Od pierwszego opisania druku metody druku 3D w 1981 roku [1], proces ten rozwijał się w kierunku nowych materiałów i zastosowań. Do stomatologii trafił dopiero dziesięć lat później, gdy pierwszy wydrukowany na drukarce 3D element został wykorzystany podczas operacji w Wiedniu [2]. Wtedy została użyta technika stereolitografii, zwana w skrócie SLA.
Wykorzystanie metalu w druku 3D dla celów stomatologicznych to jednak całkiem niedawna historia. Dopiero w 2006 roku użyto technologii SLM, czyli selektywnego topienia laserowego, do wytworzenia metalowych protez częściowych. W kolejnych latach nasiliły się badania nad szerszym wykorzystaniem tej technologii.
Dlaczego stomatologia zainteresowała się drukiem 3D?
Chirurgia szczękowo-twarzowa to dość wyrafinowana dziedzina, w której ważny jest nie tylko medyczny efekt operacji, ale również efekt estetyczny. Twarz jest wizytówką człowieka, a każda najmniejsza nieregularność może całkowicie zmieniać odbiór człowieka. Dodatkowo precyzja wewnątrz jamy ustnej jest niezwykle ważna ze względów zdrowotnych. Źle dobrana wielkość protez może powodować problemy ze zgryzem, co skutkuje nadmiernym zużyciem pozostałych zębów oraz bólami okolic żuchwy.
Zawód protetyka, czyli osoby zajmującej się modelowaniem protez i implantów, dostał więc nowe narzędzie do usprawniania pracy. Odlewy, czy też konkretniej odciski zębowe, coraz częściej zastępowane są skanerami stomatologicznymi, które dostarczają pełny trójwymiarowy obraz wnętrza jamy gębowej. Modelowanie na podstawie skanu jest coraz łatwiejsze, a drukowanie elementów na drukarce 3D jest bardziej precyzyjne, niż ich ręczne odpowiedniki. [4]
Technologie druku 3D z metalu w stomatologii
Mnogość technologii druku z metalu pozwala dostosowywać metodę do własnych potrzeb. W druku z metalu najpopularniejsze opcje dotyczą technologii:
- SLM – Selective Laser Melting – drukarka używa lasera do topienia sproszkowanego metalu. Umożliwia wykonywanie bardzo skomplikowanych i wytrzymałych konstrukcji.
- DMLS – Direct Metal Laser Sintering – technologia podobna do SLM, wykorzystywana np. do tworzenia tytanowych siateczek, stosowanych w regeneracji kości.
- SLS – Selective Laser Sintering – laser spieka proszek, wykorzystywana np. do wykonywania szkieletów protez częściowych.
- EBM – Electron Beam Melting – technologia wykorzystująca wiązkę elektronów do topienia proszku metalowego.
Materiały używane w stomatologicznym druku 3D
Dzięki różnym technologiom, możliwe jest wykorzystywanie różnych metali. W stomatologii najważniejszym wymaganiem jest neutralność względem organizmu człowieka. Metal ma nie być toksyczny, nie wywoływać reakcji alergicznych i nie reagować ze środowiskiem. Najczęściej używanymi metalami są:
- tytan,
- chrom,
- glin,
- kobalt,
- nikiel,
- żelazo.
Warto pamiętać, że nie są to metale czyste w formie metalicznej. Najczęściej stosuje się odpowiednie stopy w postaci sproszkowanej. [5]
Stop Kobalt-Chrom
To niewątpliwie najważniejszy metal do zastosowań stomatologicznych. Stosuje się go do druku koron, mostów, elementów protez, szkieletów protez częściowych i innych elementów implantoprotetycznych. Proszek Kobaltowo-Chromowy zawiera często dodatki innych pierwiastków, takich jak molibden, wolfram, krzem, mangan, niob, żelazo czy węgiel. Dzięki różnym dodatkom, można modyfikować właściwości mechaniczne i odporność chemiczną. Przeważnie używany w technologii SLM.
Tytan
To materiał, który zazwyczaj stosuje się w postaci czystego proszku tytanowego. Jego zastosowanie w tworzeniu protez ma długą i bogatą historię, a wszystko to dzięki bardzo wysokiej biokompatybilności, odporności na korozję i doskonałe właściwości mechaniczne. W chirurgii twarzoczaszki najczęściej stosuje się go w celu wykonania siatek do augmentacji kości, ale bywa używany również do tworzenia implantów i protez.
Stosowane są również stopy tytanowe, najczęściej z glinem i wanadem. Zastosowania są podobne, a główne wykorzystanie znajduje tam, gdzie ważna jest wytrzymałość.
Stal nierdzewna
Używana głównie w technologii SLM jako proszek stali nierdzewnej określonej klasy. Wykorzystywana głównie w kontekście implantów i komponentów ortodontycznych.
Przykłady zastosowania druku 3D w stomatologii
Siatka do augmentacji kości [6]
Dzięki dużej porowatości i wysokiej wytrzymałości, metalowy wydruk stał się idealnym elementem konstrukcyjnym. Na poniższym zdjęciu można zobaczyć przestrzenne ułożenie gotowej siatki.
- Diagram schematyczny
- Widok orientacji podłużnej
- Widok orientacji poprzecznej
Rusztowanie zostało wykonane ze stopu magnezowo-cynkowego. Produkcja okazała się bardzo efektywna ekonomicznie i łatwa w wykonaniu.
Szkielet protezy częściowej [7] [8]
Pokazany poniżej szkielet protezy częściowej został wykonany ze stopu kobaltowo-chromowego przy użyciu technologii SLM. Projekt powstał dzięki obróbce cyfrowej skanu. Po wydrukowaniu konstrukcja została wypolerowana i osadzona w jamie ustnej. Podczas dwuletniej obserwacji nie zauważono negatywnego oddziaływania na zdrowie pacjentki, proteza nie wymagała korekty i była stabilna.
Przykładowy model szkieletu protezy częściowej w różnych wersjach:
Tytanowa siatka do regeneracji kości [9]
Wykonana w technologii SLM, tytanowa siatka do regeneracji kości powstała na podstawie indywidualnie zaprojektowanego modelu. Została zastosowana w celu leczenia pacjenta z rozległym defektem kości.
Cyfrowy model:
Wydruk:
Implant po implementacji:
Zaleczone miejsce, wraz z miejscami na implanty zębów:
Implant żuchwy [10]
Tytanowy implant żuchwy został zastosowany w leczeniu pacjenta z osteoradionekrozą żuchwy po leczeniu raka płaskonabłonkowego.
Zdjęcie rentgenowskie:
Wydrukowany model implantu:
W implancie stworzono miejsca na implanty poszczególnych zębów:
Proces implementacji:
Dzięki tej technologii zostały pacjentowi przywrócone podstawowe funkcje żuchwy.
Podsumowanie
Druk 3D z metalu umożliwia szybkie tworzenie implantów i innych elementów stomatologicznych na indywidualne potrzeby. Doskonale współpracujące ze sobą technologię skanowania 3D, obróbki komputerowej danych oraz druku, sprawiają, że pacjent w krótkim czasie może liczyć na perfekcyjnie dopasowaną protezę. Choć koszt wdrożenia tej technologii może być wysoki, to samo drukowanie jest procesem bardzo korzystnym ekonomicznie. Technologia ta oferuje coraz dokładniejsze rozwiązania, które już teraz wyprzedzają konwencjonalne metody pod względem użytkowym, a sufit możliwości wydaje się nieograniczony.
Licencje zdjęć
Photos used by Creative commons 4.0 license https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ no changes made. Headline attribution.
Bibliografia
[1] Tang Y, Zhang Y, Meng Z, Sun Q, Peng L, Zhang L, Lu W, Liang W, Chen G and Wei Y (2022) Accuracy of additive manufacturing in stomatology. Front. Bioeng. Biotechnol. 10:964651. doi: 10.3389/fbioe.2022.964651
[2] Nayar S, Bhuminathan S, Bhat WM. Rapid prototyping and stereolithography in dentistry. J Pharm Bioallied Sci. 2015 Apr;7(Suppl 1):S216-9. doi: 10.4103/0975-7406.155913. PMID: 26015715; PMCID: PMC4439675.
[3] Beguma Z, Chhedat P. Rapid prototyping–when virtual meets reality. Int J Comput Dent. 2014;17(4):297-306. English, German. PMID: 25643461.
[4] Yang H, Liu Y. Accuracy of Models Fabricated by a Chair-side Fused Deposition Modeling (FDM) Printer in Stomatology. Operative Dentistry. 2022 Sep;47(5):E233–E240. doi:10.2341/21-070
[5] Fang Wang 2019 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 332 032013
[6] Chen Y, Wei J. Application of 3D Printing Technology in Dentistry: A Review. Polymers. 2025; 17(7):886. https://doi.org/10.3390/polym17070886
[7] Cabrita J.P. et al. (2021), Removable partial denture metal framework manufactured by selective laser melting technology – A clinical report, Revista Portuguesa de Estomatologia, Medicina Dentária e Cirurgia Maxilofacial, 62(2). DOI: 10.24873/j.rpemd.2021.06.831.
[8] Rues S, Tasaka A, Fleckenstein I, Yamashita S, Rammelsberg P, Boehm S, Schwindling FS. Fit and Retention of Cobalt–Chromium Removable Partial Denture Frameworks Fabricated with Selective Laser Melting. Journal of Functional Biomaterials. 2023; 14(8):416. https://doi.org/10.3390/jfb14080416
[9] Gelețu GL, Burlacu A, Murariu A, Andrian S, Golovcencu L, Baciu E-R, Maftei G, Onica N. Customized 3D-Printed Titanium Mesh Developed for an Aesthetic Zone to Regenerate a Complex Bone Defect Resulting after a Deficient Odontectomy: A Case Report. Medicina. 2022; 58(9):1192. https://doi.org/10.3390/medicina58091192
[10] Park, J.-H., Odkhuu, M., Cho, S., Li, J., Park, B.-Y., & Kim, J.-W. (2020). 3D-printed titanium implant with pre-mounted dental implants for mandible reconstruction: a case report. Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery, 42(1). https://doi.org/10.1186/s40902-020-00272-5
