Mit dem „Model Creator“ hat Exocad ein Modul entwickelt, das Anwender bei der Herstellung eines physischen Modells aus einem Intraoral- und Abformscan unterstützt. Dieses ist verfügbar als Add-on-Modul zu DentalCAD und als Stand-Alone-Version. Über Herausforderungen bei der Softwareentwicklung von Model Creator spricht Dr. Stefan Böttner, Senior Algorithm Development Manager bei Exocad. Dabei verrät er auch, warum Zahntechniker im weitesten Sinne einem Algorithmus folgen.
 

In welchem Bereich der Softwareentwicklung sind Sie tätig?

Dr. Stefan Böttner: Wir haben zwei Teams, im Backend und Frontend der Exocad-Softwareentwicklung. Ich arbeite im Backend im Bereich algorithmische Geometrie. Benutzerfreundlichkeit und Interface sind die Aufgaben meiner Kollegen im Frontend. Wir gehen mit unterschiedlichen, teilweise sogar gegenteiligen Sichtweisen an die Softwareentwicklung heran, aber immer mit dem Bestreben, die Software für unsere Kunden möglichst nützlich und letztlich unverzichtbar zu machen. Denn nur gemeinsam finden wir eine kundenorientierte Lösung, die auch das Bedienererlebnis berücksichtigt.
 

Über Dr. Stefan Böttner
Dr. Stefan Böttner, Senior Algorithm Development Manager bei Exocad, ist im Jahr 2010 direkt nach seinem Studium und seiner Promotion in Mathematik zum Unternehmen gestoßen. Als Mitarbeiter Nummer Fünf baute er an seinem ersten Arbeitstag seinen Schreibtisch noch selbst zusammen. „Ich schätze es sehr, dass ich keine starren Vorgaben für Lösungen bekomme, sondern kreativ gestalten kann.“

Softwareentwicklung und Zahntechnik scheinen auf den ersten Blick sehr unterschiedliche Disziplinen zu sein. Sehen Sie eine Gemeinsamkeit?

Böttner: Auch ein Zahntechniker folgt einem Algorithmus, beispielsweise beim Ausgießen eines Modells mit Gips, dem Zersägen des Gipsmodells und Fräsen der Präparationsgrenze. Das ist im weitesten Sinne ein Algorithmus, der einer Liste von Handlungsanweisungen folgt. In der Softwareentwicklung ist ein Algorithmus viel kleinteiliger, weil wir der Maschine sehr detailliert „sagen“ müssen, was sie tun soll.
 

Sie haben die Software „Model Creator“ mitentwickelt. Was ist ein Modell aus der Perspektive des Softwareentwicklers?

Böttner: Im Zahntechnikbereich modellieren wir in der CAD-Software mit Dreiecksnetzen, weil sich sogenannte Meshes gut zur Darstellung anatomischer Oberflächen eignen. Dreiecksmeshes sind große geometrische Objekte, die wiederum aus kleinen Dreiecken, wir sprechen von Primitiven, zusammengesetzt sind. Darauf arbeiten dann die Algorithmen; die algorithmische Geometrie ist sozusagen der Motor. Aus meiner Perspektive als Softwareentwickler ist ein virtuelles Modell eine formlose Masse Geometrie.

Abb. 1: Das Bild zeigt den klassischen Workflow im Falle plattenloser Modelle (diese sind inzwischen bedeutsamer als Plattenmodelle). Zu sehen sind herausnehmbare Stümpfe. Die Pfeile zum Ändern der Einschubrichtung wurden nachträglich ergänzt. Damit lässt sich vermeiden, dass die Kontaktflächen der gesunden Nachbarzähne durch die Aussparung für den Stumpf verloren gehen können.
Foto: Exocad

Abb 2: Dieses klassische Sägeschnittmodell ist zum Aufbringen auf vorgefertigte, bei verschiedenen Herstellern erhältliche Artikulatorplatten gestaltet.
Foto: Exocad

Wann begann die Entwicklungsphase für Model Creator?

Böttner: Das Thema „digitales Modell“ kam mit der Entwicklung des Intraoralscanners auf. Schon vor einigen Jahren war klar, dass irgendwann immer mehr Zahnärzte auf einen Intraoralscanner umstellen würden und die Zukunft in digital erstellten Abformungen liegen würde.

Mit dem Intraoralscan erhält der Zahntechniker einen Datensatz. Trotzdem benötigt er nach wie vor ein analoges Modell. Die Frage war: Wie erhalten wir aus einem Datensatz ein Modell zum Anfassen? Mitte 2011 unternahmen wir die ersten Entwicklungsschritte. Damals schufen wir den ersten Prototyp. Die Technologie hat sich in den vergangenen Jahren erheblich weiterentwickelt.

„Aus meiner Perspektive als Softwareentwickler ist ein virtuelles Modell eine formlose Masse Geometrie.“

Stichwort Anforderung, wie lautete diese für Model Creator?

Böttner: Die ursprüngliche Herausforderung war, dass eine digitale Abformung nur eine unvollständige Oberfläche ist. Der Intraoralscanner erfasst die Zähne und ein bisschen von der Gingiva – danach endet die Fläche. Man weiß nicht, wie und wo sie weiter verläuft. Ein 3-D-Drucker braucht aber diese Information, damit er den Drucktropfen an die richtige Stelle setzen kann. Deshalb lautete die erste Anforderung bei der Entwicklung des Model Creators, die Eingabedaten sinnvoll zu ergänzen, damit eine Fläche mit einem geschlossenen wasserdichten Mesh entsteht und ein 3-D-Drucker das virtuelle Modell drucken kann.

Im Laufe der Zeit kamen zahlreiche weitere Anforderungen hinzu, zum Beispiel Gingivamasken, die aus einem weicheren Material gedruckt werden, und der Wunsch nach einem materialsparenden Druck.

Abb. 3: Das Bild zeigt Gingivamasken um Implantate in einer Weiterentwicklung mit flacher Unterseite. Dafür musste ein komplett neues Userinterface zum Einzeichnen der Maskenform implementiert werden. Gleichzeitig musste die Möglichkeit, Masken in der alten Form erstellen zu können, beibehalten werden, um die Rückwärtskompatibilität mit alten Szenen zu wahren.
Foto: Exocad

Abb.4: Auf vielfachen Wunsch der Anwender hat das Entwicklerteam die Gingivamasken dahingehend erweitert, dass sie auch um entnehmbare Stümpfe herum platziert werden können. Als anspruchsvolle Herausforderung erwies sich hierbei, dass um die Stümpfe herum im Gegensatz zu Modellen ohne Maske kein Spalt freigelassen werden soll. Dieser Spalt erleichtert sonst normalerweise die Berechnung erheblich.
Foto: Exocad

Abb. 5: Hier ein fertiges Modell mit Gingivamasken, wie in Abb. 3, und Abflusslöchern an der Unterseite. Diese gestatten beim Druckprozess dem nicht ausgehärteten Material, in der hohlen Unterseite abzufließen. Diese werden zurzeit manuell platziert. Das soll in Zukunft automatisiert werden.
Foto: Exocad

Abb. 6: Ein Artikulator-Attachment, das gleich mit an das Modell „angedruckt“ wird. In der 3.0 Galway Version sind komplexere Attachments möglich. Auch hier lautete die Herausforderung, Rückwärtskompatibilität zu wahren – nicht nur im Hinblick auf alte Szenen, sondern auch auf bestehende Attachmentbibliotheken.
Foto: Exocad

Wenn es um neue Anforderungen geht – von wem erhalten Sie diese und wie gehen Sie an die Umsetzung?

Böttner: Die Application Specialists bei Exocad sind im regelmäßigen Austausch mit Anwendern, Resellern und strategischen Partnerunternehmen und erhalten darüber neue Anregungen für die Weiterentwicklung der Exocad-Software. Gibt es eine neue Anforderung für Model Creator, kommunizieren sie diese an mich zwecks technischer Realisierung.

Da muss man auch mal eine Anforderung hinterfragen oder zusätzliche Informationen einholen, zum Beispiel: Welches Problem soll mit der Anforderung gelöst werden? Wenn man das zugrundeliegende Problem kennt, kann man besser eine aus Softwaresicht sinnvolle Lösung erarbeiten.
 

Gab es mit dem aktuellen Release Galway 3.0 eine besondere Entwicklungsherausforderung für das Modul Model Creator?

Böttner: Ja, die Fläche für die Wax-Up-Modelle zu einem wasserdichten geschlossenen Mesh zu ergänzen – das war schon eine Herausforderung. Für uns Entwickler ist es immer etwas schwierig, wenn wir zwei Objekte kombinieren müssen, die von der Fläche her fast identisch sind. Das hat mich eine Weile beschäftigt.
 

Mit Blick auf die nächsten Weiterentwicklungen: Was sind Ihre aktuellen Themen?

Böttner: Automatisierung ist auch im Rahmen von Model Creator aktuell. Ein Beispiel: Attachments werden noch manuell platziert. Deshalb sollen das Platzieren essenzieller Attachments wie Support-Pins und das Vermerken des Patientennamens auf dem Modell weiter automatisiert werden. Das Ziel ist, dass Anwender an dieser Stelle schneller und produktiver arbeiten können. Zudem wird die Zusammenarbeit mit 3-D-Druckern weiter optimiert – und meine Kollegen im Frontend beschäftigen sich mit dem Userinterface bei Modellen.

Exocad Video Tutorial: Model Creator (Video: YouTube-Kanal der Exocad GmbH)

Die Liste der Exocad-Vertriebspartner ist auf der Website des Unternehmens eingestellt

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