Praca w laboratorium staje się coraz

Transkrypt

1 Nowoczesne Drukowanie 3D Drukarka 3D Polska metoda wykonywania ruchomych protez osiadających metodą druku 3D Autor tech. dent. Jakub Posturzyński Hasła indeksowe: drukarki 3D, metoda druku 3D W niniejszym artykule zaprezentuję wyjątkowe osiągnięcie, jakim jest pierwsza polska, autorska metoda wykonywania protez zębowych ruchomych osiadających metodą druku 3D. Jest ona efektem badań prowadzonych na przestrzeni kilku lat i zwieńczeniem ścisłej współpracy pomiędzy gabinetem stomatologicznym, laboratorium protetycznym i specjalistami od inżynierii odwrotnej. fot Widok płyty protezy po zeskanowaniu w standardowym, darmowym programie Praca w laboratorium staje się coraz bardziej zdygitalizowana. Zastosowanie drukarek 3D stało się powszechne i jest niemożliwością, by ta technologia nie została prędzej, czy później wykorzystana w produkcji protez zębowych osiadających. W zakresie protetyki stomatologicznej podejmowano już próby druku 3D. Dotyczy to przede wszystkim projektowania protez szkieletowych (Stratasys 3D printing, BEGO Varseo), drukowania ich z materiałów woskopodobnych i zamiany na metal tradycyjną metodą. Bez wątpienia najsłabiej rozwiniętym ogniwem protetyki są protezy zębowe ruchome osiadające, dotyczy to również wykorzystania technologii 3D. Niedawno w internecie pojawiły się pojedyncze, bardziej lub mniej udane pomysły, które to przy wykorzystaniu drukarki 3D mają za zadanie podwyższyć ergonomię pracy i przy- spieszyć proces wykonywania protez zębowych. Wszystkie z nich opierają się na zeskanowaniu gotowych modeli i projekcie protezy w spreparowanym programie na komputerze. Jeżeli taka proteza zostaje wydrukowana, to przeważnie w jednym kolorze, z niedostosowanych materiałów, z zębami w kolorze białym bez żadnych walorów estetycznych. Opisana prezencja protez moim zdaniem jest nie do zaakceptowania, a wykorzystanie technologii 3D w takich przypadkach staje się bezcelowe. Do chwili obecnej została przedstawiona w 2012 roku tylko jedyna funkcjonalna metoda, zaprezentowana przez firmę Dentca. Ogranicza się ona do dwóch wizyt pacjenta w gabinecie stomatologicznym. Na pierwszej wizycie za pośrednictwem spreparowanych i zespalanych ze sobą łyżek pobiera się fot. archiwum autora fot. 1 fot dental labor 2/2016

2 Drukowanie 3D Nowoczesne wyciski i jednocześnie scala się oba ze sobą, dedykowaną śrubą. Rejestruje się w ten sposób takie parametry jak: relacja szczęki do żuchwy, wysokość zgryzu i wszystkie inne elementy, które są nieodzowne i odznaczane na etapie zgryzu (pomysł łączonych ze sobą łyżek z powodzeniem mógłby zostać również wykorzystany w tradycyjnej metodzie wykonywania protez zębowych osiadających). Tak przygotowane wyciski wysyła się następnie do korporacji, która opracowała tę metodologię pracy, by w siedzibie została zaprojektowana i wydrukowana proteza. Następnym etapem jest już oddanie gotowej pracy. Komentarz Mam niedoparte wrażenie, że niektórzy lekarze, podobnie jak i niektóre korporacje, starają się wyeliminować technika dentystycznego, jako zbędne ogniwo z łańcucha wykonywania prac protetycznych. Taka polityka nie może wpłynąć pozytywnie na efekt końcowy wykonywanej pracy protetycznej! Jest to niepojęta tendencja chociażby dlatego, że technik dentystyczny wykonuje 85% pracy, a efekt końcowy jest zależny nie tylko od doskonałej znajomości tematu, ale również od inwencji twórczej, a nawet artystycznej. Dobrzy dentyści nie spieszą się z wykonaniem pracy protetycznej! Metoda ta bez wątpienia jest szybsza, jednak z tych samych powodów musi posiadać wiele wad. Niestety na etapie zgryzu nie da się określić, czy pacjentowi dane zęby (producent, wielkość, fason) będą się podobały i ich ustawienie (np. uwypuklenie wargi) będzie odpowiednie, dlatego też wykonywanie prac w ten sposób niesie za sobą ryzyko. Moim zdaniem jedynie protezy natychmiastowe można wykonywać z pominięciem etapu przymiarki, ponieważ te z czasem podlegają wymianie na nowe. Ciężko określić skuteczność i efekt końcowy tej metody ze względu na brak dostatecznych informacji. Wiadomo jedynie, że firma Dentca stosuje własny materiał do wykonywania protez, który jako pierwszy zdobył pozytywną opinię FDA (Amerykańskiej Agencji Żywności i Leków). Nie udało mi się jednak natrafić na zdjęcia choćby jednej takiej protezy i wyglądu zębów, które to jest najtrudniej wykonać metodą 3D. Nie jest jasne również, ile czasu potrzeba na zaprojektowanie takiej protezy w programie i jak długo trwa obróbka końcowa być może profesjonalny technik dentystyczny wykona pracę szybciej w sposób tradycyjny? Nowatorska metoda wykonywania protez zębowych ruchomych osiadających przy użyciu skanowania i drukowania 3D opracowana w moim laboratorium, ul. Mazowiecka 10, Jastrzębie-Zdrój, pt. Dobrze wykonana proteza może zmienić życie! Koncepcja poniżej przedstawionej metodologii wykonywania protez metodą 3D narodziła się w chwili, gdy miałem styczność z czymś w rodzaju ksero 3D, które można zakupić za niewielkie fot. 3 dental labor 2/

3 Nowoczesne Drukowanie 3D pieniądze w znanych portalach aukcyjnych. Bezsprzecznie jakość takich skanów i wydruków jest porażająco kiepska, jednakże idea bardzo interesująca. Wystarczyło zwiększyć do granic możliwości jakość skanera oraz wydruku i gotowe. W teorii to prosty pomysł, jednakże napotkała na szereg problemów natury technicznej. Opis metody na podstawie protezy dolnej całkowitej osiadającej W założeniu początkowy etap kliniczny i laboratoryjny właściwie nie ulega zmianie do chwili wykonawstwa protezy z etapu przymiarki na etap gotowej protezy. Dzieje się tak, ponieważ w programie komputerowym nie da się wszystkiego przewidzieć i zaplanować. Podobnie jak w opisanej powyżej metodzie przedstawionej przez firmę Dentca nie ma możliwości sprawdzenia prezencji protezy przed wykonaniem jej na gotowo. Każdy lekarz stomatolog i technik dentystyczny wie doskonale, że komputerowa wizualizacja nigdy nie odzwierciedli prawdziwych warunków panujących w ustach pacjenta. Pierwszym etapem klinicznym, w którym wprowadziłem zmianę, jest etap przymiarki protezy w fazie wosku. Jeżeli lekarz stwierdzi, że wszystkie zamierzone parametry protezy w fazie wosku spełniają oczekiwania funkcjonalne i estetyczne, przechodzi do kolejnego etapu, jakim jest wykonanie wycisku czynnościowego i pobiera go właśnie na przymierzanej wcześniej protezie w fazie wosku. Płyta przymiarki od strony śluzówkowej musi być wykonana z dobrze dopasowanej płyty szelakowej bądź innego materiału do wykonywania łyżek indywidualnych. Wycisk powinien być wykonywany rzadką masą. W ten sposób powstaje proteza w fazie wosku z ustawionymi zębami z dokładnym odwzorowaniem śluzówki pacjenta. Etap laboratoryjny W laboratorium protetycznym usuwa się nadmiary masy wyciskowej. Miejsce połączenia masy wyciskowej z płytą woskową wygładza się dodatkową partią wosku i palnikiem. Kolejnym etapem laboratoryjnym jest wymodelowanie pracy na wzór gotowej protezy. Przy modelowaniu wosku w okolicy zębów należy maksymalnie uwolnić szyjki zębów, tak ażeby kontakt zęba był zachowany jedynie od strony miejsca podpiłowania. Następnie czekamy, aż wosk osiągnie temperaturę pokojową i wyłamujemy delikatnie zęby z przymiarki. Jeżeli czynność zostanie wykonana delikatnie, a szyjki zębów zostały dostatecznie uwolnione, to na wyłamanych zębach nie powinien znajdować się wosk. W ten sposób pozostaje płyta woskowa wraz z gniazdami, w których można bez problemu dopasować wyłamane (odklejone) zęby. Jeżeli czynność się nie powiedzie, można ją powtórzyć, ponownie utwierdzając zęba w wosku za pomocą gorącego nożyka. Fantom ustawiamy pionowo i tworzymy u podłoża małą, płaską podstawę, która zapewni utrzymanie w tej pozycji. Przygotowanie powstałego fantomu do skanowania 3D Fantomem należy posługiwać się ostrożnie i skanować go w temperaturze pokojowej. Nie należy narażać go na zmiany temperatury, bo te będą skutkować zmianą wymiarów. Fantom został wykonany z wosku, więc jest przezierny i odbija światło, a to utrudnia skanowanie. Przetestowaliśmy praktycznie każdy z dostępnych wosków na rynku i w każdym możliwym kolorze. Podczas skanowania wosk nie tyle posiada określoną przezierność, ale również odbija światło i uniemożliwia trafny pomiar. Aby wyeliminować refleksy, element został pokryty cienką warstwą proszku, która została rozprowadzona przy użyciu aerografu. Dzięki tej metodzie na fantomie powstała bardzo cienka, delikatna mgiełka, co nie powoduje ingerencji w geometrię detalu. Element został zeskanowany skanerem optycznym ATOS TripleScan, gdzie dokładność skanowania wynosi 0,01 mm. Prototypowanie protezy na podstawie skanu przestrzennego Do wykonania fizycznej płyty protezy użyto dwóch metod drukowania trójwymiarowego. Pierwsza z nich to najpopularniejsza technika druku 3d Fused Filament Fabrication. Polega 92 dental labor 2/2016

4 Drukowanie 3D Nowoczesne ona na topieniu termoplastyku i układaniu go warstwowo na stole roboczym, co w konsekwencji tworzy większą całość. Najlepsza rozdzielczość wydruku, jaką udało nam się uzyskać, to 0,1 mm. Detale w pierwszej kolejności zostały wykonane z najpopularniejszych tworzyw (nieposiadających atestów do stosowania w medycynie), tak żeby można było określić dokładność i potencjał metody. Gdy proces drukowania się zakończył, z satysfakcją stwierdziłem, że dokładność wydruku jest bardzo wysoka. Dopasowanie płyty protezy jest tak samo dokładne jak w przypadku protezy wykonywanej tradycyjną metodą puszkowania. Płyta protezy pasuje idealnie, podobnie jak zęby, do miejsc, w których mają się w przyszłości znajdować. Kolejnym etapem badań było poszukiwanie tworzyw sztucznych posiadających odpowiedni atest. Spośród nich zostały wyselekcjonowane tworzywa, które powszechnie są stosowane w wykonawstwie uzupełnień protetycznych metodą wtrysku. Niestety większość z tych tworzyw jest higroskopijna (surowiec chłonie wilgoć). Drukowanie z takich tworzyw jest utrudnione, wilgoć zawarta w tworzywie uwalnia się w kontakcie z wysoką temperaturą, a powstające gazy degenerują powstający model. Wybór padł więc na acetal, materiał o szerokim zastosowaniu m.in. w wykonawstwie protez szkieletowych. Konieczne było zakupienie sporej ilości tworzywa i spreparowanie z niego filamentu. Filament to jedna z postaci, w jakiej podawane jest tworzywo sztuczne do drukarki 3D. Jest to forma cienkiej linki, żyłki z tworzywa sztucznego o średnicy 1,75 mm zwiniętej na szpuli. Gdy tworzywo uzyskało pożądaną formę, rozpoczął się uciążliwy proces wielokrotnych wydruków, kalibracji drukarki i dostosowywania takich parametrów jak: temperatura stołu i głowicy, ilość dozowanego materiału na warstwę, średnica dyszy oraz odpowiednie chłodzenie materiału podczas wydruku. Po wielu próbach płyta protezy osiągnęła skrystalizowaną formę o pożądanych właściwościach fizycznych. Niemniej badania nad ujarzmieniem acetalu i znalezieniem idealnych, stałych parametrów nadal trwają. Zalety: powszechna dostępność technologii i tworzyw. Wady: długotrwały czas drukowania 4 6 godzin na jedną protezę (po dopracowaniu specjalnego filamentu będzie możliwe jego skrócenie), konieczność wytworzenia filamentu, udział wysokiej temperatury w procesie (nie każda maszyna seryjnie produkowana będzie w stanie wykonać wydruk z acetalu wydruk został wykonany na autorskiej maszynie stworzonej na potrzeby projektu przy współpracy z Piotrem Kusowskim). Drugą zastosowaną przeze mnie metodą druku 3D jest najnowsza technologia szybkiego prototypowania DLP (Digital Light Processing). Model powstaje poprzez naświetlenie pola roboczego przy użyciu specjalnie przystosowanego projektora kolejno warstwa po warstwie. Selektywnie naświetlana powierzchnia płynnej, światłoutwardzalnej żywicy polimeryzuje i przyjmuje stan stały. W tym przypadku płyta protezy została wydrukowana na urządzeniu Envision- TEC z nowego, właśnie wprowadzanego do sprzedaży tworzywa E-guard, które jako drugie (po tworzywie firmy Dentca) w Stanach Zjednoczonych zostało dopuszczone do wykorzystania w ustach i ustroju ludzkim do 12 miesięcy użytkowania. Atest na terenie UE to tylko kwestia czasu. Prezencja wydruków z tworzywa E-guard wynosi ľm w zależności od drukarki, w jakiej je zastosujemy. W bezpośrednim zestawieniu tych samych płyt protez wydrukowanych w obu technologiach wydruki żywiczne deklasują nawet najlepsze modele wykonane metodą FFF. Modele wykonane z fotopolimerów mogą być cieńsze, posiadają wielokrotnie dokładniejszą, pełną detali powierzchnię. Jeżeli pozostawi się na skanowanym fantomie odciski linii papilarnych, te również znajdą się na wydruku. W tym przypadku dopasowanie płyty protezy nie podlega dyskusji, jest idealne. Zalety DLP: niezwykła dokładność, niespotykana w żadnej innej metodzie druku, oraz szybkość drukowania, kilka sekund na warstwę. Wady: duży koszt urządzania i żywic światłoutwardzalnych, konieczność oczyszczenia z resztek żywicy i dodatkowe dopolimeryzowanie pod światłem UV, oraz brak danych na temat wpływu na zdrowie dental labor 2/

5 Nowoczesne Drukowanie 3D ludzkie przy bezpośrednim kontakcie z ciekłą żywicą. Po wydrukowaniu detalu jedną bądź drugą metodą wklejamy zęby w te same miejsca, w których wcześniej znajdowały się w przymiarce w fazie wosku. Płyta protezy acetalowa wydrukowana metodą FFF: Zęby wklejamy za pośrednictwem dupontu i kleju z atestem, a jego nadmiary usuwamy obrotową szczoteczką. Utrzymanie zębów jest spore i nie ma obawy, że te zostaną wyłamane podczas normalnego użytkowania. Jeżeli jakimś przypadkiem takie utrzymanie nie będzie wystarczające, pod zębami w płycie protezy można wykonać cieniutkie tunele w krztałcie litery V za pośrednictwem narzędzia obrotowego (freza zwanego szczelinowcem bądź różyczki ) i ufiksować ząb za pomocą tradycyjnego szybkopolimeru. W jedynym i drugim przypadku utrzymanie zębów w płycie protezy będzie mechaniczne. Płyta protezy wykonana z tworzywa E-guard metodą DLP: Zęby wklejamy za pośrednictwem akrylu szybkopolimeru. Tworzywo E-guard łączy się w mocny sposób z akrylem szybkopolimerem i zapewnia trwałe i szczelne połączenie pomiędzy płytą protezy a zębami akrylowymi. Największym atutem w zestawieniu z innymi próbami wydruku protez zębowych jest możliwość zastosowania absolutnie wszystkich rodzajów zębów akrylowych, jakie można spotkać na rynku. Jest to coś, czego do tej pory nie udało się dokonać żadnej ze znanych nam korporacji chcących wykorzystać metodę druku 3D w procesie wykonywania protez zębowych osiadających. W dodatku każdy technik dentystyczny poradzi sobie z wykonaniem tego zabiegu we własnym laboratorium, bez konieczności współpracy z wielkimi potentatami protetycznymi. Obróbka końcowa płyty protezy (dotyczy wyłącznie wydruku metodą FFF z tworzywa acetal) Jeżeli płyta protezy zębowej osiadającej wymaga dodatkowej obróbki, to wykonujemy ją w sposób łącznie od metod obróbki zwykłej protezy, używając tych samych narzędzi obrotowych. Chcąc jednak uniknąć obróbki końcowej, można również pokryć płytę protezy atestowanym lakierem światłoutwardzalnym, co w sposób dostateczny wygładzi powierzchnię protezy. Konkluzja Najdłuższym etapem laboratoryjnym w procesie wykonania protezy zębowej ruchomej osiadającej jest etap końcowy zamiana wosku na akryl, bądź inne tworzywo termoplastyczne. To najbardziej czasochłonny, materiałochłonny i pracochłonny etap. Dzięki drukowaniu moją metodą oszczędzamy materiały pośrednie jak: gips, separat, wodę, prąd, gaz i czas. Nie ma konieczności posiadania puszek polimeryzacyjnych, ramek do gotowania protez, polimeryzatora, prasy, a nawet wtryskarki do tworzyw termoplastycznych. W dodatku na wydrukowanie płyty protezy nie jest potrzebna spora rezerwa materiału, jaką się stosuje przy upychaniu akrylu czy wtrysku tworzywa. Wystarczy dokładnie tyle materiału, ile będzie miała sama proteza. W konsekwencji proces ten staje się zauważalnie krótszy w aspekcie włożonej pracy i zdecydowanie tańszy. Metoda ta jest szybka, prosta, i tania. Mam pewność, że niebawem zrewolucjonizuje rynek protez zębowych osiadających i zastąpi po kilkudziesięciu latach obecnie stosowaną metodę puszkowania protez w formach gipsowych. Kolosalnym osiągnieciem w projekcie jest fakt, iż do wykonania protez wykorzystane zostały materiały, które są ogólnie dostępne. W chwili obecnej największe nadzieje wiąże z tworzywem E-guard firmy Envision TEC z którego to wydruki są więcej niż satysfakcjonująco dokładne, nie wymagają dodatkowej obróbki, a atest na terenie EU to tylko kwestia czasu. Nie ma więc konieczności tworzenia nowych materiałów, zdobywania atestów do wykonania protezy ruchomych osiadających, również nie są konieczne żadne inne dedykowane łyżki wyciskowe, czy masy wyciskowe. Jedynymi dodatkowymi, potrzebnymi urządzeniami, które są potrzebne to wysokiej jakości skaner 3D oraz drukarka 3D, której parametry będą dostosowane do tworzywa, wykorzystanego do wydrukowania protezy. Oba powyższe produkty już są dostępne na rynku. W dzisiejszych czasach skanery, podobnie jak drukarki, nie wymaga- 94 dental labor 2/2016

6 Drukowanie 3D Nowoczesne fot. 4. Wydrukowana płyta protezy metodą FFF z acetalu. Mimo najwyższej możliwej jakości wydruku daje się zaobserwować schodkową strukturę detalu fot. 5 ją doświadczenia w obsłudze i uciążliwej pracy z oprogramowaniem. Zazwyczaj wystarczy wybrać takie parametry jak jakość, rodzaj tworzywa, a program zajmie się resztą. Obecnie w Polsce są oferowane drukarki 3D (były także prezentowane na ostatnich targach Krakdent, np. firmy Envision TEC), na których bezproblemowo można drukować z materiałów woskopodobnych, różnego rodzaju tworzyw oraz, co istotne, z nowego, wspomnianego wyżej tworzywa E-guard. Choroby zawodowe w świetle protez zębowych ruchomych osiadających wykonywanych autorską metodą druku 3D O chorobach zawodowych związanych z naszym fachem słyszeli wszyscy, a wielu techników dentystycznych w przykry sposób ich doświadczyło. Powszechnie technik dentystyczny nie jest postrzegany jako pracownik fizyczny, jednakże długie godziny spędzone na puszkowaniu, obrabianiu i polerowaniu protez dają się we znaki. Prócz wypadków, choroby zawodowe, na jakie jesteśmy narażeni, to m.in.: zespół cieśni nadgarstka, zapalenie kompleksu chrząstki trójkątnej, zapalenie ścięgien, zwyrodnienie stawów, łokieć tenisisty, pylica, choryb kręgosłupa, żylaki. Przyczyną zmian degeneracyjnych nie muszą być konkretne urazy, a długotrwałe przeciążenia stawów, mięśni i ścięgien. Znam również techników którym kości śródręcza wygieły się w skutek powtarzalnych czynności zawodowych. W opracowanej przeze mnie metodzie wykonywania protez zębowych omijamy większość najbardziej kontuzyjnych czynności, a w przypadku wydruków metodą DLP jedyny kontakt z silnikiem protetycznym to podpiłowanie zębów. Dla osób wykonujących jedynie protezy zębowe ruchome osiadające, ta metoda może w znacznym stopniu przedłużyć sprawność zawodową i oszczczędzić bolesnych zabiegów, a nawet inwalidztwa. fot. 5. Do wydrukowanej acetalowej protezy metodą FFF wklejamy zęby za pośrednictwem atestowanego kleju i dupontu fot. 6 fot. 6. Wydruk metodą DLP z tworzywa E-guard jest dokładny do tego stopnia, że przypomina detal wykonany metodą wtrysku na wtryskarce przemysłowej i nie wymaga dodatkowej obróbki. Jakościowo jest podobny do wypolerowanej protezy akrylowej. Mimo braku konieczności obróbki należy założyć, że materiał, z którego została wykonana proteza, musi w łatwy sposób jej się poddawać. Tworzywo E-guard, podobnie jak tworzywo akrylowe, jest wdzięcznym materiałem w obróbce i nie nastręcza zbędnych problemów. W chwili gdy tworzywo E- -guard zdobędzie atest na terenie UE, przedstawiona przeze mnie metoda bez przeszkód może zostać wykorzystana jako pewny, dokładny, tani i szybki sposób wykonywania protez zębowych osiadających Korespondencja: lic. tech. dent. Jakub Posturzyński, pomysłodawca projektu, etapy laboratoryjne, Laboratorium Protetyczne, ul. Mazowiecka 10, Jastrzębie-Zdrój lek. stom. Michał Posturzyński, konsultacja merytoryczna, Centrum Medyczno-Stomatologiczne Mazowiecka 10, ul. Mazowiecka 10, Jastrzębie-Zdrój Współpraca: mgr. inż. Piotr Kusowski, właściciel firmy PLEXMET, pasjonat technologii, specjalista ds. inżynierii odwrotnej, odpowiedzialny za dostosowanie procesu i wydruków w technologii FFF, konsultacja merytoryczna. Solveere sp. z o. o., wyłączny dystrybutor urządzeń Envision TEC w Polsce, wydruk DLP, informacje dotyczące tworzywa E-guard dental labor 2/