CC BY
15
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив. Серия Г. Медицина, фармация и дентална медицина т. XXII. ISSN 1311-9427 (Print), ISSN 2534-9392 (On-line). 2017. Scientific works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series G. Medicine, Pharmacy and Dental medicine, Vol.XXII. ISSN 13119427 (Print), ISSN 2534-9392 (On-line). 2018.
СИСТЕМИ ЗА ИЗРАБОТВАНЕ НА 3D ОБЕКТИ В ДЕНТАЛНАТА
МЕДИЦИНА Добромира Шопова, Таня Божкова, Диян Славчев, Мария Христозова, Илиан Христов Катедра „Протетична дентална медицина", Факултет по дентална медицина, Медицински университет-Пловдив, България
MANUFACTURING DEVICES FOR 3D OBJECTS IN DENTISTRY Dobromira Shopova, Tanya Bozhkova, Diyan Slavchev, Maria Hristozova, Ilian Hristov Department of "Prosthetic Dentistry", Faculty of Dental Medicine, Medical University - Plovdiv, Bulgario
Abstract: 3D printing or additive manufacturing is based on the lay-out method of melt material. It is invented to improve the clinical and laboratory stages of the prosthetic construction. There are ten basic principles of 3D printer systems, which mainly differ in the choice of light source to melt the material (laser, electronic beam, concentrated light beam, etc.) and the type of printed material (hard, elastic, composite, metal, etc.). Key words: 3D printing, dentistry.
3D принтирането или пространственото създаване на обекти се базира на методиката на послойно нанасяне на омекчен материал (1).Съществуващите 3D принтерните системи основно се различават в избора на източник на светлина за омекчаване на материала, както и от вида на принтирания материал (2).
3D е създадена с цел рационализиране на клиничните и лабораторните етапи при изработването на дадена конструкция, за намаляване себестойността и улесняване на междинните етапи - модели, прототипи на временни конструкции, които се изготвят по директен метод в устата на пациента (mockup), временни корони и мостови възстановявания, водачи в импантологията, ортодонтски апарати, лицево-челюстни протези и др. (фиг. 1,2, 3) (3,4, 5,6,7).
Фиг. 1. Фиксатор по 3D технология (5)
Фиг. 2. М0дел и Фиг. 3. Модел и восъчен
имплантологичен водач по 3D прототип за моделно-лята протеза (7)
технолигия (6)
Освен твърди материали, могат да се принтират еластични смоли и биопоносими материали (8, 9). Възможно е и изпълнение на всички етапи - от отливането на твърд модел до окончателната конструкция (10). За улеснение на практикуващите е създадена подробна карта за екплоатация и персонализиране на продукта поради геометричната сложност и определянето на обема от необходим материал (11).
В сравнително проучване на различни системи е установена разлика в необходимото манипулативно време за принтиране - от 421 до 626 мин. Точността на възпроизвеждане е влошена с по-малко от 5% при 3D технологията в сравнение с CAD/CAM методиката, приложена за изрязване на модели (12).
Проведено е сравнително проучване между модели, изработени от 3D принтери, работещи на различни принципи - омекчаване при висока температура , стереолитография с лазер и такава със светлина, струйно полагане с UV светлина. Установено е намаляване на външния и вътрешния диаметър на примерния обект при пет от системите, и намаляване в дълбочината при четири от тях. Установените различия са изключително малки (0,03 до 0,07 микрона) и не са статистически значими (13).
Качеството на принтирания обект зависи от вида на методиката. SLA (стереолитография) и DLP (дигитална светлинна обработка) са две системи често сравнявани помежду си. SLA по правило е по-точна във възпроизвеждане на малките детайли, но съвременните DLP показват по-голяма прецизност, фиг. 5 (23, 24). Резолюцията също се влияе от скоростта на принтиране и дебелината на слоевете - максималната дебелина на слоя е 0,5 мм, което води до висока скорост и понижена прецизност (18).
ADVANCFn
DLP SLA
Фиг.5. Разлика в качеството при 2 принтерни системи (24)
Официално през 2010 г. е патентована технологията на 3D принтиране на плакови протези по метода на послойното поставяне на термопластични суровини (FDM техника),
265
както и струйного принтиране на течен биокомпозит (multi jet техника). Технологията е приложима при частични и цели протези, като протезната база и зъбите се изготвят по тази методика (14).
При успоредно изследване се описва методика за протезиране на изцяло обеззъбени челюсти по CAD/CAM и RP технология. Първоначално се сканират моделите, а след това и оклузалните шаблони. Позиционирането на изкуствените зъби се извършва дигитално. Протезите могат да се завършат монолитно или на две части (протезна база и изкуствени зъби) по един от двата метода, фиг. 4 (15, 16, 17).
За по-добри резултати, индивидуалната лъжица може да бъде конструирана и изработена по дигиталните методи (18, 19).
Предложена е интересна методика на изработка на цели протези. Восъчният прототип се сканира чрез компютърна томография и получения образ се превръща в 3D чрез специална програма. Този образ лесно се трансформира във файл, подходящ за принтиране чрез бързо прототипиране. При анализ на точността на горната цяла протеза е установено +/-0,4 мм в сравнение с восъчната протеза (20).
Наред с положителните качества са установени и недостатъци. Поради прилагането на прахообразни материали е установено излъчване на ултрафинни частици (205-407 пт) от принтера, поради което се препоръчва поставянето му в предпазна кутия или под вентилация за редуциране риска от белодробни заболявания (21). Прилагането на температура за омекчаване на материала, която е между 120-200оС за полимерите и около 1100оС за металите, може да доведе до неприятно покачване на температурата в работното помещение, поради което отново се препоръчва поставяне на принтера под вентилация или в отделно помещение (18, 22).
Денталната медицина предлага многостранно поле за приложение на 30 принтерните системи. Възможна е реализация им при всеки един етап от лечението на пациента. Дигиталното им изработване, конструиране и принтиране води до висока прецизност на малките детайли.
1. Prince, J. Dale. "3D printing: an industrial revolution." Journal of electronic resources in medical libraries 11.1 (2014): 39-45
2. Dawood, A., et al. "3D printing in dentistry." British dental journal 219.11 (2015): 521-
3. Berman, Barry. "3-D printing: The new industrial revolution." Business horizons 55.2
(2012): 155-162.
4. Van Noort, Richard. "The future of dental devices is digital." Dental materials 28.1 (2012): 3-12.
5. https://envisiontec.com/3d-printing-materials/perfactory-materials/e-denstone/
Фиг. 4. Протезна база по 3D технология (17)
Книгопис:
529.
6. http://www.modernpractice.org/3d-printing-taking-dental-work-to-the-next-level/
7. https://www.3ders.org/articles/20140514-stratasys-launches-two-highest-precision-wax-3d-printers-for-dental-industry.html
8. Michalski, Mark H., and Joseph S. Ross. "The shape of things to come: 3D printing in medicine." Jama 312.21 (2014): 2213-2214.
9. Oliker, Aaron. "3D printing: revolutionizing medicine." Americas Quarterly 9.2 (2015): 46.
10. Dikova T, Dzhendov D, Simov M, Katreva-Bozukova I, Angelova S, Pavlova D, Abadzhiev M, Tonchev T. "Modern trends in the development of the technologies for production of dental constructions." J of IMAB. 2015 Oct-Dec;21(4):974-981.
11. Conner, Brett P., et al. "Making sense of 3-D printing: Creating a map of additive manufacturing products and services." Additive Manufacturing 1 (2014): 64-76.
12. Roberson, D. A., D. Espalin, and R. B. Wicker. "3D printer selection: A decision-making evaluation and ranking model." Virtual and Physical Prototyping 8.3 (2013): 201-212.
13. Ishida, Yoshiki, and Taira Miyasaka. "Dimensional accuracy of dental casting patterns created by 3D printers." Dental materials journal 35.2 (2016): 250-256.
14. Haraszati, Gyorgy. "Method to create removable dental prosthesis, and the dental prosthesis making thereof." U.S. Patent Application No. 13/519,031.
15. Bilgin, Mehmet Selim, et al. "Fabricating complete dentures with CAD/CAM and RP technologies." Journal of Prosthodontics 24.7 (2015): 576-579.
16. Lima, Julia Magalhaes Costa, et al. "Removable partial dentures: use of rapid prototyping." Journal of Prosthodontics 23.7 (2014): 588-591.
17. https://envisiontec.com/envisiontec-edenture-material-receives-fda-approval/
18. 3D Systems: CubeXTM Printer user guide. 2012. 44-46.
19. Matsuda, Takashi, et al. "Part-Digitizing System of Impression and Interocclusal Record for Complete Denture Fabrication." Journal of Prosthodontics 25.6 (2016): 503-509.
20. Inokoshi, Masanao, Manabu Kanazawa, and Shunsuke Minakuchi. "Evaluation of a complete denture trial method applying rapid prototyping." Dental materials journal 31.1 (2012): 40-46.
21. Afshar-Mohajer, Nima, et al. "Characterization of particulate matters and total VOC emissions from a binder jetting 3D printer." Building and Environment 93 (2015): 293301.
22. Stahl, Hartmut. "3D Printing-Risks and opportunities." Institute for Applied Ecology (2013).
23. https://formlabs.com/blog/3d-printing-technology-comparison-sla-dlp/
24. https://envisiontec.com/3d-printing-industries/medical/dental/
