Stampante 3D nella prova quotidiana sul campo. Stampa 3D con busta a sorpresa C’è ancora molto da migliorare

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odontoiatra.it, stampanti 3D
odontoiatra.it, stampanti 3D

Odt. Master Peter Kappert

I cambiamenti nel mercato dentale sono stati di natura ampiamente digitale nel recente passato. Sotto questo aspetto, i sistemi IOS (scanner intraorali) e la stampa 3D sono delle innovazioni interessanti. Oltre ai risultati della prova quotidiana sul campo dei sistemi IOS di DentalAlliance riportati in DZW Zahntechnik 11-12/17, ora sul banco di prova c’è la stampa 3D. Per dare un’anticipazione: i modelli stampati rappresentano senza dubbio un punto debole nel flusso di lavoro digitale. Nell’autunno del 2017 DentalAlliance ha iniziato le prove quotidiane sul campo dei sistemi IOS. La domanda era: “Quale sistema IOS dobbiamo comprarci?” I risultati hanno suscitato molto interesse sia negli odontotecnici sia negli odontoiatri. La fase di prova degli IOS ha rivelato in parte degli importanti punti deboli nel processo di lavorazione ad orientamento esclusivamente digitale. Il test IOS completo si può rileggere sul sito web dental-alliance.de. Durante l’allora fase di prova degli IOS abbiamo dovuto constatare con stupore che dei sei modelli al tempo fabbricati da un fornitore di servizi (Dreve Dentamid, Unna) in seguito al nostro ordine non ce n’erano due identici. Questa sconvolgente scoperta ci ha indotto ad iniziare una nostra prova sul campo delle stampanti. All’inizio di queste prove nessuno poteva immaginare, nemmeno a grandi linee, che i risultati delle stampanti potessero addirittura superare in negativo i nostri timori. Effettivamente i modelli stampati rappresentano un grosso punto debole nel flusso di lavoro digitale. Gli studi odontoiatrici e i laboratori odontotecnici che desiderano percorrere il cammino digitale completo, devono essere consapevoli che un modello stampato, a seconda dell’utilizzatore e del prodotto, può servire come ausilio all’orientamento o nel migliore dei casi come modello base. Purtroppo abbiamo dovuto riconoscere allo stato di settembre 2018 che “stampare modelli” significa in parte dover vivere con risultati casuali. Non dipende quindi assolutamente dalla stampante di turno, ma i risultati dipendono piuttosto evidentemente, tra le altre cose, da quanto correttamente (‘utilizzatore osserva le indicazioni relative alla lavorazione e/o al procedimento. Poiché la stampante Formlabs Form 2 ha suscitato un certo clamore nel contesto odontotecnico, abbiamo pregato diversi utilizzatori di Formlabs di stampare la nostra scansione di riferimento. I risultati di Form 2 dimostrano che risultati negativi non sono assolutamente da attribuire soltanto al prodotto della stampante. I ranking dell’analisi andavano dal secondo al ventitreesimo posto, dò è veramente sconcertante.

24 Modelli dì 8 stampanti nel test Aziende e fornitori di servizi partecipanti

Dopo le esperienze con il nostro test IOS, sapevamo di doverci aspettare una certa resistenza (anche giuridica) da parte di chi offriva stampanti e servizi, se il risultato fosse stato “non gradito”. È accaduto anche questo. Alla fine abbiamo incluso 23 modelli nel nostro test (Fig. 1). Per motivi di correttezza nei confronti di tutti i fornitori di modelli (dietro fattura come pure gratuitamente), abbiamo deciso di non citare nomi o posizioni di ranking dato che le valutazioni positive erano poche. Per DentalAlliance si è trattato semplicemente di portare un po’ di luce nell’attuale zona d’ombra “I modelli stampati sono risultati casuali?” Noi non abbiamo intenzionalmente dato alcuna direttiva ai fornitori industriali o di servizi (aziende come per esempio Dreve, laboratori o centri di fresatura) a proposito dei materiali. Tutti erano consapevoli, in base alla scansione, che si trattava della fabbricazione di un modello. Spettava dunque alle aziende stesse concentrarsi o sulla qualità o sulla produzione di massa. Questa per lo meno era l’impressione che dovevamo ricavare, considerata la qualità superficiale molto diversa dei modelli stampati. I modelli ottimali sono validi da decenni in odontotecnica come base necessaria per poter realizzare e controllare una protesi che si adatti alla perfezione. Questo è il motivo per cui qui abbiamo voluto testare esclusivamente i modelli. Per mantenere l’ordine, a questo punto si dovrebbero ancora una volta menzionare i parametri del modo di procedere analogico, universalmente noto: il flusso di lavoro convenzionale inizia con il rilevamento di un’impronta (Nella loro tesi di dottorato Ender e Coll, descrivono deviazioni rilevate di 13,0 pm ± 2,9 pm per il silicone A). Il passo successivo è la produzione di un modello con un gesso di classe IV. Nel DIN EN ISO 6873 (2000) sono stabiliti i valori esatti per l’espansione di presa lineare tollerabile. Molteplici misurazioni hanno dato come risultato, nei gessi di classe IV, un’espansione di presa lineare dallo 0 allo 0,15%. Per poter ora valutare i modelli stampati in base a valori misurati precisi, abbiamo stabilito per questi modelli le stesse richieste che valgono per il modello in gesso di cui ci fidiamo. Un modello dovrebbe presentare una deviazione massima dall’espansione lineare di 20 (jm. Ciò corrisponde all’equivalente di un’espansione al massimo dello 0,002%. Le placche, i cucchiai funzionali stampati ecc. tollerano forse una deviazione maggiore, un modello per verificare qualitativamente i nostri prodotti odontotecnici senza dubbio non lo fa.

Parametri di prova

Nel controllo dei risultati della stampante, gli esaminatori hanno calcolato il loro voto sulla base del test sperimentato di Sheffield. Inoltre, come già fatto in precedenza nel nostro test del sistema IOS, abbiamo chiesto a due aziende indipendenti delle valutazioni secondo procedimenti digitali-analitici. Attraverso questa valutazione esterna aggiuntiva, è stato soddisfatto il criterio dell’indipendenza assoluta. Tutti i costi da ciò derivanti nonché i costi per la manodopera sono stati sostenuti completamente da DentalAlliance. Poiché avevamo già accompagnato diverse tesi di dottorato per il policlinico del l’Università Justus Liebig di Gießen (Direttore Prof. Dr B. Wöstmann), era ovvio inserire nel nostro modo di procedere parti della metodica di prova là utilizzata (vedi tra l’altro la tesi di dottorato di Viktor Sichwardt del 2014).

“Chi dice la verità ha bisogno di un cavallo veloce” (proverbio indiano)

Le nostre linee guida per la prova sul campo delle stampanti

  • La base della verifica era costituita dal nostro modello master NEM fresato (prevenzione di abrasioni grazie alla superficie metallica resistente), illuminato opaco (è stato già utilizzato nei nostri test del sistema IOS).
  • Per la stampa dei modelli ogni partecipante ha ricevuto per e-mail il file della scansione originale. Questo è stato allora prodotto con lo scanner Imetric-104i, non validato ma apprezzato in tutto il mondo, e salvato in formato STL aperto come base originale.
  • Per la verifica manuale sono stati fresati tre provini in PMMA sulle macchine CNC Roland DWX 50 e DWX 51D, la progettazione è stata fatta con il nostro software Exocad.
  • Il controllo manuale da parte degli esaminatori (odontoiatri e odontotecnici) è avvenuto presso la nostra sede centrale secondo il noto test di Sheffield (White 1993).
  • Le valutazioni digitali esterne sono state effettuate mediante il programma Geomagic dall’azienda Camlog (Basilea, Svizzera) e dall’Ufficio tecnico Klib (Hasselbach) specializzato in scanner e software 3D.
  • Per questo sono stati scannerizzati ognuno per cinque volte, con lmetric-104i, i modelli stampati consegnati dai partecipanti. Da queste cinque scansioni quasi concordanti ne è stata scelta una per le analisi ed è stata messa a disposizione degli esaminatori esterni. Nei grafici è elencata la scansione utilizzata con il suo numero di serie.

Il procedimento

  1. In totale 24 esaminatori (odontoiatri, odontotecnici, odontotecnici master e titolari di laboratori) hanno partecipato al test di Sheffield. Tra questi, cosa per noi molto importante, anche periti giurati e quindi riconosciuti.
  2. La codificazione dei modelli inviati è stata effettuata da una sola persona, prestando attenzione che ogni modello fornito e stampato ricevesse una propria codificazione.
  3. Il modello NEM da noi concepito si distingue dalle condizioni reali per la sua speciale geometria. Questa situazione estrema scelta intenzionalmente ha reso possibile mostrare i limiti dei procedimenti esaminati.
  4. I parametri per i provini da fresare sono stati definiti per tutte le fresature nel modo seguente: distanza 0,01 mm, eliminazione dei sottosquadri 0,00 mm, raggio di fresatura 0,7 mm, spessore periferico 1,5 mm, spessore occlusale 1,8 mm, livellamento 10. I provini sono stati modellati solo con pochi millimetri di lunghezza, rendendo così possibile l’esecuzione di una prova ineccepibile relativa alla precisione e soprattutto all’imprecisione (test di Sheffield). È stata quindi evitata una cosiddetta precisione a frizione.

Mediante il software di progettazione Exocad sono stati costruiti i seguenti provini per il test di Sheffield delle stampanti:

  • dieci elementi come placche
  • tre elementi come placche/ ponti
  • due elementi come cappette singole.

Come materiale per i provini abbiamo deciso di usare un PMMA trasparente (CopraTemp clear, White Peaks Dental Solutions, Wesel). Grazie alla trasparenza del materiale era possibile una valutazione più obiettiva.

I metodi di prova

  1. Prova di adattamento e di Sheffield dei provini fresati da parte degli esaminatori. Ogni esaminatore dava un voto ai risultati delle prove in base al principio dei voti scolastici tedeschi da 1, ottimo a 6, insufficiente (Figg. 2 e 3).
  2. Un esame su base puramente digitale mediante corrispondenza (riunione dei dati) da parte di aziende esterne. Questo metodo potrebbe valere come il metodo più oggettivo per una valutazione. A questo proposito sono state calcolate la deviazione positiva media, la deviazione negativa media e la deviazione assoluta.

Risultato del controllo fisico

Dal punto di vista degli esaminatori il test di Sheffield si deve considerare obiettivo, nel riepilogo dei risultati lo si è dovuto classificare come semplicemente concomitante in quanto soggettivo. A titolo illustrativo si menziona qui un modello che si trovava tra i primi dieci posti sia nel ranking del test di Sheffield sia nel risultato globale, come anche nella disciplina regina delle placche. Nelle analisi Geomagic condotte da Camlog e Klib, invece, questo modello si trovava in posizioni assolutamente arretrate. Ci siamo chiesti come si possa arrivare a risultati diversi in modo così eclatante. La grafica delle analisi Geomagic ci fornisce la risposta. Klib come pure Camlog dimostrano che nella maggior parte dei modelli consegnati si potevano notare notevoli differenze nella regione del più (rosso) e del meno (blu). Ciò ha come conseguenza che nell’analisi manuale il posizionamento delle placche nella zona anteriore (verde chiaro) era percepito come qualcosa che passava inosservato, mentre nella zona posteriore come qualcosa di più teso (zona colorata di blu scuro), un dondolio dell’oggetto (placca) era per questo a mala pena percepibile. In entrambe le zone, rossa e blu, si devono registrare deviazioni molto maggiori di 100 pm (Fig. 4). Un modello con una deviazione di oltre 100 pm è assolutamente inutilizzabile per controllare una protesi. Nel test di Sheffield quasi tutti gli esaminatori hanno valutato l’adattamento delle cappette singole e dei ponti di tre unità più positivamente dell’adattamento delle placche di dieci unità. Con una distanza relativamente chiara e con i voti di 1,97 e 2,0 (placca di dieci unità), dente-con (Lonsee) guida il ranking nel test di Sheffield davanti a dentona (Dortmund), Dentai Design (Erlangen), LOOX3D (Gladbeck) e Rapid-objekt (Lipsia). Gli esaminatori hanno valutato nel risultato globale cinque modelli con un voto peggiore di 4,5. Per quanto riguarda le placche, 13, cioè più della metà di tutti i modelli, hanno avuto un voto peggiore di 4,5. Un modello è stato giudicato da tutti gli esaminatori con un categorico 6. Ciò può essere definito solo con il concetto di “giuramento dichiarativo stampato”. Abbiamo deciso di rinunciare alla menzione nominale dei partecipanti a partire dal voto negativo di 4,5, vale a dire da “non più sufficiente”.

Risultato delle analisi Geomagic

Le analisi Geomagic sono prive di influenze soggettive e hanno dunque una maggiore valenza e forza espressiva. La valutazione della scansione del modello è stata eseguita dapprima da Camlog. Dopo aver ricevuto le 23 valutazioni, l’Ufficio tecnico Klib è stato incaricato di sottoporre ancora una volta ad una verifica speciale le otto valutazioni migliori e le otto peggiori dell’azienda Camlog. Di conseguenza Klib ha condotto ogni volta 16 analisi dei singoli elementi (regioni 12 e 13), degli elementi posteriori (dalla regione 25 alla 27) e del modello completo (Figg. 5 e 6). Oltre all’analisi dell’elemento completo è stata fatta un’analisi delle sezioni. In quest’analisi i punti di riferimento misurati si trovavano all’incirca nel terzo cervicale dell’oggetto. Nell’analisi del modello si misurava il modello completo. Nell’analisi delle singole cappette, Dentai Design, stampato con Form 2 (del 2017), era in testa al ranking, con una deviazione di 19 pm, seguito da MMC (Colonia), bredent (Sen-den), LOOX3D e dentona. A partire dalla posizione 11 si registrano deviazioni di oltre 50 my. Nella posizione 16 sono state misurate deviazioni di 122 pm. Anche qui abbiamo deciso di rinunciare a menzionare il nome del partecipante nel caso di deviazione superiore a 40 pm (Fig. 7). Nella valutazione delle regioni da 25 a 27 si osservano a malapena delle differenze fra l’analisi del modello e delle sezioni ai primi posti del ranking. Come nel caso della valutazione di 1-2 elementi, anche qui i modelli N. 71, 67, 85 e 31 si trovano vicini tra loro nel ranking. MMC, bredent e dentona hanno ottenuto, con deviazioni di soli 13-15 pm, il valore massimo. Nell’analisi del modello tuttavia i valori a partire dal primo posto salivano già a oltre 20 pm (Figg. 8 e 9). Rivolgiamoci alla disciplina regina: la valutazione di un modello completo di dieci unità. Nella figura 6 abbiamo rappresentato l’analisi delle sezioni eseguita da Klib in un ranking. Nell’analisi delle sezioni, MMC (fresatura per gesso) è stata convincente, davanti a dentona, con il valore migliore di 17-19 pm. Congruenti sono i posti 3 e 4 di Dentai Design e bredent; Zahnwerk e il laboratorio odontotecnico Teuber hanno fornito risultati accettabili. Già a partire dal settimo posto in 16 modelli abbiamo rinunciato a nominare i fornitori dei servizi, poiché deviazioni di 50 pm e più per noi non rappresentano un valore accettabile (Fig. 10). Per l’analisi da parte di Camlog abbiamo fatto valutare con un confronto diretto, contemporaneamente ai modelli stampati, due dei modelli in gesso realizzati da DentalAlliance (N. 2 e N. 4) e anche un modello fresato realizzato da noi (N. 3) (Fig. 11). In entrambe le analisi era in testa al ranking MMC (modello fresato), davanti a dentona e a Dentai Design. Riconoscere che solo sei modelli potevano soddisfare la regola da noi richiesta di una deviazione massima di 50 pm è deludente. Una deviazione fra 50 e 80 my per noi significa che questi modelli sono utilizzabili come modello di base o di orientamento solo con riserva. I modelli con una deviazione misurata maggiore di 80 pm sono, almeno per noi, prodotti “da buttare nella spazzatura”. I prodotti odontotecnici devono, già solo per motivi di protezione dei pazienti, essere esattamente controllabili; con una deviazione di oltre 80 pm questo non è assolutamente possibile. Il fatto che un’impronta in alginato (qualitativamente, di nuovo dal nostro punto di vista, inaccettabile per la realizzazione del modello antagonista) occupi ancora il quattordicesimo posto su 26 modelli valutati, è una prova di inadeguatezza dei modelli consegnati. Purtroppo si deve constatare che alcuni dei modelli stampati devono essere adattati all’oggetto fresato, e non il contrario.

 È interessante anche il comportamento a lungo termine dei modelli stampati

Per i nostri esaminatori si è posta la domanda, come sarebbe cambiato lo stato dei modelli stampati, a condizione di conservarli in modo impeccabile, dopo un certo periodo di tempo: cinque modelli, dopo un periodo di conservazione di cinque mesi, sono stati perciò nuovamente scannerizzati. Subito dopo la prima consegna a noi, ogni modello è stato codificato e impacchettato separatamente, immagazzinato inoltre al buio alla normale temperatura ambiente di 22-24 gradi centigradi. Per il nuovo esame, Camlog ha confrontato la scansione originale del modello master con cinque nuove scansioni dell’agosto 2018. Klib di nuovo ha confrontato la scansione del rispettivo modello di febbraio/ marzo 2018 con l’attuale scansione di agosto 2018. I risultati di questi due esami differiscono fra di loro in modo solo irrilevante (Fig. 12). Secondo quanto previsto, il modello N. 71 (gesso fresato) non mostrava alcuna differenza in entrambe le analisi. Per i modelli restanti, anche in caso di conservazione perfetta per cinque mesi, si registravano deviazioni fino a 36 pm. Ognuno potrebbe rispondere da sé se sia sensato conservare per più tempo questo tipo di modelli per un controllo di prodotti odontotecnici. A integrazione di questo “controllo” digitale, abbiamo condotto il 10/09/2018 un semplice controllo ottico dei modelli. A questo scopo è stata fabbricata con lo sperimentato silicone picodent twinduo una mascherina di controllo sopra al modello master, è stata tagliata in maniera classica e dopo un tempo di attesa di 15 minuti è stata posta su sei modelli selezionati (le posizioni 2, 3 e 4 del ranking nonché tre rappresentanti delle posizioni inferiori), ed è stato fissato fotograficamente il risultato (esecuzione tecnica: odontotecnico master Britta Schulz). I risultati parlano da soli (Figg. da 13 a 19). Ci risparmiamo di commentare la qualità dei modelli non menzionati nominalmente.

Discussione

L’idea di iniziare una prova sul campo delle stampanti 3D era dovuta solo alla domanda originaria: “Su quale modello stampato, di quale produttore, posso fare veramente affidamento nell’impiego quotidiano?” Noi ci siamo impegnati a organizzare un test onesto ed esigente e pensiamo di esserci riusciti. Per noi era anche importante verificare il contenuto di verità delle affermazioni contenute nei dépliant patinati di coloro che offrono le stampanti. Sono in grado di mantenere le loro promesse? O i risultati negativi delle stampanti dipendono non dalle stampanti stesse, ma piuttosto esclusivamente dal modo in cui vengono utilizzate? Noi abbiamo inviato un file identico a tutti gli offerenti e ordinato un modello. Il fatto che alla fine ci sia stata fornita una busta a sorpresa di diverse qualità ha superato i nostri peggiori timori. Inoltre è stato impressionante il fatto che peggiore era il risultato di un modello nel test, più alto era il prezzo che ci è stato messo in conto (in testa da 35,00 a più di 50,00 Euro per un modello). A uno degli offerenti abbiamo consapevolmente ordinato un modello per il quale ci è stata garantita una precisione di 50 |jm (esiste la fattura, costi per il modello: 54,13 Euro). Nella valutazione il modello ha avuto una deviazione negativa di 138 pm, quindi 88 pm di deviazione in più rispetto al massimo promesso di 50 pm. Si tratta di una differenza del 76% rispetto ai 50 (jm garantiti (e menzionati di nuovo nella fattura)! Questo per quanto riguarda le promesse di alcuni offerenti! Per noi era di secondaria importanza che venissero impiegati procedimenti additivi (come la stereolitografia) o che si ottenesse l’indurimento con una matrice di resina epossidica fotopolimerizzabile. Volevamo ottenere un modello stampato che fosse uguale a un modello in gesso di classe IV. Fortunatamente ciò è riuscito ad alcuni partecipanti, la prova si può leggere nelle tabelle del ranking delle diverse categorie. Naturalmente noi continuiamo a vedere il futuro nei procedimenti digitali. Secondo la nostra opinione, tuttavia, nello sviluppo delle stampanti per i modelli c’è ancora moltissimo da migliorare. La nostra raccomandazione è la seguente: lasciatevi ispirare da tutto, ma non fatevi abbagliare dalle affermazioni contenute nei dépliant patinati di coloro che offrono stampanti. Ogni stampante che non stampa, in modo garantito e documentabile, con una precisione di almeno 15-20 pm è, secondo il nostro punto di vista, un investimento sbagliato. La qualità di un restauro realizzato con la tecnica CAD/CAM dipende, fortunatamente, non solo dai sistemi di scansione o di stampante impiegati, ma come sempre, e soprattutto, da un team odontoiatra/ odontotecnico che funziona. Ciò è rassicurante. E forse anche l’osservazione seguente di uno dei nostri esaminatori, l’odontoiatra Marcel Menzen, invita un po’ alla riflessione: “Quando acquisto l’intera trafila digitale mi domando: con questa posso lavorare in modo ottimale, o sono solo moderno?”

Un’annotazione finale personale

Se noi odontotecnici controlliamo i nostri prodotti finiti, nella parte prossimale come in quella occlusale, con una precisione di 12 pm (e lo facciamo veramente!), allora non può essere che tolleriamo modelli stampati con una deviazione media di oltre 20 pm. Chi lo accetta abbandona in quel preciso istante il sentiero della qualità esclusiva.      

Ringraziamenti

Desidero ringraziare il mio collega di DentalAlliance, l’odontotecnico master Christoph Hellenthal, per il suo notevole supporto. La DentalAlliance ringrazia tutti gli offerenti dei sistemi di stampa e i nostri colleghi odontotecnici che si sono sottoposti a questo test pieno di gradi di difficoltà. Il nostro ringraziamento va inoltre agli esaminatori per il tempo che hanno impiegato e per la disponibilità a recarsi presso di noi a Essen. Ringraziamo Daniel Winkelmann (dell’Ufficio tecnico Klib) e Ludger Klein (di Camlog) per le dispendiose ed efficaci analisi Geomagic. Si ringrazia la casa editrice per la concessione alla pubblicazione di quest’articolo comparso nella rivista DZW Zahntechnik 11-12/17.

Fig. 1 I 23 partecipanti, fornitori di stampanti o rispettivamente di servizi
Figg. 2 e 3 Test di Sheffield globale e sulle placche
Figg. 2 e 3 Test di Sheffield globale e sulle placche
Fig. 4 Analisi dei modelli da parte di Camlog
Fig. 5 Confronto dei modelli di tre elementi
Fig. 6 Confronto per sezioni del modello globale
Fig. 7 Analisi dei modelli Geomagic (Klib), due unità valutate
Figg. 8 e 9 Analisi Geomagic delle sezioni e de modelli (Klib), tre unità
Figg. 8 e 9 Analisi Geomagic delle sezioni e de modelli (Klib), tre unità
Fig. 10 Analisi Geomagic delle sezioni (Klib), dieci unità
Fig. 11 Analisi globale dei modelli (Camlog)
Fig. 12 Confronto tra la scansione di febbraio/ marzo 2018 e la scansione di agosto 2018 (Klib)
Figg. da 13 a 16 (da sinistra) Modello master, dentona, Dentai Design, LOOX3D
Figg. da 13 a 16 (da sinistra) Modello master, dentona, Dentai Design, LOOX3D
Figg. da 13 a 16 (da sinistra) Modello master, dentona, Dentai Design, LOOX3D
Figg. da 13 a 16 (da sinistra) Modello master, dentona, Dentai Design, LOOX3D
Figg. da 17 a 19 Precisione, o meglio imprecisione, ultimi piazzamenti (Foto: Kappert)
Figg. da 17 a 19 Precisione, o meglio imprecisione, ultimi piazzamenti (Foto: Kappert)
Figg. da 17 a 19 Precisione, o meglio imprecisione, ultimi piazzamenti (Foto: Kappert)

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