-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie, die unter den folgenden Titel fallen kann: Fertigung kundenspezifischer lingualer Brackets.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Ein technisches Gebiet der Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden: Orthodontische Behandlungsapparatur.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von kieferorthopädischen Brackets zum Richten von Zähnen, insbesondere die direkte Herstellung von patientenspezifischen Lingualbrackets durch Nano Particle Jetting.
-
Als kieferorthopädische Apparaturen zum Richten von Zähnen kommen häufig festsitzende Apparaturen zum Einsatz, die aus Brackets und Bogendrähten bestehen. Die Brackets sind als Verankerungselemente semipermanent an den Zähnen angebracht und weisen üblicherweise einen oder mehrere Schlitze (engl: slot) oder Röhrchen zum Anbringen des Bogendrahts auf. Bogendrähte werden beim Anbringen an den Brackets elastisch verformt und erzeugen so eine Rückstellkraft, die dann an den Zähnen angreift und auf das Parodont und den Kieferknochen übertragen wird.
-
Der Kieferknochen erfährt dann entsprechende Umbauvorgänge (An- und Abbau) durch Druck und Zug, was die Zähne in die gewünschte Richtung bewegt. Eine derartige Zahnbehandlung dauert üblicherweise mehrere Monate oder Jahre. Die Apparaturen wirken ästhetisch nicht sehr ansprechend. Es gibt daher seit den 1970er Jahren Verfahren, die Brackets auf den Innenseiten der Zähne (lingual) anzubringen, um so die Apparatur weniger sichtbar zu machen. Dafür wurden eigens modifizierte Brackets entwickelt, die den speziellen Erfordernissen einer kieferorthopädischen Behandlung auf der lingualen Seite der Zähne Rechnung tragen. Als besonderes Problem der Lingualbehandlung erwies sich die Stimulation der Zunge durch die Apparatur. Diese ist umso stärker, je dicker/ höher die Brackets sind. Frühere Erfindungen zur Weiterentwicklung der lingualen Apparaturen hatten daher schon die Reduzierung der Brackethöhe zum Ziel. Ein probates Mittel hierfür ist die Individualisierung der Bracketbasis. Um ein individualisiertes Lingualbracket herzustellen, wird heutzutage üblicherweise CAD/CAM-Computertechnik verwendet.
-
Ein bekanntes Verfahren hierbei ist die direkte Herstellung der Brackets im Selective-Laser-Melting (SLM) Verfahren. Hierbei wird das virtuelle Modell des Brackets zunächst in mehrere Schichten unterteilt (slicing). Dann wird das Bracket Schicht für Schicht aus einem Pulverbett gelasert. Hierbei wird zunächst eine Schicht eines Metallpulvers auf der Bauplattform bereitgestellt und mit einem auf das jeweilige Pulver abgestimmten Laserstrahl selektiv aufgeschmolzen. Dabei verbinden sich die Körner des Metallpulvers in der jeweiligen Schicht untereinander und mit der jeweils darunter liegenden Schicht. Die Bauplattform fährt dann um eine Schichtdicke tiefer, und es wird eine neue Schicht Metallpulver bereitgestellt und der iterative Prozess beginnt von vorn, bis die letzte Schicht aufgeschmolzen wurde. Das fertige Bauteil kann dann aus dem Pulverbett entnommen werden. Bei diesem Verfahren bestehen jedoch einige Nachteile. Zum einen ist nachteilig, dass die zwingende Notwendigkeit der Anbindung des gesamten Bauteils an die Bauplattform mittels sogenannter Supports besteht, d.h. es werden, je nach Geometrie und Orientierung des Bauteils im Bauraum, Gitter oder Röhrchen hinzugefügt, die das Bauteil mit der Bauplattform verbinden. Diese Supports müssen dann nach vollendetem Bauprozess von den jeweiligen Stellen des Bauteils (hier: Bracket) wieder entfernt werden, was die Genauigkeit des Bauteils verschlechtert und einen zusätzlichen Arbeitsschritt darstellt. Außerdem bestimmt die Korngröße des Metallpulvers die mögliche Auflösung des Bauprozesses bezüglich der Schichtdicke (Z-Richtung) und des Fokusdurchmessers des Laserstrahls (XY-Richtung). Je feiner das verwendete Metallpulver ist, desto kleiner kann die Schichtdicke und der Fokusdurchmesser des Laserstrahls gewählt werden, was die Qualität des Bauteils erhöht. Sehr feines Metallpulver ist jedoch hochentzündlich und gesundheitsschädlich beim Einatmen, deshalb sind beim Selective-Laser-Melting bei sehr feinem Metallpulver besondere Vorsichtsmaßnahmen nötig. Das Metallpulver liegt herstellungsbedingt (Verdüsen) nie in einheitlicher Korngröße vor, sondern hat eine Größenverteilung, die durch Siebung nach dem Verdüsen noch verändert werden kann. Gängige Korngrößen des Metallpulvers liegen zwischen ca. 2–70µm, was eine Schichtdicke von ca. 20–50µm ermöglicht. Nach dem Ausbetten ist das Bauteil sehr rau und muss durch Politur nachgearbeitet werden. Die Auflösung und Rauigkeit der durch Selective Laser Melting hergestellten Brackets ist daher mangelhaft. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Metallpulver bei jedem Bauprozess durch Oxidation und Verklumpung durch Spratzereintrag aus der Laserspur altert. Es muss daher regelmäßig nachgesiebt und ggf. ausgetauscht werden.
-
Als eine Aufgabe kann daher betrachtet werden, die Nachteile des Stands der Technik zu mindern bzw. vollständig zu vermeiden.
-
Erfindungsgemäß wird das Verfahren der additiven Herstellung vorgeschlagen, das Nano Particle Jetting-Verfahren. Hierbei werden Nanopartikel in einer speziellen Flüssigkeit bereitgestellt und in einem dem Voxeljetting vergleichbaren Verfahren durch Tausende von kleinen Düsen auf die Bauplattform aufgebracht. Die die Nanoparikel umgebende Flüssigkeit wird durch die im Bauraum herrschende Temperatur von ca. 300°C verdampft, was die Nanopartikel zusammenfügt. Hierbei werden Schichtdicken von ca. 2µm realisiert, was eine bisher unerreichte Detailgetreue der Bauteile ermöglicht. Die so hergestellten Brackets haben eine sehr geringe Rauigkeit, was die Nachbearbeitung minimiert. In dem Bauprozess wird gleichzeitig ein Supportmaterial aufgetragen, welches nicht ausreichend stabilisierte Bereiche des Bauteils unterstützt und die Verwendung von Supports aus dem Zielmaterial überflüssig macht. Nach dem Auftragen der Schichten und des Supportmaterials wird der Rohling in einem Ofen ausgebacken. Das Supportmaterial kann dann rückstandslos entfernt werden. Das Verfahren ermöglicht eine höhere Auflösung bei geringerer Nachbearbeitung des Bauteils und gleichzeitig eine höhere Anwendersicherheit, da das Baumaterial und das Supportmaterial in Kartuschen bereitgestellt werden kann und das Hantieren mit gefährlichen Metallpulvern entfällt. Als Nanopartikel kommen hierbei verschiedene Metalle (Silber, Stahl, Titan und andere) als auch Keramiken in Betracht.
-
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines kieferorthopädisches Brackets zum Richten eines Zahns zur Verfügung gestellt, umfassend den Schritt: Einscannen des Zahns und Erstellen eines 3D-Modells des Brackets, umfassend den Schritt: Herstellen des Brackets mit einem Nano Laser Jetting-Verfahren.
-
Durch die vorgenannte Lösung ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik einige Vorteile, die im Folgenden näher erläutert werden. Weniger Nachbearbeitung und höhere Genauigkeit des Werkstückes sind überdies vorteilhafterweise gegeben.
-
Insbesondere können mittels einer Ausführung der Erfindung die oben genannten Nachteile vermieden werden. Es ergibt sich daher eine höhere Auflösung des durch das erfindungsgemäß angewandte Druckverfahren.
-
Der Gegenstand der Erfindung kann durch dem Fachmann geläufige Überlegungen fortentwickelt sein. Nicht naheliegend sind folgende Weiterbildungen und Aspekte der Erfindung.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend den Schritt: Erstellen des virtuellen dreidimensionalen Modells des Zahns mittels direktem Scannen des Zahns oder eines Modells.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein kieferorthopädisches Bracket zur Verfügung gestellt, wobei das Bracket nach einem der Verfahren 1 oder 2 hergestellt ist.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Bracket zur Verfügung gestellt, wobei das Material des Brackets ein Metall oder eine Keramik ist.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Bracket zur Verfügung gestellt, wobei das Bracket einen oder mehrere Slots und/oder ein oder mehrere Tubes aufweist.
-
An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich aus der zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Erfindung sofort und unmittelbar andere Kategorien erfindungsgemäßer Gegenstände ergeben. Insbesondere gehören dem Gegenstand der Erfindung entsprechende Verfahren und Vorrichtungen, ferner Anwendungen, insbesondere Software zur Ausführung des Verfahrens und Speichermittel auf dem diese Software gespeichert werden kann und schließlich – allerdings nicht einschränkend – Hardware auf der die vorgenannte Software ausgeführt werden kann.
-
Als eine generelle Idee der Erfindung kann Nachfolgendes angesehen werden. Verwendung eines NPJ (Nano-Particle-Jetting)-Verfahrens statt eines SLM (Selective-Laser-Melting)-Verfahrens zur Herstellung von Brackets. Durch das NPJ-Verfahren ergibt sich eine geringere Notwendigkeit zur Nachbearbeitung und eine höhere Detailgenauigkeit des Brackets.
-
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen:
-
1 ein Bracket 3 für einen Zahn eines Patienten und
-
2 ein Verfahren zur Herstellung eines Brackets 3.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt einen Zahn 1, der eine Lingualfläche 2 aufweist, und ein Bracket 3. Bracket 3 hat einen Slot 4 und zwei Bracketflügel 5. Die Bracketunterseite 6 ist der Lingualfläche 2 des Zahnes 1 angepasst. Erfindungsgemäß wird das Bracket 3/ patientenspezifisches Lingualbracket mittels eines Nano Particle Jetting-Verfahren hergestellt. Hierdurch wird eine bessere Anpassung an den betreffenden Zahn des Patienten ermöglicht.
-
2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung von Brackets. Die direkte Herstellung von patientenspezifischen Lingualbrackets durch Nano Particle Jetting kann wie folgt vorgenommen werden:
- • Schritt 1: Erstellen eines virtuellen dreidimensionalen Modells des Gebisses/ der Zähne des Patienten durch direktes Einscannen der Zähne bzw. eines Modells 1.
- • Schritt 2: Die den Zähnen zugewandte Seite der Brackets werden der lingualen Oberfläche des jeweiligen Zahnes entsprechend individuell gestaltet und virtuell mit dem Bracketslot bzw. -Tube zu einem 3D-CAD-Modell verbunden 2.
- • Schritt 3: Das 3D-CAD-Modell des Brackets wird in die Software der Nano-Particle-Jetting-Maschine importiert und durch Nano Particle Jetting produziert 3.
-
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
-
Es versteht sich, dass die Zeichnungen vorwiegend schematisch ausgeführt sind und insbesondere dem Verständnis durch Darstellung eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele dienen sollen. Werden Zahlen oder Maßangaben dargestellt, so sind diese zunächst nicht einschränkend, sondern erläuternd zu verstehen. Da diese Angaben allerdings ein Ausführungsbeispiel als besonders vorteilhaft darstellen, können sie dennoch zu einem späteren Zeitpunkt durchaus als den Schutzbereich bestimmend herangezogen werden, auch ohne auf einer weiteren wörtlichen oder sonstigen Erwähnung in dem übrigen Beschreibungsteil gestützt zu sein.
-
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich der besseren Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden.
-
Es versteht sich ferner, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht auf die wörtliche Auslegung der Ansprüche beschränkt ist, sondern auch äquivalente Ausführungsformen umfasst.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zahn
- 2
- Lingualfläche
- 3
- Bracket
- 4
- Bracketslot
- 5
- Bracketflügel
- 6
- Bracketunterseite
