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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnersatzteils aus einem Werkstück unter Zuhilfenahme einer CNC-Maschine.
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Mittels CAD/CAM (Computer Aided Design (”rechnerunterstützter Entwurf”)/Computer Aided Manufactoring (”rechnerunterstützte Fertigung”)) werden heute unterschiedliche Materialien, wie zum Beispiel Metalle, Keramiken, Glaskeramiken oder Kunststoffe, zu dentalen Prothetikteilen bzw. Restaurationen – im Folgenden auch kurz als „Zahnersatzteile” bezeichnet – verarbeitet.
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Mit „CNC-Maschine” (CNC: computerized numerical control) sei im vorliegenden Rahmen eine Maschine zur Formgebung durch Fräsen und/oder Schleifen im Rahmen einer CAD/CAM-gestützten Herstellung von Zahnersatzteilen bezeichnet, die per Computer numerisch bahngesteuert werden kann, wobei für die Bahnsteuerung Bearbeitungsbahnen generiert werden können, entlang derer ein in der CNC-Maschine angeordnetes Werkzeug geführt werden kann.
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Nach einer mechanischen Herstellung eines Grundgerüstes eines Zahnersatzteils, wie zum Beispiel einer Kronenkappe oder eines Brückengerüsts, mittels Fräsen oder Schleifen in einer CNC-Maschine wird das Teil üblicherweise mit einer Verblendschicht versehen. Dies erfolgt durch manuelles Auftragen einer Deckschicht aus einer keramischen Masse und anschließendem Brennen bzw. Sintern in einem Wärmeofen oder durch manuelles Auftragen einer Deckschicht aus Kunststoff. Nach dem Auftrag der Verblendung erhält man die fertige Prothetik mit der erforderlichen Okklusalfläche und Oberflächenqualität.
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Mit „Okklusalfläche” sei im vorliegenden Rahmen derjenige Anteil der Oberfläche des Zahnersatzteils – also beispielsweise einer Krone – bezeichnet, der als sichtbare Oberfläche vorgesehen ist, also beispielsweise derjenige Anteil der Oberfläche einer Krone, der die Kaufläche umfasst und der sich bis zur Präparationsgrenze bzw. zum Kronenrand erstreckt. Als Synonym für den Begriff Okklusalfläche wird vorliegend der Begriff „Außenkontur” gebraucht. Der restliche Anteil an der Oberfläche – auch als „Innenkontur” bezeichnet – kann dementsprechend für die Verbindung mit einem Zahnstumpf bzw. einem entsprechenden Teil eines menschlichen bzw. tierischen Kiefers vorgesehen sein.
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Durch das Auftragen der Deckschicht kann der Prothetik ein ästhetisches Aussehen gegeben werden, das an die Zahnfarbe des betreffenden Patienten angepasst ist. Das Verblenden eines Grundgerüsts ist insbesondere erwünscht bzw. erforderlich, wenn das Grundgerüst aus einem Metall besteht und der Patient keine metall-farbene, sondern eine zahnfarbene Versorgung wünscht.
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Durch die heutige Technik lassen sich Prothetikteile mit hervorragenden ästhetischen Eigenschaften herstellen, so dass sie von natürlichen Zähnen praktisch nicht mehr unterschieden werden können. Aus diesem Grund ist es heute üblich, auch Prothetikteile zu verblenden, die an sich bereits aus mehr oder weniger zahnfarbenen Keramikmaterialien bestehen. Ein weiterer Grund dafür, auch keramische Prothetikteile zu verblenden, liegt in der Härte der Keramik. Diese kann sich unter Umständen negativ auswirken, weil sie im Allgemeinen beispielsweise dazu führen kann, dass durch Wechselwirkung des Zahnersatzteils mit einem dazu antagonistisch wirkenden Zahn letzterer abgeschliffen wird. Die Verblendmassen sind daher hinsichtlich ihrer Härte-Eigenschaften entsprechend angepasst.
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Ein keramisches Grundgerüst oder kurz „Gerüst”, das durch Fräsen und anschließendes Verblenden hergestellt ist, weist zwar sehr gute biokompatible und ästhetische Eigenschaften auf, jedoch ist die Herstellung relativ aufwändig und dementsprechend teuer. Eine Alternative hierzu stellt die Verwendung von kostengünstigeren, allerdings weniger gut biokompatiblen Materialien, wie zum Beispiel NEM (Nicht-Edelmetall), dar; allerdings stehen neuerdings auch günstigere keramische Materialien, wie zum Beispiel HPC (high performance ceramic), neue Glaskeramiken und Kunststoffe zur Verfügung, so dass das genannte Verfahren kostengünstiger durchgeführt werden kann und somit für einen größer gewordenen Patientenkreis interessant ist. Die zuletzt genannten Materialien sind annähernd zahnfarben, so dass sie auch ohne Verblendung im Mund eingesetzt von natürlichen Zähnen nur schwer zu unterscheiden sind; sie können als Vollkontur hergestellt werden.
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Beispielsweise kann also aus einem derartigen Keramikmaterial eine Krone mit funktioneller Kauflächengestaltung ohne den aufwändigen Schritt des Verblendens hergestellt werden. Allerdings ist es in einem solchen Fall erforderlich, dass nach der mechanischen Bearbeitung durch Fräsen bzw. Schleifen das Prothetikteil noch poliert wird, um Bearbeitungsrauhigkeiten zu minimieren. Dieses Polieren der Keramik stellt einen manuellen Arbeitsschritt dar, der relativ mühsam und zeitaufwändig ist. Zudem besteht dabei die Gefahr, dass das im Allgemeinen filigrane Prothetikteil durch die dabei notwendigerweise entstehende mechanische Einwirkung beschädigt wird. Außerdem werden durch diesen Arbeitsschritt die Herstellungskosten erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Prothetikteils unter Zuhilfenahme einer CNC-Maschine anzugeben. Außerdem soll eine CNC-Maschine zur Herstellung eines Prothetikteils angegeben werden, mit der eine einfachere Herstellung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Gegenständen gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnersatzteils aus einem Werkstück unter Zuhilfenahme einer CNC-Maschine vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Generierung einer Bearbeitungsbahn für die CNC-Maschine zur Bearbeitung einer Okklusalfläche des herzustellenden Zahnersatzteils, (b) Fräsen und/oder Schleifen des Werkstücks in der CNC-Maschine auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn, und (c) Polieren des Werkstücks in der CNC-Maschine auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn.
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Dadurch, dass die Bearbeitungsbahn zum Polieren des Werkstücks verwendet wird, entfällt die Notwendigkeit, das Polieren gänzlich manuell durchzuführen. Hierdurch wird der Herstellungsprozess insgesamt vereinfacht.
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Vorteilhaft besteht das Werkstück aus Glaskeramik oder Kunststoff. Bei diesen Materialien ist kein anschließendes Sintern vorgesehen bzw. erforderlich. Durch das Polieren des Werkstücks in der CNC-Maschine kann in diesem Fall eine so gute Oberflächengüte erzielt werden, dass auf ein manuelles Polieren vollständig verzichtet werden kann.
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Vorteilhaft besteht das Werkstück aus einem Material, beispielsweise HPC, für das in einem weiteren Schritt ein Sintern vorgesehen ist, wobei das Sintern vor dem Polieren erfolgt.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Werkstück aus einem Material besteht, beispielsweise HPC, für das in einem weiteren Schritt ein Sintern vorgesehen ist, wobei das Sintern nach dem Polieren erfolgt. In diesem Fall kann durch das Polieren des Werkstücks vor dem Sintern in der CNC-Maschine bereits eine so gute Oberflächengüte erzielt werden, dass ein nach dem Sintern gegebenenfalls erforderlicher manueller Poliervorgang deutlich erleichtert ist. Weiterhin vorteilhaft kann in diesem zuletzt genannten Fall vorgesehen sein, dass das Werkstück nach dem Sintern ein weiteres Mal in der CNC-Maschine auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn poliert wird. Auf diese Weise wird auch in diesem Fall ein manueller Poliervorgang vollständig entbehrlich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnersatzteils aus einem Werkstück unter Zuhilfenahme einer CNC-Maschine vorgesehen, das die Schritte aufweist: (a') Generierung einer Bearbeitungsbahn für die CNC-Maschine zur Bearbeitung einer Okklusalfläche des herzustellenden Zahnersatzteils, (b') Fräsen und/oder Schleifen des Werkstücks in der CNC-Maschine auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn, und (c') Auftragen einer Deckschicht auf das Werkstück in der CNC-Maschine auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn.
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Dadurch, dass die Deckschicht auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn aufgetragen wird, wird ein entsprechender manueller Bearbeitungsschritt entbehrlich oder zumindest erleichtert. Auf diese Weise wird die Herstellung insgesamt einfacher.
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Vorteilhaft erfolgt dabei der Schritt (c') mittels einer Zuführeinrichtung, die an der CNC-Maschine installiert ist oder Teil der CNC-Maschine ist.
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Vorteilhaft weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf (d') Trocknen der in Schritt (c') aufgetragenen Deckschicht in der CNC-Maschine. Weiterhin vorteilhaft erfolgt dabei der Schritt (d') mittels einer Wärmequelle, die mit der CNC-Maschine verbunden ist oder Teil der CNC-Maschine ist.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnersatzteils aus einem Werkstück vorgesehen, die eine CNC-Maschine mit Bahnsteuerung umfasst, wobei die CNC-Maschine einen Werkzeughalter aufweist, in dem ein Polierwerkzeug angeordnet ist.
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Vorteilhaft weist die CNC-Maschine weiterhin eine Halterung bzw. einen Werkstückhalter für eine Innenkontur des Werkstücks auf. Dadurch wird ermöglicht, dass im Fall einer Herstellung, bei der das Werkstück gesintert wird, das Werkstück vor und nach dem Sintern mit Bezug auf die Bahnsteuerung jeweils positionsgenau in der CNC-Maschine angeordnet wird.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnersatzteils aus einem Werkstück vorgesehen, die eine CNC-Maschine mit Bahnsteuerung umfasst, wobei die CNC-Maschine eine Zuführeinrichtung zum Auftragen einer Deckschichtmasse auf das Werkstück aufweist. Weiterhin vorteilhaft weist dabei die CNC-Maschine weiterhin eine Wärmequelle zum Trocknen der aufgetragenen Deckschichtmasse auf.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ablaufskizze zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels, und
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2 eine Ablaufskizze zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel skizziert. Das Verfahren dient zur Herstellung eines Zahnersatzteils (auch als Prothetik oder Restauration bezeichnet). Bei dem Zahnersatzteil kann es sich beispielsweise um eine Kronenkappe, ein Brückengerüst, eine Vollkrone, eine Brücke mit Kaufläche usw. handeln.
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Bei dem Verfahren wird das Zahnersatzteil aus einem Werkstück unter Zuhilfenahme einer CNC-Maschine mit Bahnsteuerung hergestellt. Zur Steuerung der CNC-Maschine wird in einem ersten Schritt 10 eine Bearbeitungsbahn zur Bearbeitung einer Okklusalseite des herzustellenden Zahnersatzteils generiert. Die Generierung der Bearbeitungsbahn kann insbesondere auf Grundlage bzw. im Rahmen eines CAD/CAM-Verfahrens erfolgen.
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Bei dem Werkstück kann es sich um ein Werkstück aus Glaskeramik oder Kunststoff handeln.
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In einem zweiten Schritt 20 wird das Werkstück auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn in der CNC-Maschine zur Formgebung gefräst und/oder geschliffen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass durch den zweiten Schritt 20 das Werkstück in die Form eines Grundgerüstes des herzustellenden Zahnersatzteils gebracht wird.
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Es kann bei dem zweiten Schritt 20 insbesondere vorgesehen sein, dass in einen Werkzeughalter der CNC-Maschine ein Fräs- bzw. Schleifwerkzeug eingesetzt ist und das Fräs- bzw. Schleifwerkzeug zur genannten Formgebung längs der Bearbeitungsbahn bewegt wird.
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In einem dritten Schritt 30 wird das Werkstück auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn in der CNC-Maschine poliert. Es kann bei dem dritten Schritt 30 insbesondere vorgesehen sein, dass in einen bzw. in den Werkzeughalter der CNC-Maschine ein Polierwerkzeug eingesetzt ist und das Polierwerkzeug zur genannten Formgebung längs der Bearbeitungsbahn bewegt wird.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der dritte Schritt 30 einen Schritt darstellt, in dem das Werkstück im Rahmen der Herstellung ein letztes Mal behandelt wird. Beispielswiese kann es sich also um ein „End-Polieren” handeln. Ein manuelles Polieren wird auf diese Weise entbehrlich oder zumindest vereinfacht, so dass der Herstellungsprozess insgesamt einfacher ist.
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Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass das Werkstück beim zweiten Schritt 20 in einen Werkstückhalter der CNC-Maschine eingespannt ist und zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt in dem Werkstückhalter der CNC-Maschine eingespannt bleibt. Hierdurch wird die Gefahr vermieden, dass das Werkstück durch ein Ausspannen aus dem Halter nach dem zweiten Schritt 20 und ein anschließendes erneutes Einspannen in den Halter vor dem dritten Schritt 30 bei letzterem eine andere relative Lage zu der Bearbeitungsbahn einnimmt als beim zweiten Schritt 20. Dies trägt somit zur weitergehenden Präzisierung bei der Herstellung bei.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem zweiten Schritt 20 und dem dritten Schritt 30 ein Fräs- bzw. Schleifwerkzeug, das beim zweiten Schritt 20 längs der Bearbeitungsbahn geführt worden ist, von einem Werkzeughalter der CNC-Maschine entfernt wird und stattdessen ein Polierwerkzeug an dem Werkzeughalter montiert wird, das beim dritten Schritt 30 längs der Bearbeitungsbahn geführt wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die CNC-Maschine zwei Werkzeughalter aufweist und während des zweiten Schritts 20 und des dritten Schritts 30 das Fräs- bzw. Schleifwerkzeug in dem ersten Werkzeughalter montiert ist und das Polierwerkzeug in dem zweiten Werkzeughalter montiert ist. Hierdurch lässt sich ein entsprechender Werkzeugwechsel zwischen dem zweiten Schritt 20 und dem dritten Schritt 30 vermeiden und damit die Gefahr einer ungewollten Veränderung des Werkstücks während der Herstellung gegenüber der CNC-Maschine bzw. gegenüber der Bearbeitungsbahn weiter verringern.
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Das Werkstück kann aus einem Material bestehen, für das in einem weiteren Schritt ein Sintern vorgesehen ist. Beispielsweise kann es sich um ein so genanntes HPC-Material handeln. In diesem Fall ist vorteilhaft ein weiterer Schritt vorgesehen, in dem das genannte Sintern erfolgt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der Schritt des Sinterns vor oder nach dem dritten Schritt 30 durchgeführt wird. Falls das Sintern nach dem dritten Schritt 30, also nach dem genannten Polieren erfolgt, lässt sich durch den dritten Schritt 30 erzielen, dass das Werkstück nach dem Sintern bereits eine Oberflächengüte aufweist, die – im Vergleich zum Stand der Technik – ein gegebenenfalls noch erforderliches Nach- bzw. Endpolieren deutlich vereinfacht.
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Außerdem ist es in diesem Fall möglich, das Werkstück nach dem Sintern ein weiteres Mal in der CNC-Maschine anzuordnen und auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn ein weiteres Mal zu Polieren. Hierdurch wird ein abschließender manueller Poliervorgang, also ein manuelles End-Polieren entbehrlich oder zumindest weitergehend vereinfacht. in diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die CNC-Maschine einen Werkstückhalter aufweist, in dem das Werkstück wiederholt positionsgenau angeordnet werden kann. Dadurch lässt sich das Werkstück nach dem Sintern zum weiteren Polieren bzw. zum End-Polieren wieder in exakt derselben Position relativ zu der Bearbeitungsbahn anordnen, in der es während des Fräsens bzw. Schleifens angeordnet war.
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Wie in 2 angedeutet, ist gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass – im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel – anstelle des Polierens, also des dritten Schritts 30, ein alternativer dritter Schritt 300 erfolgt, in dem eine Deckschicht bzw. Verblendschicht oder Glasur auf das Werkstück bzw. auf das im zweiten Schritt erstellte Grundgerüst in der CNC-Maschine auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn aufgetragen wird. Insbesondere kann vorgesehen sein dass dieser Schritt ein Endbearbeitungsschritt der Herstellung ist. Hierdurch kann auf maschinellem Wege eine Deckschicht erzeugt werden. Ein manuelles Ausbringen einer Deckschicht bzw. Verblendschicht wird hierdurch entbehrlich.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Deckschicht, die im alternativen Schritt 300 aufgetragen wird, aus einer keramischen Masse oder Glasmasse besteht.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Deckschicht nur auf die Okklusalfläche aufgetragen wird.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass bei dem alternativen dritten Schritt 300 das Auftragen mittels Zuführeinrichtung erfolgt, die an der CNC-Maschine installiert ist bzw. Teil der CNC-Maschine ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zufuhreinrichtung dazu ausgelegt ist, die Deckschicht längs der generierten Bearbeitungsbahn auf das Werkstück aufzutragen.
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Weiterhin vorteilhaft ist in diesem Fall vorgesehen, dass in einem vierten Schritt die aufgetragene Deckschicht in der CNC-Maschine aktiv getrocknet wird; beispielsweise kann hierfür eine Wärmequelle vorgesehen sein, die mit der CNC-Maschine verbunden ist bzw. Teil der CNC-Maschine ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass nach vergleichsweise kurzer Zeit nach dem Auftragen der Deckschicht das Zahnersatzteil in fertig erstelltem Zustand aus der CNC-Maschine herausgenommen werden kann.
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Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass der vierte Schritt bereits während des Auftragens der Deckschicht beginnend erfolgt, also zeitlich zumindest teilweise überlappend mit dem Schritt des Auftragens erfolgt.
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Gemäß einer Variante ist vorgesehen, dass mehrere Schichten durch entsprechende wiederholte Anwendung des vierten Schritts auf das Gerüst aufgetragen werden.
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Zur Durchführung des anhand des ersten Ausführungsbeispiels dargestellten Verfahrens ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnersatzteils aus einem Werkstück vorgesehen die eine CNC-Maschine mit Bahnsteuerung umfasst, die einen Werkzeughalter aufweist und ein Polierwerkzeug, das in dem Werkzeughalter angeordnet ist. Hierdurch wird das im ersten Ausführungsbeispiel exemplarisch dargestellte Verfahren ermöglicht.
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Vorteilhaft weist die CNC-Maschine dabei weiterhin eine Halterung bzw. einen Werkstückhalter für eine Innenkontur des Werkstücks auf; insbesondere kann ein Werkstückhalter zur Halterung des Werkstücks im Bereich der Innenkontur des Werkstücks vorgesehen sein, mit dem es möglich ist, das Werkstück wiederholt in derselben Position relativ zu einer Bearbeitungsbahn anzuordnen. Hierdurch wird ermöglicht, dass in einem Fall, in dem das Werkstück gesintert wird, das Werkstück nach dem Sintern wieder positionsgenau in der CNC-Maschine angeordnet wird und anschließend ein Polieren auf Grundlage der generierten Bearbeitungsbahn durchgeführt werden kann.
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Zur Durchführung des anhand des zweiten Ausführungsbeispiels dargestellten Verfahrens ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnersatzteils aus einem Werkstück vorgesehen, die eine CNC-Maschine mit Bahnsteuerung umfasst, wobei die CNC-Maschine eine Zuführeinrichtung zum Auftragen einer Deckschichtmasse auf das Werkstück aufweist. Vorteilhaft weist die CNC-Maschine außerdem eine Wärmequelle auf, die dazu geeignet ist, die aufgetragene Deckschichtmasse zu wärmen bzw. zu trocknen bzw. zu härten.
