Modellherstellung - digital trifft Tradition

Modellherstellung - ditigal trifft Tradition
Durch den Einzug moderner CAD/CAM-Technologien hat das Zahntechnikerhandwerk in den vergangenen 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 zum Beispiel 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 erlaubt. Weiterhin wird ein kleiner Einblick in andere Modellherstellungsverfahren mit alternativen Materialien gegeben.

• Additive Fertigungsverfahren

Die bisher am weitesten verbreiteten CAM-Verfahren für die Modellherstellung sind additive Verfahren wie zum Beispiel Druck- und Stereolithografieverfahren oder Selektives Lasersintern. Bei diesen Rapid-Prototyping-Verfahren wird die Modellstruktur inklusive der erforderlichen Stützstruktur mittels Druckkopf schichtweise aufgebaut und per Lichtimpuls polymerisiert. Die Stützstruktur aus zum Beispiel flüssigem Acerylharz wird hierbei, bedingt durch die geringe Verkettung, gelartig ausgehärtet. (Siehe obere Abb. 1)

Beim Stereolithografieverfahren 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 Mikrometern (µm) ausgehärtet. Bei den meisten Stereolithografieverfahren wird die Bauplattform während des Bauprozesses um die exakte Schichtstärke der Bauebenen stufenweise in das Polymerbad abgesenkt. (Siehe obere Abb. 2)

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 etwa 30 bis 50 µm in ein Pulverbad übertragen und punktuell gesintert. Ähnlich dem Stereolithographieverfahren wird auch hier das Bauteil im Pulverbad versenkt.

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 unter anderem durch die schichtweise beziehungsweise punktuelle Aushärtung oder Verschmelzung des Materials entstehen.

• Subtraktive Modellherstellung in Gipsronden

Bei der subtraktiven Modellherstellung bewegt sich der Zahntechniker auf bereits bekanntem Terrain. Hier kommen die schon in vielen Laboratorien betriebenen CAD/CAM-Fräsanlagen, kombiniert mit Blanks aus dem Traditionswerkstoff Dentalgips zum EInsatz. (Siehe obere Abb.3.)
Voraussetzung ist eine Fünfachsfräsanlage. 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 Herrstellung ist bisher das Generieren des Modells aus einem vollen Gipsblank. Die weitläufige seitliche Freistellung für die Fünfachsbearbeitung, das Mitfräsen der Fixierstreben sowie der hohe Materialabtrag am Übergang zum Kiefer erhöhen die Fräszeiten deutlich. Verstärkt wird dieses Problem durch die erforderliche Bearbeitgung der Modellbasis.

Hier muss das Fräsgerät aufwendige Loch- oder Reliefstrukturen gestalten, um eine spätere Platzierung der Modellsegmente auf einer pinbasierten Arbeitsplatte zu ermöglichen. Das 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 Pinverfahren versehen und mit Gips gesockelt werden. Dieser zusätzliche Arbeitsschritt eliminiert jedoch die Zeiteinsparung beim Fräsen und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung.

• Subtraktive Herstellung aus Pre-Form-Blanks

Das ProfiCAD-5-System (Ernst Hinrichs Dental, Goslar) geht einen neuen Weg. Zwar wird auch hier mit einer Fünfachsfräsmaschine ein Gipsblank bearbeitet, jedoch geschieht dies nicht im Vollblank, sondern in Pre-Form-Blanks in Kiefer- beziehungsweise Teilkieferform. (Siehe obere Abb. 4)

Die Bearbeitung in der speziell für dieses Verfahren konzipierten Fünfachssimultanmodellfräse ist sehr zeitsparend. Die weitläufige Freistellung des Zahnkranzes, das Anbringen von Fixierstreben sowie zeitaufwendiges Abtragen im Kieferbereich fallen zugunsten der Fräszeit fast völlig weg.

Weiter optimiert wird die Maschinenlaufzeit durch die Vormontage der Pre-Form-Blanks auf einer pinvasierten Sockelplatte. Der Arbeitsschritt der basalen Bearbeitung entfällt vollständig, und die Fräszeit wird um einen weiteren, ansonsten erheblichen Zeitbedarf verringert. Die Kombination Gips und pinbasierte Basisplatte des bereits in vielen Laboren bekannten Modellsystems Profident 2010 sorgt zuätzlich für höchste Präzision in allen Segmentbereichen. (Siehe obere Abb. 5)

Die Modellsoftware des ProfiCAD-5-Systems ermöglicht eine präzise Positionierung der Modelldatensätze im verfügbaren Fräsbereich, kann bei Bedarf die Präparationsgrenzen freistellen und erlaubt eine individuelle EInzelstumpfbearbeitung. (Siehe obere Abb.6)
Nach der Bearbeitung im Fräsgerät werden die Pre-Form-Blanks inklusive des Blankhalters aus der Maschienenaufname entnommen, von der Pinbasisplatte abgehoben und wie gewohnt weiter bearbeitet. (Siehe obere Abb. 7)

Im Bedarfsfall kann eine individuelle Einzelbearbeitung der Stumpfsegmente erfolgen. Diese werden nach dem Sägen auf der Pinbasisplatte reponiert 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. (Siehe obere Abb. 8)

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 gemäß BEL abrechenbaren Modellkosten entsprechen. Das Frässystem, als By-Side-System gedacht, sorgt dafür, dass, parallel zum vorhandenen Frässystem und der Anfertigung der gewünschten Restauration, das erforderliche Modell gefräst und im besten Fall beide zeitgleich fertiggestellt werden können.


Fazit:
Durch den Einzug der Intraoralscanner in die Zahnartzpraxen entsteht für die Techniker im Labor eine neue Herausforderung. 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. Das ProfiCAD-5-System bietet dem Dentallabor die Möglichkeit, mit geringem Kosten- und Zeitaufwand den anstehenden Bedarf an Modellen aus dem Intraoralscan zu decken.

>>Andreas Müller und Stefan Tiehe sind bei dem Goslarer Unternehmen Hinrichs Dental im Bereich Anwendungstechnik, Schulung und Qualitätssicherung tätig.
Quelle: DZW ZahnTechnik 5/13<<