Zahntechnik

Additive Verfahren

Dentallabor: So rechnet sich die 3-D-Drucktechnologie

Grafik 3D Druck Zahn
Iaremenko Sergii/Shutterstock.com

„Der additiven Fertigung wird ein hohes Potenzial vorhergesagt. Gesamtwirtschaftlich betrachtet, wird der 3-D-Druck die Wertschöpfungskette verändern.“

„Das Beste an der Zukunft ist, dass sie uns immer einen Tag nach dem anderen serviert wird“ – Dieses Zitat trifft den Nerv der aktuellen Situation des Zahntechnikerhandwerks. Kaum haben die subtraktiven CAD/CAM-Verfahren den letzten Zweifler überzeugt, gesellt sich die additive Technologie – das additive manufacturing – zu den zahntechnischen Fertigungswegen. Nach und nach etabliert sich die 3-D-Drucktechnologie im Laboralltag. Warum macht ein eigener dentaler 3-D-Drucker Sinn, und wie kann das Labor von dieser Technologie profitieren?

Groß-, Mittel- oder Kleinstlabor – den Veränderungen in der prothetischen Zahnmedizin müssen Laborinhaber mit unternehmerischem Handeln begegnen. Um den Mehrwert einer Technologie erkennen zu können, sind wirtschaftliche Betrachtungen einzubeziehen. In diesem Beitrag werden betriebswirtschaftliche Kennzahlen und unternehmerische Aspekte der 3-D-Drucktechnologie thematisiert.

Drei Laborinhaber – ZTM Alexander von Fehrentheil, Hamburg, ZTM Pano Athanasiou, Remscheid, und ZTM Martin Volkmer, Rheine – berichten, wie für sie der 3-D-Druck zu einem Wirtschaftsfaktor geworden ist. Sie beschreiben die „weichen“ Faktoren, die den 3-D-Druck attraktiv werden lassen. Patrick Sokalla, Dentallabor SSK, Geilenkirchen, und Mitarbeiter Forschung und Entwicklung, Dentona AG, hat seine Bachelor-Arbeit zu diesem Thema verfasst. Anhand von Zahlen und Indikationen stellt der Zahntechnikemeister und Betriebswirt mittels einer Kosten-Nutzen-Erhebung den ökonomischen Mehrwert dar.

Was die Anwender sagen

Waren 3-D-Drucker noch vor wenigen Jahren der Großindustrie vorbehalten, sind sie heute für kleinere Unternehmen erschwinglich und ergänzen auch die Fertigungstechnologien in Dentallaboren. Alexander von Fehrentheil vereint in seinem Labor digitale Technologien mit meisterlicher Handwerkskunst. „Von den Vorteilen der additiven Fertigung sind mein Geschäftspartner und ich voll überzeugt. Wir haben uns für den Drucker pro3dure fab-12 entschieden und mit dieser Investition den Weg für neue Geschäftsfelder geebnet“, so der Laborinhaber. Hierzu gehören zum Beispiel die Herstellung von Bohrschablonen für die navigierte Implantologie, von Arbeitsmodellen oder Aligner-Modellen für die Kieferorthopädie (Abb. 1 bis 6).

Pano Athanasiou (Remscheid) arbeitet mit dem pro3dure fab-13 und zieht nach den ersten Monaten ein Fazit: „Primäres Einsatzgebiet ist bei uns die Modellgusstechnik. Hier ist der Drucker eine wertvolle Bereicherung geworden.“ Zusätzlich zur verbesserten Ergebnisqualität und erhöhten Effizienz kann das Labor mit dem Drucker dem Fachkräftemangel entgegenwirken. Die Modellgusstechnik zählt zu einem Bereich, der bei Zahntechnikern wenig populär ist. Die Möglichkeit, den Modellguss mit Unterstützung digitaler Technologien herzustellen, ist attraktiv. „Dies löst bei digital affinen Technikern ein hohes Engagement aus.“

Auch Martin Volkmer hat sich Anfang 2016 für den Kauf des fab-13 entschieden. Er und seine Mitarbeiter konzentrieren sich momentan auf die Herstellung gedruckter Aufbissschienen. „Damit legen wir den ersten Baustein, um die zukunftsorientierte Technologie in unserem Laboralltag zu implementieren.“ Arbeitsschritte und Fehlerquellen sind auf ein Minimum reduziert. Eine Schadstoffbelastung während des Herstellungsprozesses ist so gut wie ausgeschlossen. Austretende Monomerdämpfe gehören ebenso der Vergangenheit an wie die Schleifspäne beim Ausarbeiten der Schiene.

Übersicht zu Indikationen und Anwendung

Grundsätzlich zählt der 3-D-Druck zu einem äußerst wirtschaftlichen Fertigungsverfahren. Bei der Herstellung eines Objekts wird nur das Material verbraucht, welches benötigt wird. Zudem sind qualitative Vorteile zu nennen. Mittels 3-D-Druck wird eine hohe Präzision und Reproduzierbarkeit erzielt. Das gewünschte Bauteil (Druckobjekt) wird in der CAD-Software generiert und im STL-Format gespeichert. Die Druckersoftware zerlegt das Bauteil in einzelne Schichten (Slices). Dieser Datensatz dient dem eigentlichen Druckvorgang. Die Modelle der pro3dure-Serie basieren auf dem DLP-Verfahren (Digital Light Processing). Die Bauplattform befindet sich über dem Baukörper. Schicht für Schicht hebt sich das Objekt aus der mit Harz gefüllten Wanne heraus. Die einzelnen Schichten werden mit flüssigem Kunststoffharz nacheinander aufgebaut und ausgehärtet. Ein Beamer dient dem Verfestigen des flüssigen Baumaterials.

Die Indikationsvielfalt hängt vom Material ab. Theoretisch könnte jede Geometrie gedruckt werden. Praktisch sind für dentale Anwendungen hohe materialtechnische Anforderungen laut Medizinproduktegesetz (MPG) zu erfüllen. Bislang  können mit den Druckern der pro3dure-Serie und den Dentona-Materialien alle gängigen Indikationen – Modelle, Abformlöffel, Schienen, Bohrschablonen und Modellgussgerüste – umgesetzt werden.

Interessant – unter anderem – für Praxislabore: Die Daten aus dem Intraoralscanner können bei Bedarf inhouse in ein physisches Modell umgewandelt werden (Abb. 7 bis 12). Es müssen keine Daten mehr an externe Fertigungszentren gesandt oder auf einen Server geladen werden.

Zeitersparnis durch den 3-D-Druck

Werden die digitalen Arbeitsabläufe den konventionellen Methoden gegenübergestellt, kann die Prozesswirtschaftlichkeit ermittelt werden.

Beispiel Schiene

Bei der Herstellung von Schienen ist die 3-D-Drucktechnologie anderen Technologien überlegen.

Vorteile:

  1. Der Zeitaufwand kann deutlich reduziert werden, da unter anderem das nachträgliche Einschleifen entfällt. Durch die Zeitersparnis entstehen zusätzliche organisatorische Freiräume.
  2. Der Arbeitsplatz für den Zahntechniker wird komfortabler, gesünder und produktiver.
  3. Die gedruckte Schiene hat einen verschwindend geringen Restmonomergehalt.

Konventionell 95 Minuten …

Auf konventionellem Weg muss zunächst das Arbeitsmodell dupliert und vermessen werden. Unterschnitte sind anzuzeichnen sowie auszublocken. Anschließend wird die Schiene in Wachs modelliert und über einen Silikonwall in Kunststoff umgesetzt. Es folgen das zeitaufwendige Aufpassen, Ausarbeiten und Polieren. Insgesamt ermittelte Patrick Sokalla einen durchschnittlichen Zeitwert von 95 Minuten.

… versus digital 25 Minuten

Auf digitalem Weg entfällt das Duplieren des Arbeitsmodells. Am digitalisierten Modell wird die Einschubrichtung vermessen und die Schiene mit den vorab eingestellten Parametern generiert. Anschließend können der Aufbiss und eine Eckzahnführung konstruiert werden. Nach dem Druck bedarf es nur eines minimalen Aufwands: Die Schiene wird aufgepasst und fertiggestellt. Sokalla ermittelte hierfür einen durchschnittlichen Zeitwert von 25 Minuten.

Beispiel Modellguss

Auch in der Modellgusstechnik resultiert aus dem 3-D-Druck eine Effektivitätssteigerung. Dies bestätigt Athanasiou. Mehr als 90 Prozent der Modellgussgerüste werden in seinem Labor mithilfe des Druckers hergestellt. Pro Woche sind das 20 bis 25 Gerüste. Das Gerüst wird digital modelliert, in einem ausbrennfähigen Kunststoff gedruckt und über das Gussverfahren in die Legierung übertragen. Gegenüber der konventionellen Technologie ergibt sich im Labor von Athanasiou eine Zeitersparnis von 40 Prozent. Die Zeit bis zum eigentlichen Guss des Gerüsts ist auf ein Minimum reduziert, denn die CAD-Konstruktion nimmt nur zwischen 20 bis 30 Minuten in Anspruch.

Da mehrere Modellgussgerüste mit einem Mal gedruckt werden können, ist die effektive Arbeitszeit pro Gerüst weitaus geringer als im konventionellen Vorgehen. Zudem sei auf die Materialersparnis hingewiesen. Mit dem beschriebenen Vorgehen kann auf das Einbettmassemodell ebenso verzichtet werden wie auf die Silikonduplierform. Im Gegensatz dazu wird nur der Kunststoff für den 3-D-Drucker verbraucht. Pro Gerüst werden etwa 2 bis 3 Gramm Druckmaterial benötigt. 1 Liter des ausbrennbaren Materials kostet bei Dentona 289 Euro. Der Materialeinsatz für ein Modellgussgerüst beläuft sich somit auf zirka 0,87 Euro zuzüglich Legierung.

Margen-Erweiterung durch den 3-D-Druck

Weiterer wirtschaftlicher Vorteil ist die effiziente Fertigung, die sich bei hoher Stückzahl bemerkbar macht. Sokalla begründet in seiner Bachelorarbeit: „Der 3-D-Druck lässt eine Margensteigerung bei gleichzeitiger Kostensenkung zu.“ Wird der 3-D-Drucker vom Zahntechniker optimal ausgelastet und bestückt, erhöhe sich der Gewinn pro Leistungseinheit. Qualitätseinbußen und mindere Materialqualität seien nicht zu erwarten. Die Druckzeit ist unabhängig von der Menge der zu druckenden Objekte. Mit dem überlegten Einsatz des 3-D-Druckers könne also die Gewinnerwartung deutlich gesteigert werden.

Anschaffung nach wenigen Monaten amortisiert

Laut Berechnungen von Sokalla amortisiert sich die Investition in den 3-D-Drucker aus der pro3dure-Serie (fab-12 oder fab-13) nach wenigen Monaten, abhängig vom Arbeitsanfall im Labor. Werden zum Beispiel ausschließlich Schienen gefertigt, rechne sich der Drucker bei 131 Schienen pro Jahr oder 11 Schienen im Monat, ausgehend von der konventionellen Fertigung. Diese Werte beruhen auf der Arbeitsgeschwindigkeit von Sokalla und sind im Detail auf einem Whitepaper nachzulesen (Download des Whitepapers: www.dentona.de). Die Materialkosten wurden auf empirischen Erhebungen im Dentallabor SSK sowie im Labor der Dentona AG ermittelt. Es wurde mit einem Laborstundensatz von 60 Euro (Gesamtkostensatz) kalkuliert, basierend auf Erhebungen der Handwerkskammer Köln.

„Der 3-D-Druck wird die Wetschöpfungskette verändern“

Ergänzend zur Betrachtung relevanter Kennzahlen sprechen weitere Argumente der Nutzer für die Arbeit mit einem 3-D-Drucker. Von Fehrentheil: „Die Arbeit mit dem Gerät macht Spaß, doch in erster Linie zählt der Nutzen: Wir haben unser Portfolio sinnvoll ergänzen können und leben weiterhin das Credo der Inhouse-Produktion.“

Auch im Labor von Volkmer etabliert sich der Drucker. „Wir widmen uns als nächsten Baustein den Bohrschablonen. Zudem möchten wir uns mit dem Druck individueller Abformlöffel auseinandersetzen. Hier erachten wir das saubere, reproduzierbare Vorgehen als großen Vorteil“. Athanasiou fasst zusammen: „Der additiven Fertigung wird ein hohes Potenzial vorhergesagt. Gesamtwirtschaftlich betrachtet, wird der 3-D-Druck die Wertschöpfungskette verändern. Auch an Dentallaboren wird diese Entwicklung nicht spurlos vorübergehen; ganz im Gegenteil. Wir haben hohe Erwartungen.“ Zunehmend werden neue Materialien angeboten. In den Forschungslaboren von Dentona entwickeln Werkstoffwissenschaftler mundbeständige Materialien. Das Potenzial ist groß.

 

Marc Hütt