پرینت سه بعدی دندان؛ یک صنعت پررونق
طی یک دهه‌ی گذشته استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی در دندانپزشکی ترمیمی، تولید دندان مصنوعی و بسیاری موارد دیگر از این دست، تحولی عظیم در صنعت دندانپزشکی به‌پا کرد. پرینت سه بعدی دندان نسبت به روش‌های سنتی، سرعت و سهولت بیشتری را به ارمغان آورد و امکان انجام آن، هم در مطب‌های دندانپزشکی و هم در لابراتوار وجود دارد.
به‌عنوان مثال کلینیک‌های دارای پرینترهای سه بعدی اگرچه نقش حیاتی در کمک به دندانپزشکان ایفا می‌کنند اما تنها مجاز به پرینت مدلهای دندانی هستند و هنوز موفق به تولید دندان مصنوعی‌های واقعی نشده‌اند. زیرا برای چاپ دندان مصنوعی‌های واقعی به پرینتر سه بعدی با قابلیت چاپ فلز نیاز است. چاپگرهای سه بعدی فلزی اگرچه تاکنون مسیر طولانی را طی کرده‌اند، اما علاوه بر این‌که از دقت لازم برای مدلهای دندانپزشکی برخوردار نیستند به دلیل هزینه‌های گزاف، برای اکثر کلینیک‌ها و آزمایشگاه‌ها گزینه‌ی مناسبی نمی‌باشند.
راه‌های گوناگونی برای استفاده‌ی دندانپزشکان از دندان وجود دارد که با سرعتی که در توسعه و پیشرفت شاهد آن هستیم، در آینده شاهد موارد بیشتری از کاربردهای آن هم خواهیم بود.
دو فرآیند پروتز و ارتودنسی در حوزه‌ی دندانپزشکی به دقت ابعادی بسیار بالایی نیاز دارند. اعمال چنین دقتی با استفاده از چاپگرهای سه بعدی رزینی (DLP, SLA, Polyjet و …) بسیار ساده‌تر از استفاده از روش‌های سنتیِ رایج در دندانپزشکی و دندانسازی است.
در ادامه‌ی این نوشته نگاهی می‌اندازیم به شرکت‌هایی که در امر اختراع و ساخت پرینترهای سه بعدی در حوزه‌ی دندانپزشکی و مواد مرتبط با آن پیشگام هستند.شرکت‌های بزرگی وجود دارند که در عین حال که از تکنولوژی پرینت سه بعدی دندان بهره می‌برند به آن کمک نیز می‌کنند.
Invisalign و ClearCaps دو کمپانی تولیدکنندهی چاپگرهای سه بعدی در دندانپزشکی هستند که در تولید ترازکننده (Aligner) و محافظ شب (Night Guard) دندان فعال هستند. این دو کمپانی از طریق معرفی این تکنولوژی به صنعت دندانپزشکی بسیار سودآور شدند.
سایر شرکت‌ها موضع گسترده‌تری اتخاذ کردند و علاوه بر تولید پرینترهای سه بعدی دندان، تولید رزین، انجام تحقیقات و کمک به دندانپزشکان برای استفاده از پرینترهای سه بعدی دندان را در دستور کار خود قرار دادند.
با وجود تلاش‌های بسیار برای بهره‌مندی هرچه بیشتر از این تکنولوژی، هنوز این هدف به طور کامل محقق نشده است. بیایید ببینیم مانع اصلی بر سر راه دستیابی این فناوری به پتانسیل کامل آن چیست؟
چالش‌های پیش‌روی پرینت سه بعدی در دندانپزشکی
علی‌رغم کاربردهای گسترده‌ی پرینت سه بعدی در پیشبرد فرآیندهای دندانپزشکی و پتانسیلی که در زمینه‌های گوناگون این حوزه دارد، هنوز هم یک فناوری در حال ظهور در صنعت دندانپزشکی و دندانسازی محسوب می‌شود. هرچند، موانع تکنولوژیکی و هزینه‌های بالا، استفاده‌ی گسترده از این تکنولوژی را محدود می‌کند.
اخیرا کمپانی 3D Systems دو پرینتر سه بعدی فلزی میان‌رده، DMP Dental 100 و ProX DMP 200، را معرفی کرده است که توانایی ساخت دندان مصنوعی، تاج دندان (Crowns) و بریج (Bridge) را با فیلامنت‌های تخصصی خود دارد.
کلینیک‌ها برای جایگزینی دندان، از روش‌های سنتی مانند مدلسازی با موم استفاده می‌کردند که البته با پیشرفت این فناوری در دهه‌ی اخیر شاهد پرینت سه بعدی این مدلهای مومی نیز بوده‌ایم.
نکته‌ی دیگر این‌که اگرچه پرینترهای سه بعدی دندانپزشکی با قیمت ارزان‌تر رایج شده‌اند اما بدون انجام اسکن سه بعدی دندان که می‌تواند یک مدل سه بعدی دقیق ارائه دهد، کارایی چندانی ندارند.
دندانپزشکی دیجیتال چیست؟
دندانپزشکی دیجیتال (Digital Dentistry) در واقع چیزی فراتر از پرینت سه بعدی دندان است. دندانپزشکی دیجیتال با اسکن دیجیتالی دهان بیمار توسط اسکنر داخل دهانی دستی (Intraoral 3D Scanner) یا اسکنر خارجی آغاز می‌شود. سپس تصاویر دیجیتال برای طراحی روکش، پایه‌های ایمپلنت، تاج و دندان مصنوعی در نرم‌افزار طراحی CAD آپلود می‌شوند. طیف گسترده‌ای از برنامه‌های CAD دندانپزشکی وجود دارد که با بیشتر برندهای پرینترهای سه بعدی کار می‌کند.
در مرحله‌ی بعد فایل‌ها باید در نرم‌افزار اسلایسر آپلود شوند. در این مرحله برخی از تولیدکنندگان مانند کمپانی 3D Systems، نرم‌افزار اسلایسر خود را طوری تنظیم می‌کند تا با ویژگی‌های منحصر به فرد پرینتر تنظیم شود و فرآیند چاپ سه بعدی بهینه شود. پس از طی این مراحل، همه چیز برای یک پرینت با کیفیت آماده است.
اسکن سه بعدی دندان لازمه‌ی یک پرینت باکیفیت
در بحث مراقبت از دندان، نقش اسکنرهای دندانپزشکی بسیار مهم است. به همین دلیل تکنولوژی پرینت سه بعدی دندان و اسکنرهای جدید و پیشرفته دندانپزشکی، از موضوعات داغ مورد بحث در بین متخصصان این حوزه است.
اسکنرهای دندان از نقاط عمقی و غیرقابل دسترسی حفره‌ی دهان، اسکن‌هایی با کیفیت بالا انجام می‌دهند. این اسکنرها به دو شکل داخل دهانی (intraoral) و آزمایشگاهی موجود هستند و کار با آن‌ها به‌راحتی استفاده از تلفن‌های هوشمند است.
آنالیز داده‌های جمع‌آوری شده، ارائه‌ی راهکارهای درمانی، تهیه مدلی برای پرینت سه بعدی و در نهایت فرآیند پرینت همه از اهمیت فراوانی برخوردارند. از ویژگی‌های بارز اسکنر سه بعدی دندانپزشکی می‌توان به سرعت اسکن، کیفیت و کمیت مطلوب داده‌های به دست آمده از آن و هوشی که در پذیرش یا رد داده‌ها دارد اشاره کرد. هزینه‌ی این اسکنرها بسته به برند مورد استفاده، امکانات و قابلیت‌های آن، می‌تواند متفاوت باشد.
کاربرد پرینترهای سه بعدی در دندانپزشکی و دندانسازی
۱. ترازکننده (Aligner) و محافظ شب (Night Guard)
رایج‌ترین کاربرد پرینت سه بعدی در دندانپزشکی، پرینت سه بعدی Aligners و Night Guards است. Aligner در واقع به عنوان یک جایگزین برای braces (ارتودنسی) عمل می‌کند و به دلیل تولید و کاربرد نسبتا آسان و آشکار نبودن در دهان به‌علت شفافیت زیاد، از محبوبیت ویژه‌ای برخوردار است.
فرآیند تولید Aligner با اسکن دندان‌های بیمار برای تولید یک مدل سه بعدی از دندان‌ها آغاز می‌شود. در ادامه، فایل خروجی از فرآیند باید در نرم‌افزارهای مدلسازی ویرایش شود. ولی لازم به ذکر است که مدلسازی برای Night Guards به تنظیمات حد‌اقلی نیاز دارد. زیرا هدف این است که دندان‌ها به همان شکلی که هستند قرار بگیرند.
مزایایِ کاربرد چاپ سه بعدی در تولید Aligner و Night Guards:
- اولین مزیت، سرعت بالای ساخت آن است. تولید یک ست کامل از آن‌ها تنها به چند ساعت زمان نیاز دارد.
- مزیت دیگر آن، سفارشی‌سازی کامل و بسیار دقیق هر محصول برای بیمار است. زیرا از اسکن دقیق دندان‌های او ایجاد شده است.
آزمایشگاه‌ها، پزشکان و شرکت‌های بسیاری از این پتانسیل و کاربرد پرینت سه بعدی بهره می‌برند. به عنوان مثال شرکت Invisalign تولیدکنندهی عمده‌ی Alignerهای سه بعدی است. دندانپزشکان هم می‌توانند Aligner خود را با استفاده از رزین‌های تخصصی مانند یا تولید کنند.
۲. تاج دندان (Crowns)
در صورت شکستن دندان، دندانپزشکان تاج جدیدی را جایگزین آن می‌کنند. اما از آنجا که روند مرسوم برای انجام این‌کار زمان‌بر و پرهزینه است، تکنولوژی پرینت سه بعدی بدین منظور سودمند است.
پرینت سه بعدی، فرآیند تولید تاج دندان را بسیار راحت کرده است. به این صورت است که ابتدا دندان شکسته شده را اسکن می‌نمایند. سپس از نرم‌افزارهای خاصی برای ایجاد مدل سه بعدی استفاده می‌کنند. پس از آن تکنسین یا با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی و یا بوسیله‌ی تکنولوژی CNC، از Porcelain (سنگ چینی) برای تراشیدن مدل تاج استفاده می‌کند. در چنین صورتی زمان انجام این فرآیند از چندین هفته به کمتر از یک ساعت کاهش می‌یابد و هزینه‌ی آن هم برای دندانپزشک و هم برای بیمار بسیار به‌صرفه‌تر است.
تولید تاج و بریج (bridge) دندان قسمت عمده‌ای از تجارت پرینت سه بعدی دندان را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال کمپانی Formlabs، از رزین مومی مخصوص ربخته‌گری برای ساختن bridge و تاج دندان استفاده می‌کند.
۳. سرجیکال گایدز (Surgical Guides)
مانند بیشتر اقدامات پزشکی، جراحی دهان نیز به دقت بالایی نیاز دارد. به همین دلیل یک راهنمای سه بعدی پرینت شده که کاملا در دهان بیمار جای می‌گیرد، برای دندانپزشک ابزار حیاتی محسوب می‌شود.
مشابه فرآیند تولید Aligner، مدلی بر مبنای اسکن دهان ایجاد می‌شود که دهانه‌ی آن درست در جایی که قرار است جراحی انجام شود قرار می‌گیرد. این راهنماها با رزین‌هایی مشابه رزین‌های Aligner و محافظ شب توسط هر پرینتر سه بعدی دندانپزشکی ایجاد می‌شوند.
Formlabsها، راهنمای جراحی رزینی را تولید می‌کنند در حالی که Envision Tec، ارائه‌دهنده E-Guide است.
۴. مدلهای سه بعدی دندانپزشکی
این‌که مدلهای سه بعدی در همان نوبت اول به صورت صحیح تولید شوند یک نکته‌ی مهم در دندانپزشکی است و پرینترهای سه بعدی این اطمینان خاطر را به ما می‌دهند. قبل از پرینت مدلهای دندانپزشکی فرآیند اسکن از دهان بیمار انجام می‌گیرد. از آنجا که این مدل‌ها در واقع در دهان کسی قرار نمی‌گیرند به هیچ فناوری یا رزین پیشرفته‌ی خاصی نیاز ندارند. ساده و در عین حال مفید!
مدلسازی در دندانپزشکی نیز سهم زیادی در دنیای تجارت دارد. به‌عنوان مثال کمپانی Envision Tec طیف وسیعی از مدلهای سه بعدی رزینی از جمله E-Model و E-Denstone را که برای کاربردهای مختلف دندانپزشکی و ارتودنسی مورد استفاده قرار می‌گیرند و کمپانی Formlabs نیز مدلی تحت عنوان Model-Resin ارائه می‌دهد.
۵. دندان مصنوعی سه بعدی
یکی دیگر از کاربردهای پرینت سه بعدی دندان، تولید دندان مصنوعی سه بعدی است که به طور قابل توجهی هم در وقت و هم در هزینه صرفه‌جویی می‌کند. در مواردی که معمولا چند روز یا چند هفته طول می‌کشد تا یک دندان مصنوعی با استفاده از روش‌های مرسوم ایجاد شود، پرینت سه بعدی در یک چشم بر هم زدن این کار را انجام می‌دهد.
مراحل کار به‌ترتیب شامل اسکن، طراحی، چاپ، شستشو و پردازش‌های پس از آن است. محصول نهایی پس از پردازش صیقل داده می‌شود تا از ظاهری عالی و زیبا برخوردار گردد.
در تولید دندان مصنوعی، پایه و دندان‌ها به صورت جداگانه پرینت سه بعدی می‌شوند. سپس با برداشتن ساپورت از پایه و چسباندن دندان‌های چاپ شده بهم، پایه و دندان را به هم متصل می‌کنند.
اکثر تولیدکنندگان بزرگ، مواد اولیه‌ی مخصوص پرینت سه بعدی دندان مصنوعی را تولید می‌کنند. به عنوان مثال مواد زیست‌سازگار کمپانی Envision TEC برای پایه‌ها و دندان مصنوعی، NextDent Denature 3D+ و NextDent C&B MFH می‌باشد. درحالی که Formlabsها طیف وسیعی از مواد اولیه را برای دندان مصنوعی دیجیتالی ارائه می‌دهند.
پرداخت نهایی (Post Processing) قطعات دندانی و تجهیزات جانبی مرتبط با آن
تولیدات پرینتر سه بعدی بلافاصله پس از چاپ قابل استفاده نیستند و برای تبدیل از حالت خام به محصول نهایی قابل مصرف، نیاز به طی مراحلی چون شستشو، سخت‌شدن و پخت (Curing) و پرداخت سطح (Surface-finishing) دارند.
هدف از شستشو این است که قطعه‌ای که ساخته شده و همچنان در مخزن پر از رزین غوطه‌ور است را از رزین اضافه پاک کند. هدف از پخت این است که رزین‌هایی را که در فرآیند پرینت سه بعدی شخت شده‌اند و هندسه‌ی مورد نظر را پیدا کرده‌اند، سخت‌تر و صلب‌تر کند. هدف از پرداخت سطح این است که کیفیت سطح را به حد مطلوب برساند.
برای بیشتر قطعات پرینت شده، شستشو در یک مخزن حاوی الکل ایزوپروپیل و پخت توسط نور خورشید یا یک لامپ UV ارزان‌قیمت انجام می‌شود. اما می‌توان از روش‌های حرفه‌ای‌تر و سریع‌تری هم برای پرداخت نهایی قطعاتِ پرینت‌شده استفاده کرد.
چندین کمپانی تولیدکنندهی پرینتر سه بعدی، تجهیزات لازم برای شستشو و پردازش نهایی قطعات را هم ارائه می‌دهند. خرید لوازم جانبی از همان سازنده‌ی چاپگر، موجب کارایی آسان‌تر آن‌ها با هم می‌شود. از طرفی هرچقدر چاپگر پیشرفته‌تر باشد، فرآیند شستشو و پردازش آن آسان‌تر است