In der Dentalwelt ist Zirkoniumdioxid, umgangssprachlich auch „Zirkon“ genannt, ein sehr geschätzter keramischer Werkstoff. Dieser überzeugt allen voran durch die Kombination aus sehr guter Biokompatibilität und hervorragender Ästhetik. Zirkon lässt sich zudem aus einem Rohling heraus gut und sehr verlässlich fräsen, wodurch sich Zahnersatz reproduzierbar und wirtschaftlich herstellen lässt.

Die subtraktive Fertigung bringt jedoch verfahrensbedingt Einschränkungen in der geometrischen Freiheit mit sich. Wie Sie es bereits aus der Metallverarbeitung im LaserMelting-Verfahren kennen, können auch mit der additiven Fertigung von Keramik äußerst komplexe und deutlich filigranere Geometrien realisiert werden als beim subtraktiven Fräsprozess. Dies erweitert das Anwendungsspektrum von keramischen Materialien exorbitant, auch außerhalb der Welt der Zahntechnik.

Das im keramischen 3D-Druck verwendete Zirkon ist aus chemischer Sicht nahezu identisch zu dem in der Zahntechnik bekannten Fräsmaterial FAB Zirconia OP (ehem. CADtools Opaque). Ein Einsatz des druckbaren Zirkons in der Zahntechnik wird allerdings regulatorisch verhindert, da diesem Material die Zulassung für den Dentalbereich fehlt.

Neben dem vor allem in der Zahntechnik bekannten Zirkon, können bei CADdent Bauteile zudem aus einigen weiteren keramischen Materialien hergestellt werden. Die im Markt des Rapid Prototypings am häufigsten verarbeitete Keramik ist Aluminiumoxid. Wir verarbeiten außerdem die Kombinationen aus beiden zuvor genannten Werkstoffen „ZTA“ (Zirconia toughened Alumina) und „ATZ“ (Alumina toughened Zirconia). Diese sogenannten Mischoxidkeramiken bieten den Vorteil, dass die jeweils beigemischte Werkstoffkomponente die Nachteile der Hauptkomponente in Teilen ausgleicht. Die Vorteile des jeweiligen Hauptwerkstoffes bleiben dabei größtenteils erhalten.

Grundsätzlich besitzen beide Keramiken eine sehr hohe Festigkeit und eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Korrosion und Temperatur. Sie sind außerdem elektrisch isolierend und biokompatibel, wodurch beide Werkstoffe in vielen Einsatzbereichen identisch gut funktionieren. Auch optisch sind beide Werkstoffe aufgrund der Farbe und sehr guten Oberflächengüte kaum zu unterscheiden. Zirkon ist lediglich ein kleines Stück weißer als Aluminiumoxid, welches eher einen sehr leichten Gelbstich besitzt. Ansonsten weist Zirkon eine höhere Bruchfestigkeit auf und ist weniger thermisch leitfähig als Aluminiumoxid. Dagegen besitzt Aluminiumoxid eine höhere Härte und aufgrund seiner niedrigeren Dichte ein deutlich geringeres Gewicht als Zirkon. Generell gilt zudem, dass sich Aluminiumoxid im keramischen 3D-Druckverfahren besser verarbeiten lässt und daher auch extrem dünne Wandstärken von 0,15 mm oder Durchbohrungen mit einem Durchmesser von 0,15 mm realisieren lassen. Des Weiteren ist Aluminiumoxid auch in der Beschaffung und damit auch im Endpreis günstiger als Zirkon.

Immer wieder erproben wir auch keramische Werkstoffe, die erst gerade auf den Markt des 3D-Drucks gekommen sind oder sogar noch in der Entwicklung sind. Hierzu zählen beispielsweise das ebenfalls in der Zahnheilkunde bekannte Lithiumdisilikat oder das Knochenersatzmaterial Hydroxyapatit, das als natürlich vorkommendes Mineral den Hauptbestandteil von Knochen bildet. Aufgrund seiner ausgezeichneten Biokompatibilität und Osteokonduktivität eignet sich Hydroxyapatit hervorragend zur Herstellung eines patientenspezifischen bioresorbierbaren Implantats. Durch die üblicherweise porös gestaltete Struktur können sich regenerierende Knochenzellen Stück für Stück nachbilden und das eingebrachte Material allmählich resorbieren. Dadurch ist keine Entfernung des Implantats notwendig.

Neben neuen Materialien experimentieren wir bei CADdent auch mit der Einfärbung 3D-gedruckter Bauteile durch die Infiltration mit speziellen Zusätzen. Beispielsweise konnten gedruckte Bauteile aus Aluminiumoxid in verschiedenen Ausführungen eingefärbt werden. Des Weiteren ist der 3D-Druck mit Keramik Teil eines größeren Forschungsprojektes, von dem wir zeitnah die ersten Resultate präsentieren können.