Stampa 3D diretta di allineatori ortodontici: la sfida tecnologica più ardua dell’ortodonzia digitale

Introduzione all’Ortodonzia Invisibile

L’ortodonzia ha conosciuto una significativa evoluzione negli ultimi decenni, specialmente con l’introduzione degli allineatori ortodontici invisibili. Questi dispositivi hanno rivoluzionato il settore, offrendo un’alternativa esteticamente più accettabile ai tradizionali apparecchi metallici. Gli allineatori invisibili sono progettati per essere discreti, fornendo un trattamento meno invasivo e visibile, il che ha reso l’ortodonzia più attraente per un ampio spettro di pazienti, specialmente adulti.
La popolarità degli allineatori invisibili è dovuta in gran parte alla loro natura quasi impercettibile, che consente ai pazienti di seguire il trattamento senza preoccupazioni estetiche. Inoltre, questi dispositivi sono rimovibili, rendendo più semplice mantenere una buona igiene orale durante il trattamento. Questa combinazione di estetica e funzionalità ha aumentato notevolmente la domanda di soluzioni ortodontiche meno invasive e più accettabili dal punto di vista sociale.

Ruolo crescente della Stampa 3D in Ortodonzia

Parallelamente alla crescita degli allineatori invisibili, la tecnologia di stampa 3D sta emergendo come una forza rivoluzionaria nel campo dell’ortodonzia. La stampa 3D offre una serie di vantaggi che includono la personalizzazione su misura, una maggiore precisione e la capacità di produrre dispositivi complessi con tempi di consegna ridotti. Questa tecnologia consente di creare allineatori su misura per ogni paziente, basandosi su modelli digitali precisi delle loro dentature.

La stampa 3D in ortodonzia non si limita alla produzione di allineatori. Viene utilizzata anche per creare guide chirurgiche, modelli di studio, e persino parti di apparecchi ortodontici tradizionali. La versatilità e l’efficienza di questa tecnologia stanno portando a una maggiore adozione nei laboratori odontotecnici e nelle cliniche ortodontiche, semplificando i processi di produzione e personalizzazione.

In sintesi, l’ascesa degli allineatori invisibili e l’avvento della stampa 3D stanno guidando una significativa trasformazione nel mondo dell’ortodonzia. Questi sviluppi non solo migliorano l’esperienza del paziente, ma spingono anche l’intera industria verso innovazioni più avanzate e soluzioni su misura.

Panoramica delle Tecniche di Stampa 3D Utilizzate in Ortodonzia

La stampa 3D in ortodonzia si è affermata come uno strumento rivoluzionario, portando con sé una varietà di tecniche e approcci. Queste tecniche si differenziano principalmente in base al tipo di tecnologia di stampa utilizzata, ognuna con specifici vantaggi e applicazioni. Un breve riepilogo delle tecniche di stampa 3D attualmente più diffuse in generale, non esclusivamente in odontoiatria.

Stereolitografia (SLA): Questa è una delle tecniche più comuni, che utilizza un laser UV per polimerizzare strati di resina liquida. La SLA è nota per la sua alta precisione e finitura di superficie, rendendola ideale per la creazione di allineatori e modelli dentali.

Fused Deposition Modeling (FDM): Questa tecnica comporta l’estrusione di materiali termoplastici strato dopo strato per costruire l’oggetto desiderato. Sebbene meno precisa della SLA, la FDM è utile per la produzione di guide chirurgiche e strumenti di laboratorio.

Selective Laser Sintering (SLS): L’SLS utilizza un laser per sinterizzare polveri di materiali, costruendo l’oggetto strato per strato. Questa tecnica è adatta per materiali più resistenti, sebbene sia meno utilizzata in ortodonzia rispetto a SLA e FDM.

Digital Light Processing (DLP): Simile alla SLA, la DLP utilizza una sorgente di luce digitale per polimerizzare la resina. È nota per la sua velocità e può essere utilizzata per la produzione rapida di modelli dentali.

Vantaggi della Stampa 3D in Ortodonzia

I vantaggi della stampa 3D in ortodonzia sono molteplici, e includono:

  1. Personalizzazione: La stampa 3D permette la creazione di dispositivi altamente personalizzati basati sui dati digitali della bocca del paziente. Questo assicura un’aderenza perfetta e trattamenti più efficienti.

  2. Precisione: Le tecniche di stampa 3D sono estremamente precise, permettendo la produzione di allineatori e dispositivi ortodontici che si adattano esattamente alle specifiche dentali del paziente.

  3. Riduzione dei Tempi di Produzione: Rispetto ai metodi tradizionali, la stampa 3D può ridurre significativamente i tempi di produzione, accelerando il processo di trattamento.

  4. Innovazione nel Design: La stampa 3D apre la porta a design complessi che possono essere difficili o impossibili da realizzare con metodi di produzione convenzionali.

  5. Costi Ridotti: In alcuni casi, la stampa 3D può essere più economica rispetto ai metodi tradizionali, specialmente quando si tratta di produzioni su piccola scala o personalizzate.

  6. Miglioramento dell’Esperienza del Paziente: Con dispositivi su misura e tempi di trattamento ridotti, l’esperienza complessiva del paziente migliora notevolmente.

Biomateriali di Stampa 3D attualmente disponibili per la Stampa Diretta di allineatori ortodontici

La stampa 3D di allineatori ortodontici si avvale di una gamma di materiali specifici, progettati per garantire sia la sicurezza per l’uso intraorale che l’efficacia nel trattamento ortodontico. Questi materiali devono soddisfare requisiti rigorosi in termini di biocompatibilità, resistenza, flessibilità e trasparenza.
Di seguito sono descritti alcuni dei materiali più comunemente utilizzati:

Resine Fotopolimerizzabili: Le resine fotopolimerizzabili sono ampiamente utilizzate nella stampa 3D per la creazione di allineatori. Queste resine diventano rigide quando esposte a una sorgente di luce UV. Il loro vantaggio principale risiede nella capacità di produrre allineatori trasparenti e altamente adattabili alle dentature dei pazienti.

Polimeri a Memoria di Forma: Alcuni materiali innovativi utilizzati nella stampa 3D degli allineatori includono polimeri a memoria di forma. Questi materiali possono cambiare le loro proprietà fisiche in risposta a variazioni di temperatura, offrendo un comfort migliorato e una facilità di inserimento e rimozione degli allineatori.

Da una ricerca effettuata l’unica resina che è approvata effetivamente come Dispositivo Medico di Classe IIa CE per la stampa 3D diretta di allineatori ortodontici è la Tera Harz TC-85 DAC dell’azienda Graphy Inc.
Questa resina gode di specifiche proprietà di memoria di forma, che la rendono particolarmente adatta per applicazioni in ortodonzia. È stata approvata dalla FDA sia in Corea che negli Stati Uniti e classificata con marchio CE come Dispositivo Medico in Classe IIa, il che indica un alto livello di sicurezza e biocompatibilità per l’uso in odontoiatria. La composizione chimica specifica del Tera Harz TC-85 DAC, che include un polimero vinil estere–uretanico alifatico con funzionalizzazione metacrilata, contribuisce alle sue proprietà fisico meccaniche rilevanti per gli allineatori ortodontici, come la trasparenza e la resistenza, essenziali per gli allineatori ortodontici efficaci.

Altre resine sono state citate in alcuni lavori scientifici (Ref) come adatte alla stampa 3D diretta di allineatori ortodontici ma non sono mai state definite dai produttori effettivamente indirizzate a questa applicazione. E’ molto più facile trovare resine trasparenti in Classe CE IIa la cui destinazione d’uso ufficializzata dai produttori è quella della Produzione di Bite e Retainers ma difficilmente si trova l’indicazione “allineatori ortodontici”.
Questo perchè l’allineatore ortodontico è un dispositivo complesso che rimane in bocca per periodi di tempo prolungato dove viene a contatto con la mucosa orale, gli enzimi litici presenti nel cavo orale e con l’ampia gamma di sostanze chimiche che appartengono al cavo orale dell’uomo. Questo può determinare effettivamente cambiamenti sostanziali nelle caratteristiche fisico-meccaniche della resina polimerizzata tanto da renderla potenzialmente poco efficiente (o inefficiente) nel portare a termine il lavoro meccanico ortodontico sui denti.

Anche se esistono diversi brevetti registrati che descrivono la possibilità di stampare direttamente allineatori ortodontici, solo pochissimi articoli scientifici pubblicati recentemente (Ref, Ref, Ref) hanno iniziato ad esplorare questa area, con le prime aziende che si concentrano sugli allineatori stampati direttamente e sui materiali per la stampa 3D.
Un recente studio di Jindal e colleghi ha dimostrato la fattibilità della stampa 3D di allineatori trasparenti utilizzando la resina Dental LT® Clear di Form Labs.
Questa resina è stata confrontata con allineatori termoformati con tecnica tradizionale, mostrando una maggiore precisione geometrica e resistenza ai carichi massimi, pur mantenendo un’elasticità adeguata. Il materiale si è rivelato paragonabile a materiali termoplastici come Duran e Durasoft, resistendo efficacemente alle forze di compressione simulate del morso, senza diminuire le prestazioni cliniche ortodontiche. Questi risultati suggeriscono per il momento solo il “potenziale” della stampa 3D diretta per realizzare allineatori efficaci e accurati.
La resina Dental LT è un materiale biocompatibile di Classe IIa con elevata resistenza alla rottura, indirizzata alla produzione di splint gnatologici, retainers dentali e altri dispositivi ortodontici rigidi stampati direttamente in 3D. Il suo impiego per la stampa diretta 3D di allineatori trasparenti però prima dell’articolo non era stato mai riprotato, e infatti bisogna considerare un aspetto fondamentale di questa resina e di altre resine simili: la mancanza di dati clinici per valutare le prestazioni e la resistenza della resina Dental LT durante l’uso nella cavità orale dei pazienti.

Tante proposte ma pochi materiali concreti per la stampa 3D diretta di allineatori

Esistono in commercio diverse resine trasparenti utilizzate per la stampa 3D di dispositivi, ma nessuna è stata specificamente progettata per allineatori trasparenti stampati in 3D. EnvisionTEC nel 2018 ha lanciato E-Ortholign, un materiale innovativo per la stampa diretta di allineatori, ma è principalmente destinato alla stampa di retainer usati dopo la rimozione dei brackets.

Al momento non esistono resine fotopolimerizzabili sul mercato specificamente per gli allineatori dentali trasparenti, ma si registra un crescente interesse nel settore, in particolare per lo sviluppo di resine biocompatibili certificate. Sono stati condotti alcuni esperimenti con resine modificate su pazienti volontari, ma i risultati clinici devono essere confermati prima della pubblicazione scientifica.

Allineatori stampati direttamente in 3D nell’ambito di uno studio scientifico con pazienti volontari. Credits

I vantaggi della stampa 3D diretta di allineatori rispetto alla Termoformatura

Ci sono una serie di interessanti vantaggi nella stampa 3D diretta di allineatori ortodontici rispetto alla tecnica convenzionale della termoformatura.
Prendendo spunto da un lavoro scientifico sul tema riassumiamo questi vantaggi di seguito:

  • I bordi degli allineatori sono progettati al CAD e quindi riprodotti identicamente per ogni serie di allineatori.
  • I bordi sono totalmente lisci e non richiedono rifinitura o lucidatura.
  • Non esistono sotto-squadri poiché questi possono essere attentamente eliminati durante la progettazione CAD.
  • La fabbricazione è sicuramente più precisa, riducendo gli errori introdotti durante la stampa del modello 3D e la termoformatura.
  • La maggiore precisione migliora l’adattamento e l’efficacia degli allineatori per il paziente.
  • Lo spessore interno degli allineatori è personalizzabile, riducendo potenzialmente il bisogno di attacchi che diminuiscono la trasparenza.

Un esempio di customizzazione degli spessori degli allineatori progettati al CAD. Credits

Citotossicità: un tema di particolare rilevanza nella letteratura scientifica

La letteratura scientifica sul tema della stampa 3D diretta di allineatori ortodontici si concentra molto anche sulla Citotossicità dei materiali di stampa 3D rispetto ai convenzionali materiali per termoformatura. Sebbene i dati siano soltanto dati preliminari e quindi vanno sempre considerati nel contesto in cui vengono descritti.

Uno studio ha esaminato la citotossicità di allineatori trasparenti stampati direttamente da tre diverse resine: Accura 60® SLA, Dental LT® Clear Resin e Invisalign®. Invisalign® si è rivelato il meno citotossico, seguito da Dental LT® e Accura 60®. Tuttavia come sappiamo, gli allineatori Invisalign® non sono stampati direttamente in 3D. Essendo uno studio in vitro la mancanza di dati clinici su paziente è ovviamente un fattore largamente limitante per i risultati di questo studio.

A questo link potete trovare un’interessante tabella che mostra una comparazione di proprietà meccaniche e di citotossicità in vitro tra materiali per termoformatura e materiali per stampa 3D diretta di allineatori. Molto interessante, da guardare sicuramente.

Conclusione

Come si è potuto intuire dall’articolo attualmente sembra esserci sicuramente molto interesse da parte delle aziende che producono resine per stampa 3D sullo sviluppo di materiali adatti alla stampa 3D diretta di allineatori. Tuttavia questa è probabilmente l’applicazione più complessa e delicata relativa alla stampa 3D in Odontoiatria in quanto implica l’uso di resine per la produzione di dispositivi medici che stanno a contatto con il cavo orale per periodi di tempo molto lunghi.
Questo, a differenza delle dime chirurgiche per chirurgia guidata, rende questi dispositivi molto delicati e la stampa 3D degli stessi non è operazione facile come avviene nelle dime chirurgiche.
Qui entrano in gioco due aspetti essenziali del dispositivo ortodontico che sono:

  1. La Biocompatibilità Totale a lungo termine
  2. Il mantenimento delle Caratteristiche Fisico-Meccaniche del dispositivo a lungo termine

Questi sono i due fattori che fino ad oggi hanno limitato lo sviluppo di resine adatte alla stampa 3D diretta degli allineatori.
Inoltre c’è da dire che le resine che verranno autorizzate per questo scopo difficilmente incontreranno da subito la fiducia dei medici odontoiatri che dovranno utilizzarle su paziente. E’ infatti necessario che queste resine siano oggetti di studi clinici condotti con rigore su campioni di pazienti numericamente rilevanti.
Attualmente non ho trovato studi indirizzati in questo senso e quindi la partita, come si dice, è totalmente ancora aperta.

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