Während die additive Fertigung von Objekten im Dentalbereich eine Vielzahl von Vorteilen verspricht, ist die Verarbeitung von Harzen mittels Stereolithographie oder Digital Light Processing mit aufwendigen Postprocessing Verfahren verknüpft. Als nachteilig sind hier neben der potenziellen Explosionsgefahr bei der Kombination von Ultraschallbad und Alkohol zur Reinigung und der aufwendigen Entsorgung der unterschiedlichen Reinigungsagenzien die möglichen negativen Folgen einer insuffizienten Polymerisation und der dadurch erhöhte Restmonomergehalt der 3D-gedruckten Objekte zu werten.
Hier können Thermoplaste, welche mittels Fused Filament Fabrication (FFF) gefertigt werden eine vielversprechende Alternative darstellen. Analog zu dem Vorgehen bei einer Heißluftklebepistole wird hier ein thermoplastisches Filament in einer Düse geschmolzen und schichtweise zu einem Objekt aufgebaut. Zu den Materialien, welche mittels FFF verarbeitet werden können, gehören z.B. Polylactide (PLA), Polyethylenterephthalat-Glykol (PET-G), Polyaryletherketone (PAEK) und Polyphenylsulfon (PPSU) (Abbildung 1). Sowohl der prominenteste Vertreter der PAEK, das Polyetheretherketon (PEEK), als auch das PPSU sind inerte Materialien, die sich durch eine hohe Biokompatibilität auszeichnen[1]. Während PEEK als semikristallines Material vorliegt, befindet sich PPSU ausschließlich im amorphen Zustand, wovon man sich eine höhere Einheitlichkeit der 3D-gedruckten Objekte verspricht. Eine erste Untersuchung, welche mittels FFF und Extrusion gefertigte PPSU-Prüfkörper mit einer PEEK-Kontrollgruppe verglich, zeigte vielversprechende Werte hinsichtlich der Biegefestigkeit und des Zwei-Körper Verschleißes von PPSU[2].
Während des Druckvorgangs wirken sich verschiedene Faktoren auf die Eigenschaften des gedruckten Objektes aus (Abbildung 2). Neben der Druckgeschwindigkeit, dem Ausfüllungsgrad und der Druckstrategie ist die Feinjustierung des Düsendurchmessers, der Düsentemperatur, der Temperatur der Druckplattform und der Druckkammer beim FFF von Thermoplasten essenziell[3-6]. Hinsichtlich der Schichtstärke werden in der Literatur unterschiedliche Tendenzen beschrieben. Während eine geringere Druckschichtstärke von 0,1 mm im Vergleich mit einer Druckschichtstärke von 0,3 mm zu niedrigeren Biegefestigkeitswerten führte[3], zeigte eine andere Untersuchung für eine Druckschichtstärke von 0,1 mm, hier mit 0,15, 0,2 und 0,25 mm verglichen, die höchsten mechanischen Eigenschaften[5]. In dieser Untersuchung konnte man zudem einen engen Zusammenhang zwischen der Schichtstärke und dem Düsendurchmesser beobachten, wobei sich die Oberflächenqualität in vertikaler Richtung drastisch verschlechterte, wenn die Druckschichtstärke die Hälfte des Düsendurchmessers überstieg[5]. Auch die Druckstrategie und die Druckrichtung (horizontal oder vertikal) üben einen entscheidenden Einfluss aus[3-5]. Der horizontale Druck führt hier zu höheren mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringerem Verzug der 3D-gedruckten Objekte[4, 6]. Hier ist immer die schlussendliche Hauptbelastungsrichtung des Objekts zu berücksichtigen, um eine potenzielle Delamination der Druckschichten zu vermeiden.
Die Indikationsbereiche für mittels FFF hergestellte thermoplastische Objekte beinhalten unter anderem die Herstellung von Modellen, sowie die Fertigung von Einzelzahnrestaurationen und Brücken im Bereich der festsitzenden Prothetik, Klammer-, Teleskopprothetik, Stegarbeiten, Tertiärkonstruktionen oder Geschiebearbeiten im Bereich des herausnehmbaren Zahnersatzes und individuelle Abutments in der Implantatprothetik.
Dieser Artikel erscheint in Kooperation mit www.dental-weisser.de
[1] Luo C, Liu Y, Peng B, Chen M, Liu Z, Li Z, et al. PEEK for Oral Applications: Recent Advances in Mechanical and Adhesive Properties. Polymers (Basel). 2023;15.
[2] Schonhoff LM, Mayinger F, Eichberger M, Reznikova E, Stawarczyk B. 3D printing of dental restorations: Mechanical properties of thermoplastic polymer materials. J Mech Behav Biomed Mater. 2021;119:104544.
[3] Li Y, Lou Y. Tensile and Bending Strength Improvements in PEEK Parts Using Fused Deposition Modelling 3D Printing Considering Multi-Factor Coupling. Polymers (Basel). 2020;12.
[4] Zhen H, Zhao B, Quan L, Fu J. Effect of 3D Printing Process Parameters and Heat Treatment Conditions on the Mechanical Properties and Microstructure of PEEK Parts. Polymers (Basel). 2023;15.
[5] Wang P, Zou B, Xiao H, Ding S, Huang C. Effects of printing parameters of fused deposition modeling on mechanical properties, surface quality, and microstructure of PEEK. Journal of Materials Processing Technology. 2019;271:62-74.
[6] Prechtel A, Reymus M, Edelhoff D, Hickel R, Stawarczyk B. Comparison of various 3D printed and milled PAEK materials: Effect of printing direction and artificial aging on Martens parameters. Dent Mater. 2020;36:197-209.