AT411816B

AT411816B - Verfahren zur herstellung einer belastbaren struktur aus oxidkeramik, insbesondere aus zirkondioxid

Info

Publication number: AT411816B
Application number: AT0109902A
Authority: AT
Original assignee: Mediceram Chirurgische Implant
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-06-25
Also published as: ATA10992002A; DE10332802A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer belastbaren Struktur aus Oxidkeramik, insbesondere aus Zirkondioxid, als Ersatzstück an Defektstellen im Human- oder Veterinärbereich, beispielsweise als gerüstartige Struktur für einen Zahnersatz oder als Knochenersatzstück, wobei von einer Abformung der Defektstelle und einem Abguss oder einer optoelektrischen Erfassung der Defektstelle ausgehend ein Ersatzstück unter Berücksichtigung von Abständen bzw.

Zwischen- räumen zur Defektstelle für ein Einkleben, Einzementieren oder Einschrauben mit Abmessungen hergestellt wird, das zur Kompensation eines späteren Sinterschrumpfes im Ausmass des Sinter- schrumpfes vergrössert ist, wobei das Ersatzstück vorzugsweise durch Silberlack bereichsweise leitfähig gemacht und in einem Bad zum elektrophoretischen Auftragen von Oxidkeramik, insbe- sondere von Zirkondioxid unter Vorwahl einer Stromstärke eingebracht wird und nach einer Ver- weilzeit ein Rohling (Grünling) über den leitfähig gemachten Bereichen entsteht, der allenfalls bearbeitet und sodann unter Dimensionsverlust gesintert wird.

Im Bereich der Zahnprothetik wird für Einzelgerüste, Brückengerüste sowie Implantatsupra- strukturen Zirkonium als besonders verträgliches Material eingesetzt. Dieses steht als vorgesinter- ter Block zur Verfügung, der mittels einer programmgesteuerten CNC-Fräse gemäss der gewünsch- ten Struktur bearbeitet wird. Die Bearbeitung ist natürlich nur für Formgestaltungen möglich, die mit Hilfe eines 3D-geführten Fräsers hergestellt werden können. Zudem ist zu beachten, dass beim nachfolgenden Aussintern des Werkstückes eine Einschrumpfung eintritt, die bei der Steuerung des Fräsers im Rahmen der CNC-Bearbeitung berücksichtigt werden muss. Wenn man einen Block aussintert und damit auf ein Endmass bringt, ermöglicht die Härte des ausgesinterten Materi- als keine Bearbeitung mit wirtschaftlich vertretbaren Mitteln.

Auch andere Oxidkeramiken, wie etwa Aluminiumoxid, kommen zur Anwendung.

Ferner ist z. B. aus der DE 198 28 003 A1 oder auch aus der WO 01/85040 A1 bekannt, eine Defektstelle bei Zähnen im Mund eines Patienten photoelektronisch zu erfassen und auf einem Datenträger abzuspeichern. Ein Zahntechniker verfügt über eine Anlage, die bei Eingabe der Daten des übermittelten Datenträgers ein genaues Abbild der Defektstelle wiedergibt und es dem Zahntechniker ermöglicht, am Bildschirm ein Ersatzstück an der Defektstelle zu rekonstruieren. Mit Hilfe einer sogenannten Rapid Prototyping Machine wird dieses Ersatzstück aus dem gewünschten Material selbsttätig geformt.

In der nicht vorveröffentlichten WO 02/076321 A2 wird die Herstellung eines Ersatzstückes an Hand eines Abdruckes einer Defektstelle aus Dentalgips beschrieben. Dieser Dentalgips verfügt über die Eigenschaft einer erhöhten linearen Abbindeexpansion von etwa 8 bis 10%. Durch wieder- holte Abformung des vergrösserten Gipsmodells mit expandierendem Dentalgips können höhere Vergrösserungen erreicht werden, die dem Schrumpfen des auf dem Gipsmodell elektrophoretisch aufgebauten Grünkörpers aus Oxidkeramik beim Sintervorgang entsprechen.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren anzugeben, mit dem einerseits die Vorteile von Zir- konium, Zirkonoxid bzw. Zirkondioxid mit Yttriumoxid teilstabilisiert und von Aluminiumoxid hinsicht- lich Haltbarkeit, Belastbarkeit und Verträglichkeit wie auch die Vorteile moderner computergesteu- erter Herstellverfahren von Ersatzstücken benützt und anderseits die Nachteile einer spanabhe- benden Bearbeitung und insbesondere des unregelmässigen Schrumpfens vermieden werden.

Dies wird dadurch erreicht, dass das Ersatzstück als dreidimensionales Computermodell in einer CAD- Anlage virtuell aufgebaut bzw. rekonstruiert wird und das Computermodell im Computer virtuell dem Sinterschrumpf entsprechend vergrössert wird, dass von dem vergrösserten virtuellen Compu- termodell ein Kunststoffmodell selbsttätig im bekannten Rapid Prototypingverfahren hergestellt und auf diesem der Grünling elektrophoretisch aufgebaut wird, wobei das Kunststoffmodell vorzugswei- se beim Sintern verbrennt und die massgenaue Struktur zurückbleibt. Nach einer Abformung einer Defektstelle z. B. im Dentalbereich oder mittels einer Erfassung der Defektstelle durch ein bildge- bendes räumliches Verfahren durch den Zahnarzt wird ein genaues Abbild am Computer darge- stellt. Über diesem wird im Wege einer CAD-Bearbeitung durch den Techniker eine technische Struktur aufgebaut.

Diese Rekonstruktion über dem Defektbereich wird aus Kunststoff um den Schrumpffaktor der Oxidkeramik, insbesondere des Zirkons bzw. Zirkondioxids, vergrössert mittels Rapid Prototyping gefertigt und so steht ein vergrösserter Grünling, der im Wege der Elektrophore- se über dem vergrösserten Kunststoffmodell entstanden ist, zur Verfügung. Der vergrösserte Grün- ling kann sehr leicht bearbeitet werden, sollte dies notwendig sein. Durch die Elektrophorese lassen sich Formkörper beliebiger Geometrie - also auch mit diffizilen Hinterschneidungen herstel-

len, die durch eine Fräsbearbeitung nicht realisierbar sind. Auch variable Wandstärken sind mach- bar.

Wenn der Grünling sodann gesintert wird, verbrennt das Kunststoffmodell und es steht nach der planmässigen Schrumpfung ein massgenaues verschleissfestes und hochbelastbares Werkstück als Dentalgerüst oder Knochenersatzteil zur Verfügung. Wesentlich ist, dass die Anlagefläche der geschaffenen Struktur aus Oxidkeramik im Öffnungsbereich exakt und dicht an einer Absatzfläche im Sockelbereich des Zahnstumpfes anschliesst. So werden Druckkräfte und allfällige Drehmomen- te auf die Zahnwurzel übertragen. Das Zirkonoxid ist als Träger für Beschichtungen, z. B. aus Keramik, hervorragend geeignet.

Das Verfahren gemäss der Erfindung wird nachfolgend an Hand eines graphisch dargestellten Beispieles mit 12 Schritten beschrieben.

Ausgegangen wird im Schritt 1 von einem Zahnstumpf 1, der für eine Zahnkrone, Brücke od. dgl. vom Zahnarzt in die mit vollen Linien dargestellte Form gebracht wurde. Die Zahnwurzel schliesst nach unten an. Es soll die ursprüngliche Form eines Zahnes 2, wie sie mit strichlierten Linien dargestellt ist, wieder hergestellt werden.

Dazu wird im Schritt 2 vom Zahnarzt eine Abformung 3 mit einer Abformmasse hergestellt, der neben den benachbarten Zähnen und dem Gegenbiss das Negativ des Zahnstumpfes 1' wieder- gibt. Das körperliche Abformen kann auch durch ein optisches Abtasten und topographisches Erfassen des Zahnstumpfes 1 mittels einer oder mehrerer Kameras und eines Computers erfolgen.

Zu Schritt 3 wird mit Hilfe der Abformung 3 oder der aufgenommenen Daten ein Positiv 4 im Labor hergestellt ("Gipsmodell"), das dem Zahnstumpf 1 entspricht. Dieses Positiv 4 wird im Schritt 4 mittels eines Scanners in eine CAD-Anlage 5 eingegeben bzw. es wird die 3D-Bildinformation des Zahnstumpfes 1 direkt von der Aufnahme am Patienten der CAD-Anlage 5 übermittelt. Der Zahntechniker formt bzw. rekonstruiert bzw. modelliert am Bildschirm der CAD-Anlage auf dem dreidimensional erfassten Zahnstumpf 1 eine Ersatzstruktur 6 als Basis für ein Oxidkeramikgerüst.

Diese Ersatzstruktur 6 liegt vorerst nur als Computertopographie virtuell, durch Computerdaten definiert, vor.

Im Schritt 5 werden alle diese Daten um das beim Sintern auftretende Schrumpfungsmass bzw. den Schrumpfungsfaktor (z. B. 30%) des letztlich verwendeten Materials, nämlich beispielsweise Zirkonium, Zirkonoxid bzw. Zirkondioxid vergrössert, sodass sich vorerst eine im Datenspeicher der CAD-Anlage abgespeicherte vergrösserte Ersatzstruktur ergibt. Durch ein bekanntes Rapid Proto- typingsystem, also eine computergesteuerte Modellfertigung, die an die CAD-Anlage angeschlos- sen ist, wird im Schritt 6 ein um das Schrumpfmass von Zirkonium oder der verwendeten Oxidke- ramik vergrössertes Kunststoffmodell 7 automatisch hergestellt. An jenen Flächen, die später aus Zirkonoxid oder Oxidkeramik bestehen sollen, wird ein leitender Lack, z.B. Silberlack, auf das Kunststoffmodell 7 aufgebracht.

Im Schritt 7 wird auf diesen leitfähigen Flächen im Wege der Elektrophorese aus einem Substrat in einer Wanne, in welche das Kunststoffmodell 7 vollständig eintaucht, Zirkondioxid abgeschieden. Je nach Stromstärke und Verweilzeit in diesem Bad kann die Wandstärke des Auftrages bestimmt werden. Es entsteht ein Rohling, der als Grünling 8 be- zeichnet wird.

Dieser Grünling 8 wird im Schritt 8 zusammen mit dem Kunststoffmodell 7 aus dem Bad ge- nommen. Das Kunststoffmodell 7 trägt zur Festigkeit des Grünlings bei der Zwischenmanipulation bei. Im Schritt 9 kann der Grünling 8 problemlos nachbearbeitet werden. Sollte dies erforderlich sein, so kann dies durch Handarbeit oder auf einer 3D CNC-Maschine durchgeführt werden (z. B. auf der Fläche 9 oder im Anlagebereich an der Basis des Stumpfes 1).

Jetzt erst erfolgt im Schritt 10 das Sintern in einem Brennofen. Der Sinterprozess verleiht der Struktur eine Härte und Festigkeit, die eine formgebende Bearbeitung danach praktisch aus- schliesst. Beim Sintern schrumpft das Zirkondioxid um jenes Mass (also z. B. 30%), welches vorab bei der Herstellung des Kunststoffmodells 7 zugeschlagen wurde. Es liegt dann eine Struktur 10 für ein Ersatzstück 11 vor. Das Kunststoffmodell 7 verbrennt beim Sintervorgang.

Im Schritt 11 erfolgt nach dem Sintern allenfalls eine geringfügige Nachbearbeitung der nun- mehr den gewünschten Abmessungen entsprechenden Struktur 10, die im Schritt 12 beispielswei- se mit Keramik 12 beschichtet wird, um als Zahnersatz unmittelbar auf den Zahnstumpf 1 aufze- mentiert zu werden.

Auf diese Weise können also regelmässig oder unregelmässig geformte Formteile speziell für die Zahnprothetik als Einzelgerüste, Brückengerüste, Implantatsuprastrukturen sowie Implantate in der

Human- und Veterinärmedizin aus Zirkonium hergestellt werden. Ebenso können Knochendefekt- stellen durch Ersatzstücke aus Oxidkeramik wie Zirkondioxid oder Aluminiumoxid ersetzt werden.

Der Hohlraum, der zwischen dem Zahnstumpf 1 und der Struktur 10 aus Zirkondioxid auftritt, entspricht dem reduzierten Kunststoffmodell 7, also ohne Vergrösserungsfaktor. Dieser Abstand oder Hohlraum wird durch Zement ausgefüllt, der die feste Verbindung herstellt.

Claims

PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung einer belastbaren Struktur aus Oxidkeramik, insbesondere aus Zir- kondioxid, als Ersatzstück an Defektstellen im Human- oder Veterinärbereich, beispielsweise als gerüstartige Struktur für einen Zahnersatz oder als Knochenersatzstück, wobei von einer Abformung der Defektstelle und einem Abguss oder einer optoelektrischen Erfassung der De- fektstelle ausgehend ein Ersatzstück unter Berücksichtigung von Abständen bzw.

Zwischen- räumen zur Defektstelle für ein Einkleben, Einzementieren oder Einschrauben mit Abmessun- gen hergestellt wird, das zur Kompensation eines späteren Sinterschrumpfes im Ausmass des Sinterschrumpfes vergrössert ist, wobei das Ersatzstück vorzugsweise durch Silberlack be- reichsweise leitfähig gemacht und in einem Bad zum elektrophoretischen Auftragen von Oxid- keramik, insbesondere von Zirkondioxid unter Vorwahl einer Stromstärke eingebracht wird und nach einer Verweilzeit ein Rohling (Grünling) über den leitfähig gemachten Bereichen entsteht, der allenfalls bearbeitet und sodann unter Dimensionsverlust gesintert wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Ersatzstück als dreidimensionales Computermodell in einer CAD-Anlage virtuell aufgebaut bzw.

rekonstruiert wird und das Computermodell im Computer virtuell dem Sinterschrumpf entsprechend vergrössert wird, dass von dem vergrösserten virtuellen Computer- modell ein Kunststoffmodell selbsttätig im bekannten Rapid Prototypingverfahren hergestellt und auf diesem der Grünling elektrophoretisch aufgebaut wird, wobei das Kunststoffmodell vorzugsweise beim Sintern verbrennt und die massgenaue Struktur zurückbleibt.