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Formlabs史上最も精度の高い3Dプリント素材「Dental Model Resin」ができるまで


歯科技工室には、ある特定の用途ではなく幅広い用途に使えるツールがいくつかあります。プロ用の3Dプリンターはその中の一つです。プロ用の3Dプリンターが幅広くさまざまな用途に応用できるのは、用途に応じていくつもの素材が用意されているからです。素材は、何に使うかによって固有の特性が求められます。丈夫で長持ちすることが求められたり、手術のために生体適合性が必要だったり、見た目の問題から透明であることが好ましかったりという具合です。 新しい素材を使うだけで、今まで使っていた3Dプリンタで、より多様な歯科用製品を作り出すことができます。手作業や高価なCNC切削機に頼る必要は、もうありません。Formlabsは2016年の春に、初の生体適合性素材となるDental SGをリリースしました。現在は2017年末の発売に向けて、未発表のものも含め6種類の歯科用素材を開発しています。 これまで、歯科医師のお客様方から、歯科用模型のレジンが欲しいというご要望を多く頂戴してきました。クラウン・ブリッジの補綴では、クラウン(歯冠)もしくはブリッジを実際の患者の歯に取り付ける前に、患者の歯並びを高い精度で再現した作業模型を使い、適合を確認します。従来の石膏タイプの歯科用模型は、患者から採取したアナログな歯型に頼っており、また、作成には手間のかかる作業が必要でした。3Dスキャンでデジタル化することにより、ワークフローはシンプルになります。時間も短縮され、コスト削減にもつながります。 Form 2用に歯科用模型のレジンを開発することは、大変な困難を伴いました。クラウンブリッジ補綴物調整に使われる作業模型の作成は、歯科用途の中でも最も精度要求の厳しい部類に入ります。

 

最適な原料を求めて:歯科用模型の配合が決まるまで

配合を決めるプロセスの第一歩として、初期段階の調査・研究が行われました。 歯科用模型素材の開発リーダーを務めたFormlabsのレイチェル・デイビスは、このように振り返ります。「歯科技工士や歯科医からヒアリングを行い、歯科分野でどういった特性が重要視されるかを理解しました。従来の石膏モデルを一緒に観察し、どのように改良できるかを議論しました。その後は、開発サイクルの繰り返しです。つまり、新しい配合を作っては大量のプリントを行い、歯科医と歯科技工士からフィードバックを受けます。もらった意見をラボに持ち帰り、再び新しい配合を検討するという具合です。」

いくつかのパーツに分かれた従来の石膏模型と、FormlabsのDental Model Resinで3Dプリントされたクラウン模型。クラウン模型は着脱式のダイ(支台歯)が付いています。 クラウンブリッジ補綴物調整の作業模型では、重要な要件の一つに寸法の正確さが挙げられます。歯科医院や歯科技工所では、補綴物を歯に取り付ける前に、模型を使って歯列にフィットするかを確認します。ごく小さな歪みがあった場合でも、模型にうまくはまらなくなってしまいます。さらに悪いケースでは、患者への補綴中や補綴完了後に不整合が発覚することも考えられます。 このように非常に高い精度要求を満たすためには、最適なレジンの配合を探ることが極めて重要です。 フォトポリマー樹脂はさまざまな成分からできています。短いプラスチックの鎖(モノマーとオリゴマー)がコアを形成し、光重合開始剤が反応のトリガーとなり、いくつもの添加剤が混ざり合って色や力学的特性および透明度を決定します。 「精度を最大限に高める反応プロセスを探る必要がありましたが、許される誤差は非常に小さいものでした。光重合反応が早く進みすぎると、レーザーが造形物を照射した際、必要な輪郭部だけでなく広範囲のレジンが硬化してしまいます。逆に光重合反応が起きなかったり、エネルギーが小さすぎる場合には、レジンは液体のまま固まりません。」 私たちの目標は、歯科医療のプロたちが何十年にも渡って使い続けてきた石膏模型と同じ性能を持ったマテリアルを作り上げることでした。「強固かつ、ボロボロ崩れたりしない素材が必要でした。ユーザとなる歯科医や技工士たちは何度も模型を使った作業をして、力を加えることになるからです。若干の摩擦を持たせて、石膏と同じ感触にすることも求められました。」 基本的な配合が決まると、次は色と透明度について研究を重ねました。石膏模型の表面はマットで、ディテールの観察に向いています。私たちはレジンの色をやや暗めにし、透明度を調整した上でさらに仕上げのための添加剤を用いることにより、石膏よりもさらにディテールを豊かに表現することに成功しました。