Dental

Wenn es um die chirurgische Behandlung komplexer Knochendefekte geht, die durch Traumata, Tumorentfernungen, Infektionen oder durch angeborene Ursachen verursacht wurden, bietet der 3D-Druck von Biokeramik das Maß an Gestaltungsfreiheit, das für eine perfekte Passung erforderlich ist - wie bei diesem Hydroxylapatit-Implantat für das Jochbein.

Durch das LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing) Verfahren können sowohl die Porengröße als auch die Porengeometrie für eine optimale Osteokonduktion und Osteointegration angepasst werden. Die Mikroporosität dieser Implantate kann auch durch die Steuerung der Sinterparameter definiert werden, wodurch die Teile an die spezifischen Bedürfnisse jedes Patienten angepasst werden können, um ein optimales Heilungsergebnis zu erzielen.

Knochenschwund (d. h. fehlendes Knochenvolumen) im Kiefer kann eine Folge von unsachgemäßem oder aufgeschobenem Ersatz fehlender Zähne sein. Da er die Behandlung mit Zahnimplantaten verhindert, ist es notwendig, das fehlende Knochenvolumen mit geeigneten Knochenersatzmaterialien wiederherzustellen. Eine hervorragende Möglichkeit ist die Behandlung mit einem 3D-gedruckten bioresorbierbaren Knochenersatzimplantat.

Die Verwendung von LithaBone-Materialien für den 3D-gedruckten Knochenaufbau hat den Vorteil einer perfekten Passform und Volumenstabilität im Vergleich zu herkömmlichen Behandlungsmöglichkeiten, bei denen es sich in der Regel um Granulate handelt, die häufig aus tierischen Quellen hergestellt werden.

Bei KLS Martin, seit 2015 maßgeblicher Anwender 3D-gedruckter Knochenersatzimplantate, hat das neue Lithoz-Material auf Anhieb einen überzeugenden Eindruck hinterlassen: "Wir hatten bereits die Gelegenheit, mit HA 480 zu arbeiten, und die Ergebnisse sind hervorragend: von den mechanischen Eigenschaften über die höhere Wandstärke bis hin zur Größe der Gitterstrukturen hat uns LithaBone HA 480 von einer erheblichen Verbesserung im Vergleich zu seinem Vorgänger überzeugt." - Adem Aksu (Leiter Entwicklung Biomaterialien KLS)

Chirurgische Werkzeuge aus Keramik weisen im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkzeugen erhebliche Vorteile auf. Höhere Belastbarkeit, elektrische Isolation und keine Metallrückstände sind nur einige davon, welche zu einer steigenden Nachfrage führen. Mit Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) erschließt der 3D-Druck von Hochleistungskeramik bisher unerreichte Eigenschaften - nicht nur bezogen auf komplexe Geometrien, sondern vor allem auch in Bezug auf die Produktivität.

Diese Fräser für Anwendungen wie Orthopädie, Neurochirurgie, CMF-Chirurgie bis hin zu zahnmedizinischen Anwendungen aus Aluminiumoxid-verstärktem Zirkonoxid (ATZ) veranschaulichen perfekt die grenzenlosen Möglichkeiten, die sich durch die Kombination von 3D-gedruckten Schneidgeometrien mit der Härte und Beständigkeit von Keramiken ergeben. Über 100 Fräser können in einem Druckdurchgang hergestellt werden, während dank der ultrapräzisen Materialdosierung des Lithoz CeraFab System S65 Medical 3D-Druckers fast kein Material verschwendet wird, was zu minimalen Produktionskosten pro Einheit führt, vom Einzelstück bis zur Serienproduktion.

Zahnimplantate werden als Basis für den Ersatz von Zähnen verwendet. Mit der LCM-Technologie ist es möglich, selbst die komplexesten Implantate in großen Stückzahlen mit hoher Genauigkeit herzustellen und dabei die Kosten aufgrund des hocheffizienten Materialeinsatzes niedrig zu halten.

Zirkoniumdioxid oder Lithiumdisilikat sind die Materialien der Wahl für Kronen, Zahnbrücken und Veneers. Beide können mit LCM bearbeitet werden, um perfekte Ergebnisse mit beispielloser Fissurenqualität, Federrändern bis zu 100 μm und deutlich minimierter manueller Nachbearbeitung zu erzielen.

Dieses enossale Zahnimplantat kann als Grundaufbau für den Ersatz eines fehlenden Zahnes verwendet werden. Mit der LCM-Technologie lassen sich Implantate sehr komplex formen. Auch bestehende Standarddesigns (siehe Abbildung) können in Serie gefertigt werden, die eine hohe Festigkeit und Geometrietreue aufweisen.

Mit LCM-Technologie gefertigte Dentalimplantate weisen schon ohne Nachbearbeitung („as-fired“) eine exzellente Oberflächenqualität auf (siehe Abbildung). Das verwendete Material, 3 Mol%-teilstabilisiertes Zirkonoxid (3Y-TZP), bietet hervorragende Festigkeit, ohne Abstriche bei der Ästhetik machen zu müssen. Selbstverständlich sind auch Materialien wie ATZ (Aluminiumoxid-verstärktes Zirkonoxid) und ZTA (Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid) für Dentalimplantate geeignet.

Kritisch große Knochendefekte als Folge eines schweren Traumas – etwa einer Trümmerfraktur des Kiefers oder einer Knochenresektion aufgrund von Knochentumoren. Die Herausforderung bei der Behandlung derart großer Defekte ist, dass der Knochen ohne geeignete Maßnahmen selbst nicht in der Lage ist, den Defekt zu heilen. Hier wird ein dualer Ansatz vorgestellt, bei dem sowohl der Käfig aus hochfestem Zirkonoxid, der die Einheilphase angemessen unterstützt, als auch das Innenvolumen des Implantats aus bioresorbierbarem beta-Tricalciumphosphat (β-TCP) in einem einzigen 3D-Druck Vorgang hergestellt werden.

Die Abbildung zeigt einen Anwendungsfall, bei dem β-TCP von den Zellen resorbiert und durch neu gebildeten Knochen ersetzt werden kann. Der Zirkonoxidkäfig kann aufgrund seiner hervorragenden Biokompatibilität an Ort und Stelle belassen werden. 

Siliciumnitrid bietet eine außergewöhnliche Kombination aus Biokompatibilität, antibakterieller Wirkung und höchster mechanischer Belastbarkeit. Mit dem keramischen 3D-Druck gibt es die Grenzen, die der Einsatz eines Fräsbohrers bei traditioneller Bearbeitung bisher mit sich brachte, nicht mehr.

Mit dem CeraFab System S65 Medical Drucker, der speziell für medizinische Anwendungen optimiert wurde, und dem Einsatz des Materials LithaNit 782 ist es nun möglich, patientenspezifische Zahnimplantate und Innengewinde in Serie und mit exakter Reproduzierbarkeit additiv herzustellen.