1.1 VAT-Polymerisation – SLA und DLP

Grundprinzip

Bei der VAT-Polymerisation (engl. vat photopolymerization, VPP) wird ein flüssiges, lichtempfindliches Harz in einer Wanne (vat) schichtweise ausgehärtet. Je nach System erfolgt die Belichtung

• punktuell durch einen Laser → Stereolithografie (SLA)
• flächenweise durch einen Projektor → Digital Light Processing (DLP)

Der Druck erfolgt schichtweise auf einer Bauplattform. Jede neu aufgetragene Harzschicht wird gezielt polymerisiert, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Das Ergebnis ist ein sogenannter „Grünkörper” – ein teilweise polymerisiertes Objekt, das anschließend gereinigt und nachbelichtet werden muss, um seine endgültigen Eigenschaften zu erreichen (Rosentritt et al. 2024).

Materialien und Anwendungen

Als Ausgangsmaterial dienen aktuell hauptsächlich Photopolymere auf Acrylat-, Methacrylat- oder Urethanbasis. Sie decken ein breites Spektrum zahntechnischer und klinischer Indikationen ab (Gekle et al. 2024; Lankes et al. 2022):

• Modelle (Diagnostik, Aligner, Prothetik)
• Bohr-, Positionierungs- und Übertragungsschablonen
• Funktions- und Aufbissschienen
• Provisorien und permanente Kronen aus gefüllten Harzen
• Basen für herausnehmbaren Zahnersatz

Neue, hochgefüllte Harze enthalten keramische Füllstoffe und erreichen Festigkeiten, die für den klinischen Langzeiteinsatz geeignet sind.

Vorteile und Chancen

• Höchste Auflösung: Schichtdicken zwischen 25 und 100 µm
• Glatte Oberflächen und präzise Kanten – ideale Modelle
• Breites Indikationsspektrum vom Labor bis zur Praxis
• Geringer Materialverbrauch im Vergleich zum Fräsen
• Kompatibilität mit digitalen Workflows (CAD/CAM)
• Schneller Bauprozess bei DLP, da ganze Schichten auf einmal belichtet werden (Gekle et al. 2024)

Grenzen und Risiken

• Pflicht-Postprocessing: Reinigung und Nachbelichtung bestimmen Festigkeit, Härte und Biokompatibilität (Lankes et al. 2022).
• Chemische Reinigung: Isopropanol ist brennbar und gesundheitsbelastend. Wasserwaschbare Harze vereinfachen den Prozess, müssen jedoch nach örtlichen Vorschriften als Sonderabfall entsorgt werden (Lenzen 2024).
• Materialalterung: Licht, Wärme und Feuchtigkeit verkürzen die Haltbarkeit der Harze. Lagerbedingungen gemäß Herstellerangaben sind entscheidend.

Postprocessing

1. Reinigung

Für die Reinigung additiv gefertigter Objekte stehen zahlreiche Verfahren zur Verfügung, darunter Ultraschallreinigung, Magnetrührer oder zentrifugale Systeme, jeweils mit unterschiedlicher Verweildauer. Die Reinigung mittels Ultraschall oder Magnetrührer wird häufig zweistufig empfohlen: Zunächst erfolgt eine Vorreinigung in einem ersten Bad, gefolgt von einer Endreinigung in einem frischen, neuen Bad.

Einige Hersteller – insbesondere im Chairside-Bereich – verzichten bewusst auf spezielle Reinigungsgeräte und empfehlen stattdessen eine konventionelle manuelle Reinigung, etwa mit Pinsel oder Sprühflasche. Andere Ansätze sehen vor, die gedruckten Objekte nach der Reinigung vorsichtig mit Zellstoff abzutupfen, um überschüssige Reinigungsflüssigkeit zu entfernen. Zudem stehen mittlerweile unterschiedliche Reinigungslösungen zur Verfügung, darunter verschiedene kurz- oder langkettige Alkohole sowie wasserbasierte Lösungen, die der Entfernung nicht polymerisierter Harzreste dienen.

Studien zeigen, dass die Wahl des Reinigungsmediums einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften haben kann. So weisen Ethanol und EASY 3D Cleaner teilweise geringere Biegefestigkeiten auf als andere Reinigungsverfahren, etwa Isopropanol oder Yellow Magic 7 (Lambart et al. 2022). Gleichzeitig zeigte sich, dass Isopropanol wiederum geringere Festigkeiten erzielt als die Reinigung mittels Zentrifuge oder mit langkettigen Alkoholen (Lankes et al. 2022). In weiteren Untersuchungen führten unterschiedliche Reinigungsverfahren zwar nicht zu signifikanten Unterschieden in der Oberflächenrauheit, beeinflussten jedoch die mechanische Festigkeit sowie die Umsetzungsrate der Polymerisation (Lambart et al. 2022; Nam et al. 2024). Dabei erzielten automatisierte Reinigungssysteme in der Regel die besten Ergebnisse (Ibisevic et al. 2026).

2. Nachpolymerisation

Auch bei der Nachpolymerisation sind zahlreiche Systeme im Einsatz, darunter UV-Licht-, Halogen-, LED-, Xenon- und Blitzlichtsysteme, jeweils mit oder ohne Heizfunktion sowie mit oder ohne Schutzgasatmosphäre (Perea-Lowery et al. 2021; Reymus & Stawarczyk 2021; Ibisevic et al. 2026).

Eine höhere Polymerisationstemperatur sowie eine verlängerte Polymerisationszeit führen zu einer Erhöhung von Festigkeit, Bruchlast und Oberflächenhärte des Kunststoffs und gehen gleichzeitig mit einer Reduktion der Zytotoxizität einher (Bayarsaikhan et al. 2021; Dantagnan et al. 2023; Kul et al. 2025). Bereits eine Verlängerung der Postpolymerisationszeit auf 10 Minuten kann zu einer Steigerung der Festigkeit, Oberflächenhärte und Umsetzungsrate führen (Jo et al. 2022), kann jedoch zugleich Gelbverfärbungen (Dantagnan et al. 2023) sowie eine Verschlechterung der Formtreue der Objekte verursachen (Katheng et al. 2023).

Grundsätzlich sind Lichtintensität, Belichtungsdauer, Dosis und Wellenlänge entscheidend für eine korrekte Nachpolymerisation und müssen sowohl auf das jeweilige Harz und dessen Initiatorsystem als auch auf die zuvor verwendeten Druckparameter abgestimmt sein (Chang et al. 2024; Kim et al. 2024; Siqueira et al. 2024; Santis et al. 2025). Eine höhere Lichtintensität der Nachhärtungsquelle erhöht die mechanischen Eigenschaften der gedruckten Objekte (Reymus et al. 2019; Reymus & Stawarczyk 2021).

Zudem wurde gezeigt, dass auch die Art des eingesetzten Nachpolymerisationsgeräts einen wesentlichen Einfluss hat (Li et al. 2021; Wada et al. 2022; Wada et al. 2023a; Wada et al. 2023b; Haugli et al. 2023; Wan et al. 2024; Rizzante et al. 2025). Insbesondere UV- und LED-Systeme beeinflussen Biegefestigkeit, Oberflächenhärte und Zytotoxizität positiv, was vermutlich auf die höhere Energieeinwirkung zurückzuführen ist (Ibisevic et al. 2026).

Auch die Atmosphäre, unter der die Nachpolymerisation erfolgt, ist entscheidend. In sauerstoffreduzierten Umgebungen werden in Bezug auf Mechanik und Biokompatibilität die besten Ergebnisse erzielt (Lee et al. 2022; Lim et al. 2022), während bei Luftatmosphäre die ungünstigsten Resultate beobachtet wurden (Kul et al. 2025). Ein zusätzlicher Druck während der Herstellung kann die Umsetzungsrate ebenfalls positiv beeinflussen (Hoffmann et al. 2025; Wu et al. 2025).

Eine mikrowellenbasierte Nachpolymerisation ist hingegen aufgrund der damit verbundenen Dimensionsveränderungen der Objekte nicht empfehlenswert (Silva et al. 2023). Zudem zeigte eine weitere Studie, dass die Nachpolymerisation überwiegend eine oberflächliche Wirkung entfaltet: In Tiefen von mehr als 2 mm verändern sich die Materialeigenschaften durch zusätzliche Nachpolymerisation nicht mehr signifikant (Gekle et al. 2025).

Weitere Untersuchungen zeigen, dass sowohl das Reinigungsprotokoll als auch der Polymerisationstyp die zyklische Ermüdungsgrenze beeinflussen (Wulff et al. 2021; Wulff et al. 2022; Wulff et al. 2024a; Wulff et al. 2024b), wobei eine LED-Nachhärtung tendenziell bessere Ergebnisse als Xenonlicht erzielte (Wulff et al. 2024a). Zudem erwies sich die automatisierte Reinigung in Kombination mit LED-Nachhärtung als Variante mit den geringsten zytotoxischen Effekten (Wulff et al. 2022). Die Reinigungs- und Nachhärtemethode hatten jedoch keinen Einfluss auf Verschleiß oder Wasseraufnahme, was darauf hindeutet, dass diese Parameter material- und nicht prozessabhängig sind (Wulff et al. 2024a). Schließlich zeigt sich, dass auch der zeitliche Abstand zwischen Reinigung und Nachpolymerisation – insbesondere ab etwa 6 Stunden – einen Einfluss auf die Qualität der gedruckten Objekte haben kann (Choi et al. 2025).

3. Oberflächenfinish

Polieren und Lackieren verbessern Rauheit und Verschleiß. Lacke (z. B. OPTIGLAZE color, VITA AKZENT LC) erhöhen die Abrasionsbeständigkeit und Farbstabilität (Lask et al. 2024; Lask et al. 2025). Politur mit Ziegenhaarbürstchen liefert die beste Balance aus Glätte und Festigkeit.

Keramische Anwendungen der VAT-Polymerisation

Die VAT-Polymerisation eignet sich nicht nur für Photopolymere, sondern auch für keramisch gefüllte Harze. Hier werden feine Keramikpartikel (z. B. SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃) in eine lichtreaktive Matrix mit zahlreichen Additiven dispergiert.

Nach dem Druck entsteht ein „Grünkörper”, der anschließend chemisch und/oder thermisch entbindert wird (Additive werden entfernt). Man spricht dann von einem „Weißling”. Erst nach einer zusätzlichen thermischen Behandlung (kristallisieren/sintern) bekommt das gedruckte Objekt die Endeigenschaften und darf als Restauration eingesetzt werden. Das organische Harz brennt ab, die Keramikpartikel verdichten sich zu einem dichten Bauteil (Hoffmann et al. 2025).

• Forschungslage: Die VAT-Polymerisation ist das am intensivsten beforschte AM-Verfahren für dentale Keramiken (Walukouw et al. 2025).
• Mechanische Eigenschaften: Feldspatkeramiken zeigen nach dem Sintern > 99 % relative Dichte und Festigkeiten auf CAD/CAM-Niveau (Hoffmann et al. 2025).
• Zirkonoxid-Anwendungen: Hohe Dimensionsstabilität und Bruchzähigkeit nach dem Brennen (Walukouw et al. 2025).
• Prozessinnovation: Das „Ultrafast Thermal Debinding” (UFTD) verkürzt die Binderentfernung auf unter 30 Minuten bei vergleichbarer Qualität (Mosadegh et al. 2025).

Mechanische und ästhetische Aspekte

• Oberflächenrauheit: Polierte oder lackierte Harzobjekte (< 0,2 µm) zeigen geringere Plaqueanlagerung.
• Farbstabilität: Lackierte Objekte verfärben sich am wenigsten nach Lagerung in Rotwein oder Kurkuma (Lask et al. 2025).
• Die gedruckten Objekte weisen im Moment noch geringere Festigkeitswerte als die gefrästen auf (Hoffmann et al. 2025).
• Die gedruckten Objekte zeigen in Kombination mit Wasser eine Abnahme der Festigkeit (Hoffmann et al. 2025).
• Es gibt signifikante Unterschiede zwischen den Harzen in Abhängigkeit von dem Herstellungsprozess (Hoffmann et al. 2025).
• Adhäsive Befestigung bei definitiven Restaurationen: Air-Abrasion mit Al₂O₃ in Kombination mit MDP-haltigen Adhäsivsystemen (Lankes et al. 2022).

Kurzüberblick