Technologie addytywne, zwane powszechnie drukiem 3D, stały się dziś nieodłączną częścią nowoczesnej stomatologii. Dzięki uproszczeniu procesów projektowania, wytwarzania oraz obsługi drukarek żywicznych, druk 3D zyskuje popularność nie tylko w laboratoriach protetycznych, ale również bezpośrednio w gabinetach stomatologicznych. Pozwala to na szybkie i stosunkowo proste wytwarzanie szerokiej gamy prac protetycznych i aplikacji dentystycznych bezpośrednio w gabinecie stomatologicznym.
Jak wygląda przebieg pracy z drukiem 3D? Czy jest to skomplikowany proces? W artykule przedstawiamy krok po kroku główne punkty workflow dla produkcji addytywnej w gabinecie, które są charakterystyczne dla wszystkich urządzeń drukujących z żywic fotopolimerowych.
1. Skanowanie wewnątrzustne (IOS) – fundament cyfrowego protokołu klinicznego
Rozpoczęcie procesu cyfrowego wytwarzania modeli i prac protetycznych w gabinecie stomatologicznym niemal zawsze zaczyna się od precyzyjnego pobrania danych anatomicznych przy użyciu skanera wewnątrzustnego (IOS – intraoral scanner). To etap fundamentalny, ponieważ jakość uzyskanych danych wejściowych bezpośrednio przekłada się na dokładność całego dalszego procesu – od projektowania po wydruk 3D i finalną adaptację pracy w jamie ustnej pacjenta.
Skanowanie wewnątrzustne polega na optycznym odwzorowaniu struktur anatomicznych jamy ustnej pacjenta – zębów, wyrostków zębodołowych oraz tkanek miękkich – w formie cyfrowej. Rejestracja danych odbywa się w czasie rzeczywistym, przy użyciu zaawansowanych systemów optycznych i algorytmów przetwarzających obraz w przestrzenny model 3D.
W nowoczesnych systemach IOS stosowane są technologie takie jak światło strukturalne (structured light), laserowe obrazowanie 3D, lub fotogrametria cyfrowa. Dane są zapisywane w formatach STL (Standard Tessellation Language) – najczęściej stosowanym w druku 3D, PLY (z informacją o kolorze), lub OBJ (z danymi tekstur). W praktyce klinicznej najczęściej wystarczającym i uniwersalnym formatem do dalszego przetwarzania w systemach CAD/CAM i oprogramowaniu do druku 3D jest STL.
Proces skanowania rozpoczyna się od przygotowania pola operacyjnego, co obejmuje osuszenie skanowanych powierzchni, minimalizację obecności śliny,
i zapewnienie dobrej widoczności struktur (np. za pomocą retraktorów). Następnie operator prowadzi skaner według ustalonego protokołu – najczęściej zaczynając od powierzchni okluzyjnej, następnie przedsionkowej i językowej, zachowując ciągłość trajektorii i stałą odległość. Wymagana jest płynność ruchów oraz unikanie gwałtownych przemieszczeń, które mogłyby zakłócić rekonstrukcję modelu. Zwykle wykonuje się pełne łuki zębowe (górny i dolny),skan zgryzowy (okluzja) – w celu zarejestrowania relacji szczęk.
Czas skanowania – w zależności od doświadczenia operatora i zakresu pracy – wynosi od kilku do kilkunastu minut.
Jakość i kompletność uzyskanego skanu determinują dalsze etapy procesu, dlatego niezbędna jest dokładna rejestracja brzegów dziąsła i marginesów preparacji (w przypadku prac protetycznych), brak zakłóceń (artefaktów) wynikających z wilgoci, odblasków czy nieczytelnych obszarów, pełna i poprawna okluzja, szczególnie istotna w planowaniu szyn, modeli czy prac okluzyjnych.
W przypadku niedoskonałości systemy IOS pozwalają na natychmiastową weryfikację i ewentualną generację brakujących fragmentów.
Zakończony skan eksportuje się jako plik cyfrowy do dalszego przetwarzania w oprogramowaniu CAD – zarówno w celu zaprojektowania pracy (np. modelu, szyny, tymczasówki), jak i do bezpośredniego przygotowania pliku do druku 3D.
Bezpośrednia integracja skanera IOS z drukarką 3D – np. poprzez wewnętrzny ekosystem lub standardowy eksport pliku – umożliwia sprawne, w pełni gabinetowe wytworzenie potrzebnych elementów w czasie krótszym niż kilka godzin od wizyty pacjenta.
2.Projektowanie CAD – cyfrowe modelowanie pracy
Po zakończeniu procesu skanowania wewnątrzustnego i uzyskaniu precyzyjnych danych 3D, kolejnym etapem cyfrowego workflow jest modelowanie pracy w środowisku CAD (Computer-Aided Design). Na tym etapie powstaje cyfrowy projekt finalnego wyrobu – niezależnie od tego, czy będzie to model diagnostyczny, szyna okluzyjna, szablon chirurgiczny czy tymczasowa korona.
Rodzaj zaprojektowanej struktury zależy od celu klinicznego:
- Modele referencyjne i diagnostyczne – do analizy, planowania lub przechowywania dokumentacji.
- Szyny okluzyjne lub retencyjne – projektowane na podstawie zgryzu i preferencji terapeutycznych.
- Szablony chirurgiczne – do precyzyjnego prowadzenia wierteł w implantologii.
- Korony i mosty tymczasowe – wykonywane natychmiastowo z pliku skanu bez pobierania wycisków.
Do projektowania dentystycznego wykorzystywane są dedykowane oprogramowania CAD, takie jak np: Exocad, 3Shape Dental System, Medit Design, Blender for Dental, Meshmixer lub proste aplikacje typu web-based CAD, wykorzystywane do podstawowej edycji modeli (np. w ortodoncji).
Oprogramowanie CAD pozwala m.in. na edycję i naprawę siatki modelu (mesh), ustawienie marginesów preparacji, zaprojektowanie struktury (grubość, offset, perforacje, uchwyty), wygenerowanie powierzchni kontaktu i relacji okluzyjnych, przygotowanie podpór, uchwytów, kanałów przepływu żywicy itp.
Ważnym aspektem jest utrzymanie zasad projektowania zgodnych z technologią druku 3D. Oznacza to uwzględnienie takich parametrów jak minimalna grubość ścian (zależnie od materiału), nachylenie elementów w celu uniknięcia podpór, przestrzeń robocza drukarki (rozmiar platformy), kierunek druku (wpływa na jakość detali).
Po zatwierdzeniu projektu, plik jest eksportowany do formatu STL, gotowego do przetworzenia w oprogramowaniu przygotowującym go do druku.
3. Przygotowanie pliku do druku 3D – slicing i optymalizacja
Zaprojektowany cyfrowo model w formacie STL (lub innym obsługiwanym przez drukarkę) wymaga przekształcenia w zestaw instrukcji zrozumiałych dla urządzenia drukującego. Proces ten nosi nazwę „slicingu” i odbywa się w dedykowanym oprogramowaniu, tzw. slicerze.
Slicer przekształca ciągłą geometrię modelu 3D w zestaw warstw (ang. slices) oraz generuje ścieżki ruchu głowicy drukującej lub źródła światła. Efektem końcowym jest plik z rozszerzeniem charakterystycznym dla danej drukarki (np. .phz, .cws, .cbddlp, .zip), zawierający m.in. dane o każdej warstwie (grubość, geometria), struktury podporowe tzw. supporty, ustawienia ekspozycji, orientację modelu, istrukcje dla platformy roboczej.
Podczas przygotowania pliku należy zwrócić szczególną uwagę na kilka kluczowych ustawień:
- Orientacja modelu – wpływa na jakość powierzchni, obecność podpór oraz czas druku. W stomatologii często stosuje się ustawienie pod kątem 30–45° względem platformy.
- Grubość warstwy (layer height) – standardowa rozdzielczość to 50–100 mikrometrów, choć wiele drukarek oferuje tryby do 25 mikronów dla wysokiej precyzji (np. przy drukowaniu koron lub szablonów chirurgicznych).
- Podpory (supports) – automatyczne lub ręczne dodawanie struktur podporowych, które stabilizują model podczas druku. Istotne jest, by podpory nie znajdowały się w miejscach krytycznych dla funkcji lub estetyki (np. powierzchnie styczne, okluzja).
- Wypełnienie i perforacje – dla niektórych typów prac (np. szyny, modele) warto stosować opcje drążenia modelu i otworów odpływowych dla żywicy.
Na rynku funkcjonują zarówno dedykowane ekosystemy zamknięte (np. Formlabs PreForm, SprintRay, RayWare), jak i otwarte oprogramowania kompatybilne z różnymi urządzeniami (np. Lychee Slicer, Chitubox, Dental Synergy). Wybór slicera zależy od używanej technologii druku (DLP, LCD, SLA) i samego modelu drukarki.
Po zakończeniu przygotowania model zostaje złożony z warstw, generowane są trajektorie druku, plik zapisywany jest i przesyłany do drukarki – najczęściej za pomocą pendrive’a, sieci lokalnej (Wi-Fi/LAN) lub bezpośredniego połączenia z komputerem.
4. Proces druku 3D – realizacja modelu w technologii żywicznej
Po przygotowaniu i przesłaniu pliku do drukarki 3D, następuje kluczowy etap całego workflow – właściwy proces wytwarzania modelu lub pracy protetycznej w technologii addytywnej. W stomatologii najczęściej stosuje się żywiczne technologie fotopolimeryzacyjne, takie jak:
- DLP (Digital Light Processing) – światło projektora utwardza całe warstwy jednocześnie, co zapewnia szybkość i wysoką precyzję.
- LCD (Masked SLA) – obraz warstwy jest generowany przez matrycę LCD i podświetlany diodami UV.
- SLA (Stereolithography) – najstarsza technologia, używająca lasera do punktowego utwardzania żywicy.
Przed rozpoczęciem procesu drukowania należy uzupełnić lub wymienić żywicę fotopolimerową dostosowaną do planowanej pracy (np. żywica do modeli, szyn, tymczasówek, szablonów), upewnić się, że platforma robocza jest czysta i odpowiednio wypoziomowana, przeprowadzić ewentualne kroki kalibracyjne (np. poziomowanie stołu, reset ekspozycji), w razie potrzeby przefiltrować żywicę, aby usunąć zanieczyszczenia.
Sam proces drukowania przebiega automatycznie zgodnie z wcześniej wygenerowanym plikiem. Podczas pracy urządzenia kluczowe są parametry takie jak czas ekspozycji poszczególnych warstw (standardowo od 1 do 8 sekund, w zależności od technologii i rodzaju żywicy), grubość warstwy, czyli rozdzielczość w osi Z (od 25 do 100 mikrometrów), siły odrywania modelu od folii FEP/filmów nFEP – mają wpływ na stabilność i trwałość pracy.
Proces druku może trwać od kilkunastu minut (np. druk korony, szablonu chirurgicznego lub pojedynczej szyny) do kilku godzin (modele pełnych łuków z podpórkami). Warto zaplanować czas druku tak, aby był zgodny z harmonogramem pracy kliniki – np. druk nocny dla przygotowania modeli na rano.
W trakcie druku powinno się monitorować czy model prawidłowo przylega do platformy (brak odklejeń), czy nie występują błędy mechaniczne (np. zawieszenie platformy, problemy z peelingiem warstw) oraz czy żywica nie jest zbyt gęsta lub zużyta.
Drukarki nowej generacji oferują monitorowanie w czasie rzeczywistym także w oparciu o obraz z kamery śledzącej proces drukowania (np. Vertysystem, Formlabs), integrację z aplikacjami mobilnymi oraz automatyczne alerty błędów.
Po zakończeniu procesu platforma podnosi się z gotowym modelem, konieczne jest delikatne odpięcie wydruku za pomocą specjalnych szpatułek, model zostaje przekazany do etapu postprocessingu – czyli mycia i polimeryzacji końcowej.
5. Postprocessing – czyszczenie, suszenie i polimeryzacja końcowa
Po zakończeniu procesu druku 3D, wykonana praca protetyczna lub model stomatologiczny nie nadaje się jeszcze do bezpośredniego użycia klinicznego. Wymaga przeprowadzenia procedur wykończeniowych, które zapewnią odpowiednie właściwości mechaniczne, bezpieczeństwo biologiczne oraz estetykę wydruku. Ten etap nazywany jest postprocessingiem i obejmuje: oczyszczanie z resztek żywicy, suszenie, finalną fotopolimeryzację oraz ewentualne usunięcie podpór i dopracowanie powierzchni.
Czyszczenie modelu – usuwanie żywicy
Bezpośrednio po wydruku model zawiera na powierzchni nieutwardzoną żywicę, którą należy usunąć. Najczęściej stosuje się w tym celu alkohol izopropylowy (IPA) – najpopularniejszy środek czyszczący (koncentracja 90–99%), alternatywnie: etanol, ultrasoniczne czyszczenie, lub specjalne płyny dedykowane przez producentów żywic nie zawierające alkoholu i biodegradowalne (np. VertySplash)
Proces ten może odbywać się manualnie (w zamkniętym pojemniku) lub automatycznie – przy użyciu stacji mujących, które zapewniają skuteczniejsze i bezpieczniejsze mycie (np. Vertysystem MoonWash, Form Wash, SprintRay Pro Wash&Dry). Czas mycia zależy od wielkości wydruku i materiału – zwykle wynosi od 2 do 10 minut.
Suszenie
Po kąpieli alkoholowej model należy dokładnie osuszyć, najlepiej sprężonym powietrzem lub pod wpływem ciepła. Pozostałości alkoholu mogą negatywnie wpłynąć na właściwości mechaniczne żywicy podczas późniejszego utwardzania. W niektórych systemach suszenie następuje automatycznie w ramach zintegrowanego urządzenia postprocessingowego.
Polimeryzacja końcowa – utwardzanie UV
Aby wydruk osiągnął pełne właściwości fizykochemiczne i biokompatybilność, konieczne jest jego ostateczne utwardzenie światłem UV o odpowiedniej długości fali (zwykle 385 lub 405 nm). Proces ten nazywany jest post-cure i odbywa się w specjalnej komorze utwardzającej (np. Vertysystem Moon Light, Form Cure, SprintRay ProCure 2).
Podczas fotopolimeryzacji sieciują się pozostałe nieutwardzone łańcuchy żywicy, zwiększa się twardość i odporność mechaniczna modelu, stabilizują się właściwości materiału (skurcz, kolor, odporność termiczna), poprawia się biokompatybilność w zastosowaniach medycznych (szyny, szablony chirurgiczne, tymczasówki). Czas i temperatura utwardzania zależą od rodzaju żywicy oraz zaleceń producenta – najczęściej wynosi od 5 do 20 minut przy temperaturze 40–60°C.
Usuwanie podpór i obróbka końcowa
Po zakończeniu utwardzania przystępuje się do usunięcia struktur podporowych (supportów). Odbywa się to manualnie przy użyciu cążków, skalpeli lub mikroszlifierek. W przypadku modeli o wysokiej precyzji należy zachować ostrożność, by nie uszkodzić delikatnych struktur (np. koron, rowków dziąsłowych, punktów stycznych).
Jeśli wymaga tego plan kliniczny lub estetyka pracy, można wykonać charakteryzację czyli wygładzenie powierzchni (np. przy pomocy szczotek silikonowych, gumek, polerek), lakierowanie, barwienie lub naświetlanie dodatkowymi warstwami ochronnymi.
Dopiero po zakończeniu tych procedur wydrukowana praca jest gotowa do użycia w jamie ustnej pacjenta lub do dalszej obróbki w laboratorium techniki dentystycznej.
6. Zastosowania kliniczne – druk 3D jako narzędzie w codziennej praktyce
Zastosowanie technologii druku 3D w gabinecie stomatologicznym zmienia sposób planowania, leczenia i komunikacji z pacjentem. Dzięki możliwości szybkiego i precyzyjnego wytwarzania indywidualnych komponentów terapeutycznych i diagnostycznych, lekarz zyskuje większą kontrolę nad całym procesem leczenia oraz oszczędza czas i koszty logistyczne.
Jednym z podstawowych i najczęstszych zastosowań jest druk modeli do analizy sytuacji klinicznej. Służą one m.in. do planowania leczenia protetycznego i ortodontycznego, dokumentacji stanu uzębienia przed i po leczeniu, komunikacji z pacjentem lub laboratorium protetycznym. Modele można drukować jako pełne łuki lub wycinki, w wersji litej lub pustej, z perforacjami i uchwytami.
Za pomocą druku 3D wytwarza się różnego rodzaju szyny, m.in. szyny okluzyjne w terapii bruksizmu, szyny repozycyjne w dysfunkcjach stawu skroniowo-żuchwowego, szyny retencyjne w ortodoncji, szyny wybielające, na podstawie modeli pacjenta. Ich projektowanie i wydruk możliwe są w ciągu jednej wizyty, co znacząco zwiększa wygodę pacjenta i efektywność leczenia.
Coraz powszechniej stosuje się druk tymczasowych prac protetycznych, szczególnie w protokołach natychmiastowych. Z pomocą odpowiednich żywic (np. klasy IIa) można wydrukować tymczasowe korony jednozębowe, mosty czasowe, uzupełnienia przedsionkowe i odbudowy estetyczne w odcinku przednim.
Czas od skanowania do osadzenia tymczasowej pracy może wynosić mniej niż 2 godziny.
Druk 3D umożliwia tworzenie szablonów do implantologii prowadzonej, zapewniających precyzyjne odwzorowanie zaplanowanej pozycji implantu, bezpieczeństwo struktur anatomicznych (np. zatoki, nerwu zębodołowego), komfort operatora i skrócenie czasu zabiegu.
Szablony projektowane są na podstawie skanu wewnątrzustnego oraz danych CBCT i drukowane z żywic klasy medycznej.
W ortodoncji druk 3D znajduje zastosowanie w wytwarzaniu modeli do termoformowania alignerów i retainerów, planowaniu ekspansji, strippingu i przesunięć zębów, symulacjach wyników leczenia (tzw. setupy cyfrowe), produkcji nakładek korekcyjnych w trybie gabinetowym.
W bardziej zaawansowanych zastosowaniach druk 3D może wspomagać planowanie leczenia endodontycznego (np. szablony dostępowe do kanałów w zębach po leczeniu protetycznym), zabiegi periodontologiczne (np. wydrukowane prowadnice do cięcia tkanek miękkich), analizę ubytków kostnych i rekonstrukcji.
Podsumowanie
Workflow współczesnego druku 3D w gabinecie stomatologicznym jest zoptymalizowany pod użytkowników. Producenci znając wymagania nowoczesnych praktyk dentystycznych, proponują wygodne i proste w obsłudze rozwiązania. Z racji wielu czynników technologicznych i parametrów, którymi charakteryzuje się druk 3D, zachodzące procesy projektowania i wytwarzania są automatyzowane i wpierane algorytmami sztucznej inteligencji. Stąd użytkownicy mają możliwość obsługiwać oprogramowania i drukarki w uproszczonych procedurach.
Sam przebieg pracy od skanowania IOS, przez projektowanie CAD, slicing, druk 3D i postprocessing pozwala na szybsze, bardziej przewidywalne i zindywidualizowane leczenie. Dzięki coraz bardziej intuicyjnej obsłudze i dostępności systemów kompaktowych drukarek, technologia addytywna dedykowana do stomatologii staje się realnym narzędziem codziennej praktyki, nie tylko w dużych klinikach, ale również w prywatnych, jednoosobowych gabinetach. To natomiast przyczynia się do szybszej, lepiej kontrolowanej i tańszej obsługi pacjentów.