کاربردهای پرینت سه بعدی در دندانپزشکی دیجیتال

تکنولوژی پرینتر سه بعدی یک روش ساخت افزایشی است که در آن یک مدل سه بعدی در نتیجه قرار دادن لایه های متوالی از مواد تشکیل می شود. پرینتر های سه بعدی دستگاه هایی هستند که یک قطعه فیزیکی را از مدل سه بعدی توسعه یافته در نرم افزار مدلسازی یا یک مدل حاصل از اسکن سه بعدی تولید می کنند. امروزه تکنولوژی پرینت سه بعدی در صنایع بیشماری مورد استفاده قرار می گیرد و مزایای مهمی در زمینه بهره وری، سفارشی سازی و کاهش هزینه ها و زمان تولید را فراهم می آورد. همچنین فناوری چاپ سه بعدی در صنعت دندانپزشکی راه حل هایی متناسب با نیازهای هر بیمار ارائه می دهد. شرکت مشاوره QY Research پیش بینی کرده است که ارزش بازار پرینت سه بعدی در دندانپزشکی تا پایان سال ۲۰۲۵ به ۹۳۰ میلیون دلار می رسد. به عبارت دیگر انتظار می رود بازار این صنعت با نرخ سالانه ۱۷ درصد رشد کند که می تواند با توسعه مداوم فناوری های سه بعدی و مواد پرینت سه بعدی توجیح شود.

تاریخچه پرینت سه بعدی در صنعت دندانپزشکی

در ۳۰ سال گذشته، فناوری پرینت سه بعدی و نمونه سازی در میان دندانپزشکان و بیماران به طور یکسان محبوبیت پیدا کرده است زیرا این فناوری راحتی و کیفیت بهتری را در مقایسه با روش های سنتی ارائه می دهد. علاوه بر این، کیفیت ترمیم دندان که با استفاده از نمونه سازی سریع ساخته می شود، در مقایسه با ترمیم های ایجاد شده توسط تکنسین های دندانپزشکی، تطبیق پذیرتر و سریع تر هستند. تکنولوژی پرینت سه بعدی از دهه ۱۹۸۰ به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گرفته است. در سال ۱۹۸۳، Charles Hull برای اولین بار یک قطعه را چاپ سه بعدی کرد. او نخستین دستگاه پرینتر سه بعدی که از تکنیک استریولیتوگرافی استفاده می کرد و همچنین اولین برنامه مجازی سازی را توسعه داد. این فناوری ها در زمینه های مختلف مانند معماری به دلیل افزایش پتانسیل ساخت مستقیم قطعات، هوانوردی به دلیل سهولت ساخت قطعات کوچک مختلف مورد استفاده در ساخت فضاپیما و … مورد توجه قرار گرفتند. استفاده از این فناوری در صنایعی که نیاز به دقت میلی متری دارند، توجه متخصصان پزشکی عمومی را به خود جلب کرد و از دهه ۱۹۹۰ پزشکان شروع به استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی کردند.

فناوری ‌ها و تکنیک‌ های مدل ‌سازی سه ‌بعدی به دلیل افزایش محبوبیت فناوری پرینت سه بعدی در حال توسعه هستند. در میان تکنیک های پرینت سه بعدی، چاپ ابعادی یک تکنیک نسبتاً جدید است که امکان تولید انواع قطعات هندسی با استفاده از مواد پرینت سه بعدی مختلف به صورت پودر و جوهر را فراهم می سازد. تکنولوژی های اسکن سه بعدی کامپیوتری و پرینت سه بعدی، تا حد زیادی در درمان های پروتز، جایگزین فناوری های سنتی ساخت پروتز شده اند. در توسعه قطعات پرینت سه بعدی شده، از تکنولوژی های سه بعدی برای ساخت انواع مختلف قطعات مکانیکی و برنامه های کامپیوتری خاص که شامل کتابخانه هایی از اشیا برای دستیابی به طراحی هستند استفاده می شود. الگوهای دندانپزشکی را می توان با اسکن سه بعدی ایجاد و سپس با یک دستگاه پرینتر سه بعدی توسعه داد. صنعت دندانپزشکی با تکنیک CAD/CAM آشنا است. تکنیک های جدید ساخت پروتز های دندانی، تا حد زیادی نیاز به کمک آزمایشگاه های دندانپزشکی را از بین می برد.

صنعت دندانپزشکی را می توان به دو بخش تقسیم کرد: اقدامات دندانپزشکی و آزمایشگاه های پروتز دندان. این بخش ها به طور سنتی به منظور تولید ابزار های دندانپزشکی سفارشی سازی شده با یکدیگر همکاری می کنند. در گذشته دندانپزشکان قالبگیری از دندان های بیمار را برای آزمایشگاه ارسال کرده، و سپس ابزارهای سفارشی سازی شده در آزمایشگاه ها معمولاً از جنس گچ تولید می شدند. این روش بدون در نظر گرفتن زمان رفت و برگشت بین کلینیک دندانپزشکی و آزمایشگاه چند روز طول می کشید. همچنین بیمار مجبور بود بدون هیچ ضمانت تطبیق قالب یا روکش با نیازهای خود، وقت بعدی را تعیین کند. ورود فناوری پرینت سه بعدی این فرایند را کاملاَ تغییر داده است. امروزه آزمایشگاه های دندانپزشکی با استفاده از ترکیب فناوری های پرینت سه بعدی، اسکن سه بعدی و طراحی CAD/CAM، قادر به تولید تاج، پل، مدل گچ و انواع لوازم ارتودنسی می باشند. پرینت سه بعدی مدرن چندین سال است که برای توسعه نمونه های اولیه مورد استفاده قرار می گیرد. فناوری دیجیتال و پرینت سه بعدی با استفاده از راهنماهای جراحی سفارشی، میزان موفقیت در ایمپلنتولوژی دندان و دقت و کیفیت کار دندانپزشکی را افزایش داده است.

انتخاب فناوری پرینت سه بعدی مناسب برای هر کاربرد اهمیت دارد. برخی از قطعات در صنعت دندانپزشکی با استفاده از روش‌ های مختلف پرینت سه بعدی مانند SLS، SLA، پرینت سه بعدی FDM وDLP  ساخته می شوند. مواد پرینت سه بعدی مورد استفاده در ساخت قطعات دندانپزشکی دارای گواهینامه معتبر برای پرینت سه بعدی تری های قالبگیری، مدل های ارتودنسی، ماسک لثه و پروتزهای مختلف هستند. این ماده می تواند به مقاومت خمشی بیش از ۸۰ مگاپاسکال برسد. تکنولوژی پرینت سه بعدی اثر بخشی پروژه های دیجیتال را به مرحله تولید می رساند.

تکنولوژی های پرینت سه بعدی مورد استفاده در صنعت دندانپزشکی

هنگامی که ما در مورد پرینت سه بعدی دندانپزشکی صحبت می کنیم، درک اهمیت انتخاب فناوری پرینت سه بعدی متناسب با کاربرد مورد نظرمان اهمیت دارد زیرا هر یک از فرایند های پرینت سه بعدی مزایا و معایب خاص خود را دارند. فناوری های پرینت سه بعدی مورد استفاده در دندانپزشکی عبارتند از:

• پرینت سه بعدی SLM یا ذوب انتخابی لیزر
• پرینت سه بعدی FDM
• استریولیتوگرافی یا پرینت سه بعدی SLA
• پرینت سه بعدی DLP

فناوری پرینت سه بعدی SLM در صنعت دندانپزشکی

توسعه ساختار های فلزی با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی SLM یکی از امیدوارکننده ترین روش ها برای حل چالش های مختلفی است که در جریان ریخته‌گری آلیاژها با آن مواجه می ‌شویم. فناوری پرینت سه بعدی SLM  حاصل افزودن لایه به لایه مواد است در این روش گرمای تولید شده توسط پرتوی لیزر کنترل شده توسط کامپیوتر سبب ذوب مواد پودری و تولید قطعات سه بعدی می گردد.

     

فناوری پرینت سه بعدی SLA در صنعت دندانپزشکی

محبوب ترین فناوری در نمونه سازی سریع، پرینت سه بعدی SLA است، دستگاهی که توسط چارلز هال اختراع شد. در دهه ۱۹۸۰ این دستگاه اولین چاپگر سه بعدی تجاری موجود برای نمونه سازی سریع بود. در این روش یک رزین مونومر حساس به نور که یک لایه پلیمری را تشکیل می دهد، در هنگام قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش (UV)سخت می شود. این واکنش ایجاد شده توسط اشعه ماوراء بنفش فقط روی سطح ماده صورت می گیرد.

     

فناوری پرینت سه بعدی FDM در صنعت دندانپزشکی

در روش پرینتر سه بعدی FDM، از یک مدل سه بعدی توسعه یافته در کامپیوتر یا اسکن سه بعدی استفاده می شود. ماده پلی کربنات ترموپلاستیک از دستگاه اکسترود و ذوب شده و روی صفحه ساخت به صورت لایه به لایه تزریق می گردد تا قطعه نهایی از پایین به بالا حاصل شود. لایه های پلاستیک ذوب شده فوراً با یکدیگر ترکیب می شوند، بنابراین قطعات بسیار پیچیده با استفاده از این روش به آسانی قابل ساخت است.

تکنولوژی پرینت سه بعدی DLP در صنعت دندانپزشکی

در روش پرینت سه بعدی DLP یک منبع نور پروژکتور رزین مایع را لایه به لایه خشک می کند. قطعه مورد نظر بر روی یک صفحه ساخت متحرک ساخته می شود. لایه ها به صورت وارونه ایجاد شده و پس از اتمام فرایند پرینت سه بعدی، مایع باقی مانده تخلیه می گردد.

 

 

موارد استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی در دندانپزشکی

پرینت سه بعدی در جراحی دهان

مدل‌ های تشریحی ساخته ‌شده با استفاده از روش‌ های نمونه ‌سازی سریع، یک رویکرد جدید برای برنامه ‌ریزی و شبیه ‌سازی قبل از جراحی هستند. چنین روش هایی امکان تقلید از مدل های آناتومیکی، از جمله مدل های سه بعدی فیزیکی از جمجمه یا سایر ساختارهایی که به جراح امکان بررسی ساختار های پیچیده قبل از جراحی را می دهد فراهم می کند. داده ها نشان می دهد که نمونه سازی سریع به حداقل رساندن خطرات احتمالی در حین جراحی کمک می کند. تکنیک های پرینت سه بعدی را می توان در زمینه هایی مانند ساخت راهنماهای جراحی قبل از جراحی های دهان و بلوک هایی برای تقویت نقایص استخوانی و همچنین ماژول های آموزشی مورد استفاده قرار داد.

پرینت سه بعدی در ایمپلنتولوژی

استفاده از ایمپلنت های دندان در ۲۰ سال گذشته به سرعت تکامل یافته است. مطالعات در زمینه ایمپلنتولوژی دهانی به گزینه های اصلاحی برای بیمارانی که به طور جزئی یا کامل بدون دندان هستند منجر شد. قراردهی ایمپلنت در موقعیت های نامناسب باعث کاهش قابلیت پیش بینی پذیری پروتز حمایت شونده با ایمپلنت می ‌شود. امروزه استفاده از فناوری پرینت سه بعدی در ایمپلنتولوژی دندان با توجه به معرفی خطوط راهنما در جراحی برای قرار دادن ایمپلنت دندانی محبوبیت پیدا کرده است. تکنیک های نمونه سازی سریع با استفاده از داده های دیجیتالی، امکان ساخت یا سفارشی سازی قطعات سه بعدی را فراهم می سازد. پرینترهای سه بعدی می توانند بافت استخوانی متناسب با نیاز بیمار را چاپ کرده و به عنوان داربست های بیومیمتیک برای تقویت سلول های استخوانی و رشد بافتی عمل کنند. در روش های بازسازی استخوان، داربست های هیبریدی آلژینات-پپتید پرینت سه بعدی شده جدید نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند. مطالعات نشان می دهد که داربست های مبتنی بر آلژینات، یک محیط پایدار برای رشد سلول های بنیادی فراهم می کنند. همچنین می توان از پودرهای کامپوزیت قابل استفاده جهت توسعه داربست استفاده کرد. پودرهای کلسیم فسفات (CaP) می توانند با یک پودر پرینت سه بعدی بر پایه کلسیم سولفات (CaSO4) ترکیب شده و داربست ها نیز می توانند به عنوان مواد تقویت کننده استخوان مورد استفاده قرار گیرند.

پرینت سه بعدی پروتز فک و صورت

عدم وجود بخش هایی از گوش خارجی می تواند ناشی از اختلالات مادرزادی یا غیره باشد. در هنگام تلاش برای بازیابی این بخش با مواد مصنوعی، پروتز باید سفارشی سازی شود. وقتی نقص یک طرفه باشد، بهتر است طرف مقابل را اسکن کرده و قسمت آسیب دیده را طبق آن بازیابی کنید. دانشمندان موفق شده اند این فرایند را برای پرینت سه بعدی غضروف و سلول های خونی استفاده کنند.

پرینت سه بعدی پروتزهای دندانی

قالبگیری های سفارشی را می توان از طریق اسکن کامپیوتری از مدل ها  تولید و سپس چاپ سه بعدی کرد. دو روش برای توسعه مدل های مطالعه برای کار در یک محیط مجازی استفاده می شود. روش اولیه شامل اسکن قالب و انتقال آن به یک برنامه است. روش دوم شامل گرفتن قالب نیمه سفارشی و توسعه یک مدل است. نمونه اولیه سنگی را می توان اسکن کرد یا به طور مستقیم در فرایند تولید مورد استفاده قرار داد.

پرینت سه بعدی در دندانپزشکی و سفارشی سازی انبوه

پروفایل دندان های هر شخص منحصر بفرد می باشد، بنابراین بیشتر محصولات دندانپزشکی مطابق با آناتومی بیمار تنظیم می شوند. کیفیت محصول نهایی در روش های تولید سنتی به مهارت های تکنسین وابسته است. دستیابی به محصولات دندانپزشکی سازگار و باکیفیت بسیار دشوار و گران است. دندانپزشکی دیجیتال میزان خطا را کاهش داده و اتوماتیک بودن این روش سبب کاهش نیاز به نیروی کار می شود. در نتیجه دندانپزشکی دیجیتال سبب صرفه جویی در زمان و هزینه برای آزمایشگاه ها در سراسر جهان می گردد. به عنوان مثال شرکتAlign Technologies  از سال ۲۰۱۷ بیش از ۲۲۰،۰۰۰ الاینر یا ردیف کننده های دندانپزشکی را در روز تولید می کند. این سطح از انبوه سازی سفارشی توسط تعداد بالای پرینترهای سه بعدی و مواد دارای گواهی FDA امکان پذیر شده است.

استفاده مستقیم از تکنولوژی پرینت سه بعدی در کلینیک های دندانپزشکی

در حالی که چاپگرهای سه بعدی صنعتی جهت تولید درحجم بالا مورد استفاده قرار می گیرند، چاپگرهای سه بعدی رومیزی امکان تولید براساس تقاضا مستقیماً در درمانگاه را فراهم می کنند. درحالی که ماشین آلات صنعتی نیاز به هزینه های جانبی و تعمیر و نگهداری زیادی دارند، چاپگرهای رومیزی با هزینه کمتر به بازار عرضه می شوند. تولید کنندگان پرینتر های سه بعدی مانند EnvisionTEC و SprintRay دستگاه های با کیفیت و متنوعی ارائه می دهند. استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی عملکرد بسیاری از کلینیک ها را تغییر داده است زیرا هم اکنون این کلینیک ها می توانند در مدت زمان کوتاهی محصولات دندانپزشکی را تولید کنند. کلینیک های دندانپزشکی در سراسر جهان از پرینترهای سه بعدی رومیزی جهت دستیابی به سرعت و دقت بالاتر جهت تولید طیف گسترده ای از محصولات از جمله پروتز ها، الاینرها، محافظ های شبانه و ورزشی و … استفاده می کنند. برخی کلینیک ها هفتگی بیش از ۱۰۰ محصول دندانپزشکی را چاپ سه بعدی می کنند.

فرایند پرینت سه بعدی ابزارهای دندانپزشکی

همانطور که در بالا ذکر شد فناوری های پرینت سه بعدی باید بتوانند دقت بیشتری را در کنار کاهش زمان تولید ارائه دهند. در فرایند استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی، قالبگیری فیزیکی با فایل سه بعدی دیجیتالی تولید شده با استفاده از یک اسکنر سه بعدی جایگزین می شود. سپس این فایل سه بعدی می تواند از طریق یک بستر وب برای آزمایشگاه دندانپزشکی ارسال گردد. آزمایشگاه فایل سه بعدی را بررسی کرده و با در نظر گرفتن محدودیت های لثه، تداخل با سایر دندان های دیجیتالی و حتی شکل لبخند بیمار، مورفولوژی تاج دندان را در نرم افزار طراحی سه بعدی CAD مدلسازی می کند. سپس فایل سه بعدی تاج دندان را می توان برای چاپگر سه بعدی ارسال کرد. امروزه برخی از دندانپزشکان از دستگاه های پرینتر سه بعدی مستقیماً در مطب استفاده کرده، یا فایل های سه بعدی را برای یک شرکت ارائه دهنده خدمات پرینت سه بعدی ارسال می کنند. فرایند پرینت سه بعدی تاج ممکن است فقط چند ساعت طول بکشد. بنابراین دندانپزشکان و تکنسین های دندانپزشکی باید به اسکنرهای سه بعدی، چاپگرهای سه بعدی و همچنین نرم افزار های طراحی سه بعدی CAD مجهز شوند.

مزایا و معایب تکنولوژی پرینت سه بعدی

اگر مزایای ترمیم های پرینت سه بعدی شده را با با ترمیم ‌های سنتی مقایسه کنیم، مطمئناً ترمیم ‌های پرینت سه بعدی شده در سطح بالاتری قرار خواهند گرفت. تکنولوژی پرینت سه بعدی امکان ترمیم با کیفیت بالا و سریع و ساخت آسان را فراهم می سازد. اگرچه هزینه هنوز یک مسئله اساسی می باشد. مضرات تکنولوژی های پرینت سه بعدی SLA و DLP این است که فقط با پلیمرهای مایع قابل درمان با اشعه در دسترس می باشند و مواد ساختار پشتیبانی باید پس از اتمام فرایند پرینت سه بعدی حذف شوند. همچنین رزین کثیف است و می تواند باعث تحریک پوست شده یا در نتیجه تماس و استنشاق باعث التهاب گردد. همچنین تکنولوژی پرینت سه بعدی SLM گران و روند آن کند است.

آینده تکنولوژی پرینت سه بعدی در صنعت دندانپزشکی

آینده صنعت پرینت سه بعدی در دندانپزشکی بسیار دلگرم کننده است. با تحقیقات بیشتر و پیشرفت‌ های تکنولوژیکی، نمونه‌ سازی سریع به روشی پرکاربرد برای بازسازی ‌های سه بعدی در دندانپزشکی تبدیل خواهد شد. با این حال، حتی پس از تمام پیشرفت های تکنولوژیکی پرینت سه بعدی، این روش ‌ها نمی‌توانند به تنهایی جایگزین تکنیک‌ های کلاسیکی باشند که در صنعت دندانپزشکی استفاده می شوند.

منبع: https://www.researchgate.net

https://www.3dnatives.com/

https://3dprinting.com/  

 

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.

pdf کاربردهای پرینت سه بعدی دندانپزشکی دیجیتال