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ドレスデン,ドイツ: フラウンホーファー研究機構のプロジェクトは、医療分野における積層造形技術の可能性を引き出すことを目的としています。このプロジェクトでは、さまざまなパートナーとネットワークを構築し、幅広い積層造形技術を網羅しています。このプロジェクトでは、3Dプリンティングの新たな進歩を、具体的で患者志向のアプリケーションと組み合わせることを目指しています。特に歯科に焦点を当てており、ドイツとポーランドの科学者たちが一連のパイロットプロジェクトで協力し、歯科技工所やさまざまな専門分野の歯科医師たちと密接に連携しています。

アプリケーション指向の研究組織は6月、ドイツとポーランドのフラウンホーファー研究機構の高性能センターが、プロジェクト「Additive Technologies for Medicine and Health (ATeM)」に従事していることを発表しました。このプロジェクトは、医療技術の分野で有用なツールとして積層造形を確立することを目的としており、個々のプロジェクトの最初のデモンストレーションは、今年の第3四半期頃に行われる予定です。

ドレスデンにあるフラウンホーファーIWSの積層造形・表面技術分野マネージャーであるFrank Brückner教授は、Dental Tribune International (DTI)に次のように語っています。「ATeMの主な目的の1つは、新しい材料を導入したり、追加の機能を統合するなどして、現在行われている歯科学の研究活動の技術的な準備レベルを向上させることです。」

歯科用補綴物の新しい機能性

歯科分野では、フラウンホーファーの科学者たちが、歯科補綴物における3Dプリントの新たな応用分野を研究しています。「革新的な材料の使用や、患者の装着感を向上させるための付加的な機能性を歯科補綴物に組み込むことには、大きな可能性があります。」と、Brückner教授はプレスリリースでコメントしています。

研究されている特性や機能性について尋ねると、Brückner氏は次のように答えた。「主な目的は、新しい機能性を持った歯科部品を提供し、その美的外観を改善し、現在の製造ルートを最適化することです。」例えば、インテリジェントなインプラントによって新しい機能性を実現することができます。彼はこう説明します。「この目的のために、特定のバイオマーカーのセンサーを製造工程で歯科部品に組み込みます。治癒の進捗状況や合併症の発生に関する情報を歯科医師に提供することができます。」

フラウンホーファーIWSは、歯科分野で研究されているアプリケーションについて言及し、アディティブ・マニュファクチャリングの進歩により、口腔内スキャナーを使って口腔内をスキャンした直後に、より迅速な治療や非常に複雑な歯科インプラントの印刷が可能になると述べています。また、金属とプラスチックを組み合わせて審美性を向上させたり、歯科補綴物の製造を迅速かつ効率的に行うことで、治療費や資源の面でもメリットがあります。

患者様に合わせた矯正装置の製作と効率化

アディティブ・マニュファクチャリングの開発により、歯列矯正の治療期間を短縮したり、ブラケットを患者に合わせてカスタマイズしたりすることも可能になります。とBrückner氏は説明します。「ブラケットのような目に見える矯正部品の場合、対象となる複数の材料を組み合わせて設計することで、機械的負荷に耐えうる機能的に最適化された内部構造と、患者に合わせた審美的な外観デザインを組み合わせることができるかもしれません。このようにして、歯列矯正装置の審美性を大幅に向上させることができ、これは特に前歯部において望ましいことです。」

ATeMの主な目的の一つは、現在の歯科学の研究活動の技術的準備レベルを向上させることです
- フラウンホーファーIWSのFrank Brückner教授

歯科医師は、多くの歯科製品がいまだに多くの手作業で製造されていることをよく知っています。積層造形技術は、高価で時間のかかる作業を部分的に代替することを可能にしており、3Dプリントプロセスの進歩は、歯科医院や歯科技工所のリソースをさらに節約することにつながります。例えば、同研究所では、3Dプリント技術をシームレスに統合する可能性を見出すために、歯科部品製造のための確立されたプロセスチェーンを検討していると説明しています。Brückner氏は次のように述べています。「例えば、口腔内スキャンを使用したデータ収集から、製造、応用に至るまでのプロセスチェーンをエンドツーエンドでデジタル化することに重点を置いています。その結果、複雑な義歯の待ち時間やコストを大幅に削減することができます」と述べています。

革新的な素材とデータ収集の調査

このプロジェクトは、ドレスデンのフラウンホーファーIWS、ドイツのケムニッツにあるフラウンホーファー工作機械・成形技術研究所IWU、ポーランドのヴロツワフ科学技術大学機械工学部および先進製造技術センターの共同プロジェクトです。このようなパートナーのネットワークには、例えば、ステレオリソグラフィや溶融フィラメント加工などの幅広い付加技術が関係しています。これらの技術は、金属よりも口腔内での審美性に優れたさまざまなポリマーの加工に使用できます。（特に目に見える部分）

Brückner氏は、金属はインプラントや補綴物など、荷重のかかる多くの用途で重要な役割を果たしており、金属ベースの積層造形には様々なプロセスが利用できると説明した。「例えば、難しい素材であっても、非常に複雑なニアネットシェイプの部品に加工することができます。また、バインダージェッティングは、複雑な部品の製造を可能にします。他の粉末床ベースのプロセスとは異なり、支持構造は必要なく、その結果、良好な表面品質をプロセスで実現することができます」と述べています。

ATeMの科学者たちは、チタンベースやコバルトクロムベースの合金など、歯科分野で定評のある材料に加えて、患者の装着感の向上、歯垢付着のリスクの低減、データ取得量の増加を可能にするセンサー技術の統合など、革新的な材料についても研究しています。

積層造形プロセスはすでに高度にデジタル化されていますが、ATeMの科学者たちは、歯科におけるデジタルデータ取得にこれらのプロセスをシームレスに統合するために、さらなる最適化を目指しています。Brückner氏は次のように述べています。「例えば、口腔内スキャンのデータに基づいて、歯科修復物を直接作成することができます。これにより、歯科医とメーカーとのコミュニケーションが容易になるだけでなく、分散した生産における品質を確保することができます。」と説明しています。また、センサー技術を補綴物やインプラントなどの歯科部品に統合することで、歯科医師と患者の双方に情報を提供する新しい機能を組み込むことができると述べています。
「このプロジェクトの一つの目標は、患者と治療を行う歯科医師の両方にとっての使いやすさを向上させるために、プロセスチェーン全体にわたるセンサー統合、データ取得、処理のためのデジタル機能ストランドを導き出すことです」とBrückner氏は述べています。

現在、歯科用の口腔内スキャナーと3Dプリントには大きな関心が寄せられており、この2つの分野は今後5年間で2桁の成長が見込まれています。iData Research社の設立パートナーであり、歯科専門アプリケーションのマーケットリサーチャーであるKamran Zamanian博士は、これらの技術が歯科医師にとってますます魅力的になっている理由として、診療所でのシームレスなワークフローを実現するだけでなく、感染症のリスクをより適切にコントロールすることができる点を挙げています。DTIが発表した論説の中で、Zamanian氏は、COVID-19の大流行がすでに歯科用3Dプリント技術の市場に影響を与えていると述べています。「パンデミックが収束に向かっている今、3Dプリンターの売上は急速に伸びています。さらに、3Dプリンターや口腔内スキャナーなどのデジタル技術は、汚染のリスクをより適切にコントロールすることができ、これがすでに販売を促進し始めており、近い将来もそうなるでしょう」と記しています。