Di frequente mi capita di parlare con medici odontoiatri e odontotecnici della possibilità di utilizzare stampanti a filamento nel settore dentale.
Ogni volta che si pone la questione cerco di guardarla sempre e solo da un punto di vista tecnico senza mettere in evidenza le preferenze personali.
Da un punto di vista tecnico sono molto critico sull'utilizzo della tecnologia a filamento per applicazioni dentali. Vi spiego quali sono i motivi per i quali secondo me la tecnologia FFF (Fused Filament Fabrication) non è particolarmente adatta al settore odontoiatrico.
1. Risoluzione e Precisione
Come ho già detto in questo articolo la risoluzione e la precisione sono due parametri fondamentali per valutare la qualità di una stampante 3D. La risoluzione indica la misura più piccola che una stampante può stampare. La precisione indica la capacità della stampante di essere "ripetibile" e cioè di produrre una serie di parti tutte identiche fra loro. Questi due parametri nelle stampanti a filamento sono un po "ballerini" nel senso che non hanno una particolare solidità e affidabilità. La "risoluzione" nelle stampanti a filo è condizionata da tantissimi fattori quali: - la dimensione dell'ugello di stampa: più è piccolo, migliore è la risoluzione; - la rigidità della struttura della stampante: la stampante a filamento è soggetta a molte sollecitazioni meccaniche durante la stampa. Ogni sollecitazione può ripercuotersi brutalmente sulla qualità della stampa. Una struttura poco rigida diventa ingestibile. - le impostazioni software: la stampante a filamento prevede l'inserimento di una grande quantità di impostazioni all'interno del software di stampa quali lo spessore del layer, l'altezza del layer, la velocità di ritrazione del filamento, la quantità di filamento ritratto, la temperatura dell'estrusore e del piano di stampa e così via. Variazioni, anche piccole, in questi parametri condurranno a risultati molto diversi fra loro e non necessariamente accurati.
- la qualità del blocco estrusore: molte stampanti montano, di base, estrusori di scarsa qualità che rendono difficile l'estrusione di alcune tipologie di materiali specifici;
Oltre questi ci sono svariati altri fattori che condizionano la risoluzione e la precisione di una stampante 3D a filamento. Tutti questi fattori devono poter essere controllati al fine di ottenere stampe di qualità paragonabile a quelle ottenibili con macchine SLA.
2. I termopolimeri sono termicamente instabili
Le stampanti a filamenti utilizzano termopolimeri che, per natura, sono termicamente instabili. Alcuni materiali fondono a temperature particolarmente basse deformandosi completamente. Immaginiamo di voler realizzare modelli per termoformatura di allineatori dentali e di volerli stampare con una stampante a filamento. Bene, durante la termoformatura degli allineatori su questi modelli chi ci dice i modelli non si deformino? Se volessimo invece stampare una guida chirurgica e sterilizzarla in autoclave si porrebbe lo stesso problema: il materiale difficilmente resisterebbe ad alte temperature deformandosi irreversibilmente (provato personalmente con il PLA - Acido Polilattico).
3. I termopolimeri sono chimicamente stabili?
Considerata la fusione di un termopolimero come un processo reversibile (cioè l'oggetto può essere continuamente sottoposto a fusione e indurimento) siamo del tutto sicuri che gli oggetti prodotti con queste tecnologie siano chimicamente stabili? Se stampiamo una guida chirurgica e la sterilizziamo a freddo in clorexidina siamo certi che il termopolimero durante il processo di sterilizzazione non subisca modifiche chimiche strutturali tanto da rilasciare particelle potenzialmente dannose quando a contatto con i tessuti? Qui ci sono una serie di punti di domanda ai quali io non so dare risposta e la letteratura scarseggia di informazioni certe a tal proposito. Quindi mi chiedo: perchè rischiare?
3. Le stampe ottenute sono meccanicamente meno stabili di quelle SLA
Le stampe 3D ottenute con macchine a filamento sono, di base, meno stabili meccanicamente rispetto a quelle ottenute con macchine stereolitografiche. Questo è dovuto a un semplicissimo motivo: la stampante costruisce l'oggetto deponendo strato dopo strato diversi layer sovrapposti. Questo pone una serie di problemi meccanici importanti: il modello non avrà una alta resistenza nella direzione perpendicolare a quella di estrusione in quanto tra un layer e l'altro si formano sensibili punti di rottura. La fusione del materiale tra un layer e l'altro è sicuramente meno importante rispetto alla fusione ottenibile da un fotopolimero che reagisce alla luce di un laser.
4. Materiali biocompatibili
La maggior parte dei materiali biocompatibili in commercio è destinato (giustamente) alle stampanti SLA o DLP. Sebbene ci siano materiali biocompatibili per stampanti FFF la loro applicazione è ancora molto limitata.
5. Costi
Una buona stampante a filamento ha un costo che si aggira mediamente sui 4.000€. Una buona stampante SLA ha più o meno lo stesso costo. Dunque, il costo della macchina non può essere un motivo di preferenza. Piuttosto invece il costo del materiale è molto diverso ed è quello il fattore che "attrae" molto spesso gli operatori del settore a voler utilizzare la tecnologia a filamento. In effetti una bobina di 1Kg di filamento "x" può costare al massimo €80 mentre 1 litro di resina per sla o dlp costa almeno 250€. E' pertanto evidente il risparmio in termini di materiale.
C'è invece un ambito applicativo molto molto interessante per le stampanti a filamento in odontoiatria ed è quello della produzione di repliche anatomiche per lo studio dei casi clinici o anche per comunicazione medico-paziente. Questa applicazione si presta molto bene ad essere realizzata con stampanti 3D a filo in quanto tali modelli non entreranno in contatto con il paziente e non verranno sottoposti a procedure post-stampa particolari (sterilizzazione, termoformatura).
Il mio personale consiglio per chi pensa di volersi dotare di una stampante a filamento per il proprio lavoro di laboratorio o di studio è il seguente:
acquistate una stampante 3D a filamento per utilizzarla per la produzione di repliche anatomiche (è il top dell'utilizzo che potreste farne). Non pensate invece di poterla utilizzare clinicamente per produrre dispositivi medici (guide chirurgiche ecc...) perchè è un rischio che forse non vale la pena prendere.
Una nota a margine: la stampa 3D a filamento, ad oggi, non può essere usata per produrre dispositivi impiantabili come le griglie (membrane) in peek per la rigenerazione ossea. E' una operazione del tutto insicura e rischiosa. Si può pensare invece di ricorrere alla fresatura con materiali biocompatibili e già certificati.