DE102008036661A1 - Process for the production of oxidic dental ceramics - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von oxidischer Zahnkeramik, mit den Schritten a) Bereitstellen von numerischen Daten der dreidimensionalen Form einer herzustellenden oxidischen Zahnkeramik, b) numerische Vergrößerung der Dimensionen der dreidimensionalen Form entsprechend der zu erwartenden späteren Sinterschwindung, c) Herstellung einer Negativform der vewrgrößerten dreidimensionalen Form, die derart ausgestaltet ist, dass sie aus mindestens zwei Teilen besteht, d) Einbringen eines Feedstocks, der ein oxidkeramisches Pulver enthält, in die Negativform bei einer Temperatur von 60°C bis 150°C, e) Entformen eines erkalteten Formlinge aus der Negativform, Entbindern und abschließendes Sintern des entbinderten Formlings zu einer dichten oxidischen Zahnkeramik. Bei diesem Verfahren entsteht kein oder nur ein sehr geringer Materialverlust. Mit diesem Verfahren lassen sich sehr feine Kronenränder und komplexe Geometrien herstellen. Eine direkte Einfärbung der Zahnkeramik in dentale Grundtöne ist durch geeignete Zusätze im Feedstock möglich. Insbesondere bei Einsatz des Niederdruckspritzgießens entsteht nur ein sehr geringer apparativer Aufwand.The invention relates to a method for producing oxidic dental ceramics, comprising the steps of a) providing numerical data of the three-dimensional shape of an oxidic dental ceramic to be produced, b) numerically increasing the dimensions of the three-dimensional shape corresponding to the expected subsequent sintering shrinkage, c) producing a negative mold of dewrgrößerten three-dimensional shape, which is designed such that it consists of at least two parts, d) introducing a feedstock containing an oxide ceramic powder, in the negative mold at a temperature of 60 ° C to 150 ° C, e) removal of a cooled moldings from the negative mold, debinding and final sintering of the debindered molding to a dense oxidic dental ceramic. In this process, no or only a very small loss of material. With this method, very fine crown margins and complex geometries can be produced. A direct coloring of the dental ceramic in basic dental tones is possible by suitable additives in the feedstock. Especially when using the low-pressure injection molding, only a very small amount of equipment is required.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von oxidkeramischem Zahnersatz.The The invention relates to a process for the production of oxide ceramic Dentures.
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fertigung von keramischem Zahnersatz aus Oxidkeramiken wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid. Diese Materialklasse zeichnet sich gegenüber anderen keramischen oder glaskeramischen Materialien durch hohe Festigkeit und gute chemische Stabilität aus.The The present invention is in the field of ceramic production Dentures made of oxide ceramics such as alumina or zirconia. This material class stands out over other ceramic ones or glass-ceramic materials due to high strength and good chemical stability.
Nachteilig
an den Oxidkeramiken ist ihre Herstellung über ein pulvertechnologischen
Formgebungsverfahren und eine anschließende Sinterung,
die eine Schwindung bis zur dichten Keramik von bis zu 50 Vol.% zur
Folge hat. Erst seit der Etablierung von CAD/CAM-Technologien ist
durch eine rechnerische Korrektur der Dimensionen der gewünschten
Form die Herstellung von Zahnersatz aus Materialien dieser Klasse
in der Praxis überhaupt möglich. Ein Überblick über
den praktischen Einsatz von CAD/CAM-Systemen gibt der
Allerdings treten beim Einsatz dieses Verfahrens in der Praxis die folgenden Probleme auf:
- – Bei diesem Verfahren wird die herzustellende Form aus einem Rohling aus Oxidkeramik gefräst. Die hierbei eingesetzte Abtragung führt zwangsläufig zu einem Materialverlust, der je nach Materialzusammensetzung und Größe des Zahnersatzes bis zu 90 Vol.% betragen kann. Dieses Material ist verloren, da es bisher nicht aufgearbeitet werden kann.
- – Bei der Bearbeitung des angesinterten Rohlings, die als Weißbearbeitung bezeichnet wird, kommt es insbesondere bei dünnen Kronenrändern zu Ausbrüchen an der Form.
- – Das gesamte Herstellungsverfahren ist apparativ aufwändig.
- - In this process, the mold to be produced is milled from a blank made of oxide ceramics. The erosion used here inevitably leads to a loss of material which, depending on the composition of the material and the size of the denture, can amount to up to 90% by volume. This material is lost because it can not be worked up yet.
- - When machining the sintered blank, which is referred to as white machining, it comes in particular with thin crown edges to breakouts on the mold.
- - The entire manufacturing process is complex in terms of apparatus.
Daher
gibt es verschiedene Bestrebungen, neue Verfahren zu entwickeln
bzw. Verfahren, die in anderen Bereichen bereits etabliert sind,
wie das aus der
Wie
aus der
Die
elektrophoretische Abscheidung (engl. electrophoretic deposition,
EPD) wurde bisher überwiegend zur Herstellung von Infiltrationskeramiken
durchgeführt. In
Beim
Heißgießverfahren werden zur Schwindungskompensation,
wie aus der
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von oxidischer Zahnkeramik vorzuschlagen, das die genannten Nachteile und Einschränkungen nicht aufweist.outgoing From this it is the object of the present invention to provide a method for the production of oxidic dental ceramics, which the does not have the disadvantages and limitations mentioned.
Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, das die Herstellung von oxidischer Zahnkeramik ohne Materialverlust oder mit nur sehr geringem Materialverlust ermöglicht. Dieses Verfahren soll darüber hinaus die Möglichkeit bieten, komplexe Geometrien und sehr feine Kronenränder herzustellen.Especially it is intended to provide a method which is capable of producing oxidic dental ceramics without material loss or with only very little Material loss possible. This procedure is intended beyond that offer the possibility of complex geometries and very fine Manufacture crown margins.
Diese Aufgabe wird durch die Schritte des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.These The object is achieved by the steps of claim 1. The subclaims describe advantageous embodiments the invention.
Die vorliegende Erfindung löst die genannte Aufgabe durch eine Verfahrenskette, die Niederdruckspritzgießen, Heißgießen oder Zentrifugalabformung als wesentlichen Verfahrensschritt umfasst. Um die bei der Sinterung auftretende Sinterschwindung zu kompensieren, muss die dreidimensionalen Form oder ihre Negativform entsprechend größer hergestellt werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die gewünschte Form der Zahnkeramik als numerische Daten vorliegt, wofür sich alle aus der Zahnmedizin oder der Dentaltechnik bekannten Verfahren einsetzen lassen.The The present invention achieves the stated object with a Process chain, the low-pressure injection molding, hot casting or centrifugal impression as an essential process step. In order to compensate for the sintering shrinkage occurring during sintering, must match the three-dimensional shape or its negative shape be made larger. For this it is necessary that the desired shape of the dental ceramic as numerical Data is available, for which everyone from dentistry or can use the dental technology known methods.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst demnach die folgenden Verfahrensschritte a) bis e). Unter oxidischer Zahnkeramik werden in Bezug auf die vorliegende Erfindung sowohl Zahnersatz als auch Zahnfüllungen verstanden.One The method according to the invention therefore comprises the the following process steps a) to e). Under oxidic dental ceramics Both dentures are described in relation to the present invention as well as dental fillings understood.
Gemäß Schritt a) bilden numerische Daten der dreidimensionalen Form der gewünschten oxidischen Zahnkeramik, die üblicherweise als CAD-Daten vorliegen, den Ausgangspunkt für das vorliegende Herstellungsverfahren. Die CAD-Daten können hierbei mittels einer Abdruckabnahme mit anschließender Modellierung oder aus einer intraoralen Datenerfassung gewonnen werden.According to step a) form numerical data of the three-dimensional shape of the desired oxidic dental ceramics, commonly called CAD data present, the starting point for the present production process. The CAD data can here by means of a Abdruckabnahme with subsequent modeling or from an intraoral Data acquisition can be obtained.
Anschließend werden gemäß Verfahrensschritt b) entsprechend der erwarteten späteren Sinterschwindung die Dimensionen der dreidimensionalen Form aus Verfahrensschritt a) numerisch vergrößert und liegen danach üblicherweise als CAD-Daten vor.Subsequently be according to step b) accordingly the expected later sinter shrinkage the dimensions the three-dimensional shape from step a) numerically enlarged and are then usually available as CAD data.
Im sich hierzu anschließenden Schritt c) wird nunmehr eine Negativform der vergrößerten dreidimensionalen Form hergestellt. Hierbei ist entscheidend, dass diese Form derart ausgestaltet ist, dass sie aus zwei, drei, vier oder mehr Teilen besteht. Die Negativform selbst besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff oder aus Silikon.in the this subsequent step c) is now a Negative shape of the enlarged three-dimensional Mold made. It is crucial that this form is such is designed to consist of two, three, four or more parts consists. The negative mold itself is preferably made of a plastic or silicone.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Negtivform direkt aus der vergrößerten dreidimensionalen Form hergestellt. Hierfür werden insbesondere generative Verfahren wie 3D-Printing oder abtragende Verfahren wie CAD/CAM eingesetzt.In In a preferred embodiment, the Negtivform is directly from the enlarged three-dimensional shape produced. In particular, generative processes such as 3D printing are used for this purpose or ablative procedures such as CAD / CAM used.
In einer alternativen Ausgestaltung, wird zunächst ein Modell der vergrößerten dreidimensionalen Form aus Verfahrensschritt b) hergestellt wird, die vorzugsweise aus Kunststoff, Wachs oder einem Metall besteht. Auch hierfür werden insbesondere Verfahren wie 3D-Printing oder abtragende Verfahren wie CAD/CAM eingesetzt. In dieses Modell wird dann in einem weiteren Schritt mindestens eine Negativform kopiert, die, wie oben beschrieben, derart ausgestaltet ist, dass sie aus zwei, drei, vier oder mehr Teilen besteht.In an alternative embodiment, first becomes a model the enlarged three-dimensional shape from process step b), preferably made of plastic, wax or a metal exists. Again, in particular Methods such as 3D printing or ablation methods such as CAD / CAM are used. In this model is then in a further step at least copied a negative form, which, as described above, designed in such a way is that it consists of two, three, four or more parts.
Anschließend wird gemäß Schritt d) ein so genannter Feedstock, der ein oxidkeramisches Pulver, Wachs und/oder Paraffin und ggf. weitere Zusatze enthält, in die gemäß Verfahrensschritt c) hergestellte Negativform, die aus zwei, drei, vier oder mehr Teilen besteht, eingebracht. Das Einbringen erfolgt bevorzugt mittels Niederdruckspritzgießen bei einem Druck von 0,01 bis 10 MPa, vorzugsweise von 0,1 bis 2 MPa, und bei einer Temperatur von 60°C bis 150°C, bevorzugt von 70°C bis 120°C, besonders bevorzugt von 80°C bis 100°C. Alternativ ist auch druckloses Gießen, Heißgießen, oder Zentrifugalabformung als Verfahren geeignet.Subsequently becomes according to step d) a so-called feedstock, an oxide-ceramic powder, wax and / or paraffin and, if appropriate, contains further additives, in the according to process step c) prepared negative mold consisting of two, three, four or more Shares, introduced. The introduction is preferably carried out by means of Low pressure injection molding at a pressure of 0.01 to 10 MPa, preferably from 0.1 to 2 MPa, and at a temperature of 60 ° C to 150 ° C, preferably from 70 ° C to 120 ° C, more preferably from 80 ° C to 100 ° C. Alternatively, non-pressure casting, hot casting, or centrifugal impression suitable as a method.
Schließlich wird gemäß Schritt e) der Formling aus der Negativform entfernt und thermisch, chemisch und/oder überkritisch entbindert und der entbinderte Formling dann zu einer dichten oxidischen Zahnkeramik gesintert.After all in step e), the molding is removed from the negative mold removed and thermal, chemical and / or supercritical debind and the debindered molding then to a dense oxidic Dental ceramic sintered.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere die im Folgenden erwähnten Vorteile auf:
- – Bei der Verarbeitung der Keramiken entsteht kein oder nur ein sehr geringer Materialverlust.
- – Mit diesem Verfahren lassen sich sehr feine Kronenränder und komplexe Geometrien herstellen.
- – Eine direkte Einfärbung der Zahnkeramik in dentale Grundtöne ist durch geeignete Zusätze im Feedstock möglich.
- – Insbesondere bei Einsatz des Niederdruckspritz- oder Heißgießens entsteht nur ein geringer apparativer Aufwand.
- - When processing the ceramics no or only a very small loss of material.
- - With this method, very fine crown margins and complex geometries can be produced.
- - A direct coloring of dental ceramic in basic dental tones is possible through suitable additives in the feedstock.
- - Especially when using the low-pressure injection or hot casting arises only a small amount of equipment.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments explained in more detail.
Zur Bestimmung der Formtreue und der Sinterschwindung wurde für die beiden Ausführungsbeispiele ein vereinfachtes, geometrisch vermessbares Modell einer Seitenzahnvollkrone als Urform gewählt.To determine the form fidelity and the sintering shrinkage was for the two embodiments a simplified, geometrically measurable model of a posterior full crown selected as the archetype.
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
Mit den Maßangaben des Urmodells wurde ein CAD-File erzeugt und auf dieser Datenbasis in einer 5-Achs-Fräsmaschine aus einem Kunststoffrohling ein überdimensioniertes Urmodell gefräst. Hierbei wurden das notwendige Abkühlschwindmaß (Abformtemperatur-Raumtemperatur) und das Sinterschwindmaß der Al2O3-haltigen Heißgießmasse von insgesamt 13,7% von vorn herein berücksichtigt, was einer linearen Vergrößerung von 15,9% entspricht.With the dimensions of the original model, a CAD file was generated and milled on this database in a 5-axis milling machine from a plastic blank, an oversized original model. Here, the necessary Abkühlschwindmaß (molding temperature-room temperature) and the Sinterschwindmaß the Al 2 O 3 -containing Heißgießmasse of a total of 13.7% were considered from the outset, which corresponds to a linear magnification of 15.9%.
Dieses Urmodell wurde mit Hilfe von Wachsdrähten (Durchmesser 0,5–5 mm) in einer speziellen Halterung angestiftet, um später den Zulauf der Masse in einen evakuierten Hohlraum und somit eine komplette Befüllung desselben zu gewährleisten. Das angestiftete Modell wurde mit einem additionsvernetzenden Silikon derart ausgegossen, dass schließlich eine zweiteilige Negativ-Form entstand. Die Mehrteiligkeit der Silikonform erleichterte die Endformbarkeit der Formlinge. Die Silikon-Negativform wurde nach erfolgter Aushärtung und Reinigung auf eine Abformtemperatur von 100°C in einer eigens dafür gefertigten mehrteiligen und verschließbaren Metallkapsel vorgewärmt. Die lineare Wärmdehnung des Silikons wurde bei der Herstellung der Silikon-Negativform derart berücksichtigt, dass die Silikon-Negativform spannungs- und deformationsfrei in der Metallkapsel bei der entsprechenden Abformtemperatur eingebettet war.This Original model was using wax wires (diameter 0,5-5 mm) in a special holder later the feed of the mass into an evacuated cavity and thus to ensure a complete filling of the same. The instigated model was so with an addition-curing silicone poured out that finally a two-part negative form originated. The multi-part nature of the silicone mold facilitated final formability of the moldings. The silicone negative mold was after curing and Cleaning to a molding temperature of 100 ° C in one specially manufactured multipart and lockable Pre-heated metal capsule. The linear thermal expansion of the silicone became such in the production of the silicone negative mold takes into account that the silicone negative mold is voltage- and deformation-free in the metal capsule at the corresponding Impression temperature was embedded.
In einem evakuierbaren Dissolver wurden 65,0 Vol.% Aluminiumoxidpulver in 35,0 Vol.% einer schmelzflüssigen thermoplastische Bindemittelmischung eingearbeitet. Die Bindemittelmischung enthielt eine Mischung aus zwei Paraffinen im Verhältnis 20 Gew.% zu 70 Gew.%; der zu 100 Gew.% ergänzende Anteil bildete ein Dispergierhilfsmittel.In an evacuable dissolver was 65.0 vol.% Of alumina powder in 35.0 vol.% of a molten thermoplastic binder mixture incorporated. The binder mixture contained a mixture of two paraffins in a ratio of 20% by weight to 70% by weight; of the to 100 wt.% Complementary content formed a dispersing aid.
Das rheologische Verhalten der Heißgießmasse wurde mittels eines Rheometers unter Einsatz eines Platte-Platte-25-Messaufbaus charakterisiert. Die Spaltweite zwischen den beiden Platten betrug 0,5 mm; es wurde bei einer peltiergeregelten Temperatur von 90°C schubspannungsgeregelt bis 3000 Pa gemessen. Die hergestellte Heißgießmasse wies eine dynamische Viskosität von 6,95 Pa·s bei einer Scherrate von 100 s–1 auf.The rheological behavior of the hot casting composition was characterized by a rheometer using a plate-plate-25 measurement setup. The gap width between the two plates was 0.5 mm; it was measured at a Peltier-controlled temperature of 90 ° C shear stress controlled up to 3000 Pa. The produced hot casting compound had a dynamic viscosity of 6.95 Pa · s at a shear rate of 100 s -1 .
Für den Formgebungsprozess wurde die Masse in den Vorratsbehälter einer Injektionsanlage gefüllt und bei einer Verarbeitungstemperatur von 100°C belassen. Der erforderliche Injektionsdruck wurde mittels einer Handhebelpresse auf die Injektionsanlage gegeben. Die Formfüllung erfolgte unter Vakuum bei einem Injektionsdruck von 0,49 MPa für 30 s und einem Nachdruck von 0,59 MPa für weitere 30 s.For The molding process was the mass in the reservoir filled in an injection system and at a processing temperature of 100 ° C left. The required injection pressure was given by means of a hand lever press on the injection system. The mold filling was carried out under vacuum at an injection pressure of 0.49 MPa for 30 s and a holding pressure of 0.59 MPa for another 30 s.
Der
so hergestellte Probekörper wurde nach dem Erkalten entformt,
bei einer Temperatur bis 400°C thermisch entbindert und
bei 1650°C über 3 Stunden gesintert. Nach erfolgter
Sinterung wurde der Probekörper in Länge und Breite
jeweils flächig an 5 Positionen vermessen. Die erhaltenen
Messwerte wurden jeweils gemittelt und die lineare Schwindung zwischen
Urform und Sinterteil berechnet. Die auf diese Weise ermittelten
Messwerte sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Mittelwerte der gemessenen
Dimensionen in Länge und Breite und daraus resultierende
lineare Schwindung zwischen der Urform und dem gesintertem Bauteil
aus Aluminiumoxid:
Gemäß Tabelle 1 betrugen die beobachteten Längenänderungen –13,70% bzw. –13,82%. Damit ist die Sinterschwindung von der Urform zur Replikation in Bezug auf Länge und Breite isotrop. Die angestrebten Endmaße der gesinterten keramischen Krone wurden erreicht.According to table 1 were the observed changes in length -13.70% or -13.82%. This is the sintering shrinkage of the original form isotropic for length and width replication. The targeted final dimensions of the sintered ceramic crown were reached.
Ausführungsbeispiel 2:Embodiment 2:
Mit den Maßangaben des Urmodells wurde ein CAD-File erzeugt und auf dieser Datenbasis in einer 5-Achs-Fräsmaschine aus einem Kunststoffrohling ein überdimensioniertes Urmodell gefräst. Hierbei wurden das notwendige Abkühlschwindmaß (Abformtemperatur-Raumtemperatur) und das Sinterschwindmaß der ZrO2-haltigen Heißgießmasse von insgesamt 21,0% von vorn herein berücksichtigt, was einer linearen Vergrößerung von 26,6% entspricht.With the dimensions of the original model, a CAD file was generated and stored on this database in a 5-axis milling machine milled an oversized original model from a plastic blank. Here, the necessary Abkühlschwindmaß (molding temperature-room temperature) and the Sinterschwindmaß the ZrO 2 -haltigen Heißgießmasse of a total of 21.0% were considered from the outset, which corresponds to a linear magnification of 26.6%.
Die Herstellung der Silikon-Negativform erfolgte wie in Ausführungsbeispiel 1, jedoch betrug die abschließende Vorwärmtemperatur der Silikonform 70°C anstelle von 100°C.The Production of the silicone negative mold was carried out as in the exemplary embodiment 1, but the final preheating temperature the silicone mold 70 ° C instead of 100 ° C.
In einem evakuierbaren Dissolver wurden 49,4 Vol.% eines Yttrium-teilstabilisierten Zirkonoxides (3 Mol.% Yttriumoxid) in eine schmelzflüssige thermoplastische Bindemittelmischung eingearbeitet. Die Bindemittelmischung enthielt mindestens 90 Gew.% Paraffin; der zu 100 Gew.% ergänzende Anteil bildete ein Dispergierhilfsmittel.In an evacuable dissolver was 49.4 vol.% Of a yttrium partially stabilized Zirconia (3 mole percent yttria) in a molten state incorporated thermoplastic binder mixture. The binder mixture contained at least 90% by weight of paraffin; of 100% by weight complementary Proportion formed a dispersing aid.
Das rheologische Verhalten der Formmasse wurde auf die gleiche Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 charakterisiert. Die hergestellte Heißgießmasse wies eine dynamische Viskosität von 13,9 Pa·s bei einer Scherrate von 100 s–1 auf.The rheological behavior of the molding composition was characterized in the same manner as in Embodiment 1. The produced hot casting compound had a dynamic viscosity of 13.9 Pa · s at a shear rate of 100 s -1 .
Der Formgebungsprozess erfolgte wie in Ausführungsbeispiel 1.Of the Shaping process was as in the embodiment 1.
Der
so hergestellte Probekörper wurde nach dem Erkalten entformt,
bei einer Temperatur bis 400°C thermisch entbindert und
bei 1450°C über 1 Stunde gesintert. Nach erfolgter
Sinterung wurde der Probekörper in Länge und Breite
wie in Ausführungsbeispiel 1 vermessen. Die erhaltenen
Messwerte wurden jeweils gemittelt und die lineare Schwindung zwischen
Urform und Sinterteil berechnet. Die auf diese Weise ermittelten Messwerte
sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2: Mittelwerte der gemessenen
Dimensionen in Länge und Breite und daraus resultierende
lineare Schwindung zwischen der Urform und dem gesintertem Bauteil
aus teilstabilisiertem Zirkonoxid:
Gemäß Tabelle 2 betrugen die beobachteten Längenänderungen –20,96% bzw. –20.98%. Damit ist die Sinterschwindung von der Urform zur Replikation in Bezug auf Länge und Breite isotrop. Die angestrebten Endmaße der gesinterten keramischen Krone wurden erreicht.According to table 2 were the observed changes in length -20.96% or -20.98%. This is the sintering shrinkage of the original form isotropic for length and width replication. The targeted final dimensions of the sintered ceramic crown were reached.
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