CAD/CAM системы в стоматологии

CAD/CAM технологии в стоматологию пришли из промышленности, где уже давно широко применяются станки с числовым программным управлением (ЧПУ). С 70-х годов прошлого столетия начали предприниматься попытки применять компьютерные технологии в стоматологии для изготовления зубных протезов, но оборудование было громоздким, неудобным и неточным. Современные технические достижения позволили устранить все ранее имеющие место недостатки, и CAD/CAM системы стали более активно применяться в стоматологических клиниках и зуботехнических лабораториях.

Сокращенная аббревиатура системы означает следующее: Computer Aided Design (CAD) - компьютерное проектирование, Computer Aided Manufacturing (CAM) - компьютерное изготовление. CAD/CAM система для автоматического изготовления зубных коронок и протезов включает в себя три основных этапа производства – это сканирование, моделирование и фрезерование. В стоматологии CAD/CAM системы предназначены для моделирования и изготовления индивидуальных зубных протезов и коронок, которые проектируются непосредственно под конкретного пациента. Применение компьютерных 3D технологий позволяет изготовить протез в течение одного посещения пациентом клиники, что по времени значительно превосходит возможности традиционных технологий изготовления. Еще одним из преимуществ CAD/CAM технологий является возможность работать практически с любыми материалами: металл, пластмасса, воск и многие другие. Особенно это надо отметить при работе с диоксидом циркония, поскольку его обработка вручную не представляется возможной.

Зубные протезы из циркония обладают превосходным эстетичным видом и высокой прочностью. Отсутствие металлического каркаса придает протезу естественный вид и цвет, а главное не оставляет на деснах потемнений в местах соприкосновения с металлом. Диоксид циркония относится к гипоаллергенным материалам, и зубные протезы из него не вызывают аллергических реакций, чего нельзя сказать о металлокерамических протезах. Протезы из оксида циркония невозможно изготовить литьевым методом, т.к. он представляет собой материал по своей структуре схожий с обычным мелом. После спекания в печи при температуре около 1350 градусов Цельсия, материал приобретает высокую прочность и твердость, характерную для керамики. При спекании оксид циркония имеет усадку, из-за чего исходные размеры заготовки коронки уменьшаются, эти свойства материала учитываются программой при компьютерном моделировании. При ручной обработке оксида циркония невозможно добиться точности в размерах коронки, и это стало возможным с внедрением компьютерных технологий CAD/CAM.

Основные преимущества применения CAD/CAM технологий в стоматологии:

• полная автоматизация процесса изготовления зубных протезов;
• высокая точность изготовления изделий;
• короткие сроки выполнения работ;
• возможность работать практически с любыми материалами;
• возможность изготовления зубных коронок и протезов из диоксида циркония.

Основные этапы при производстве зубных протезов с применением CAD/CAM систем:

1 этап – снятие слепка с зубов и изготовление гипсовой модели.*
2 этап – сканирование гипсовой модели.
3 этап – трехмерное моделирование будущего протеза на основе цифровой модели, полученной после сканирования.
4 этап – подготовка программы для управления процессом автоматического изготовления зубного протеза на фрезерном станке.
5 этап – автоматическое изготовление зубного протеза на фрезерном станке.
6 этап – термическая обработка (спекание) полученного протеза.**
* В случае применения ручного интраорального сканера (внутриротового сканера) для получения цифровых моделей, этап изготовления гипсовой модели не требуется.
** Этап спекание применяется только для зубных протезов из оксида циркония.

Что необходимо учитывать при выборе CAD/CAM системы?

CAD/CAM система включает в себя сканер и автоматический фрезерный станок, а также программное обеспечение для трехмерного моделирования и управления процессом фрезерования.

Сканеры

Для получения трехмерной цифровой модели зубов и мягких тканей десны применяются специальные стоматологические сканеры. Сканеры бывают интраоральные, для сканирования во внутриротовой полости, и настольные, для сканирования гипсовых моделей зубов, сделанных по слепку.

Интраоральные сканеры позволяют минимизировать участие зубного техника в изготовлении коронок или протезов. Врач самостоятельно с помощью сканера делает цифровой слепок зубов, с помощью специальной программы моделирует будущий протез, и передает данные компьютерным файлом зубному технику. Техник загружает программу в модуль управления фрезерным станком, который в автоматическом режиме вытачивает изделие.

Настольные стоматологические сканеры предназначены для получения цифровой модели методом сканирования гипсовой модели. Для этого необходимо сделать слепок зубов, подготовить гипсовую модель и поместить её в сканер. Вначале сканируется гипсовая модель целиком, затем каждый рабочий элемент в отдельности, для чего гипсовая модель должна быть разборной. После получения цифровой модели проводится трехмерное моделирование протеза, и затем загрузка данных во фрезерный станок.

При выборе настольного сканера надо учитывать три основных технических параметра: поле сканирования, время сканирования и точность сканирования.

Поле сканирования – это параметр, указывающий максимальный размер зоны сканирования. Если поле сканирования маленькое (допустим 40х20 мм), то такой аппарат не позволит работать с полной гипсовой моделью, а только с отдельными её элементами. Для сканирования целой гипсовой модели необходимо поле сканирования не менее 80х80 мм. Поле с размером 90х90 мм позволяет сканировать практически все размеры гипсовых моделей.

Время сканирования зависит от многих факторов, среди которых как технические возможности самого сканера, так и навыки зубного техника. Мы будем рассматривать только возможности сканера. Сканеры, в которых применяется лазерный луч, работают на принципе построения цифровой модели из множества точек методом отражения луча от объекта. Место положения каждой точки определяется лазерным лучом при постоянном вращении модели. Когда луч попадает на поверхность модели, система фиксирует расстояние до этой точки и положение объекта относительно оси вращения. Таким сканерам требуется очень много времени для создания цифровой модели. Средняя скорость сканирования составляет около 2 мм/мин. Высокую скорость работы обеспечивают сканеры, в которых применяется метод проецирования на вращающийся объект полос света с изменяемой шириной, и их регистрацией цифровыми видеокамерами. Такие аппараты позволяют отсканировать полную гипсовую модель от 2 до 7 минут.

Точность сканирования – это максимально допустимый параметр погрешности размеров цифровой модели от гипсовой модели, с которой производилось сканирование. У сканеров с лазерным лучом точность сканирования зависит от диаметра луча, чем меньше диаметр лазерного луча, тем выше точность. Более высокой точностью, по сравнению с лазерным лучом, обладают сканеры с использование полос света и цифровых видеокамер. Применение многополосных систем с несколькими видеокамерами повышают точность сканирования. Большинство аппаратов имеют точность сканирования в пределах от 3 до 20 микрон.

Фрезерные станки

Для изготовления зубного протеза на фрезерном станке необходимо цифровую модель загрузить в систему программного управления процессом фрезерования. Фрезерный станок, управляемый программой, выполнит всю работу в автоматическом режиме. Фрезерование применятся для изготовления разного рода зубных протезов, а также для изготовления хирургических направляющих шаблонов для имплантации.

При выборе фрезерного станка надо учитывать четыре основных технических параметра: количество осей степени свободы, шаг смещения заготовки и фрезы, фиксация заготовки и скорость вращения шпинделя.

Количество степеней свободы – это параметр, указывающий количество осей, в пределах которых перемещается вращающийся инструмент (фреза) и заготовка. Станки для изготовления зубных протезов имеют от 3-х до 6-ти осей. Чем больше у станка степеней свободы, тем он производительней, и тем больше у него возможностей для изготовления сложных деталей.

Шаг смещения заготовки и фрезы – этот параметр указывает размер минимального смещения фрезы относительно заготовки. Чем меньше шаг смещения, тем выше точность изготовленной детали. Современные CAM системы в стоматологии обеспечивают шаг смещения до 0,5 микрон.

Фиксация заготовки во фрезерном станке может выполняться разными способами. Она может быть закреплена в одной точке или в нескольких. Если для заготовок маленького размера одной точки крепления может быть достаточно, то при установке больших заготовок лучше иметь несколько точек крепления.

В малопроизводительных фрезерных станках установка заготовок выполняется вручную по одной штуке. Также есть станки, в которых можно устанавливать несколько заготовок, и фрезерный станок обработает их поочередно. Высокопроизводительные модели станков выполняют в автоматическом режиме установку заготовок, замену обработанной заготовки на новую, а также производят замену фрез в процессе работы.

Скорость вращения шпинделя – этот параметр указывает, с какой скоростью вращается фреза при обработке заготовки. Для каждого изделия с учетом материала, из которого оно будет изготавливаться, программа рассчитывает скорость вращения инструмента и скорость его перемещения по заготовке. Для хрупких материалов скорость вращения фрезы должна быть высокой, для вязких и пластичных материалов лучше подходит низкая скорость.

Фрезерные станки, в зависимости от своих технических характеристик, могут применяться для обработки определенных видов материалов. При выборе фрезерного станка надо очень хорошо представлять, с какими материалами планируется работа, и исходя, в первую очередь из этих требований, производить оценку остальных параметров. Для большинства стоматологических клиник, в которых работа зуботехнической лаборатории нацелена на внутреннее обслуживание, оптимально подойдут станки малой производительности. Для лабораторий, которые оказывают услуги сторонним организациям, следует рассматривать большие высокопроизводительные фрезерные станки. За счет объема производства будет ниже себестоимость на единицу изделия, а также будет возможность выполнения большого количества заказов при пиковой загруженности производства.