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La stampa 3D in odontologia
Introduzione:
Da diversi anni, il settore odontoiatrico è in piena mutazione, grazie al movimento dell’odontoiatria digitale.
La fabbricazione additiva in particolare ha permesso al settore dentistico di sviluppare il proprio utilizzo delle tecnologie digitali.
In effetti, il settore odontoiatrico è una parte portante della tecnologia della stampa 3D in quanto risponde alla problematica della produzione su misura.
Alcune cifre chiave
Nel 2015, il mercato della stampa 3D per il settore odontoiatrico era di 780 milioni di dollari. Secondo lo studio Smartech Publishing, leader nella creazione di studi di mercato relativi alla fabbricazione additiva, il settore medicale (odontoiatrico compreso) rappresenta l’11,3 % degli utenti delle tecnologie di fabbricazione additiva.
Lo studio riporta inoltre che il mercato della stampa 3D in odontoiatria raggiungerà più di 3,1 miliardi di dollari nel 2020. In effetti, questo settore conosce una notevole crescita annua stimata a più del 35% e dovrebbe raggiungere i 9,5 miliardi di dollari fino al 2027.
Queste cifre promettenti mostrano tutte le opportunità della fabbricazione additiva in questo settore.
In questo articolo sulla stampa 3D in odontoiatria, verranno spiegate le tecniche, i materiali e gli utilizzi principali della stampa 3D per i dentisti, saranno illustrati i vantaggi della stampa 3D e gli inconvenienti e chiuderemo con le prospettive di questa tecnica innovatrice.
Le tecnologie della stampa 3D in odontoiatria: diversità di processi e materiali
Nell’industria, la fabbricazione additiva è un processo di formazione di un oggetto per aggiunta di materia tramite sovrapposizione di strati successivi. La stampa 3D è il nome comune che raggruppa tutti i procedimenti additivi.
In odontoiatria, nella fabbricazione additiva vengono utilizzate diverse tecnologie e materiali.
Il procedimento di formazione può essere fisico (fusione seguita da solidificazione, sinterizzazione) o chimico (fotopolimerizzazione).
La scelta della tecnica è condizionata dall’applicazione cercata.
Di seguito sono presentati i principali procedimenti utilizzati in odontoiatria.
FDM (Fused Deposition Modeling)
La tecnica consiste nel deposito di un filamento termoplastico riscaldato alla T° di plasticità del polimero fuso. La creazione della forma in questo caso è fisica e utilizza dei materiali termoplastici (ABS o PLA).
Il FDM ha il vantaggio di produrre oggetti a basso costo senza richiedere alcun post trattamento. Tuttavia, manca di rapidità, precisione e biocompatibilità. È dunque adatto solo per creare modelli master dentali per termoformare dei dispositivi di allineamento ortodontici, dispositivi di correzione o di sbiancamento.
Con l’arrivo del nuovo materiale termoplastico PEEK (PolyEtherEtherKetone), questo procedimento potrebbe permettere di produrre soluzioni dentali biocompatibili e in particolare protesi parziali amovibili. Questo materiale approvato dalla FDA presenta un’eccellente resistenza chimica e meccanica, pur essendo leggero e migliorare così il comfort del paziente. La protesi senza metallo ha il vantaggio di essere neutra dal punto di vista del gusto.
La fotopolimerizzazione
È il procedimento principale di fabbricazione additiva utilizzato in odontoiatria. Si tratta di un procedimento chimico utilizzato con la tecnica SLA (Stereolitografia) e DLP (Digital Light Processing).
La SLA consiste nella formazione di un modello 3D di strati successivi grazie a un laser che scansiona ogni strato in un bagno di liquido fotosensibile e lo polimerizza. I materiali utilizzati sono elastomeri e plastiche termoindurenti.
Questa tecnologia offre una risoluzione e precisione nettamente superiori a quelle del FDM, con materiali biocompatibili, come resine liquide approvate da CE / FDA. La finitura è meno complessa, riducendo così i tempi di fabbricazione.
Grazie a questa tecnologia, è possibile cambiare materiale per un’applicazione diversa. Le applicazioni comprendono la preparazione di guide chirurgiche, protesi provvisorie, elementi calcinabili come i corpi degli stelliti…
La fabbricazione additiva in metallo
Rappresentata soprattutto dal SLM (Selective Laser Melting o Fusione Laser) e il SLS (Selective Laser Sintering o Sinterizzazione Laser), è utilizzata nella produzione di impianti, stelliti o massetti in Nickel-Cromo.
Questa tecnologia richiede una elevata produzione per l’ammortamento degli ingenti investimenti.
I macchinari per la lavorazione in metallo richiedono inoltre a volte un lavoro di post trattamento notevole, con una riduzione della produttività, ma in termini di costo per unità resta sempre più interessante.
Procedimento materiali
Selective Laser Melting (SLM) o Fusione Laser Selettiva +++
Plastiche
Ceramiche
Selective Laser Sintering (SLS) o Sinterizzazione Laser Selettiva +++
Termoplastiche (policarbonato, poliamidi, cloruro di polivinile)
Ceramiche
FDM Fused Deposition Modeling Termoplastiche (ABS o PLA)
Stereolitografia (SLA) Elastomeri e plastiche termoindurenti
Le applicazioni della stampa 3D in odontoiatria
La stampa 3D è stata principalmente adottata dai professionisti del settore odontoiatrico per preparare guide chirurgiche, apparecchi dentali personalizzati, pezzi in resina calcinabile o impronte per stampi e corone dentali temporanee.
Le applicazioni della stampa 3D in odontoiatria possono essere classificate in tre categorie.
Fabbricazione diretta di dispositivi dentali su misura:
Soprattutto guide chirurgiche implantari che permettono di guidare il chirurgo durante la foratura e quindi rispettare la pianificazione preimpianto digitale, in particolare la localizzazione, l’angolazione e la profondità degli impianti.
È inoltre possibile stampare in 3D con resine biocompatibili di classe III apparecchi confortevoli e perfettamente adatti alla bocca del paziente, tra cui dispositivi per sbiancamento, per la cura del bruxismo, per applicazione di gel al fluoro.
La stampa 3D permette inoltre di preparare dispositivi utilizzati in ODF come gli apparecchi di allineamento, di trasferimento, le guide di osteoctomia e le guide di riposizionamento in tutti i tipi di ortesi e apparecchi di intercettamento.
Si possono inoltre stampare in 3D apparecchi per la chirurgia maxillo-facciale (Genio-plastica, rinoplastica, epitesi).
Stampa 3D di impronte per stampi dentali mediante la tecnica a cera persa
Una versione in 3D della protesi dentale (corona, ponte…) stampata in resina calcinabile viene utilizzata per fabbricare uno stampo personalizzato mediante la tecnica a cera persa. La protesi finale viene ottenuta colando il materiale desiderato (ceramica, metallo…) in questo stampo.
Figura 1 Una corona dentale stampata in 3D (tecnica a cera persa)
Fabbricazione diretta di riparazioni e protesi dentali
Grazie alla stampa 3D, è possibile preparare faccette dentali, corone e ponti con resine biocompatibili. Queste riparazioni sono perfettamente regolate sulla bocca del paziente grazie all’alta precisione della scansione 3D e delle stampanti 3D a resina SLA o DLP.
Tuttavia, si deve tenere presente che non è ancora possibile stampare in 3D direttamente le corone o protesi dentali permanenti in resina o ceramica.
La fabbricazione additiva in metallo permette di produrre direttamente corone, ponti e impianti dentali, nonché la parte metallica degli stelliti dentali e la base delle protesi complete amovibili.
Una tecnica per ogni applicazione
Applicazione tecnica
Guide chirurgiche SLA
Protesi provvisorie SLA
Ortesi ODF, apparecchi di intercettamento, Apparecchi dentali, Modelli SLA
Chirurgia maxillo-facciale (Genio-plastica Rinoplastica, epitesi) e ODF: guida di osteoctomia e guida di riposizionamento, ad es: orto-chirurgia Lefort, ricostruzione mandibolare… SLA
Basi di protesi complete amovibili
FDM
Telaio metallico delle protesi parziali amovibili Fabbricazione additiva metallo
I vantaggi della stampa 3D in odontoiatria
Attualmente, nel laboratorio di protesi è frequente vedere la coesistenza delle soluzioni sottrattive e additive in una strategia di flusso di lavoro digitale.
L’uso della stampa 3D, insieme ai metodi di fabbricazione classici, presenta molti vantaggi.
Un procedimento di fabbricazione smaterializzato e semplificato
Tradizionalmente, le protesi erano il frutto della collaborazione tra dentista e protesista. L’arrivo delle tecnologie digitali ha sconvolto questa organizzazione classica smaterializzando totalmente i procedimenti di lavoro.
Questi due attori dell’ambito odontoiatrico entrano così a far parte di una azione di modernizzazione dei loro strumenti principali, pur mantenendo le loro abilità e conoscenze che restano imprescindibili.
Utilizzando la fabbricazione additiva, è possibile semplificare la sequenza di produzione grazie a un flusso digitale, di ottimizzare le condizioni e di ridurre i cicli di fabbricazione delle protesi e degli stampi e quindi le fasi delicate di lavoro manuale.
Rapidità
Dall’impronta dentale digitale alla fabbricazione tramite stampa 3D, il procedimento completamente digitale richiede poche ore di lavoro invece di alcuni giorni. I tempi di fabbricazione così ridotti consentono in alcuni casi di far venire il paziente nello studio solo una volta.
Con la riduzione dei tempi di lavoro degli addetti, il ricorso alla fabbricazione additiva consentirebbe di concentrarsi su lavori dall’alto valore aggiunto e aumentare sensibilmente la produttività.
Redditività
Il ROI della stampa 3D è importante e questo spiega la sua adozione da parte di molti chirurgi-dentisti e protesisti in tutto il mondo.
Oggi, oltre il 50% dei laboratori di protesi francesi sono dotati di scanner 3D, di macchine utensili e il 20% di stampanti 3D che consentono di aumentare il fatturato del 70%.
La fabbricazione tramite aggiunta di materia è effettivamente molto redditizia perché si possono stampare contemporaneamente più protesi, consentendo di realizzare economie di scala in termini di tempi e costi.
Pezzi di alta precisione
Le tecniche di fabbricazione tramite aggiunta di materia apportano vantaggi in termini di precisione.
La qualità dei pezzi fabbricati non ha nulla da invidiare a quella ottenuta con i metodi odontoiatrici convenzionali.
La convenienza principale della stampa 3D consiste nella possibilità di produrre pezzi personalizzati e su misura.
Vantaggi per il paziente
L’utilizzo combinato delle tecniche digitali permette di produrre dispositivi e protesi dentali personalizzati in tempi rapidissimi, aumentando il comfort del paziente ma anche l’efficacia del suo trattamento.
Aspetto ecologico
Le tecnologie additive sono note per il loro ridotto consumo energetico, essendo poco inquinanti e con un basso impatto sull’ambiente.
I materiali utilizzati sono generalmente biodegradabili e riciclabili e quindi più durevoli.
Inconvenienti
Sicuramente le tecnologie 3D presentano vantaggi non trascurabili, tuttavia la loro adozione può spaventare alcuni professionisti abituati da lungo tempo a lavorare con i metodi tradizionali.
In effetti, il passaggio al digitale richiede di accordare una certa fiducia a questi procedimenti. Dentisti e protesisti convertiti sono obbligati a dotarsi del materiale necessario il cui utilizzo richiede nuova organizzazione e logica del lavoro, oltre a una formazione per gestire software e apparecchiature.
Prospettive
SmartTech Publishig spiega che le soluzioni di stampa 3D in resina il cui prezzo è inferiore a 5000$ avranno un ruolo importante nella crescita della stampa 3D in odontoiatria.
Lo studio stima che negli ultimi due anni, la società Formlabs ha aumentato la sua quota di mercato di oltre 20 volte con la sua stampante 3D Form 2 e le resine dentali certificate.
SmarTech afferma che nei prossimi dieci anni, la fabbricazione additiva diverrà il metodo principale di produzione per tutte le riparazioni dentali, coprendo tutta la gamma di protesi dentali e in particolare la fabbricazione additiva in metallo dovrebbe avere un ruolo importante in questo settore, specialmente per la produzione diretta di impianti in metallo.
Il rapporto valuta che di qui al 2024, la stampa 3D in metallo esternalizzata per fabbricare questi impianti supererà il miliardo di dollari di fatturato.
Conclusione
La stampa 3D con l’ampia disponibilità di tecniche e materiali si è imposta in odontoiatria grazie alla sua flessibilità di produzione, alla sua efficacia e rapidità e alla sua precisione.
Le tecniche additive permettono di ottimizzare i processi di fabbricazione delle protesi e di diversi apparecchi dentali, una volta dominati dalla tecnologia di lavorazione senza tuttavia compromettere la qualità finale dei prodotti.
Il principale aspetto di interesse risiede nella fabbricazione di dispositivi su misura, problematica principale in medicina e particolarmente in odontoiatria.
Tutte le cifre mostrano che lo sviluppo del settore odontoiatrico è promettente e permette di sfruttare al meglio le tecniche digitali.