La impresión 3D en odontología

Introducción:

Desde hace muchos años el sector dental está en plena mutación gracias al desarrollo de la odontología digital.
La fabricación por adición en particular ha permitido a la industria dental desarrollar el uso de las tecnologías digitales.
En efecto, el sector dental es un mercado en expansión de la tecnología de impresión 3D ya que se confronta constantemente a la necesidad de la fabricación de productos a medida.

Algunas cifras clave

En 2015, el mercado de la impresión 3D de la industrial dental equivalía a 780 millones de dólares. De acuerdo con la empresa Smartech Publishing, líder en la creación de estudios de mercado relacionados con la fabricación por adición, el sector médico (incluido el dental), representa un 11,3 % de los usuarios de las tecnologías de fabricación por adición.
Smartech Publishing informa también que el mercado de impresión 3D dental alcanzará más de 3,1 mil millones de dólares en 2020. En efecto, este mercado desarrolla un fuerte crecimiento anual estimado de más del 35 % y debería alcanzar los 9,5 mil millones de dólares para el año 2027.
Estas cifras prometedoras muestran todas las oportunidades de la fabricación por adición en el sector.
En este artículo sobre la impresión 3D dental, detallamos las técnicas, materiales y principales usos de las tecnologías de impresión 3D en odontología. Explicamos las ventajas e inconvenientes de la impresión 3D en este sector y finalizamos analizando las perspectivas de esta técnica innovadora.

Las tecnologías de impresión 3D en el sector dental: diferentes procedimientos y materiales

En la industria, la fabricación por adición es un procedimiento de modelado de una pieza mediante la adición de materia apilando capas de forma sucesiva. La impresión 3D no es más que el nombre que se le ha dado, que reúne todos los procedimientos por adición.
En la industria dental, se utilizan varias tecnologías y materiales en la fabricación por adición.
El proceso de creación puede ser físico (fusión seguida por una solidificación, sinterizado) o químico (fotopolimerización).
La utilización final condiciona la elección de la técnica.
A continuación detallamos los principales procedimientos utilizados en odontología:

FDM Modelado por deposición fundida (Fused Deposition Modeling)

La técnica consiste en la deposición de un filamento termoplástico calentado a la temperatura de plasticidad del polímero fundido. La creación en este caso es física y se utilizan materiales termoplásticos (ABS o PLA).
El FDM tiene la ventaja de fabricar piezas a bajo costo que no necesitan ningún tratamiento posterior. Sin embargo, se le reprocha su falta de rapidez, precisión y biocompatibilidad. Por lo tanto, solo está adaptado para crear modelos maestros dentales para termoformar férulas de alineación de ortodoncia, férulas de contención o de blanqueamiento.
Ahora bien, con la aparición del nuevo material termoplástico PEEK (Polieteretercetona), este procedimiento permitiría ofrecer soluciones dentales biocompatibles y en particular, prótesis parciales removibles. Este material, aprobado por la FDA (Administración estadounidense de medicamentos y alimentos), presenta una excelente resistencia química y mecánica, es ligero y mejora la comodidad del paciente. La prótesis que no contiene metal tiene la ventaja de ser neutra en lo que al gusto se refiere.

La fotopolimerización

Es el principal procedimiento de fabricación por adición utilizado en el sector dental. Es un procedimiento químico utilizado en la técnica SLA (Estereolitografía) y DLP (Procesamiento digital de la luz).
La SLA consiste en la formación de un modelo 3D por capas sucesivas gracias a un láser que recorre cada capa con un baño de líquido fotosensible y lo polimeriza. Se utilizan elastómeros y plásticos termoendurecibles.
Esta tecnología ofrece una resolución y precisión mucho mayor que aquella ofrecida por el FDM, con materiales biocompatibles, en este caso resinas líquidas aprobadas por la CE y la FDA. El acabado es mucho menos complejo, lo que reduce el tiempo de fabricación.
Gracias a esta tecnología, es posible cambiar de material dependiendo de la utilización del producto.  Por lo tanto, se aplica en la confección de guías quirúrgicas, prótesis provisionales, elementos calcinables como los cuerpos en stellites…

La fabricación aditiva metálica

Representada principalmente por la SLM (Fusión selectiva por láser) y el SLS (Sintetizado selectivo por láser), encuentra su lugar en la producción de implantes, de stellites o de capas de cromo-niquel. 
Esta tecnología necesita una producción constante para amortizar la considerable inversión.
Además, las piezas de metal necesitarán a veces un tratamiento posterior más importante, reduciendo así la productividad. Pero en términos de costo por unidad, es claramente la más interesante.

Procedimiento Materiales
Selective Laser Melting (SLM) o Fusión selectiva por láser +++
Plásticos
Cerámicas
Selective Laser Sintering (SLS) o Sintetizado selectivo por láser +++
Termoplásticos (policarbonato, poliamidas, cloruro de polivinilo)
Cerámicas
FDM Modelado por deposición fundida Termoplásticos (ABS o PLA)
Estereolitografía (SLA) Elastómeros y plásticos termoendurecibles

Los usos de la impresión 3D en odontología

Los profesionales del mundo dental empezaron a utilizar la impresión 3D para diseñar guías quirúrgicas, férulas dentales personalizadas, piezas en resina calcinable o impresiones para moldes, y coronas dentales temporales.
Los usos de la impresión 3D en odontología pueden clasificarse en tres categorías:

Fabricación directa de dispositivos dentales a medida:

Principalmente, guías quirúrgicas para implantes que permiten guiar al cirujano en el momento de la perforación, y respetar así la planificación previa al implante digital, en particular la localización, la angulación y la profundidad de los implantes.
También es posible imprimir en 3D, utilizando resinas biocompatibles de clase III, férulas (de blanqueamiento, de descarga para tratar el bruxismo y de aplicación de gel de flúor) cómodas y perfectamente adaptadas a la boca del paciente. 
La impresión 3D permite también diseñar dispositivos utilizados en ortodoncia, como las férulas para corregir la alineación, férulas de transferencia de brackets, las guías de osteotomía y las guías de reposicionamiento, así como todo tipo de órtesis y aparatos de ortodoncia interceptiva.
También se pueden imprimir en 3D aparatos de cirugía maxilofacial (genioplastia, rinoplastia, epítesis). 
Impresión 3D de impresiones para moldes dentales utilizando la técnica de la cera perdida.
Una versión en 3D de la prótesis dental (corona, puente…) imprimida en resina calcinable se utiliza para fabricar un molde personalizado utilizando la técnica de la cera perdida. La prótesis final se obtiene vertiendo el material elegido (cerámica, metal…) en este molde.

Imagen 1. Corona dental imprimida en 3D (técnica de la cera perdida)

Fabricación directa de restauraciones y prótesis dentales

Gracias a la impresión 3D es posible diseñar carillas dentales, coronas y puentes provisionales con resinas biocompatibles. Estas restauraciones se ajustan perfectamente a la boca del paciente gracias a la alta precisión del escaneo 3D y de las impresiones 3D de resinas SLA o DLP.
Sin embargo, cabe destacar que todavía es imposible imprimir directamente en 3D coronas o prótesis dentales permanentes en resina o cerámica.
La fabricación aditiva de metal permite confeccionar directamente coronas, puentes e implantes dentales, así como la parte metálica de stellites dentales y la base de las prótesis completas removibles.

Cada aplicación con su técnica

Aplicación Técnica
Guías quirúrgicas SLA

Prótesis provisionales SLA
Órtesis para ortodoncia, aparatos para ortodoncia interceptiva, férulas dentales, modelos SLA

Cirugía maxilofacial (genioplastia, rinoplastia, epítesis) y ortodoncia: Guía de osteotomía y guía de reposicionamiento. Ej.: osteotomía Lefort, reconstrucción mandibular… SLA

Bases de prótesis completas removibles

FDM
Estructura metálica de prótesis parciales removibles Fabricación por adición de metal

Las ventajas de la impresión 3D para el sector dental

Hoy en día, en los laboratorios de prótesis que tienen un flujo de trabajo digital, es frecuente que coexistan soluciones tanto sustractivas como aditivas.
Recurrir a la impresión 3D en complemento a los métodos de fabricación clásicos presenta muchas ventajas.

Un proceso de fabricación desmaterializado y simplificado

Tradicionalmente, las prótesis eran el resultado de la colaboración entre el dentista y el protésico. La llegada de las tecnologías digitales trastorna esta organización clásica desmaterializando totalmente el proceso de trabajo.
Estos dos actores del sector dental forman parte de un proceso de modernización de sus herramientas de tecnología punta, conservando al mismo tiempo su saber-hacer, que continúa siendo primordial. 
Utilizando la fabricación por adición, es posible simplificar la cadena de producción gracias al flujo digital, optimizar las condiciones y reducir los ciclos de fabricación de prótesis y moldes dentales, las etapas delicadas de trabajo manual.

Rapidez

El proceso totalmente digital que va desde la impresión dental digital hasta la fabricación por impresión 3D solo necesita algunas horas de trabajo, en comparación a los días que eran necesarios anteriormente. Los plazos de fabricación reducidos permiten en algunos casos que el paciente se presente en la consulta una única vez.
Al reducir el tiempo humano, la fabricación por adición permite utilizar ese tiempo en un trabajo de gran valor añadido y aumentar considerablemente la productividad.

Rentabilidad

El retorno de la inversión (ROI por sus siglas en inglés) de la impresión 3D es importante, lo que explica que numerosos cirujanos-dentistas y protésicos de todo el mundo utilicen esta técnica.
Hoy en día, más del 50 % de los laboratorios de prótesis franceses están equipados con escáneres 3D y fresadoras, y el 20 % con impresoras 3D, lo que les permite aumentar su volumen de negocios del 70 %.
La fabricación por adición de material es en efecto muy rentable, ya que se pueden imprimir varias prótesis de forma simultánea, permitiendo realizar economías de escala en términos de tiempo y costo.

Piezas de alta precisión

Las técnicas de fabricación por adición de material aportan más precisión.
La calidad de las piezas fabricadas no tiene nada que envidiar a aquellas producidas mediante métodos convencionales de la industria dental.
El principal beneficio de la impresión 3D consiste en su capacidad de producir piezas personalizadas y a medida.

Ventajas para el paciente

El uso combinado de técnicas digitales permite fabricar dispositivos y prótesis dentales personalizadas en un tiempo récord, aumentando la comodidad del paciente y la eficacia de su tratamiento. 

Aspecto ecológico

Las tecnologías por adición son conocidas por su bajo consumo energético. Son poco contaminantes y afectan menos al medio ambiente.
Los materiales utilizados son en general biodegradables y reciclables, y por lo tanto, más sostenibles.

Inconvenientes

Las tecnologías 3D presentan ventajas significantes. Sin embargo, algunos especialistas acostumbrados a trabajar utilizando métodos tradicionales, pueden ser reticentes a su uso.
En efecto, la conversión a la tecnología digital requiere tener cierta confianza en estos procedimientos. Los dentistas y protésicos que deciden dar el paso deben adquirir el material necesario, cuya utilización requiere una nueva organización y lógica de trabajo. También deben realizar una formación para dominar los programas informáticos y aparatos.

Perspectivas

SmarTech Publishing explica que las soluciones de impresión 3D en resina con precios inferiores a 5.000 $ jugarán un papel primordial en el crecimiento de la impresión 3D del mercado dental.
La empresa calcula que en los dos últimos años la sociedad Formlabs ha incrementado su cuota de mercado en 20 con su impresora 3D Form 2 y las resinas dentales certificadas.
SmarTech afirma que en los diez próximos años, la fabricación por adición se convertirá en el principal método de producción para todas las restauraciones dentales, englobando con el tiempo toda la gama de prótesis dentales. En particular la fabricación aditiva metálica debería tener un papel importante en este sector, principalmente en la producción de implantes en metal directo.
El informe estima que para el año 2024, la subcontratación de la impresión 3D en metal para fabricar estos implantes sobrepasará el volumen de negocios de los mil millones.

Conclusión

La impresión 3D y las técnicas y materiales relacionados con esta tecnología, se han impuesto en el sector dental gracias a la flexibilidad en la producción, su eficacia, rapidez y precisión. 
Las técnicas aditivas permiten optimizar los procesos de fabricación (dominados durante mucho tiempo por la mecanización) de prótesis y diferentes aparatos dentales sin poner en riesgo la calidad final de los productos.
Su principal ventaja radica en la fabricación de dispositivos a medida, problemática principal en medicina y en particular en el sector dental.
Todas las cifras muestran que el desarrollo del mercado dental es prometedor y que puede obtener la máxima rentabilidad de las técnicas digitales.