Zusammenarbeit von Ingenieurwesen, Medizin und Softwareentwicklung
Ingenieure, Medizinerinnen und Softwareentwickler erarbeiten gemeinsam eine innovative Prozesskette zur Fertigung eines patientenspezifischen Zahnersatzes.
Malek Abu-Gharbieh hält zwischen Zeigefinger und Daumen einen etwa einen Zentimeter kleinen, anthrazitfarbenen konischen Stift und sagt: „Das ist ein neuartiges wurzelanaloges Zahnimplantat.“ Der Betrachter stutzt, denn es fehlt das äußere Gewinde. Wie soll das Implantat da im Kieferknochen halten?
„Es braucht kein Gewinde mehr“, erklärt Abu-Gharbieh. „Unser Zahnimplantat wird nicht in das Zahnfach geschraubt, sondern gesteckt. Das ist minimalinvasiv und damit für den Patienten weniger belastend.“
Ein patientenspezifischer Zahnersatz aus dem 3D-Drucker
Das Zahnimplantat aus einer Titanlegierung entstand in enger Zusammenarbeit zwischen dem TU-Fachgebiet Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, der Abteilung für Zahnärztliche Prothetik, Alterszahnmedizin und Funktionslehre der Charité – Universitätsmedizin Berlin sowie der Berliner Firma „trinckle 3D GmbH“.
Es handelt sich um eine im additiven 3D-Druck-Verfahren gefertigte, präzise Nachbildung der Zahnwurzel eines realen Patienten. Deshalb sprechen die Forschenden von einem „wurzelanalogen“ Implantat. Das Implantat ist so konzipiert, dass es unmittelbar nach der Zahnentfernung eingesetzt werden kann.
Innovative Prozesskette
Kombination additiver und subtraktiver Verfahren
Das Verfahren zur Fertigung des patientenspezifischen Zahnimplantats wurde von einem TU-Forschungsteam unter Leitung von Eckart Uhlmann entwickelt, dem auch Malek Abu-Gharbieh angehört.
„Wir haben eine Prozesskette entworfen, bei der es gelungen ist, das additive Verfahren des pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens mit nachbearbeitenden, also subtraktiven Verfahren zu verknüpfen“,
erklärt Abu-Gharbieh.
Vom 3D-Röntgenbild zum Implantat
Um die Zahnwurzel eines Patienten additiv fertigen zu können, wird sie zunächst aus einem 3D-Röntgenbild herausgelesen. Die gewonnenen Daten dienen als Grundlage für den 3D-Druck: Ein Laserstrahl schmilzt dabei Titanpulver Schicht für Schicht auf.
Daran schließt sich eine Nachbearbeitung an, deren Ziel es ist, die Verbindungsstruktur zwischen Implantat und Zahnersatz herzustellen. Dabei wird in die gedruckte Zahnwurzel ein Innengewinde geschnitten, das das Implantat mit der Zahnkrone verbindet.
Bewährtes Konzept in neuer Form
„Unser neuartiger Zahnersatz besteht ebenso aus drei Teilen wie der konventionelle – aus dem Implantat, dem Verbindungsstück (Abutment) und der Zahnkrone“
erläutert Abu-Gharbieh.
Die Zahnkrone wird erst nach der Einheilung des Implantats eingesetzt und schließt dann die Zahnlücke. Versuche, den gesamten Zahn in einem Stück zu fertigen, bergen das Risiko, dass der Zahnersatz durch sofortige Kaubelastung verloren geht, da keine Einheilzeit möglich wäre.
Technische Herausforderung erfolgreich gemeistert
Eine große Herausforderung bestand darin, in einem durchgängigen Fertigungsprozess sowohl das Implantat zu drucken als auch das innere Gewinde für das Verbindungsstück zu schneiden.
„Dass wir das geschafft haben, ist ein großer Erfolg“, betont Malek Abu-Gharbieh.
