Exakt und langlebig: Zahnmodell aus dem 3D-Drucker

Team des 3D-Druckzentrums der FH Südwestfalen kooperiert mit Dentaltechnik – Robuste Vorlage für Härtetest von Zahnschutz entwickelt

Soest: Seit Jahren pflegt der Fachbereich Maschinenbau-Automatisierungstechnik der FH Südwestfalen gute Verbindungen zu Herstellern von Mundschutzen, wie sie im Eishockey-Sport verwendet werden. In ersten Forschungsprojekten ging es um die Optimierung der Materialbeschaffenheit im Bereich der Werkstofftechnik. Jetzt hat das Team des 3D-Druckzentrums in Kooperation mit der SCHEU-DENTAL GmbH aus Iserlohn einen Zahnabdruck entwickelt – gefertigt aus Edelstahl in einem additiven Verfahren. Ein widerstandsfähiger Zahnabdruck ist entscheidend für umfangreiche Belastungstests von Mundschutzen.

Zahnabdrucke im zahnmedizinischen Bereich werden in der Regel zunächst mit elastischen Materialien genommen. Die so entstandene Negativ-Form wird mit einem Spezialgips ausgegossen. Das Ergebnis ist eine dreidimensionale präzise Abbildung des Gebisses, das die individuelle Anpassung von Zahnspangen oder Zahnersatz ermöglicht. Auf diese Weise wurden bisher auch Modelle für die Anfertigung individueller Zahnschutze aus Silikon hergestellt, wie sie im Eishockey benutzt werden. In dieser Sportart ist das Risiko für Zahnverletzungen durch Pucks, Schläger oder Aufprälle sehr hoch. Ein robuster Zahnschutz gilt als wichtigstes Mittel zur Prävention.

Bevor ein Sportmundschutz zum Einsatz kommt, sind eine Reihe von Tests und Anpassungen nötig. So prüfen Dentaltechnik-Unternehmen wie die SCHEU-Dental GmbH, ob das verwendete Material dem Aufprall mit einem Eishockey-Puck standhält. Ein Puck kann bei einem starken Schlagschuss mehr als 160 Kilometer pro Stunde erreichen und eine hohe Aufprallenergie entwickeln. Dies wird im Rahmen der Produkttests simuliert. Auf die Zahnmodelle wird der Mundschutz aufgebracht, diese werden mit hoher Schlagkraft konfrontiert. Zwar sind die Zahnschutze dabei nicht unbedingt beschädigt worden, aber die Modelle. „Vorher waren FDM-Bauteile, also dreidimensionale Modelle, die im 3D-Druckverfahren Fused Deposition Modeling Schicht für Schicht aus Kunststoff aufgebaut worden sind, am Prüfstand im Einsatz. Die sind direkt beim ersten Versuch kaputtgegangen. Unsere Aufgabe war es also, ein Modell zu fertigen, dass widerstandsfähig genug ist, damit die Produkte auch in Serie getestet werden können und nicht nach jedem Versuch ein neues HDM-Modell eingespannt werden muss“, erläutert Stefan Künne, der als Wissenschaftlicher Mitarbeiter im 3D-Druckzentrum wesentlich mit dem Auftrag betraut war.

Entstanden ist ein Modell aus Edelstahl 1.4404, ein korrosionsbeständiger Werkstoff mit besonders guter Schweißbarkeit. Mit der technischen Ausstattung im 3D-Druckzentrum der FH in Soest unter der Leitung von Prof. Dr. Jens Bechthold sind alle gängigen 3D-Druckverfahren durchführbar. Das Zahnmodell für den Prüfstand ist im SLM-Verfahren gedruckt worden, dabei schmilzt ein Laser Metallpulver Schicht für Schicht selektiv aufeinander.

3D-Druck spielt auch in anderen Bereichen der Dentaltechnik eine immer größere Rolle. So berichtet Stefan Künne vom Netzwerktreffen „Arbeitskreis Zahntechnik 2030“: „Wir wissen, dass unsere 3D-Druckerzeugnisse nicht zu unterscheiden sind von gewöhnlichem Halbzeug, was Festigkeit, Widerstandsfähigkeit und mechanische Eigenschaften angeht. Keramikdruck für Zahnersatz war zwar bisher eine Herausforderung, wird aber bereits angewendet. Auch in der Zahntechnik wird es immer weiter in Richtung additive Fertigung gehen. Da es sich bei Zahnersatz immer um Unikate handelt, die nicht in Serie produziert werden, macht das auch Sinn.“ Was die Haltbarkeit von Zahnersatz aus dem 3D-Drucker angeht, hat der Doktorand keine Bedenken. Auch die Rückmeldung des Unternehmens SCHEU-DENTAL GmbH zum 3D-Zahnmodell aus Edelstahl war sehr positiv: „Das Teil hält bis heute, da haben wir wohl zu gut gearbeitet.“

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Quelle: Fachhochschule Südwestfalen
Bild: Stefan Künne berichtete beim Netzwerktreffen „Arbeitskreis Zahntechnik 2030“ über seine Forschung an Mundschutzen im 3D-Druckzentrum der FH.
Fotocredits: FH / Sandra Pösentrup