Základní kroky digitálního workflow a systému CAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing) zahrnují tři klíčové procesy bez ohledu na typ výroby:

1. Získání digitálních dat o situaci v ústech intraorálním (popř. laboratorním) skenerem.
2. Zpracování získaných dat (CAD).
3. Výroba požadovaného prvku (CAM). CAD data lze převést do fyzické podoby pomocí aditivní výroby (AM) – tedy 3D tisku, nebo tradiční subtraktivní metodou – tedy obráběním.

V posledních letech došlo k významnému pokroku v oblasti získávání dat intraorálními skenery (IOS) nejen z hlediska přesnosti skenování, ale také rychlosti a uživatelské přívětivosti. Integrace diagnostických nástrojů, zpětné vazby v reálném čase a umělé inteligence nebo strojového učení otevírá stále více možností aplikace pro IOS, které již přesahují pouhé získávání dat.

Otevřená systémová architektura IOS a lepší kompatibilita s různými CAD/CAM systémy a softwarovými platformami umožňují větší flexibilitu a plynulou integraci do digitálních pracovních postupů.

CAD software rovněž prošel výrazným vývojem, a to zejména v optimalizaci uživatelských rozhraní, zvýšení efektivity pracovních procesů a stále pokročilejší integraci umělé inteligence. V některých případech již byla realizována integrace do cloudových platforem, což výrazně zjednodušuje a zpřehledňuje sběr a sloučení dat, včetně dat z IOS, záznamu čelistních pohybů, skenů obličeje, 3D radiografických dat a fotografií. Tento pokrok dále napomáhá vytváření tzv. „digitálního avatara“ nebo „digitálního dvojčete“ pacienta a v konečném důsledku završení digitálního pracovního postupu (obr. 1a, b).

V rámci zdokonalování softwaru se navíc rozšiřují možnosti restorativní stomatologie, včetně komplexních vícevrstvých a multimateriálových struktur, což vede k širší využitelnosti a rostoucí poptávce po aditivní výrobě.

Aditivní procesy: Výhody aditivní výroby oproti zavedeným subtraktivním CAD/CAM procesům jsou mnohostranné. Zatímco při subtraktivní výrobě musí být všechny vlastnosti výrobku již obsaženy v předem připraveném bloku materiálu, při 3D tisku lze tyto charakteristiky, jako je barva nebo mechanické vlastnosti, ovlivňovat během samotného konstrukčního procesu. Navíc lze v závislosti na použité metodě vyrábět velké množství komponent v krátkém čase s ekonomickou spotřebou materiálu. V tomto kontextu je aditivní výroba obzvláště vhodná pro výrobu rozměrných prvků s komplexními povrchy.

Subtraktivní procesy: Subtraktivní technologie nabízí výhody dobře zavedeného a vědecky dobře zdokumentovaného výrobního procesu. Tento proces se vyznačuje vysokou přesností výroby a známými, stabilními materiálovými vlastnostmi, které jsou již přítomny v polotovaru. Pro mnoho aplikací jsou také k dispozici dlouhodobá klinická data. Mezi nevýhody patří vysoké investiční náklady, vysoké náklady na materiál, opotřebení obráběcích nástrojů a omezení tvaru výsledného prvku v důsledku geometrie a dráhy nástroje [8].

V následující části článku bude ilustrováno, do jaké míry lze 3D tisk v současné době využít v běžné stomatologické praxi a v rámci dentálních technologií. Článek se rovněž zaměří na budoucí perspektivy a aktuální praktickou relevanci.

Technologie, materiály a oblasti indikace

Norma DIN EN ISO 17296-2 popisuje základy aditivních výrobních procesů. Poskytuje také přehled existujících kategorií procesů, které však nemohou být vyčerpávající vzhledem k dynamickému vývoji nových technologií. V oblasti aditivní výroby lze rozlišit sedm kategorií procesů (obr. 2) [9].

Technologie

Výroba modelů a chirurgických šablon je již dlouho etablována v dentální aditivní výrobě [10], ale tisknou se také otiskovací lžíce, okluzní dlahy a dočasné i definitivní náhrady [1]. Tradičně se používají techniky 3D tisku založené na světlem reaktivních pryskyřicích. Mezi ně patří stereolitografie založená na digitálně řízené projekci UV světla (DLP, „Digital Light Processing“), stereolitografie využívající laser (SLA) a relativně nedávno zavedená stereolitografie založená na selektivním blokování UV světla LCD panelem (mSLA, známá také jako LCD, „Liquid Crystal Display“). Také technologie „tryskání materiálu“ (Material Jetting), která je principem podobná klasickému 2D tisku, si rovněž našla své místo v dentálním sektoru (obr. 3).

3D tisk kovu se obvykle provádí pomocí selektivního laserového tavení (SLM), známého také jako přímé laserové sintrování kovů (DMLS). Zatímco 3D tisk může efektivně nahradit tradiční procesy, jako je výroba sádrových modelů, a přidat inovativní prvky, jako je informace o barvě, umožňuje také zcela nové, téměř revoluční koncepty, například personalizovaný artikulátor s integrovaným modelem (obr. 4a, b).

3D tisk kovů

Dentální 3D tisk kovů se primárně využívá pro výrobu jednotlivých korunek, můstků nebo kovových konstrukcí částečných snímatelných náhrad [11]. Zejména možnost výroby protetických struktur přímo z CAD dat pomocí procesu SLM se úspěšně etabluje již několik let (obr. 5). Kromě vynikající kvality materiálů a vysoké přesnosti dosednutí [4] jsou tyto aditivně vyráběné konstrukce zajímavé i z ekonomického hlediska. V oblasti aditivní výroby dentálních kovů se také vyvíjejí přístupy umožňující výrobu komponent z různých typů kovů v rámci jednoho tiskového procesu. Výzkumný institut Fraunhofer IGCV v Augsburgu nedávno představil první slibné pokroky v oblasti multimateriálového tisku s využitím pro výrobu teleskopických korunek (obr. 6) [12].

3D tisk kompozitů

Od začátku roku 2020 je možné pomocí 3D tisku vyrábět protetické prvky z hybridního materiálu plněného keramikou. Díky materiálu VarseoSmile Crown Plus od společnosti Bego lze aditivně vyrábět korunky, inleje, onleje a fazety (obr. 7). Na tiskové platformě DLP tiskárny Bego Varseo XS lze současně vyrobit až 20 jednotlivých prvků. Tento materiál byl analyzován v rámci vědeckých in vitro studií a vykázal slibné výsledky, zejména v oblasti mechanické stability, odolnosti proti abrazi, spolehlivosti cementace, rozpustnosti a cytotoxicity [13–15]. Další výrobce, Sprintray, nabízí kompozitní materiál pro 3D tisk s názvem „Ceramic Crown Resin“ s obsahem keramického plniva přesahujícím 50 % hmotnosti, který si aktuálně získává významný podíl na trhu v USA a očekává se jeho brzká dostupnost v Evropě. Nicméně pro tento typ materiálu zatím nejsou v odborné literatuře dostupné dlouhodobé klinické studie.

Multimateriálová výroba

Multimateriálová aditivní výroba umožňuje tvorbu monolitických komponent kombinací 2 a více materiálů, přičemž různé vlastnosti výtisku jsou integrovány již ve fázi návrhu v CAD softwaru. Tyto vlastnosti, jako například barevná škála nebo mechanické charakteristiky, jsou v návrhu prostorově definovány.

Základy pro následnou multimateriálovou výrobu modelů nebo náhrad lze položit již během intraorálního skenování, a to pomocí speciálních formátů souborů, jako jsou DCM, OBJ, PLY nebo 3MF, které umožňují i zachycení informací o barvě (obr. 8a, b). V současnosti je multimateriálový 3D tisk již využíván k výrobě modelů, které realisticky zobrazují intraorální situaci v barevném provedení (obr. 9) [16]. Příkladem multimateriálového 3D tisku pro dentální využití jsou produkty společnosti Stratasys: polychromatická tisková pryskyřice TrueDent a moderní technologie fotopolymerního tryskání více materiálů v jednom tisku PolyJet (obr. 9, 10a, b).

• 

  Obr. 1a: „Virtuální dvojče" pacienta sestávající z intraorálních dat, 3D radiografických dat a skenu obličeje pro digitální plánování proteticko-implantologického ošetření.

• 

  Obr. 1b: „Virtuální dvojče" využité pro virtuální návrh celkové náhrady.

• 

  Obr. 2: Přehled současných výrobních technologií v 3D tisku [9].

• 

  Obr. 3a: Implantační šablona vyrobená technologií DLP.

• 

  Obr. 3b: Implantační šablona vyrobená technologií SLA.

• 

  Obr. 3c: Implantační šablona vyrobená technologií Material Jetting..

• 

  Obr. 3d: Modely vyrobené technologií mSLA.

• 

  Obr. 4a: CAD návrh hlavního pracovního modelu s integrovanou duální artikulací umožňující individuální žvýkací pohyby (xSNAP 360, xWERK GmbH, Dachau/D).

• 

  Obr. 4b: Vytištěný model se dvěma samostatnými keramickými korunkami.

• 

  Obr. 5: Laserem sintrovaný skelet částečné snímatelné náhrady s podpůrnými strukturami (vlevo) a jeho finální podoba (vpravo).

• 

  Obr. 6: 3D tištěný model dolní čelisti s primárními a sekundárními korunkami vyrobenými pomocí multimateriálového laserového sintrování, kombinující sekundární korunky ze zlata a konstrukci z neželezného kovu v jednom komponentu.

• 

  Obr. 7: Samostatné korunky z hybridního materiálu plněného keramikou pro 3D tisk definitivních korunek, inlejí, onlejí a fazet.

• 

  Obr. 8a: 3D data tvaru a informace o barvě kombinované ve virtuálním modelu.

• 

  Obr. 8b: Virtuální barevný model kombinovaný s 3D radiografickými daty pro plánování proteticko-implantologického ošetření.

• 

  Obr. 9: Vícebarevné modely horní a dolní čelisti vyrobené na základě intraorálního skenu pomocí multimateriálového tryskání (PolyJet, Stratasys) (výrobce: 3D medical print KG).

• 

  Obr. 10a: Horní celková snímatelná náhrada (TrueDent) vyrobená technikou multimateriálového tryskání, kde byla báze náhrady a zuby vytvořeny v rámci jednoho tiskového procesu.

• 

  Obr. 10b: Horní celková snímatelná náhrada (TrueDent) vyrobená technikou multimateriálového tryskání, kde byla báze náhrady a zuby vytvořeny v rámci jednoho tiskového procesu.

• 

  Obr. 11a: Ultratenké lithium disilikátové fazety vyrobené aditivně technologií LCM (CeraFab System S65).

• 

  Obr. 11b: Tloušťka lithium disilikátových fazet je cca 0,23 mm včetně glazury.

• 

  Obr. 12: STL datová sada tvaru a vnitřní struktury zubu (vlevo) a zub vytištěný ve dvou vrstvách z lithium disilikátové keramiky pomocí multimateriálového procesu (vpravo).

Závěr

Díky nesporným výhodám ekonomicky efektivní výroby složitých komponent, a to i ve velkém množství, se aditivní výroba stává téměř samozřejmou volbou pro digitální produkci stomatologických náhrad.

Ačkoli je výroba modelů a chirurgických šablon v zubních ordinacích stále nejčastější aplikací 3D tisku v oblasti plastů, trend se jednoznačně posouvá z extraorálních na intraorální aplikace a z dočasných náhrad na definitivní. Možnost variabilně kombinovat materiálové vlastnosti, jako je barva nebo pevnost, v rámci monolitické komponenty prostřednictvím multimateriálového procesu, nabízí obrovské výhody a téměř neomezené možnosti budoucího využití. Aditivní výroba keramických materiálů rovněž skýtá značný potenciál.

Nezodpovězené otázky se týkají především dlouhodobých klinických údajů, jako je biokompatibilita, orální stabilita, mechanická odolnost a související spolehlivost. Proto jsou nezbytné rozsáhlé klinické studie, které povedou k odpovídajícím doporučením, jež poskytnou zubním lékařům a zubním technikům jistotu a nezbytnou důvěru při používání aditivně vyráběných náhrad. Jakmile budou překonána stávající omezení, budou se aditivní techniky nadále prosazovat v laboratořích i v zubních ordinacích díky svým nesporným výhodám.