AMOA3D
Das Projekt AMOA3D entwickelt eine neue Generation von transparenten Zahnkorrektur-Schienen (Alignern), die direkt mittels additiver Fertigung hergestellt werden können. Durch innovative Dual-Wavelength-Stereolithographie lassen sich innerhalb eines Bauteils unterschiedliche mechanische Eigenschaften gezielt einstellen. Dadurch sollen effizientere, komfortablere und nachhaltigere orthodontische Behandlungen ermöglicht werden.
Projektpartner
- Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe, Koordinator
- Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe
- Polymer Competence Center Leoben GmbH
- Danube Private University GmbH
- Luxinergy GmbH
Motivation und Ziele
Zahnfehlstellungen betreffen einen großen Teil der Bevölkerung und werden zunehmend mit transparenten Alignern statt klassischen festen Zahnspangen behandelt. Aktuelle Verfahren zur Herstellung dieser Schienen sind jedoch aufwendig, materialintensiv und bieten nur eingeschränkte Möglichkeiten zur gezielten Anpassung der mechanischen Eigenschaften. Gleichzeitig zeigen direkt 3D-gedruckte Alignersysteme derzeit noch Nachteile wie geringere Kräfte auf die Zähne sowie eine schnelle Spannungsrelaxation.
Das Projekt AMOA3D adressiert diese Herausforderungen durch die Entwicklung eines neuartigen additiven Fertigungsprozesses, der eine räumlich aufgelöste Einstellung der Materialeigenschaften ermöglicht. Dadurch können in einer einzelnen Alignerstruktur gezielt steifere und weichere Bereiche integriert werden, um die Kraftübertragung auf die Zähne zu optimieren.
Das PCCL spielt dabei eine zentrale Rolle in der Simulation, Modellierung und Designoptimierung der Alignerstrukturen. Mithilfe von Finite-Element-Simulationen und struktureller Optimierung werden mechanische Belastungen, Spannungsverteilungen und das Verhalten der Materialien unter realistischen Bedingungen analysiert. Diese virtuellen Modelle ermöglichen es, die Geometrie und Materialverteilung der Alignersysteme gezielt zu optimieren, um eine effektive Zahnbewegung, hohe Patientenkomfort und langfristige mechanische Stabilität zu gewährleisten.
Hauptziele
- Entwicklung eines additiven Fertigungsprozesses für individuell angepasste
Zahnschienen - Nutzung von Dual-Wavelength-Stereolithographie zur lokalen Einstellung
mechanischer Materialeigenschaften - Simulation und designbasierte Optimierung von Aligner-Strukturen mittels
Finite Elemente Methode - Verbesserung der Kraftübertragung und Behandlungswirksamkeit bei
komplexeren Zahnfehlstellungen - Reduktion von Materialverbrauch, Prozessschritten und
Produktionskosten - Wertvoller Beitrag zu den Sustainable Development Goals (SDGs) der UN:
- UN SDG 3 (Good Health and Well-Being)
- UN SDG 9 (Industry, Innovation and Infrastructure)
- UN SDG 12 (Responsible Consumption and Production)
- UN SDG 13 (Climate Action)
Ziele und Vorgangsweise
Im Projekt AMOA3D werden zunächst neue photoreaktive Harzsysteme entwickelt, die auf unterschiedliche Lichtwellenlängen reagieren und dadurch gezielt unterschiedliche Materialeigenschaften erzeugen können. Parallel dazu wird eine neuartige DLP-basierte 3D-Druckplattform aufgebaut, die diese Zwei-Wellenlängen-Belichtung präzise steuern kann. Auf Basis dieser Materialien und Drucktechnologien entwickelt das PCCL numerische Modelle, mit denen das mechanische Verhalten der Alignersysteme simuliert und optimiert wird. Mithilfe von Finite-Element-Analysen wird untersucht, wie sich unterschiedliche Materialkombinationen, Schichtstrukturen und aktive Funktionen auf die Kraftübertragung auf die Zähne auswirken. Abschließend werden Prototypen hergestellt, experimentell getestet und hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, Biokompatibilität und klinischen Funktion validiert.
„Durch die Kombination von innovativen Materialien, additiver Fertigung und simulationsgestützter Designoptimierung kann eine neue Generation personalisierter Dental-Aligner entstehen, die Behandlungen effizienter, komfortabler und nachhaltiger macht.“
Fördergeber
Die Forschungsarbeiten im Rahmen des Projekts „AMOA3D – Adaptive Multimaterial Orthodontic Aligners via Dual-Wavelength 3D Printing“ werden am Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL) im Rahmen des „Kreislaufwirtschaft und Produktionstechnologie, national 2024“-Programms des Bundesministeriums für Innovation, Mobilität und Infrastruktur durchgeführt. Das Programm wird durch die FFG abgewickelt.
