3D-печать в стоматологии: импланты и элайнеры безупречного качества по более чем доступной цене

Проведение имплантации невозможно без трехмерного моделирования. Создание 3D модели позволяет получить детальную информацию о состоянии челюсти и имеющихся проблемах, которые могут помешать установке имплантов.
На ее основе разрабатывается поэтапный план проведения имплантации, моделируется размещение имплантов выбранного типа. В качестве опции, по итогам трехмерной диагностики создается специальный имплантационный шаблон, используемый в дальнейшем при вживлении имплантов.

В нем, в соответствии с планом лечения, имеются цилиндры из титана, через которые врач будет проводить перфорацию десны и кости. Использование шаблона позволяет делать имплантационное ложе точно в нужном месте и под нужным углом.

Итогом моделирования становится окончательная схема вживления импланта определенного типа, размера и с четко спланированным расположением. Планируется также и протезирование. На завершающем этапе данные передаются компьютеру, и он вытачивает каркас моста на имплантах в полном соответствии с заданными параметрами.

3D в стоматологии: какие технологии применяются?

В стоматологии сегодня чаще всего применяются следующие технологии 3D-печати:

1. SLM . Это технология лазерного плавления для работы с металлом. Ее можно задействовать для создания брекетов и имплантов. На подогреваемой рабочей платформе принтера размещают плиту построения, на плиту послойно наносят металлический порошок. Луч лазера сканирует сечения слоев. Как только один слой готов, платформа опускается вниз на толщину одного слоя. Так будет повторяться до тех пор, пока не окажется напечатан последний слой.
2. SLA. Лазерная стереолитография применяется в тех сферах, где важна максимальная точность деталей. Сетчатую платформу помещают внутрь емкости, заполненной жидким полимером. Под воздействием лазера полимер затвердевает на определенных участках. Платформа слой за слоем погружается вниз. Готовый отпечаток помещают в ванну со специальным раствором, чтобы удалить с него ненужные элементы.
3. LCD. Принтер оснащен жидкокристаллической матрицей, через которую проходит свет от светодиодов. Эта матрица аналогична той, что устанавливается в привычные нам смартфоны. Световой поток при этом затемняется дисплеем. Под воздействием лазера жидкий фотополимер в ванночке послойно застывает. В отличие от SLA-технологии, весь слой засвечивается мгновенно, а не по отдельным точкам, что значительно ускоряет процесс печати.
4. LFS. Стереолитография малой мощности напоминает SLA , но делает процесс печати менее сложным и более экономичным. Компания Formlabs разработала для этой технологии уникальный блок обработки света, позволяющий добиться безупречной поверхности опечатков. LFS-принтеры обычно могут возобновить процесс печати после паузы или непредвиденной остановки так, что это не скажется на качестве отпечатка.

ВНИМАНИЕ. Тенденции в развитии технологий таковы, что 3D-печать становится все менее затратной и все более скоростной. Управлять печатным устройством становится все проще, точность и детализированность готовых отпечатков стабильно возрастают.

Вот примеры распечатанной в 3D стоматологической продукции:

Фотограмметрия

Эта технология стоит несколько обособленно от оптического сканирования. Она отличается высокой производительностью, поскольку измеряет изображение, а не объект. Среди других преимуществ – такие:

• высокая точность;
• строгие способы обработки результатов измерения;
• возможность изучения неподвижных и движущихся объектов;
• дистанционный характер измерений.

Чаще всего используют монофотограмметрию со структурированной подсветкой. Последняя представляет собой определенный известный узор, спроецированный на объект. Для построения трехмерной модели берут искажение при проецировании на объект.

Применение 3D-печати в стоматологии

3D-печать востребована в первую очередь среди ортодонтов, хирургов, протезистов. Они ценят следующие преимущества этой технологии:

1. На изготовление моделей, элайнеров, имплантов и прочих изделий требуется значительно меньше времени, чем при традиционном способе их производства.
2. Финансовые затраты сокращаются, расход материалов уменьшается.
3. Все объекты получаются максимально точными, соответствующими анатомии и индивидуальным потребностям пациента. Процесс печати полностью автоматизирован — из него устранен человеческий фактор, из-за которого возникает большинство случаев брака.
4. Если изделие необходимо поправить, достаточно внести коррективы в его компьютерную модель (что занимает всего несколько минут).
5. Ту модель, что подошла клиенту, можно годами хранить в виде компьютерного файла. Отпадает необходимость в хранении физических образцов.
6. Объемы производства можно наращивать, не нанимая дополнительный персонал.
7. Научиться работе с 3D-принтером и программным обеспечением к нему относительно несложно. Сотруднику клиники не обязательно вникать во все технологические нюансы, которые не касаются непосредственно стоматологии — у производителей печатных устройств есть надежные и компетентные службы технической поддержки.

ВНИМАНИЕ: 3D-технологии в стоматологии пока что остаются экзотикой в нашей стране. Сам факт их применения дает клинике значимое маркетинговое преимущество.

В чем отличие 3D моделирования и 4D имплантации?

Это совершенно разные технологии и их не стоит путать. Трехмерное моделирование позволяет планировать процесс имплантации и делать прогноз ее результата. 4D имплантация — это одно из названий базальной методики, при которой в челюсть сбоку вживляются Т-образные импланты.

Элайнеры

Изготовление элайнеров в 3D происходит по следующему алгоритму:

1. Специалист изготавливает из гипса слепок челюсти пациента и сканирует его. Как вариант, можно снять слепок с помощью двухкомпонентного силикона.
2. В программном обеспечении на основе скана слепка пофазово моделируют зубной ряд в разных состояниях: от искривленного положения зубов до безупречно ровной улыбки.
3. Файл отправляют на печать. По отпечатанным модифицированным моделям выполняется вакуумная формовка капп.

Врач проверяет качество отпечатка и передает элайнеры пациенту.

Какие преимущества дает 3D-печать при производстве элайнеров?

3D-печать выгоднее, чем традиционное производство элайнеров, как минимум по трем причинам:

1. Это более экономично с финансовой точки зрения.
2. Лечение можно начинать уже на следующий день после того, как слепок челюсти будет отсканирован.
3. Если элайнер оказался бракованным или испортился в процессе эксплуатации, заменить его можно буквально за один день и с минимальными тратами.

Для пациента все это создает дополнительный психологический комфорт.

Какое оборудование и ПО необходимо для изготовления элайнеров?

Для производства элайнеров наиболее востребованы следующие программы:

1. 3D Shape. Функциональный и удобный в использовании софт, единственным минусом которого является необходимость ежегодного продления платной лицензии.
2. Maestro 3d Ortho Studio. К этой программе лицензия покупается всего один раз, а потом к софту можно докупать дополнительные модули. Те опции, которые присутствовали в программе изначально, останутся доступными даже в том случае, если пользователь не будет докупать новые модули.
3. «Авантис». Это российское ПО, чья лицензия не включает в себя модуль для вывода .STL-файлов. За этот модуль придется доплачивать отдельно.

ВНИМАНИЕ. Все эти программы относятся к категории CAD, то есть к системам автономного проектирования.

Вот как выглядят распечатанные в 3D элайнеры:

Брекет-системы

При традиционном подходе ортодонт наклеивает брекеты на каждый зуб так, как сочтет нужным. Но компьютер может выполнить более точный расчет и подсказать, на каком участке зуба оптимально разместить брекет. По 3D-технологии сначала печатают лоток, на который потом размещают брекет-систему. Такой подход позволяет повысить эффективность лечения и сократить длительность ношения брекетов.

ВНИМАНИЕ. Брекеты постепенно уходят в прошлое, так как они слишком бросаются в глаза, а от их клея портится зубная эмаль. В будущем их, вероятно, полностью заменят элайнеры.

Виртуальное препарирование зубов

3D-визуализация и планирование позволяют получить информацию о будущей форме зуба. Используя ее, можно спроектировать форму будущей культи, созданной препарированием, то есть выполнить «обратное планирование». Для этого из формы зуба отнимают толщину будущей коронки (каркас и облицовочный материал). Зная форму алмазного бора для препарирования, задают траекторию движения по зубу, чтобы получить нужный результат.

Поскольку бор в наконечнике закрепляется единственным способом, движение наконечника по отношению к зубному ряду легко вычислить. Это также можно сделать относительно трех реперных объектов, закрепленных на наконечнике.

Следующий этап – проектирование шаблона, или каппы, для фиксации на зубах. В теле каппы необходимо виртуально «вычесть» пазы согласно известным заданным траекториям. Шаблон изготавливается методом прототипирования и используется для навигации препарирования зубов.

Технология могла бы найти широкое применение, но этого пока не произошло, по крайней мере, ее все еще не используют с коммерческой целью. Разработка принадлежит американской компании Origin (2012 г.).

3D-принтер в стоматологии для производства имплантатов при протезировании

На 3D-принтерах сегодня успешно печатают хирургические шаблоны. Они позволяют засверлить точно под нужным углом, обеспечить корректное позиционирование имплантата и избежать осложнений. Сначала пациент приходит к врачу, чтобы сделать слепок и получить направление на КТ. Непосредственно имплантация происходит на втором сеансе.

Изготовление хирургических шаблонов

Шаблоны надо изготавливать исключительно из твердых прозрачных материалов, способных выдерживать высокие температуры. Моделируют их обычно в программе Implant Assistant, которая обеспечивает качественную техподдержку на русском языке.

Преимущества использования хирургических шаблонов и основные проблемы

При установке имплантатов неопытный врач может навредить здоровью пациента, если случайно:

• засверлит не под тем углом;
• засверлит на слишком большую или недостаточную глубину;
• неточно позиционирует имплантат.

Для того чтобы костная ткань восстановилась после такой ошибки, иногда требуется ждать до 12 месяцев. Если же изготовить шаблон, засверливание будет выполнено максимально точно. 3D-печать способна обеспечить такую точность, которая на сегодняшний день недостижима ни для одной другой экономически рентабельной технологии.

Стоматологические модели

Свыше 90 % моделей в стоматологии сегодня изготавливаются вручную. Это долгая, грязная, кропотливая работа, которая по точности никогда не сравнится с автоматизированным производством.

Некоторые компоненты — например, бюгельные протезы — можно изготовить только литьем либо 3D-печатью. Применять фрезу в данном случае невозможно, так как деталь слишком тонка. При литье же слишком высока вероятность брака, изделие может получиться недостаточно упругим или прочным. В 3D этот риск исключен.

ВНИМАНИЕ . Продукция, распечатанная на 3D-принтере, всегда будет однородной и монолитной. Это крайне важно для коронок: если они получатся пористыми, керамика начнет отскакивать. Хорошо отлаженный процесс печати позволит избежать этого нежелательного последствия.

Как проводится компьютерное моделирование? Каковы основные этапы процедуры? Что получается в итоге?

Моделирование проводится по стандартному протоколу в несколько этапов:

1. Сначала на КТ сканируется вся челюсть. На основании полученных данных с помощью компьютерной программы создается 3D-модель челюстей пациента.
2. Врач-имплантолог проводит тщательную диагностику, прицельно рассматривая костную ткань, измеряя ее высоту и ширину, определяя — хватит ли ее для размещения импланта выбранного типа.
3. Составляется виртуальная модель челюсти с вживленными имплантами выбранного типа и размещенным на них протезом. Оценивается, подходит ли угол размещения, длина и тип конструкций. При этом во внимание берут как всю объемную модель, так и послойные кадры — некоторые срезы.
4. Выбирается оборудование и протокол проведения операции, планируется, при необходимости, костная пластика и ее прогнозируемые (мгновенные и отдаленные) перспективы.

В итоге, 3D моделирование дает прогноз имплантации зубов с учетом физиологических особенностей зубов и тканей челюсти пациента. Это способствует снижению травматичности операции и ускоряет реабилитацию.

Какой материал выбрать?

В стоматологической отрасли наибольшим спросом пользуются филаменты от NextDent, Detax, HARZ Labs и Formlabs. В их обширных палитрах легко подобрать тот оттенок, который идеально совпадет с естественным цветом десен и зубов пациента.

NextDent (Голландия)

Линейка стоматологических филаментов NextDent насчитывает 30 наименований, что является рекордом для отрасли. Все филаменты этого производителя биосовместимы и сертифицированы. Стоимость одной упаковки продукта составляет в среднем 30 000 рублей.

Detax (Германия)

В линейке этого бренда представлено 13 филаментов, каждый из которых рекомендуется использовать для создания определенного типа изделий: элайнеров, имплантов, слепков челюсти и так далее. Средняя стоимость одной упаковки составляет 20 000 рублей.

HARZ Labs (Россия)

Специализированная линейка продукции для стоматологов у HARZ Labs носит название Dental. В ней представлены следующие типы филаментов:

• для моделирования хирургических шаблонов;
• для создания демонстрационных моделей временных коронок и мостов;
• для создания демонстрационных стоматологических моделей и мастер-моделей;
• рентгеноконтрастный полимер для изготовления КТ-шаблонов, облегчающий последующее совмещение отсканированной челюсти с компьютерной томограммой;
• для изготовления моделей, используемых для прямого литья;
• для изготовления демонстрационных стоматологических моделей десны;
• для изготовления прозрачных моделей.

Стоимость одной упаковки полимера составляет в среднем 12 000 рублей.

Formlabs (США)

Линейка стоматологических филаментов Formlabs включает в себя 6 наименований, предназначенных для изготовления:

• ортодонтических и диагностических моделей;
• шаблонов и направляющих для сверления;
• ночных кап;
• литых коронок и съемных каркасов зубных протезов;
• прозрачных элайнеров и ортодонтических моделей;
• пробных и постоянных протезов.

Средняя стоимость одной упаковки составляет 15 000 рублей.

3D-визуализация решает такие задачи:

• выявляет объективные эстетические проблемы на момент обращения пациента;
• выполняет виртуальное моделирование будущей формы и положения зубов;
• позволяет обосновать план лечения, например, перед установкой бюгельного протеза на верхнюю челюсть, и целесообразность привлечения ортодонтов либо хирургов-имплантологов.

Для проектирования используют стандартные формы зубов из банка данных или собственные зубы пациента. Инструменты проектирования – перемещение зубов, повороты, деформирование и масштабирование отдельных частей.

Какой 3D-принтер выбрать стоматологу?

Основными требованиями к 3D-принтеру для стоматологии являются высокая точность печати и безупречная обработка поверхности изделий. Стоматологи могут пользоваться теми же моделями принтеров, что и ювелиры. Однако некоторые производители выпускают печатные устройства, изначально ориентированные на работу с биоматериалами.

Ниже будут приведены технические характеристики и основные преимущества четырех 3D-принтеров, особенно удобных для использования в стоматологии. Все они отличаются компактными габаритами, доступной стоимостью и привлекательным дизайном. Сочетание обтекаемого силуэта и ярких цветов больше напоминает о бытовых и кухонных принадлежностях, нежели о производственных процессах. Такие принтеры можно спокойно размещать в кабинете небольшой стоматологической клиники.

3D-принтер Formlabs Form 3

• Технология: LFS .
• Габариты рабочей поверхности: 145 мм × 145 мм × 185 мм.
• Масса: 17,5 кг.
• Толщина слоя: от 25 мкм.
• Точность печати: 25 мкм по осям X и Y.
• Ориентировочная стоимость: 340 000 рублей.

Для Formlabs Form 3 был разработан специальный блок обработки света с компактной системой линз и зеркал, обеспечивающий максимальную точность и успешную повторяемость печати. Лазер мощностью 250 мВт проходит через пространственный фильтр, за счет чего лазерное пятно диаметром 85 мкм получается исключительно чистым. Параболическое зеркало отвечает за то, что печать осуществляется строго перпендикулярно плоскости платформы.

3D-принтер Formlabs Form 3

• Диаметр пятна лазера 85 мкм
• Длина волны лазера 405 нм
• Лазер 1х250 мВт
• Печать LFS
• Область рабочей камеры 145х145х185 мм
• Используемые материалы Фотополимер
• Толщина слоя от 25 мкм
• Дисплей Сенсорный 5.5″ 1280 × 720
• Интерфейсы Wifi;Ethernet and USB

• Цена 367 000 руб.

Перейти к товару

Масштаб и мощность печати постоянно корректируются оптическими датчиками, способными в том числе обнаруживать пыль. Для того чтобы переключиться от одного полимера к другому, картриджам достаточно нескольких секунд. Оптические окно, ролики и блок обработки света пользователь может менять самостоятельно, не привлекая технических специалистов. Это существенно упрощает процесс эксплуатации и обслуживания принтера.

3D-принтер Formlabs Form 3B

• Технология: LFS.
• Габариты рабочей поверхности: 145 мм × 145 мм х× 185 мм.
• Масса: 17,5 кг.
• Толщина слоя: от 25 мкм.
• Точность печати: 25 мкм по осям X и Y.
• Ориентировочная стоимость: 385 000 рублей.

Formlabs Form 3B — это новинка 2022 года. От Formlabs Form 3 эта модель отличается тем, что была изначально оптимизирована для работы с биосовместимыми материалами. В нем используется все тот же усовершенствованный блок обработки света, а модульная система гарантирует стабильность и легкую масштабируемость производства. По заверениям производителя, LFS-технология позволяет за один заход создавать в 2-3 раза больше отпечатков, чем DLP. Трудовые и временные затраты по сравнению с DLP уменьшаются до 55 %.

3D принтер Formlabs Form 3B

• Размеры, мм 17,5
• Программное обеспечение FORMLABS PREFORM

• Диаметр пятна лазера 85 мкм
• Длина волны лазера 405 нм
• Материал Фотополимер
• Мощность лазера 250 мВатт
• Печать LFS
• Разрешение по осям X и Y 25 мкм
• Область рабочей камеры 145х145х185 мм
• Толщина слоя от 25 мкм
• Дисплей 5.5″ сенсорный, 1280 × 720
• Интерфейсы Wi-Fi (2.4, 5 GHz), Ethernet (1000 Mbit), USB 2.0

• Цена 420 000 руб.

Перейти к товару

Для каждого направления в стоматологии Formlabs разработали специализированные филаменты. Они поставляются в удобных картриджах, которые пользователь сможет без труда менять самостоятельно. Инструменты постобработки Form Wash и Form Cure позволяют добиться безупречного качества отпечатков. Запросы в службу поддержки обрабатываются сотрудниками, которые специализируются именно на применении 3D-печати в стоматологии.

Phrozen Sonic Mini

• Технология: LCD.
• Габариты рабочей поверхности: 120 мм × 68 мм × 130 мм.
• Масса: 4,5 кг.
• Толщина слоя: от 10 мкм.
• Точность печати: 62 мкм по оcям X и Y, 10 мкм по оси Z.
• Ориентировочная стоимость: 32 900 рублей.

Phrozen Sonic Mini считается принтером для любителей и новичков. Свое невысокое разрешение он успешно компенсирует более интенсивным УФ-излучением, за счет чего слои быстрее застывают. Монохромная матрица устройства требует замены через каждые 2000 часов, а RGB-аналоги, обеспечивающие более высокое разрешение, приходится менять каждые 500 часов. Кроме того, монохромность матрицы обеспечивает скорость печати до 50 мм/ч.

3D-принтер Phrozen Sonic mini

• Размеры, мм 250х250х330
• Вес, кг 4,5

• Длина волны УФ 405 нм
• Источник света УФ LED 40 Вт
• Печать LCD
• Поддерживаемое программное обеспечение Chitubox, Phrozen OS
• Разрешение по оси Z 10 мкм
• Разрешение по осям X и Y 62 мкм
• Область рабочей камеры 120х68х130 мм
• Скорость 50 мм/час
• Толщина слоя от 10 мкм
• Дисплей LCD 5.5″ 1920×1080
• Интерфейсы USB, microSD

• Цена 34 900 руб.

Перейти к товару

Экран принтера отличается прочностью, устойчивостью к высоким температурам и давлению. Энергопотребление у аппарата исключительно экономичное, всего 35 Вт, поэтому система активного охлаждения ему не потребовалась. В процессе печати принтер не шумит и не вибрирует, поэтому стоматолог может спокойно ставить его на свой рабочий стол рядом с компьютером.

Доработка 3D-модели

Сегодня существует несколько вариантов для печати протезов для зубов, которые различны по типу используемого материала, по способу формирования заготовки и так далее. Вне зависимости от варианта, повышенные требования предъявляются качеству модели. Для этого выполняется доработка макета при помощи специального софта. Это может быть ПО общего и специализированного назначения. Доработка требуется для устранения серьезных дефектов, повышения качества и снижения затрат времени для пост-обработки непосредственное после установки протезируемого зуба. Для повышения качественной стороны современные принтеры обладают поддержки, специальные дополнения.

Расчет себестоимости печати

Любая новая технология вдвойне хороша, если еще и несет в себе дополнительную экономическую эффективность для пользователей. Зная вес материала, необходимого для создания той или иной модели, можно рассчитать себестоимость печати. Например, для создания одной демо-модели, потребуется около 25 гр. смолы, хирургического шаблона и модели элайнеров – около 15 гр.

Следовательно, себестоимость печати одной модели будет следующая:

• 25 гр. смолы (для демо-модели) Dental Peach обойдется вам в 190 руб., 15 гр. (модели для элайнеров) – 115 руб.
• 15 гр. Dental Yellow Clear для шаблонов будет стоить 150 рублей.

Опираясь на этот простенький расчет, вы можете произвести сравнение с теми способами создания моделей, которыми пользуетесь сейчас, и понять, как быстро вы сможете возвратить свои инвестиции на покупку необходимого вам оборудования.

Постобработка

Если вы уже пришли к решению о покупке 3D-принтера, то стоит также учитывать необходимость наличия двух дополнительных устройств: ультразвукового очистителя и УФ-камеры засветки.

После печати моделям нужна постобработка, первым делом их нужно промыть в техническом спирте для удаления остатков смолы. Это можно делать вручную в ванночке со спиртом, но лучше всего использовать специальный ультразвуковой очиститель, который справляется с этой задачей максимально быстро и качественно.

УФ-камера нужна для дозасветки модели после печати, это также придает модели дополнительную прочность. Можно поставить модель на солнце или в бытовую камеру для сушки ногтей, но тогда этот процесс займет от 12 до 24 часов, в УФ-камере это занимает 10-15 минут.

В нашей компании сформированы специальные наборы оборудования, которые мы назвали «решения для стоматологии», покупая такой набор, вы получите дополнительную скидку. Если говорить о конкретных моделях, то мы рекомендуем обратить внимание на УФ-камеру Wanhao Boxman-1

и УЗ-ванну UNIZ UC-4120.