chirurgia tiež profituje z možností 3D tlače. Vďaka zvýšenej dostupnosti CBCT technológie a možnosti prepojenia s intraorálnym skenom pacienta sa stále viac rozmáha navádzaná implantológia. 3D tlač v tomto procese slúži na vytlačenie navádzacej chirurgickej dlahy, ktorá sa dá vytlačiť z autoklávovateľného mate- riálu /napríklad Dental SG Resin od Formlabs/ a umožňuje zavedenie implantátu na predom určené a plánované miesto. Okrem navádzacích dláh na zavádzanie implantátu sa už dnes začínajú používať aj navádzacie dlahy na mukogingiválnu chirurgiu. Maxilofaciálna chirurgia využíva 3D tlač napríklad pri ťažkých ortognátnych operáciách, kde dlaha umožňuje presnú fixáciu mandibuly a maxily.
Zubná protetika začala používať 3D tlač najprv k výrobe modelov. Dnes sú už dostupné materiály aj vo farbe zubov, a je teda možné vytlačiť aj mockup vo forme škrupiniek, vytlačiť na počkanie dočasné fixné zubné náhrady, alebo dočasné imediátne protézy po chirurgickom zákroku. Spolu s rozvojom minimálne invazívnej sto- matológie vznikol dopyt aj po dlahách na navádzanú preparáciu, ktoré umožňujú lekárovi skontrolovať si kedykoľvek svoju preparáciu a jej dostatočnú hĺbku a zachovať tak čo najviac tvrdých zubných tkanív. K dispozícii sú už aj plne digitálne postupy a materiály pre výrobu 3D tlačených celkových snímateľných ná- hrad. Vo februári 2020 boli predstavené aj živice na trvalé fixné zubné náhrady vo forme koruniek a mostíkov.
Zaujímavým využitím 3D tlače môže byť aj navádzaná endodoncia. Spolupráca CBCT technológie, intraorálneho skenovania, 3D tlačiarne a lekára môže pomôcť zvládnuť prípady koreňových kanálikov, ktoré by boli inak nadmieru komplikované alebo nezvládnuteľné.
Záver
3D tlač ponúka nespočetné množstvo možností jej využitia v zubnom lekárstve. Možnosti každým dňom pribúdajú a budúcnosť ukáže, ako veľmi táto technológia zasiahne do každodenného chodu ambulancií.
Zdroje:
1. https://www.researchgate.net/publication/286612886_3D_printing_in_dentistry
2. Ilustračné obrázky – Peter Stano
