Exocad hat mit dem „Model Creator“ ein Modul entwickelt, das Anwender bei der Herstellung eines physischen Modells aus einem Intraoral- und Abformscan unterstützt. Dieses ist verfügbar als DentalCAD Add-on Modul und Stand-Alone-Version. Seit der ersten Präsentation 2022 gab es bereits weitere Verbesserungen. Über Herausforderungen bei der Softwareentwicklung von Model Creator spricht Dr. Stefan Böttner, Senior Algorithm Development Manager bei Exocad. Dabei erklärt er auch, warum Zahntechniker im weitesten Sinne einem Algorithmus folgen.
 

In welchem Bereich der Softwareentwicklung sind Sie tätig?

Wir haben zwei Teams, im Backend und Frontend der Exocad-Softwareentwicklung. Ich arbeite im Backend im Bereich algorithmische Geometrie. Benutzerfreundlichkeit und das User Interface (UI) der Exocad-Software 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. So entwickeln wir gemeinsam eine kundenorientierte Lösung, die auch das Bedienererlebnis berücksichtigt. Ein gutes Beispiel dafür ist das optimierte User Interface bei den Wax-up-Modellen. Dieses hat sich mit der Version DentalCAD Elefsina 3.2 sichtbar verändert. Daran haben wir im Backend und auch das UI-Team im Frontend gearbeitet. (siehe Abb. 2)
 

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

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.

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.“

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

Im Zahntechnikbereich modellieren wir in der CAD-Software mit Dreiecksnetzen, weil sich Meshs gut zur Darstellung anatomischer Oberflächen eignen (siehe Abb. 3). Dreiecks-Meshs 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.
 

Wann begann die Entwicklungsphase für Model Creator?

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 oft 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. Seitdem hat sich die Technologie erheblich weiterentwickelt.
 

Stichwort Anforderungen, wie lauteten diese für Model Creator?

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, um das Material an die richtigen Stellen platzieren zu können. Deshalb lautete die erste Anforderung bei der Entwicklung des Model Creator, 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.

Abb. 1 Das Bild zeigt den Workflow im Falle plattenloser Modelle. Zu sehen ist eine Mischung aus Stümpfen und Abutments auf Modellanalogen, mit herausnehmbaren Zahnfleischmasken. Selbst Modelle mit sehr individuellen Anforderungen lassen sich im Model Creator einfach generieren.
Quelle: Exocad

Abb 2: Das neue Interface für Wax-up-Modelle. Für jeden einzelnen Zahn der Aufstellung kann gesondert ausgewählt werden, ob das Wax-up angefügt werden soll oder nicht, um beispielsweise auch mehrere Modelle mit wechselnder Aufstellung ohne Mehraufwand zu erstellen.
Quelle: Exocad

Abb. 3: Wird der Einzelstumpf von Zahn 11 im Detail untersucht, lassen sich die einzelnen Dreiecke erkennen, die das gesamte dreidimensionale Objekt bilden. Selbst komplexe Oberflächen lassen sich mit dieser Technik darstellen.
Quelle: Exocad

Abb.4: Abflusslöcher für den 3-D-Druck können manuell oder automatisch platziert werden. Diese Löcher helfen, indem der flüssige Kunststoff während des Druckprozesses ablaufen kann und sich nicht in dem hohlen Modell ansammelt. Das spart Material und Zeit beim Säubern der fertigen Modelle.
Quelle: Exocad

Abb. 5: Bei der Auswahl des Modelltyps kann für viele Workflows eine „Quick“-Version genutzt werden. Durch diese verläuft der Konstruktionsprozess großteils automatisch und spart somit aktive Arbeitszeit für Anwender.
Quelle: Exocad

Abb. 6: Seit DentalCAD Elefsina 3.2 ist es möglich, für jeden Stumpf individuelle Parameter festzulegen. So lassen sich für Front- und Seitenzähne individuelle Spaltbreiten einstellen, um den optimalen Sitz jedes Stumpfes im fertigen Modell zu erreichen.
Quelle: Exocad

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

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.
 

Welche konkreten Beispiele für Anforderungen, die Sie in den vergangenen zwei Jahren gelöst haben, können Sie uns nennen?

Es geht vor allem um materialsparenden 3-D-Druck, Optimierung der Modelle und schnellere Workflows mit weniger Aufwand für die Anwender. Konkret haben wir Model Creator im Hinblick auf die Optimierung der Modelle, zum Beispiel mit Drainagelöchern und deren Platzierung, weiterentwickelt (siehe Abb. 4).
Hinter dem Wunsch nach einem noch schnelleren Workflow steht das Thema Automatisierung. Daher haben wir nun zahlreiche manuelle Arbeitsschritte automatisiert. Die Nutzer haben aber immer noch die Möglichkeit, vieles manuell zu gestalten. So können sie bei der Auswahl des Modelltyps zwischen den Optionen „Quick Model“ und einem manuellen Design wählen (siehe Abb. 5).
 

Gibt es mit dem aktuellen Release eine besondere Entwicklungsherausforderung für das Modul Model Creator?

Nachgefragt wurde beispielsweise die Möglichkeit, gewisse Parameter zahnweise einstellen zu können. Konkret betrifft das Spaltbreiten um Laboranaloge, an Implantaten und auch Stümpfen, wenn es bei einer Restauration um Präparationen im Front- und Seitenzahnbereich geht. Den Kundenwunsch nach individualisierter Einstellung der Spaltbreite haben wir jetzt erfüllt (siehe Abb. 6).
 

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

Zum Beispiel arbeiten wir weiter daran, den Workflow in der Model Creator Software zu optimieren. Um auch den Gesamtprozess mit der anschließenden Fertigung im 3-D-Druck weiter zu optimieren, müssen beispielsweise gewisse Details an den Modellen berücksichtigt werden, die später die Fertigung im 3-D-Druck erleichtern. Diese Parameter sind je nach Druckerhersteller und Drucktechnik unterschiedlich und werden individuell in den Druckervoreinstellungen von den Kollegen in der Systemintegration konfiguriert.

Wir werden Model Creator im Sinne einer weiteren Prozessoptimierung weiterentwickeln. Das nenne ich den Feinschliff. Und immer wieder wird es „besondere“ Anforderungen von Kundenseite geben, die wir nach Möglichkeit umsetzen werden – und darauf freue ich mich.

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