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Modellherstellung - Digital trifft Tradition -

Subtraktive Modellherstellung auf Basis von Intraoral-Scandaten mit dem Traditionswerkstoff Gips

Durch  den Einzug moderner CAD/CAM-Technologien hat das Zahntechniker-Handwerk in den letzten Jahren einen rasanten Wandel erlebt. Diese Entwicklung beschränkte sich im Wesentlichen auf die Herstellung von Zahnersatz im Bereich der Kronen- und Brückentechnik anhand gescannter Modelldaten, wobei die Modelle zuvor nach Abdrucknahme traditionell mit Gips ausgegossen wurden. Nachdem die Entwicklung der Intraoralscanner mit großen Schritten vorangekommen ist und eine steigende Zahl von Systemen in den Praxen zur Anwendung kommt, stellt sich die Frage, wie die Dentallabore zu ihrem gegenständlichen Modell gelangen, um z. B. Abschluss oder Individualisierungsarbeiten vorzunehmen. Da bisher kaum labortaugliche Verfahren entwickelt worden sind, hat es den Anschein, als sei hier der zweite Schritt vor dem Ersten vollzogen. Das im Nachfolgenden beschriebene neu entwickelte „ProfiCAD 5“ System soll eine wirtschaftliche Möglichkeit aufzeigen, die jedem Labor die Anfertigung von Modellen anhand intraoraler Scandaten ermöglicht. Weiterhin so wird ein kleiner Einblick in weitere Modellherstellungsverfahren mit alternativen Materialien gegeben.

Additive Fertigungsverfahren
Die bisher am weitesten verbreiteten CAM-Verfahren für die Modellherstellung sind additive Verfahren wie zum Beispiel Druckverfahren, Stereolithographie-Verfahren oder Selektives Lasersintern (SLS). Bei diesen Rapid-Prototyping-Verfahren wird die Modellstruktur inklusive der erforderlichen Stützstruktur mittels Druckkopf schichtweise aufgebaut und per Lichtimpuls polymerisiert. Die Stützstruktur z. B. aus flüssigem Acrylharz wird hierbei, bedingt durch ihre geringe Verkettung, gelartig ausgehärtet.


(Gedrucktes Modell im Rapid-Prototyping-Verfahren)

Beim Stereolithographie-Verfahren erfolgt die Herstellung in einem Flüssigkeitsbad aus  lichtpolymerisierendem Kunststoff. Per Lichtimpuls wird der Modelldatensatz schichtweise in das Polymerbad übertragen und in Schritten von etwa 50 µm ausgehärtet. Bei den meisten Stereolithographie-Verfahren wird die Bauplattform während des Bauprozesses um die exakte Schichtstärke der Bauebenen stufenweise in das Polymerbad abgesenkt.


(Modell im Stereolithographie-Verfahren)

Beim Lasersintern oder Selektiven Lasersintern (SLS) werden die Modelle aus einem pulverförmigen Kunststoff durch Sinterung hergestellt. Per Laserstrahl wird der STL-Datensatz in Bauebenen von ca. 30-50 µm in ein Pulverbad übertragen und punktuell gesintert. Ähnlich dem Stereolithographie-Verfahren wird auch hier das Bauteil im Pulverbad abgesenkt.
Die relativ hohen Gerätepreise machen einen wirtschaftlichen Betrieb im Labor fragwürdig. Weitere große Herausforderungen bei diesen Systemen liegen in der Beherrschung der Verzugsneigung und der fortlaufenden, materialbedingten Kontraktion der verwendeten Baumaterialien. Diese kann bedingt  u.a. durch die schichtweise bzw. punktuelle Aushärtung oder Verschmelzung des Materials entstehen.  

Subtraktive Modellherstellung in Gipsronden
Bei der subtraktiven Modellherstellung bewegt sich der Zahntechniker in bereits bekanntem Terrain.    
Hier kommen die schon in vielen Laboratorien betriebenen CAD/CAM-Fräsanlagen, kombiniert mit Blanks aus dem Traditionswerkstoff Dentalgips, zum Einsatz.


(Modell im Gipsblank gefräst)

Voraussetzung ist hierbei eine 5-Achsen-Fräsanlage. Unterschnitte, divergierende Einschubrichtungen oder die Freistellung von Präparationsgrenzen lassen sich nur mit der zusätzlichen seitlich/schrägen Anstellung der Blanks über die fünfte Achse realisieren. Nachteil dieser Herstellung ist bisher das Generieren des Modells aus einem vollen Gipsblank. Die weitläufige seitliche Freistellung für die 5-Achsbearbeitung, das Mitfräsen der Fixierstreben, sowie der hohe Materialabtrag am Übergang zum Kiefer erhöhen die Fräszeiten deutlich. Verstärkt wird dieses Problem zusätzlich durch die erforderliche Bearbeitung der Modellbasis.  Hier muss das Fräsgerät aufwändige Loch- oder Reliefstrukturen gestalten, um eine spätere Platzierung der Modellsegmente auf einer Pin-basierten Arbeitsplatte zu ermöglichen. Das hierbei erforderliche Übermaß zur Kompensation von Fertigungstoleranzen der Basisplatten ist überdies der Präzision kaum zuträglich. Wird zur Zeiteinsparung auf die basale Bearbeitung des Zahnkranzes verzichtet, muss das Modell mit einem der etablierten Pin-Verfahren versehen und mit Gips gesockelt werden. Dieser zusätzliche Arbeitsschritt eliminiert jedoch die Zeiteinsparung beim Fräsen und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung. 

Subtraktive Herstellung im „ProfiCAD 5 System“
Das „ProfiCAD 5“ System der Firma Ernst Hinrichs geht einen völlig neuen Weg. Zwar wird auch hier mit einer 5-Achsen-Fräsmaschine ein Gipsblank bearbeitet, jedoch geschieht dies nicht im Vollblank, sondern in Pre-Form Blanks in Kiefer- bzw. Teilkieferform.


(Pre-Form Blank im Fräsgerät)

Die Bearbeitungszeit in der speziell für dieses Verfahren konzipierten 5-Achs-Simultan-Modellfräse ist sehr zeitsparend. Die weitläufige Freistellung des Zahnkranzes, das Anbringen von Fixierstreben sowie zeitaufwändiges Abtragen im Kieferbereich fallen zu Gunsten der Fräszeit fast völlig weg.  
Weiter optimiert wird die Maschinenlaufzeit durch die Vormontage der Pre-Form Blanks auf einer Pin-basierten Sockelplatte. Der Arbeitsschritt der basalen Bearbeitung entfällt somit vollständig, und die Fräszeit wird um einen weiteren, ansonsten erheblichen Zeitbedarf, verringert. Die Kombination Gips und Pin-basierte Basisplatte des bereits in vielen Laboren bekannten Modellsystems Profident 2010 sorgt dabei zusätzlich für höchste Präzision in allen Segmentbereichen.


(Pre-Form Blank in Bearbeitung)

Die Modell-Software des „ProfiCAD 5“ Systems ermöglicht eine präzise Positionierung  der Modelldatensätze im verfügbaren Fräsbereich, kann bei Bedarf die Präparationsgrenzen freistellen und erlaubt eine individuelle Einzelstumpfbearbeitung.


(Positionierung der Datensätze)

Nach der Bearbeitung im Fräsgerät werden die Pre-Form Blanks inklusive des Blankhalters aus der Maschinenaufnahme entnommen, von der Pinbasisplatte abgehoben und wie gewohnt weiter bearbeitet.


(Blank nach Endbearbeitung)

Im Bedarfsfall kann nun eine individuelle Einzelbearbeitung der Stumpfsegmente erfolgen. Diese werden nach dem Sägen auf der Pinbasisplatte reponierten und zurück ins Fräsgerät gesetzt. Selbst Präparationen mit geringen Platzverhältnissen und schwierigen Einschubrichtungen lassen sich so perfekt darstellen. Abschließend können die Modelle in gewohnter Manier einartikuliert oder zur Okklusionsprüfung im systemzugehörigen Fixator eingesetzt werden.


(Modelle im Fixator)     

Wurde bei den additiven Verfahren über erhebliche Systemkosten gesprochen, so kann man
diesen Aspekt beim „ProfiCAD 5“ System als labororientiert gelöst betrachten. Die Kosten für die Pre-Form Blanks sollen den gem. BEL abrechenbaren Modellkosten entsprechen. Das Frässystem, als By-Side-System gedacht, sorgt dafür, dass Sie parallel zu Ihrem vorhanden Frässystem und der Anfertigung der gewünschten Restauration Ihr erforderliches Modell herstellen und im besten Fall zeitgleich Restauration und Modell zusammen fertig gestellt haben.

Fazit
Durch die fortschreitende Entwicklung der dentalen CAD/CAM -Technologie wird sich das Berufsbild des Zahntechnikers weiter verändern. Die computergestützte Fertigung von dentalen Restaurationen hat sich bereits fest in der Branche etabliert, wobei bis dato auf Grundlagen von Abdrücken und Gipsmodellen gearbeitet wurde. Durch den Einzug moderner Intraoralscanner in die Zahnarztpraxen entsteht für die Techniker im Labor eine ganz neue Herausforderung. Wie komme ich zu meinem gegenständlichen Modell, um erforderliche Teil- oder Endbearbeitungen durchzuführen? Entscheidend wird sein, dass bei den gewählten Verfahren die Präzision der CAM-gefertigten Modelle mit der traditionellen Herstellung mittels Abdruck mithalten kann. Weiterhin werden die Fertigungskosten und die Auslastungsmöglichkeiten der Geräte von großer Bedeutung sein. Entstehungskosten oberhalb der BEL-Sätze werden sich kaum vermitteln lassen. Speziell für die Anwendung im Labor wurde das „ProfiCAD 5“ System der Firma Ernst Hinrichs entwickelt. Es bietet den Zahntechnikern die Möglichkeit, mit geringem Kosten- und Zeitaufwand den anstehenden Bedarf an Modellen aus dem Intraoralscan zu decken.

(Quelle: DZW ZahnTechnik, Ausgabe 5/13 / ERNST HINRICHS GmbH)

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