Přesné a zdravotně nezávadné protetické náhrady z 3D tisku: důležitost post-processingu!

Daniel Jankovič / cotu s.r.o.
MUDr. Josef Kunkela, Ph.D. / KUNKELA Clinic s.r.o.

__________________
Zajímá vás téma post-processingu a zdravotní nezávadnosti v 3D tisku?
Prohlubte své znalosti a získejte praktické poznatky na odborném webináři, který se uskuteční 19. března 2025 pod vedením Daniela Jankoviče (cotu s.r.o.) a MUDr. Josefa Kunkely, Ph.D. (KUNKELA Clinic s.r.o.). Registrace na webinář zde.
__________________

Kvalita, životnost a zdravotní nezávadnost 3D výtisků závisí nejen na dobře zvolené 3D tiskárně, indikaci vhodného materiálu, ale ve velké míře na správném post-processingu. 

Pokud ještě váháte, jakou 3D tiskárnu vybrat, více informací o jejich specifikacích se dozvíte v tomto článku. Moderní DLP 3D tiskárny nabízejí díky správné vlnové délce a nepřetržité kontrole tiskového prostředí pomocí senzorů, homogenní, vysoce přesné a dlouhodobě stabilní 3D výtisky. Jejich otevřený systém umožňuje práci s širokou škálou moderních materiálů, postupů a přináší tak nejen větší flexibilitu při 3D tisku ale i vyšší efektivitu výroby. 

Kromě volby 3D tiskárny je stejně důležitý i výběr kvalitních dentálních materiálů a jejich správná indikace. Značky jako Asiga, Detax, KeyPrint a Pro3dure nabízejí spolehlivé a certifikované produkty splňující nejvyšší zdravotnické standardy. Díky široké nabídce materiálů a dlouholeté zkušenosti na trhu představují jistotu pro každou zubní praxi či laboratoř. Pokud potřebujete poradit s výběrem vhodné technologie nebo materiálů, neváhejte se na nás obrátit. Díky naší vlastní praxi v 3D tisku vám můžeme poskytnout ověřené postupy přímo z reálných klinických zkušeností. Vaším cílem je vyrábět a odevzdávat kvalitní protetické výrobky. Naším cílem je doporučit vám technologii dle vašich požadavků a podmínek v kterých pracujete, nainstalovat ji, zaškolit vás a nastavit bezpečný výrobní proces, dodat veškerou potřebnou dokumentaci pro MDR a zajistit demonstraci pracovního postupu v zubní ordinaci a laboratoři.

V tomto článku se zevrubně zaměříme na jednotlivé kroky  post-processingu – od čištění až po finální úpravy. Z naší klinické a technologické praxe jsme si ověřili, že chyby a nedostatky ve finálních krocích 3D tisku degradují veškeré vaše úsilí a investici, stávají se zdravotně nebezpečné pro pacienta. Vysvětlíme si důležitost každého kroku pro dosažení požadované estetiky, mechanické odolnosti a zdravotní nezávadnosti aditivně zhotovených protetických výrobků.

Obr.: 3D vytištěná baze s podporami po vyčištění.

Fáze post-processingu

1. Čištění
Po vytištění je nezbytné z povrchu 3D výtisků odstranit zbytkovou nevytvrzenou pryskyřici, která by se mohla stát cytoxickou. To se obvykle provádí použitím čistících roztoků ideálně v ultrazvukové čističce. Důkladné čištění zajišťuje především zdravotní nezávadnost výsledných dentálních prací. Po čištění je nutné 3D výtisky nechat odvětrat (odpařit) z důvodu absorpce čistícího média hluboko pod povrch výtisku. 

2. Vytvrzování (polymerace)
Tento krok je zásadní pro zajištění plné polymerace materiálu, která zvyšuje jeho mechanickou pevnost a biokompatibilitu. Vytvrzování se provádí pomocí ultrafialového světla, přičemž biokompatibilní materiály vyžadují specifické podmínky. Ty zahrnují například vytvrzování v ochranné atmosféře, která zabrání vazbě s kyslíkem, nebo dodatečné vytvrzování teplem.  

3. Dokončovací práce: Broušení, leštění, případné barvení výtisků a finální pečetění povrchu zajišťuje přirozený a estetický vzhled zubních náhrad. Kontrola kvality zaručí, že vyhotovené náhrady sedí a splňují všechny estetické i mechanické vlastnosti.

Aby 3D výtisky dosahovaly optimálních výsledků a byly bezpečné pro pacienty, je nezbytné pečlivě dodržovat všechny fáze post-processingu. Správný postup zaručuje garantované vlastnosti materiálu i zdravotní nezávadnost výsledných dentálních prací. Výrobci biokompatibilních materiálů jsou povinni deklarovat ověřený pracovní postup v materiálovém listu (MSDS) nebo návodu k jeho použití (IFU). Tyto doporučené postupy jsou závazné a je nutné je dodržovat.

Obr.: Návod k použití (IFU) materiálu Detax Freeprint temp pro vyhotovení provizorií, obsahuje výrobcem testované zařízení použité pro 3D tisk a post-processing tzv. garantované workflow. 

Metody a postupy:

Čištění stomatologických výtisků

Správné čištění 3D výtisků je zásadní pro bezpečnost pacienta (2). Zbytková pryskyřice, která zůstává na povrchu 3D výtisků, je pouhým okem nepostřehnutelná, avšak zanechává lepkavý film, který může být pro pacienta cytotoxický a způsobit mu podráždění nebo alergickou reakci. Pro minimalizaci tohoto rizika doporučujeme používat ultrazvukovou čističku, místo čističky vytvářející vír v čistící lázni. Čištění pomocí ultrazvuku s adekvátně nastavenou vlnovou délkou (40 kHz) efektivně a rychle odstraní pryskyřici i z těžko přístupných míst a dutin.

Čištění probíhá ve dvou až třech lázních: hrubé čištění a finální oplach v čistém roztoku. Obvykle se 3D výtisky ponoří do plovoucího kontejneru s isopropylalkoholem (IPA), který je umístěn ve vodní lázni v ultrazvukové čističce.

Obr.: V ultrazvukové čističce výtisk čistíme 2 min v první lázni - hrubé čištění, poté 2 min v druhé lázni - dočištění. Před vytvrzením jej usušíme pomocí stlačeného vzduchu a necháme 1 hodinu odvětrat. 

IPA jako čistící prostředek

IPA je účinným čistícím prostředkem, ale zároveň způsobuje křehnutí materiálu, které vede ke snížení odolnosti 3D výtisků. Proto je důležité omezit dobu čištění v ultrazvukové čističce na maximálně 5 minut. Celý proces lze optimalizovat ohřevem čistícího roztoku, který posiluje jeho účinnost. Touto funkcí již disponuje většina ultrazvukových čističek. Doporučená doba čištění je 2 minuty hrubé čištění a 2 minuty dočištění. 

Alternativní čistící prostředky

U dentálních prací, které vyžadují větší odolnost, jako jsou korunky, můstky, dlahy nebo snímatelné náhrady, doporučujeme použití alternativního čistícího prostředku, například Saremco Cleaning Concentrate. Tento přípravek je speciálně vyvinut pro čištění dentálních prací a účinně odstraňuje zbytkovou pryskyřici. Je k vytištěnému materiálu šetrnější, nesnižuje jeho mechanickou odolnost a umožňuje prodloužení čištění až na 8 minut. V druhé dočišťovací lázni se následně zbytky čistícího prostředku odstraňují pomocí IPA po dobu jedné minuty. Kromě šetrnosti nabízí Saremco Cleaning Concentrate i delší životnost a možnost opakovaného použití, které ho činí nejen účinnější, ale i ekonomicky a ekologicky výhodnější alternativou.

Po dokončení dvoufázového čištění je nezbytné výtisky důkladně osušit pomocí stlačeného vzduchu, aby se odstranily veškeré zbytky chemikálií. Odvětráním 3D výtisků po čištění výrazně zvýšíme jejich mechanickou odolnost. Následně se výtisky vytvrzují buď při pokojové teplotě po dobu alespoň jedné hodiny, nebo po dobu 30 minut při zahřátí na 40˚C, například v laboratorní sušičce. 

Důkladné čištění je zásadní nejen pro dosažení esteticky dokonalého výsledku, ale především pro zajištění zdravotní nezávadnosti a pevnosti 3D výtisků.

Vytvrzování stomatologických výtisků

Po čištění následuje další zásadní fáze a tou je  vytvrzování (polymerace) odvětraného 3D výtisku ve speciálních zařízeních k tomu určených. Tím je dosaženo mechanické pevnosti a zdravotní nezávadnosti materiálu. 

V principu jsou 3D výtisky vždy vystaveny ultrafialovému světlu, které zajišťuje polymeraci materiálu na povrchu 3D výtisků. Standardní doba vytvrzování dentálních modelů v klasických vytvrzovacích jednotkách s nižším výkonem probíhá 15-30 minut (1).

Výrobci vyrábějí tyto jednotky s různými vlnovými délkami, které ovlivňují nejen barevnost, ale i zdravotní nezávadnost. Základní vytvrzovací jednotky často pracují s vlnovou délkou 405 nm, která umožňuje hlubší vytvrzení. Tato vlnová délka však nezpůsobí úplnou absorpci fotoiniciátoru, který je cytotoxický a může způsobit zežloutnutí výtisků.

Pro dosažení maximální zdravotní nezávadnosti 3D výtisků je klíčové vytvrzování v co nejširším spektru UV světla, zejména ve vlnové délce 385 nm. Tato vlnová délka zajistí kompletní rozpad fotoiniciátoru, pomáhá snižovat smrštění a zvyšuje mechanické vlastnosti.

Při vytvrzení se světlo dostane jenom několik desítek milimetrů pod povrch. Vlnová délka 385 nm je proto důležitá i u 3D tiskárny. Vytištěný, nevytvrzený 3D výtisk je tak i ve své vnitřní sktruktuře zdravotně nezávadnější, odolnější a jeho geometrie je přesnější. 

Vytvrzování v dusíkové atmosféře

U biokompatibilních materiálů, je nutné aby při vytvrzování nedošlo k vazbě monomerů s atomy kyslíku. Tomu lze zamezit vytvrzením v dusíkovém prostředí nebo ve vakuu (3). Jinak kyslík vytváří inhibiční (cytotoxickou) vrstvu, a povrch výtisku nikdy zcela nevytvrdne a zůstane lepkavý. Vytvrzování se zamezením vzniku inhibiční vrstvy,  je nezbytné pro dosažení zdravotní nezávadnosti materiálu. Zařízení provádějící polymeraci v dusíkové atmosféře mají často mnohonásobně vyšší světelný výkon a umožňují dosánout úplného vytvrzení během několika minut, materiál vytvrzují hlouběji pod povrch. 

Hybridní systém

U některých dentálních materiálů může být použita kombinace UV a termálního vytvrzení, tzv. hybridní systém. Zde je ale problém absence ochranné atmosféry. Toto lze řešit vytvrzením 3D výtisku v glycerinu v průhledné nádobě. Avšak je nutné zdůraznit, že ne všechny materiály na něj reagují optimálně a tento proces zpomaluje šíření UV světla i tepla. Pro nejlepší výsledky doporučujeme 3D výtisk nejdříve krátce vytvrdit v ochranném prostředí, až poté v hybridním systému. Materiály vhodné pro vytvrzování tímto způsobem jsou např. Lucitone Digital Print Denture (Dentsply Sirona).

Výběr zařízení, časování a postup je potřeba dodržovat podle doporučení výrobců materiálu - resinu. Ti často v návodech uvádí vytvrzování v dusíkovém prostředí. Některá zařízení disponují obojím, např. Photopol (Dentalfarm). Tento přístroj nejdříve vytvoří v polymerační komoře vakuum a následně do ní napustí dusík. Tím je dosažena velmi nízká spotřeba dusíku. Vysoký světelný výkon společně s přeneseným teplem dělají z tohoto zařízení univerzální a bezpečný polymerátor. 

Obr.: Vytvrzení vytištěné a sestavené snímatelné náhrady provádíme v zařízení Photopol (Dentalfarm) s vysokým výkonem UV světla a ochrannou dusíkovou atmosférou. 

Dokončovací práce: Estetika a funkčnost

Po vytvrzení materiálu přichází na řadu dokončovací práce. Broušením a leštěním povrchu odstraňíme drobné nedostatky a zajistíme hladký povrch, který je nezbytný pro výslednou estetiku. Pro co nejpřirozenější vzhled je možné dobarvení výrobku a zajistit tak výsledný realistický vzhled. Finální povrch ještě vylepšíme technikou “candy coating” nebo pomocí “pečetidla” např.: Palaseal (Kulzer). 

Dopady post-processingu na stomatologické výtisky

Jak jsme již zmínili, post-processing má zásadní vliv na kvalitu, estetiku, bezpečnost a dlouhodobou funkčnost stomatologických výtisků. Správné vyčištění a vytvrzení materiálů zajišťuje jejich odolnost před prasknutím, rozlomením, předčasným opotřebením, nebo nežádoucímu zabarvení. Zdravotní nezávadnost je dalším klíčovým faktorem. Nevytvrzené nebo špatně vyčištěné materiály mohou zůstat cytotoxické po dlouhou dobu a způsobit zdravotní problémy  pacientům Povrchová kvalita výtisků má vliv nejen na jejich estetiku, ale i na hygienu, hladký povrch minimalizuje tvorbu povlaku a usnadňuje čištění.

Mezi běžné problémy, které mohou nastat při nesprávně provedeném post-processingu, patří:

Nedostatečné vyčištění povrchu výtisků, které vede ke zmenšení povrchu vnitřních částí korunek, můstků nebo snímatelných náhrad, a tím k problémům s dosazením náhrad k hranici preparace nebo slizničnímu reliéfu.

Příliš dlouhé čištění v IPA lázni oslabuje výtisky, způsobuje zkřehnutí a praskání. Tento jev poznáte tak zvaným Chalking efektem “zkřídovatěním” povrchu vytištěných náhrad.

Obr.: Chalking efekt na vytištěných zubech do protézy způsobený překročením doporučeného času čištění v IPA. 

Zkrácení času vysušení výtisku je důsledkem nedostatečné polymerace hlubších vrstev resinu a tím opět náchylnosti k prasknutí a deformacím. Tento problém je vždy umocněn i s velmi často se vyskytujícím nedodržením doporučené tloušťky fixních náhrad (korunek a můstků), ale i bazí snímatelných náhrad.

Obr.: Nedostatečné vysušení vytištěné a následně vyčištěné korunky vyjmuté z IPA lázně způsobilo vytvrzení resinu pouze na povrchu a zabránilo kompletní (hloubkové polymeraci náhrady.

Nedostatečné vytvrzení (polymerace) 3D výtisků vede k podráždění sliznic a selhání biokompatibility materiálu, čímž se zvyšuje riziko alergických reakcí nebo infekcí v dutině ústní.

Nerovnoměrné vytvrzení způsobuje deformace, nebo smrštění 3D výtisků a oslabení jeho mechanických vlastností. To může vést k předčasnému opotřebení, prasknutí zubní náhrady, nebo nemožnosti dosadit náhradu na zub.

Obr.: Nerovnoměrné vytvrzení v nekvalitním polymerátoru způsobilo i přes dodržení času vytvrzení kontrakci resinu korunkové náhrady větší než 0,1mm (měřeno od preparační hranice) 

Inovace v post-processingu

V oblasti post-processingu pro stomatologii se stále více prosazují automatizované systémy, které zjednodušují a zpřesňují celý proces. Moderní jednotky „vše v jednom“ pro čištění a vytvrzování, minimalizují nepříjemné výpary a špinavou práci, jsou proto lepším řešením pro zubní ordinace. Nevýhodou je ale delší čas (není možné urychlit čištění ultrazvukem) a kompatibilita pouze s vybranými materiály a indikacemi. 

Dalšími významnými inovacemi jsou materiály vytvrzované hybridní metodou - ultrafialovým světlem a zároveň teplem, které přinášejí větší mechanickou odolnost. Za další inovaci lze považovat ekologicky šetrné čisticí prostředky, které nahrazují tradiční chemikálie, snižují ekologickou stopu celého procesu a zvyšují bezpečnost při manipulaci.

Ekologická likvidace odpadu

Při čištění 3D výtisků je důležité nezapomenout na ekologickou likvidaci vzniklého odpadu. Tento odpad obsahuje vysoce toxické chemické látky, které jsou škodlivé nejen pro zdraví člověka, ale také pro životní prostředí, zejména pro vodní ekosystém. Uživatelé vodou čistitelných pryskyřic na to často zapomínají a takto znečištěnou vodu vylévají do umyvadla. Problém neřeší ani její expozice UV světlem, zředěný materiál totiž nikdy kompletně nezpolymeruje. Správná likvidace odpadu je nezbytná pro ochranu přírody, zajištění naší bezpečné budoucnosti a je legislativní povinností. S ekologickou likvidací odpadu se můžete obrátit na vaši firmu zajištující svoz biologického materiálu a jiných odpadů. Rádi vám poradíme s klasifikací odpadu a jak s tímto odpadem správně a bezpečně nakládat.

Závěr: Post-processing jako klíč k zdravotní nezávadnosti a kvalitě stomatologických výtisků

Kvalita post-processingu hraje nezastupitelnou roli ve stomatologickém 3D tisku. Důkladné čištění, správné vytvrzování a pečlivé dokončovací práce jsou zásadními atributy pro splnění přísných klinických standardů. Inovace v této oblasti nejen zvyšují efektivitu, ale také přispívají ke kvalitnějším a bezpečnějším protetickým výrobkům. Investice do moderních technologií a důsledné dodržování správného postupu (nejen při post-processingu) tak zajišťuje vysokou úroveň zdravotní péče.

Zajímá vás téma post-processingu a zdravotní nezávadnosti v 3D tisku?

Prohlubte své znalosti a získejte praktické poznatky na odborném webináři, který se uskuteční 19. března 2025 pod vedením Daniela Jankoviče (cotu s.r.o.) a MUDr. Josefa Kunkely, Ph.D. (KUNKELA Clinic s.r.o.). Registrace na webinář zde.

Literatura:

1. Evaluation of dimensional accuracy and degree of polymerization of stereolithography photopolymer resin under different postpolymerization conditions: An in vitro study
   Awutsadaporn Katheng, Manabu Kanazawa, Maiko Iwaki, Shunsuke Minakuchi
   Journal of Prosthetic Dentistry, Vol. 125, Issue 4, p695–702

2. Influence of postprinting cleaning methods on the cleaning efficiency and surface and mechanical properties of three-dimensionally printed resins
   Ok Hyung Nam, Sang-Yeop Chung, Hong-Keun Hyun, Ju Ri Ye, Yuwon Jeong, Seo-Eun Oh, Yong Kwon Chae, Hyeonjong Lee
   Journal of Prosthetic Dentistry, Vol. 132, Issue 4, p838.e1–838.e9

3. Influence of postpolymerization time and atmosphere on the mechanical properties, degree of conversion, and cytotoxicity of denture bases produced by digital light processing
   Won-Jun Lee, Ye-Hyeon Jo, Hyung-In Yoon
   Journal of Prosthetic Dentistry, Vol. 130, Issue 2, p265.e1–265.e7