3D-s nyomtatás a fogtechnikai laborban
3D-s nyomtatás a fogtechnikai laborban Intraorális vagy asztali digitális szkennerekkel kombinálva a 3D nyomtatók lehetővé teszik a laboratórium számára, hogy gyorsan és hatékonyan állítson elő háromdimenziós termékeket digitális fájlokból. Gyors technológiának számít, mivel kiküszöbölhető a hagyományos, fogtechnikában alkalmazott, több nehézkes lépés és közel azonos idő alatt elkészíthető egy vagy több munka. A hatékonyságot mindenképpen növeli, ha több egységet nyomtatunk egyszerre és a méretgazdaságosságra támaszkodva. A nyomtató, a laborok által készített, modelleket, koronákat, hidakat, kiégetendő műanyag mintázatokat öntvényekhez vagy préskerámiákhoz, ideigleneseket, sebészeti sablonokat, síneket, részleges fogsorok fémrészeit, egyedi lenyomatkanalakat képes előállítani és még sok mást. Megfelelő beállításokkal műanyag termékek konzisztensen lenyűgöző pontossággal és részletességgel készíthetők, különösen a szubraktív (hagyományos) marási technológiához képest. Tény, hogy a hagyományos fogtechnikai munkafolyamatokban előfordulhat nagyfokú pontatlanság, költséges a munkaerő és az anyagok. Az előbbiekben említett objektumok elkészítése nemcsak sok időt igényel, hanem magasan képzett szakembert is, aki teljes mértékben tisztában van az előállítás menetével. A kézzel készített restaurációk talán legnagyobb korlátja a folyamatos megfelelő eredményszint produkálása. Ezért, és számos más ok miatt is, üdvözítő egy ilyen kiegészítő technológia a fogszászat világában. A 3D nyomtatók típusainak megértése A 3D nyomtatási folyamat a digitális objektumot horizontális szeletekre osztja a kívánt rétegvastagságban (hatással a felszínre és a felépítési időre), majd szitanyomással rétegenként nyomtatja ki az anyagot, míg az egész tárgy el nem készül. A 3D-s nyomtatásnak két fő típusa létezik: extrúzió és fénypolimerizáció. 3D-s nyomtatás Extrúziós 3D-s nyomtatás Fénypolimerizációs 3D-s nyomtatás 2
Extrúziós 3D-s nyomtatás Fused Filament Fabrication (hőre lágyuló műanyagszálas filamentumgyártás FFF) - az a folyamat, ahol a nyomtató egy tárgyat alulról felfelé épít fel hőre lágyuló műanyagszálból melegítéssel, rétegenként. A nyomtatók ezen fajtája leginkább a hobbi szintű használóknak megfelelő, egyszerű formája és olcsósága miatt. A FFF-el prototípusok, eszközök, játékok, egyszerű műanyag ékszerek stb. készíthetők. Sajnos, ez a típusú nyomtató általában nem nyomtat elég magas pontossággal és felbontással a fogászati ipar számára. Fénypolimerizációs 3D-s nyomtatás Sztereolithográfia (SLA) - a fotopolimer folyékony gyanta szilárd tárgyakká történő átalakítása. Az SLA valójában a 3D nyomtatás első formája, melyet ma is széles körben használnak. Az SLA nyomtatón belül, három alapalkatrész található: egy felépítőlemez, egy gyantatálca és egy lézer. A folyamat során az építőlemez alacsonyabbra kerül a gyantatálcához képest, amelyben a folyékony gyanta (műanyag) van, ekkor a lézer bekapcsol és az aktuális réteget, minden paraméterével, leképezi. Ezután az építőlemez a lézertől eltávolodik pontosan egy rétegvastagságnyi távolságra, majd a folyamat a következő réteggel folytatódik. Az SLA egy nagyszerű és pontos módszer a 3D-s nyomtatáshoz, és minden iparágat kiszolgál a felhasználható anyagok széles skálája miatt. Sajnos az SLA nyomtatás nem gyors módszer, ha szándékunkban áll 3D-s technológiát beállítani a gyártási folyamatba. Digitálisan, fényre szilárduló anyagokból, irányított vetítéssel rétegekben (DLP) - A DLP 3D-s nyomtatás az SLA egy új formája, melyben a folyamat és az elmélet szinte azonos, de a fotopolimer gyanta lézerrel történő leképezése helyett, DLP projektort használ. Ez a technológia óriási előnyt jelent a hagyományos SLAval szemben, mivel a DLP 3D nyomtatás néhány másodperc alatt képes egyetlen réteget kinyomtatni és megkötni a teljes építőlemezen, jelentősen gyorsabbá téve a folyamatot. Egy másik előnye, hogy a DLP több mint SLA, illetve mint a legtöbb 3D-s nyomtatási rendszer, azaz nagyon kevés anyagot használ fel, ami a nyomtatási költséget a minimumra csök- 3
kenti. A DLP nyomtatást jelenleg a fogászati ipar hasznosítja, digitális lenyomatokból készült modellekhez, öntvényekhez, sebészeti sablonokhoz, sínekhez, sőt rövid távú ideiglenesekhez is. A DLP nyomtatás sebességének és pontosságának köszönhetően a 3D nyomtatás ezen formája tovább fog növekedni a fogászati iparban. Materials Accuraccy Speed Application Price for Dental FFF Fused Filament Fabrication Thermoplastic Polymers - --- -- +++ SLA Stereolitography Polymers + - ++ ++ DLP Digital Light Processing Polymers ++ +++ ++ + Nyitott vagy zárt 3D-s nyomtatók A fogtechnika mindig élénken figyel arra, hogy zárt vagy nyílt rendszert válasszon-e szkennerek, illetve faragógépek esetében, de tudták, hogy ez igaz a 3D-s nyomtatókra is? Zárt 3D nyomtatórendszernél csak a gyártó gyantáját használhatja. A 3D Systems és a Stratasys két olyan gyártó, amelyek rendszereiket csak a saját anyagukkal kompatibilisan fejlesztették ki. Vannak olyan rendszerek is a piacon, amelyek kihasználják a nyitott DLP nyomtatási adottságokat, de nem teszik közzé az anyagfájlokat, és nem engedélyezik a szoftver hozzáférését a nyomtatási paraméterek megváltoztatásához. Lényegében ezek zárt rendszerek. A laborok többsége nyilt rendszert szeretne. A nyitott anyagfájlokat tartalmazó 3D-s nyomtatók lehetővé teszik bármely gyártó, bármely arra alkalmas anyagának használatát. Melyik az én laboromnak a legmegfelelőbb? A labor, munkafolyamatainak digitalizálásával, hatékonyabban és pontosabban készítheti el koronáit és a hidakat azon orvosok számára, akik intraorális szkennert (IOS) használnak. A 3D-s nyomtató lehetővé teszi, hogy ezen esetek mintáit házon belül állíthassa elő. Ezenkívül a 3D-s nyomtatás alkalmas, egyéni lenyomatkanalak, műtéti sablonok, sínek és részleges fémlemezek mintáinak elkészítéséhez. 4
A 3D nyomtató felbontásának megértése A 3D nyomtató felbontása két szegmensre oszlik; Z felbontás (függőleges) és XY felbontás (vízszintes). A kiválasztásnál fontos megértenünk, hogy a két szegmens határozza meg a 3D nyomtató pontosságát, így eldönthető, hogy melyik nyomtatóból kerül ki a legnagyobb pontosságú tárgy. Kezdjük a Z tengely felbontásával. A Z-felbontást általában a nyomtatott objektum kontrollálható rétegmagasságának nevezik. Ez fogja meghatározni a felszín minőségét és részletességét. A nagy Z-felbontású (vékonyabb rétegek) rendkívül sima felületet eredményeznek, és a részleteket is magasabb szinten képezik le. Az alacsony felbontású (vastagabb rétegek) lépcsőzetes kialakítású, durva felületet eredményeznek. A Z-felbontás megváltoztatásával a felhasználó kompromisszumot teremt a felületi minőség és a nyomtatási sebesség között. A nyomtatók összehasonlításakor a legtöbb specifikáció csak a Z felbontást jeleníti meg, ami a pontosságát jelöli. Ez félrevezető, mivel a nyomtató megfelelő felbontását / pontosságát nem a Z tengely, hanem inkább az XY tengely határozza meg. A 3D nyomtató XY pontosságának meghatározása attól függ, hogy milyen típusú 3D nyomtatási technológiát alkalmaz. Kezdjük a DLP 3D nyomtatóval, amely a fogászati iparban leginkább használatos, asztali 3D nyomtatás leggyakoribb formája. A DLP 3D nyomtató pontosságát a vetített képpont mérete határozza meg. A legegyszerűbb módja, hogy megértsük, hogy a pixelméret hogyan határozza meg a pontosságot, ha összehasonlítjuk egy HD televízió képernyőjével. Ha alaposan megvizsgáljuk a tévéképernyőjét, több ezer apró négyzetet vagy képpontot láthatunk, amelyek váltják a színüket a megjelenített kép létrehozásához. Például, ha összehasonlítanánk egy 1080p TV-t egy 4K felbontású képernyővel, azonnal észrevennénk, hogy a 4K képernyőn lévő pixelek lényegesen kisebbek, így nagyobb pontosságot eredményeznek. Ez az összehasonlítás megegyezik a DLP nyomtató pontosságának meghatározásával. A kisebb pixelméret nagyobb pontosságnak felel meg a DLP 3D nyomtatóban. Figyel- 5
jük meg az alábbiakban bemutatott két képet egyazon rétegről. Észreveszi a pixel méretkülönbségeket? Rögtön észrevehető, hogy a jobb oldali kép egy nagyobb felbontású 3D-s DLP nyomtatóval lett kinyomtatva, kisebb képpontmérettel. A pixel mérete meghatározza azt a funkcióméretet is, amelyre a nyomtató képes. Például a 75 mikronos XY pontosságú és pixel méretű DLP 3D nyomtató 75 mikron méretben nyomtathat objektumokat. Ez nagyon részletgazdag tárgyat eredményez. Mivel a DLP 3D-s nyomtatók nagy felbontásúak, alkalmasak a fogászatban, koronák és hidak, egyéb restaurátumok, fémvázak, sebészeti sablonok, sínek, egyéni lenyomatkanalak, orthodontikus modellek, de még ideiglenesek elkészítésére is. Sztereolithográfia (SLA) lézernyomtatók a felbontást a lézer átmérőjével határozzák meg. A leggyakoribb asztali SLA nyomtató 140 mikronos lézeres felbontással rendelkezik. A felbontásnál a legkisebb nyomtatható méret 140 mikron, így 2-3-szor pontatlanabb, mint egy DLP 3D nyomtató. Az SLA lézernyomtatók olyankor használhatók, amikor nincs szükség nagy pontosságra és részletességre, mint például egyéni lenyomatkanalak, sínek és sebészeti sablonok esetében. Aggódom a nyomtatási idő miatt. Nem kérdéses, hogy a nyomtatási sebesség befolyásolhatja a labor termelékenységét. A jó hír az, hogy a sebességet a rétegvastagság beállításával lehet módosítani. A gyártási idő csökkenthető a darabszám növelésével is. Több egység nyomtatásához ugyanannyi idő szükséges, mint egy darab előállításához. A darabszámra elosztott előállítási idő változatlan, így fokozható a termelékenység. Hány minta készíthető egy folyamattal? Több tényezőtől függ. Az felépítőlemez mérete befolyásolja a vízszintesen (X és Y tengely) elhelyezhető nyomtatási objektumok számát, de egyes esetekben növelheti a nyomtatott egységek mennyiségét függőleges rétegek (Z tengely) létrehozásával. Például, kb. 3-4 teljes modellt vagy 8-10 kvadránst helyezhet el vízszintesen. Amennyiben a Z tengely magassága 200 mm, akár 4 sort is képes felrétegezni, lehetővé téve a 12-14 teljes modell vagy 32-40 kvadráns nyomtatását egy menetben. 6
Nem drágák a gyanták? Mekkora az egy egységre jutó költség? Az egy egységre jutó költség tekintetében az anyagköltség nem túl sok. Sőt még kevesebb, ha összehasonlítjuk egy hagyományos technológiával előállított egység költségét szemben a nyomtatottal. A hagyományos technológiával a munkaerőköltség magasabb. Nyomtatáskor a tényleges emberi munka kevesebb, így a munkaerőköltségek is optimalizálhatók. Összességében a nyomtatott korona költsége alacsonyabb, mint a kézzel készítetté. Azt hallottam, hogy nehéz az anyagokat cserélni. Igaz ez? Egyes nyomtatóknál igaz ez az állítás. Néhány esetben, csak a az egyik anyagról a másikra történő váltás sok időbe telik és túl munkaigényes. Egyes nyomtatóknál az utolsó menetből megmaradt anyagot kell kitisztítani mielőtt a következőt elhelyezzük. Ideális, ha minden egyes anyagfajtához külön tálcát használunk, mert így egyszerűbb a használata és minimális a tisztításra fordított idő. Utómunkálatok Ahhoz, hogy a kinyomtatott darab használatra kész legyen, mossuk le izopropil-alkohollal, vegyük le a felépítőlemezről, kapjon 5 perc ultrahangos izopropil-fürdőt, majd UV-fény alá tíz percre. VIDA A Vida alacsony költségű, nyitott architektúrájú, könnyen karbantartható és felhasználóbarát 3D nyomtató, professzionális és orvosi alkalmazások széles skálájához. A Vida egy nagy felbontású projektorral, - 1920 x 1080 képpont- és egyedi UV optikával büszkélkedhet. Miután a nyomtatási feladat előkészítésre került egy olyan számítógépen, amely a megfelelő szoftvercsomagot tartalmazza, az Etherneten vagy az USB-n keresztül továbbítja a készülékhez, és függetlenül futtatható 7
anélkül, hogy folyamatosan kapcsolódna az adott számítógéphez. A nyomtatott modellek felületi minősége lehetővé teszi a léptetés nélküli gyártást, ellentétben a versenytárs technológiákkal. A Vida sokoldalúsága teret enged kiváló anyagok megmunkálásának, így biztosítva a lehetőségét fogászati, fogszabályozási, hallókészülékekkel kapcsolatos és egyéb alkalmazások széles körére. Méretei: - 140 x 79 x 100 mm (5.5 x 3.1 x 3.95 hüv.) XY felbontás*: - 73 µm (0.0029 hüv.) Dinamikus Z felbontás (anyagfüggő) - 25 to 150 µm (0.001 to 0.006 hüv.) Fényforrás: - Ipari UV LED Adatkezelés: - STL - Kompatibilis vezető fogászati és hallókészülékkel, illetve más professzionális tervező szoftverekkel. - Bármely digitális lenyomati vagy szkenner által tervezett modell STL fájlja nyomtatható. - Sokféle fogászati, fogszabályozási és hallókészülékes alkalmazást képes nyomtatni. - Az anyagok közötti váltás gyors és egyszerű, nincs hulladék. - Az érintőképernyő és a Wi-Fi kapacitása növeli a felhasználói felületet. - A nagyon kevés mozgó alkatrész garantálja a strapabíró, megbízható gyártási rendszert. - Footprint (L x Sz x Ma): 39,5 x 35,0 x 82,55 cm (15,6 x 13,8 x 32,5 hüv.) - Súly: 34 kg (75 font) Cara Print 4.0 Gyorsaság, pontosság a tökéletes polimer restaurációkhoz. Cara Print 4.0 nyomtató végeredménye, összehasonlítva a piacon található többi 3D nyomtatóval, egy simább, sokkal homogénebb felszín. A z-tengely kivételes pontossága és az egyes anyagok finoman beállított paraméterei azt jelentik, hogy a fogtechnikusok szinte bármilyen irányban beállíthatják az objektumokat mindig elérve a tökéletes illeszkedést. Polimerizációs technológia: Digital Light Projection (HD DLP @ 405nm) 8
Nyomtatási térfogat: 103x58x130mm Felbontás: (X & Y-tengelyek): 53.6μm Rétegvastagság (Z-tengely felbontás): 30 150μm (változik a jelzés és a sebesség vs. felbontás igény szerint) Átlagos munkasebesség: 50mm/óra (@50μm) Min./Max. munkasebesség: 15 120mm/óra 1 nyomtatási ciklus átlagos időtartama <1óra Kapcsolódás: WiFi, Ethernet vagy USB Bemenet formátuma: nyílt STL CAD software kompatibilitás: Minden nyílt STL-t használó CAD program CAM software: cara Print CAM a vásárlás tartalmazza A nyomtató méretei: 267x420x593mm A nyomtató súlya: 21kg Non-clouding (nem homályos) gyantatartályok: a vásárlás 2db-ot tartalmaz Pico 2 HD A PICO2 HD rendkívüli felbontást és kapacitást biztosít az asztali gépéhez. A piacon lévő bármely 3D-s nyomtató leggyorsabb anyagátvitelével, a PICO2 HD ideális víztiszta fogászati sínek, sebészeti sablonok, koronák és hidak, valamint részleges vázak előállításához. A PICO2 HD az Asiga Slide-And-Separate technológiáját használja a minimális szétválasztó erők és a maximális beépítési sebesség érdekében. FOGÁSZATI ALKALMAZÁSOK Korona és híd Sebészeti fúrósablon inlay / onlay Egyéni kanalak Quadránsok Sínek 9
Pico 2 HD27 (UV) Pico 2 HD27 Pico 2 HD37 (UV) Pico 2 HD37 PIXEL MÉRET X,Y 27 μm 27 μm 37 μm 37 μm GYÁRTÁSI MÉRET X Y, Z* 51.8 x 29 x 75mm* 51.8 x 29 x 75mm* 71.1 x 40 x 75mm* 71.1 x 40 x 75mm* FÉNYFORRÁS 385nm 405nm 385nm 405nm Z FELBONTÁS VÁLTOZTATHATÓ 1 μm-on BELÜL ANYAG-RENDSZER NYÍLT HASZNÁLHATÓ BÁRMILYEN HARMADIK GYÁRTÓ ANYAGA FÁJL BEMENET STL, SLC, STM SOFTWARE ALKOTÓT TARTALMAZZA (ÉLETTARTAM SOFTWARE FRISSÍTÉST TARTALMAZZA) HÁLÓZAT KOMPATIBILITÁS WIFI, KÖZVETLEN DRÓTNÉLKÜLI, ETHERNET IPARI ÁGAZATOK FOGÁSZATI LABORATÓRIUM ÉS RENDELŐ RENDSZER 260 x 380 x 505mm MÉRETE RENDSZER SÚLYA 19Kg CSOMAGOLÁS 940 x 530 x 500mm / 21.5Kg MÉRET/SÚLY KAPACITÁS 12VDC 10A Form 2 HD Technológia Sztereolitográfia (SLA) Nyílt forráskódú nyomtatás (Open Source Printing) A Formlab szerint, használhatja harmadik gyártó anyagát a Form nyomtatón. Lehet hozzáférése a nyílt típusú (Open Mode) nyomtatás beállításra a saját gépén. Az Open Mode aktiválásával a Form 2 érintőképernyőjén, a következő funkciók letiltásra kerülnek: gyanta melegítése, törlése, a gyanta szintjének automatikus érzékelése, gyantapatron és tartály érzékelése. Open Mode -ban a melegítő nem működik a gyantatartály alatt az ismeretlen gyanta viszkozitás okozta kiömlés kockázata miatt. Ugyanezen okból nem elérhető a törlő sem. Maximális nyomtatható térfogat (Build Envelope Size) (X,Y, Z mm) 145 x 145 x 175 Pontosság A Form 2 140 mikronos felbontásban nyomtat, 405 nanométeres fényforrással. 140 mikronnál, a nyomtató alkalmas egyéni lenyomatkanalak, sebészeti sablonok és sínek előállítására. Ez a pontosság nem elég azonban koronák, hidak és részleges öntvények gyártására. 10