• 3D-tulostus
• hammastekniikka
• jäljennöslusikka
• materiaalin pursotus

3D-tulostus on mullistanut monia aloja, ja myös hammastekniikassa se tarjoaa uusia mahdollisuuksia valmistaa hammasteknisiä tuotteita. Materiaalin pursotus on yksityiskäyttäjien keskuudessa suosittu 3D-tulostusmenetelmä sen helppokäyttöisyyden ansiosta. Mutta miten se soveltuu tarkkuutta vaativien hammasteknisten töiden valmistukseen?

Hammastekniikassa tarkkuus on ensiarvoisen tärkeää valmiiden töiden istuvuuden ja käyttömukavuuden kannalta. Perinteisesti hammastekniset tuotteet, kuten jäljennöslusikat, purentakiskot ja proteesit, valmistetaan hammaslaboratoriossa käsityönä. Hammasteknisiä töitä on mahdollista valmistaa nykyään myös digitaalisin menetelmin. 3D-tulostus tuo töiden valmistukseen mahdollisuuden

• nopeuttaa valmistusprosessia
• automatisoida työvaiheita
• vähentää materiaalihukkaa.

Hammastekniset 3D-tulostusmenetelmät voidaan jakaa kolmeen päätyyppiin. Näistä materiaalin pursotus, FFF (Fused Filament Fabrication), on vähiten käytetty hammaslääketieteessä. Tämä on yllättävää, sillä FFF-tulostimet ja niissä käytettävät materiaalit ovat halpoja. Menetelmä säästää myös työntekijän aktiivista työaikaa ja siinä jälkikäsittelyn työvaiheet ovat kustannustehokkaita. Toinen päätyyppi on allasvalokovetus ja siihen perustuvat tekniikat. Se on yleisin hammastekniikassa käytössä oleva 3D-tulostusmenetelmä. Tähän vaikuttaa menetelmän tarkkuus ja se, että siihen on saatavilla iso määrä eri hammasteknisiin indikaatioihin tarkoitettuja hartseja. Erilaiset allasvalokovetustekniikat eroavat toisistaan valonlähteen mukaan. Valonlähde voi olla projektori (DLP, Digital Light Processing), LCD-näyttö (Liquid-Crystal Display) tai laser (SLA, Stereolithography). Kolmas päätyyppi on jauhepohjaiset tekniikat, kuten SLS (Selective Laser Sintering). Niissä materiaali on jauheena, joka sintrataan tai sulatetaan yhteen. Tällä menetelmällä tulostetaan hammastekniikassa tyypillisesti metallisia osaproteeseja. Menetelmän 3D-tulostimet ovat kalliita, niiden hinnat ovat useita satoja tuhansia euroja. Siksi niitä ei ole juurikaan yksittäisissä hammaslaboratorioissa, vaan tulostuskeskuksissa, joista hammaslaboratoriot tilaavat esimerkiksi rankaproteesien metallirunkoja.

FFF vs. DLP – miten materiaalin pursotus pärjää?

Opinnäytetyö toteutettiin osana Turun ammattikorkeakoulun Suun terveyden tutkimusryhmän Euroopan unionin osarahoittamaa Filament print dentistry – hanketta. Siinä huomio keskittyi siihen, miten hammastekniikassa voitaisiin hyödyntää FFF 3D-tulostusmenetelmää enemmän. Materiaalin pursotus 3D-tulostusmenetelmän soveltuvuutta hammastekniikkaan selvitettiin valmistamalla jäljennöslusikka kahdella eri 3D-tulostusmenetelmällä ja vertailemalla niiden valmistusprosesseja sekä lopputuloksia. Jäljennöslusikka valittiin tulostuskohteeksi siitä syystä, että sen ei tarvitse olla niin tarkka kuin monen muun hammasteknisen kappaleen. Vertailuun käytetyn jäljennöslusikan valmistuksessa käytettiin valokovetus altaassa 3D-tulostusmenetelmän DLP-tekniikkaa. Tarkastelun kohteena olivat erityisesti valmistusajat, kustannukset ja valmiiden tuotteiden laatu.

Alhaiset kustannukset osoittautuivat materiaalin pursotus -menetelmän eduksi. Jäljennöslusikan tulostuksessa materiaalikustannukset jäivät merkittävästi alhaisemmiksi kuin DLP-tekniikalla. Yksittäisen lusikan hinta oli alle euron (0,99 €) FFF-tekniikalla valmistettuna, kun käytettiin Raise 3D:n premium polylactic acid (PLA) filamenttia. DLP-tekniikalla lusikan hinta oli kuusinkertainen (5,99 €) ja materiaalina käytettiin Straumannin P Pro Impression -hartsia. Lisäksi hammastekniikkaan soveltuvat FFF-tulostinlaitteet ovat edullisimpia kuin allasvalopolymerisaatiotekniikan tulostimet.

Materiaalin pursotus on hidas tulostusmenetelmä, ja Raise3D E2 -tulostimella jäljennöslusikan tulostamiseen kului yli 3 tuntia. DLP-tekniikan Straumann P30 -tulostimella jäljennöslusikka tulostui vain 23 minuutissa. DLP-tekniikan nopeus perustuu siihen, että kappaletta muodostettaessa kokonainen tulostuskerros kovetetaan aina kerrallaan. Allasvalotekniikan menetelmistä DLP- ja LCD-menetelmät ovat lähes yhtä nopeita ja SLA-menetelmä on näitä selkeästi hitaampi mnetelmä, mutta huomattavasti nopeampi kuin opinnätetyössä käytetty materiaalin pursotusmentelmä. Tässä mentelmässä muovifilamentti annostellaan pursotussuuttimen läpi tulostusalustalle, ja tulostettava kappale rakennetaan kerros kerrokselta liikuttamalla joko tulostuspäätä tai tulostusalustaa vaaka- ja pystysuunnassa. Tulostettujen kappaleiden jälkikäsittely on kaikissa allasvalopolymerisaatiomenetelmissä työläämpää kuin matreriaalin pursotuksessa. Tulostetujen kappaleiden pinnalta täytyy liuottaa kovettumaton muovihartsi pois isopropyylialkoholilla (IPA) ja kappaleet täytyy jälkipolymeroida vakovetusuunissa. Tämän lisäksi tulostetusta kappaleesta täytyy poistaa tulostustuet ja viimeistellä mahdolliset tukien jättämät jäljet. Materiaalin pursotusmenetelmässä jälkikäsittelyksi riittää vain tukien poisto-osuus. Jälkikäsittely työvaiheista huolimatta DLP-tekniikalla koko 3D-tulostusprosessi, sisältäen jäljennöslusikan suunnittelun, 3D-tulostuksen ja jälkikäsittelyn, oli yli kaksi kertaa nopeampi kuin FFF-tulostusmenetelmällä, kun käytössä oli Raise3D E2 ja Straumann P30 3D-tulostimet.

Jäljennöslusikoiden pinnanlaaduissa oli eroja. DLP-tekniikalla valmistettu jäljennöslusikka oli sileämpi ja tarkempi kuin FFF-tekniikalla tulostettu, jonka pintaan jäi näkyville tulostuskerrokset. Pinnan epätasaisuus voi mahdollisesti vaikuttaa jäljennöslusikan käyttömukavuuteen.

Materiaalin pursotus hammastekniikassa – onko FFF-tekniikka toimiva ratkaisu hammaslaboratorioihin?

Jäljennöslusikoiden valmistaminen DLP-tekniikalla on nopeampaa, mutta ei välttämättä yksinkertaisempaa kuin FFF-tekniikalla. DLP-tekniikan huonoja puolia verrattuna FFF-tekniikkaan on sen nestemäisen materiaalin sotkevuus ja säilytys sekä ylimääräisinä jälkikäsittelytyövaiheina IPA-huuhtelu ja valokovetus. FFF-tekniikassa näitä ongelmia ei ole, sillä materiaali ei reagoi valoon ja on kiinteässä filamenttimuodossa. Tulosteille ei myöskään tarvitse tehdä edellä mainittuja jälkikäsittelyn vaiheita, sillä tulosteiden pintaan ei jää kovettumatonta muovia. FFF-tekniikan huonona puolena taas voidaan pitää

• pidempää tulostusaikaa
• huonompaa tulostuslaatua
• tulostuksen jälkeen materiaalin työstön vaikeutta perinteisillä hammasteknikon porilla.

Materiaalin pursotus ei ehkä ole paras vaihtoehto, jos tavoitellaan korkeaa tarkkuutta tai nopeutta. Se voisi kuitenkin olla varteenotettava vaihtoehto tietyissä hammasteknisissä indikaatioissa, kuten jäljennöslusikoissa ja oikomisen malleissa. Tätä tukee erityisesti halvat materiaalikustannukset. Lisäksi vähäinen määrä manuaalista työtä tekee menetelmästä kustannustehokkaan. FFF-menetelmällä 3D-tulostetut kappaleet eivät tarvitse juurikaan jälkikäsittelyä. Tulostusalustan suurempi koko FFF-tulostimissa mahdollistaa useamman kappaleen samanaikaisen tulostamisen. Näin kappaleita saataisiin useampi samanaikaisesti valmistukseen, mikä myös vähentää työntekijän manuaalista työaikaa.

Sinerkari, E. & Tikkanen, J. 2025. Materiaalin pursotus 3D-tulostusmenetelmän käyttö hammastekniikassa : Jäljennöslusikoiden valmistus – Theseus. Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.