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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanordnung für ein Freiformdentalprodukt, einen Adapterkörper für eine solche Bearbeitungsanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Freiformdentalprodukts, insbesondere einer Zahnschiene.
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Aus dem Stand der Technik sind Lösungen zur Herstellung von Freiformdentalprodukten in verschiedenen Varianten bekannt.
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Freiformdentalprodukte weisen mindestens einen Oberflächenabschnitt mit einer Freiform auf. Es ist hierzu bekannt, von einem Gebiss oder einem Gebissabschnitt einen Abdruck oder ein digitales Abbild zu erstellen. Hieraus kann ein Modellkörper erstellt werden, der eine Negativform oder eine Positivform darstellt. Diese Form bildet dann die Grundlage für die Herstellung des Freiformdentalprodukts.
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So werden beispielsweise keramische Verblendungen hergestellt, indem ein Schlicker auf den Abschnitt des Modellkörpers aufgetragen und dann geformt wird, der beispielsweise einen Zahnstumpf repräsentiert. Ein solcher Auftrag kann auch auf Kronen, Brücken oder Zwischenkörpern erfolgen, die auf dem Modellkörper sitzen. Der so vorgeformte Verblendungsrohkörper wird dann weiterbearbeitet und gesintert und kann dann als fertige Verblendung passgenau bei dem Patienten eingesetzt werden. Der Modellkörper dient bei einer solchen Bearbeitungsanordnung als Formgebung für den gebissseitigen Oberflächenabschnitt der Verblendung und zugleich als Halterung während der Bearbeitung in den Bearbeitungsschritten. Nachteilig ist der hohe Anteil an manueller Bearbeitung sowie im Falle maschineller Bearbeitungsschritte, beispielsweise Fräsen oder Polieren, der hohe Aufwand für die Kalibrierung bei jedem Einspannen in eine Dentalbearbeitungsmaschine.
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Als weiteres Beispiel ist die Herstellung von Freiformdentalprodukten als Zahnschienen, insbesondere als Zahnkorrekturschienen bekannt. Zahnkorrekturschienen dienen der Korrektur von Zahnschiefstellungen. Das Richten der Zähne wird über eine Behandlungsabfolge durch mehrere angepasste Zahnschienen erreicht.
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Zur Herstellung solcher Zahnkorrekturschienen und der damit verbundenen Bearbeitung ist es aus dem Stand der Technik ferner bekannt, zunächst den Ist-Zustand des Gebisses eines Patienten über einen Gebissabdruck, der folgend digitalisiert wird, oder über einen elektronischen Scan des Gebisses zu erfassen. Aus den digitalen Daten wird ein virtuelles Modell des Gebisses erstellt. Am virtuellen Gebissmodell werden die Zahnschiefstellungen korrigiert. Aus dem Vergleich zwischen Ist- und Soll-Zustand werden mehrere Korrekturschritte errechnet. Für jeden Korrekturschritt wird dann eine Zahnkorrekturschiene ausgelegt. Jede einzelne Zahnkorrekturschiene wird durch Thermoformen einer Kunststofffolie erzeugt. Dazu wird das berechnete Gebiss der jeweiligen Korrekturstufe als Positivmodell mittels 3D-Druck oder Frästechnik hergestellt. Danach wird darüber eine Kunststofffolie mittels Thermoformen gelegt und so der Zahnschienen-Rohkörper erzeugt.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, nach dem Entformen den Zahnschienen-Rohkörper manuell in Dentallaboren insbesondere durch Fräsen nachzubearbeiten und so eine Randkontur herzustellen, die möglichst exakt der Trennlinie zwischen Zahn und Zahnfleisch entspricht. Dies wird auch als Trimmen bezeichnet.
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Eine Lösung zum Entformen und Trimmen einer solchen Kunststofffolie wird beispielsweise in
WO 2020 092 176 A1 beschrieben. Es wird die Positivform des Gebisses von der Negativform, der Zahnschiene als Rohkörper, getrennt. Danach wird die tiefgezogene Folie des Zahnschienen-Rohkörpers entlang des Zahnfleischrandes getrennt. Dies erfolgt durch Laser- oder Fräsbearbeitung. Die Zuordnung der Positivformen zu den entsprechenden digitalen Modellen der jeweiligen Korrekturschritte erfolgt mittels Markierung auf dem Positiv-Modell. Die Markierung kann als Strichcode oder QR-Code ausgeführt sein.
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Beim Tragen der Korrekturschiene soll die Trennlinie der Schiene die vom Anwender definierte Trennlinie der Zähne zum Zahnfleisch exakt abbilden, damit das Zahnfleisch nicht gereizt wird. Der Nachteil der beschriebenen Lösung besteht darin, dass die Trennlinie maschinell nicht ausreichend exakt bearbeitet werden kann. Das führt zu unangenehmen Zahnfleischreizungen beim Tragen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bearbeitungsanordnung für einen Freiformdentalprodukt aufzuzeigen, mit der mit hoher Präzision, kostengünstig und mit geringerer Anfälligkeit für Bedienfehler eine maschinelle und nachbearbeitungsfreie Bearbeitung eines Freiformdentalprodukts erfolgen kann. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Freiformdentalprodukts mittels einer solchen Bearbeitungsanordnung anzugeben.
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Die Aufgabe wird in Bezug auf die Bearbeitungsanordnung durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale, in Bezug auf den Adapterkörper durch die im Patentanspruch 5 aufgeführten Merkmale und in Bezug auf das Verfahren durch die im Patentanspruch 6 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanordnung liegt zu Grunde, dass von dem Ist-Zustand des Gebisses oder Teils des Gebisses eines Patienten ein digitales Abbild erzeugt wurde.
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Anhand dieses digitalen Abbilds wird ein Modellkörper erzeugt, der einen Gebissabschnitt aufweist. Der Gebissabschnitt des Modellkörpers stellt eine Positivform des Patientengebisses dar. Der Modellkörper ist Teil der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanordnung und bildet die physische Basis für die Herstellung des Freiformdentalprodukts. Es ist ferner erfindungswesentlich, dass der Modellkörper mit der Positivform zum ersten die Formgebung für den Teilabschnitt der Oberfläche des Freiformdentalprodukts bereitstellt, der bei späterer bestimmungsgemäßer Anwendung des Freiformdentalprodukts in Verbindung oder Kontakt zu dem Patientengebiss steht und zum zweiten die Festlegung der Lagebeziehung des Freiformdentalprodukts und seiner Fertigungsvorstufen im Sinne eines Werkstückhalters bereitstellt.
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Als Freiformdentalprodukt im Sinne der vorliegenden Erfindung werden alle Dentalprodukte verstanden, deren Oberfläche mindestens einen Oberflächenabschnitt mit einer gebissbezogenen Freiform aufweist. Das Freiformdentalprodukt kann dabei sowohl als ein Zahnersatz zur festen Verbindung mit dem Patientengebiss, wie beispielsweise eine Krone mit Verblendung, als auch als therapeutisches Hilfsmittel zur Anwendung am Patientengebiss, wie beispielsweise eine Knirschschiene in der Bruxismusbehandlung oder eine Zahnkorrekturschiene, vorliegen.
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Die erfindungsgemäße Bearbeitungsanordnung wird nachfolgend am Beispiel einer Zahnkorrekturschiene detailliert erläutert.
Auch in diesem Beispiel wurde von dem Ist-Zustand eines Gebisses eines Patienten, nachfolgend als Ist-Gebiss bezeichnet, ein digitales Abbild erzeugt. Abgeleitet von dem Ist-Gebiss wird anhand dentalmedizinischer Kriterien ein korrigiertes Gebiss festgelegt. Dieses wird nachfolgend als finales Soll-Gebiss bezeichnet. Ferner liegt zu Grunde, dass von dem finalen Soll-Gebiss und von Soll-Gebissen von Zwischenschritten zwischen dem Ist-Gebiss und dem finalen Soll-Gebiss jeweils ein digitales Modell erzeugt wird. Die Zwischenschritte werden nachfolgend als Korrekturstufen bezeichnet. Als Soll-Gebiss werden zusammengefasst das finale Soll-Gebiss und die Soll-Gebisse der Korrekturstufen bezeichnet. Die dem finalen Soll-Gebiss entsprechende Korrekturstufe wird nachfolgend als die finale Korrekturstufe bezeichnet.
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Zu jedem der Soll-Gebisse muss eine Zahnkorrekturschiene hergestellt werden deren innere Form einem Negativabbild des jeweiligen Soll-Gebisses entspricht. Die Zahnkorrekturschiene wird nachfolgend teilweise auch verkürzt als Zahnschiene bezeichnet.
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Die Zahnkorrekturschiene wird bevorzugt mittels einer Thermoformfolie zunächst als ein Zahnschienen-Rohkörper erzeugt, in dem die Thermoformfolie beispielsweise mittels Unterdrucks an ein physisches Abbild eines Soll-Gebisses angelegt wird und in dieser Form erstarrt. Dies kann auch durch einen Überdruck von außen als sogenanntes Thermopressen erfolgen. Dieses physische Abbild eines Soll-Gebisses wird nachfolgend als Gebissabschnitt des Modellkörpers bezeichnet.
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Aus dem Zahnschienen-Rohkörper wird die fertige Zahnkorrekturschiene herausgearbeitet, indem vorzugsweise durch Fräsen eine Zahnschienen-Randkontur hergestellt wird, die der Randkontur von den Zähnen zum Zahnfleisch des jeweiligen Soll-Gebisses entspricht. Die Zahnschienen-Randkontur wird aus dem digitalen Modell der betreffenden Korrekturstufe errechnet und diesem digitalen Modell hinzugefügt. Die Zahnschienen-Randkontur ist dabei so auszubilden, dass diese nicht auf das Zahnfleisch drückt. Optional kann die Randkontur auch zusätzlich durch Polieren von möglicherweise scharfkantigen Abschnitten befreit werden. Die hier beschriebene Herstellung der Zahnschienen-Randkontur wird nachfolgend auch als das Trimmen bezeichnet. Beim Trimmen liegt der Zahnschienen-Rohkörper noch an dem Gebissabschnitt des Modellkörpers an und weist so eine definierte Lagebeziehung relativ zu dem Modellkörper auf. Nach dem Trimmen erfolgt das Entformen durch Abnehmen der dann getrimmten Zahnkorrekturschiene von dem Gebissabschnitt.
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Die Menge der Zahnkorrekturschienen der verschiedenen Korrekturstufen wird nachfolgend auch als Zahnschienen-Satz bezeichnet.
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Die erfindungsgemäße Bearbeitungsanordnung für eine Zahnkorrekturschiene weist einen Modellkörper und einen Adapterkörper auf.
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Der Modellkörper weist einen Gebissabschnitt und einen Trägerabschnitt auf.
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Als Gebissabschnitt wird ein physisches Modell eines Gebisses verstanden. Es handelt sich dabei um ein Positiv-Modell. Bei dem Gebiss handelt es sich in der Regel nicht um das Ist-Gebiss des Patienten, sondern um die Soll-Gebisse, die den verschiedenen Korrekturstufen entsprechen.
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Der erfindungsgemäße Adapterkörper weist einen Aufnahmeabschnitt auf und ist zur Aufnahme an einer Schnellaufnahmevorrichtung einer Dentalbearbeitungsmaschine ausgebildet. Vorzugsweise ist der Adapterkörper als eine Adapterplatte ausgebildet. Bei der flächigen Geometrie der Adapterplatte ist der Aufnahmeabschnitt auf der dem Modellkörper abgewandten Seite angeordnet. Der Aufnahmeabschnitt weist eine zu der Schnellaufnahmevorrichtung der Dentalbearbeitungsmaschine korrespondierende Form auf und kann so in an sich bekannter Weise mittels Formschlusses eine zuverlässige und kraftübertragende Lagebeziehung zu der Schnellaufnahmevorrichtung herstellen. Die Schnellaufnahmevorrichtung kann beispielsweise mittels eines Einspannschafts zur Aufnahme in einer Spannvorrichtung einer Dentalbearbeitungsmaschine ausgebildet sein.
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Der Adapterkörper, nachfolgend auch teilweise als Adapterplatte bezeichnet, ermöglicht vorteilhaft eine flächige Anlage des Modellkörpers und somit eine zuverlässige Kraftübertragung bei den durchzuführenden mechanischen Bearbeitungen beim Trimmen oder bei anderen Bearbeitungsschritten bei anderen Freiformdentalprodukten. Dies ermöglicht es, den Trägerabschnitt des Modellkörpers mit nur geringer Stützstruktur und somit materialreduziert auszubilden. Insbesondere ist es möglich, zur Materialeinsparung den Trägerabschnitt hohl oder abschnittweise hohl auszubilden, weil die Bearbeitungskräfte zuverlässig und flächig an die Adapterplatte übertragen werden können. Alternativ oder kumulativ kann der Trägerabschnitt des Modellkörpers besonders flach ausgebildet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil das für zahnmedizinische Anwendungen erforderliche Material besonders kostenintensiv ist. Zudem kann so die Druckzeit bei einem 3-D-Drucken verkürzt werden. Die flächige Anlage zwischen Modellkörper und Adapterplatte ermöglicht vorteilhaft auch die Verwendung spröder Kunststoffe beim Formen, insbesondere 3-D-Drucken des Modellkörpers, da die sonst hohen Spannkräfte vermieden werden.
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Vorzugsweise weist dabei die Längsachse der Hauptarbeitsachse der Dentalbearbeitungsmaschine zu der Hauptplanebene der Adapterplatte einen Winkel alpha von etwa 30 bis 60 Grad, vorzugsweise von 40 bis 50 Grad und besonders bevorzugt von 45 Grad auf. Es wurde überraschend gefunden, dass damit eine besonders gute Zugänglichkeit der Werkzeuge der Dentalbearbeitungsmaschine bei einer Verschwenkung der Adapterplatte um die Längsachse der Hauptarbeitsachse der Dentalbearbeitungsmaschine erreicht werden kann. Dies ermöglicht vorteilhaft eine weniger aufwändige Konstruktion der Dentalbearbeitungsmaschine. Beispielsweise kann der beschriebene Winkel konstruktiv in einfacher Weise dadurch bereitgestellt werden, dass der Einspannschaft einer Schnellaufnahme zu der Planebene der Schnellaufnahme, die bestimmungsgemäß die Adapterplatte aufnimmt, den gewünschten Winkel aufweist.
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Ferner ist die Bearbeitungsanordnung für ein Freiformdentalprodukt dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerabschnitt des Modellkörpers einen besonderen Formabschnitt aufweist, der nachfolgend als Modellkörperformabschnitt bezeichnet wird.
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Ebenso weist der Adapterkörper einen besonderen Formabschnitt auf; dieser wird nachfolgend als Adapterkörperformabschnitt bezeichnet.
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Der Modellkörperformabschnitt und der Adapterkörperformabschnitt werden zusammengefasst auch als die Formabschnitte bezeichnet.
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Der Modellkörperformabschnitt und der Adapterkörperformabschnitt sind zueinander korrespondierend ausgebildet und für einen Formschluss zur Festlegung einer relativen Lagebeziehung zwischen dem Modellkörper und dem Adapterkörper ausgebildet. Als korrespondierend ausgebildet wird nachfolgend verstanden, dass die Geometrien der Formabschnitte zumindest abschnittsweise übereinstimmen und vorzugsweise konvexe und dazu passende konkave Abschnitte aufweisen. Als für einen Formschluss ausgebildet wird nachfolgend verstanden, dass die Formabschnitte so zueinander in einen Eingriff gebracht werden, dass der Modellkörper relativ zu dem Adapterkörper in mehreren Freiheitsgraden festgelegt wird. Durch diese Anordnung werden die einzelnen Elemente exakt zueinander positioniert.
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Insbesondere ist der Modellkörper zu dem Adapterkörper leicht aufsetzbar und leicht abnehmbar. Dies ermöglicht die schnelle Herstellung und Wiederaufhebung des Formschlusses der beiden korrespondierenden Partner.
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Die Verbindung zwischen den beiden Partnerkörpern ist vorzugsweise so gestaltet, dass alle Freiheitsgrade gebunden sind und die Anordnung aus Adapterkörper und Modellkörper auf einer Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden kann. Lediglich ein Freiheitsgrad wird kraftschlüssig so fixiert, dass der Modellkörper manuell oder durch ein automatisches Handlingssystem abgenommen werden kann, aber für eine Bearbeitung ausreichend festsitzt. Vorzugsweise wird dies durch Rast- beziehungsweise Federelemente oder durch einen Magneten, der auch als Elektromagnet ausgebildet sein kann, gelöst. So lässt sich der Modellkörper einfach aufsetzen, wird durch die Formelemente exakt positioniert und beispielsweise durch den Magneten kraftschlüssig festgehalten.
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Erfindungswesentlich weist die Adapterplatte somit beidseitige einfach herstellbare und lösbare Kopplungen auf. Dentalbearbeitungsmaschinenseitig handelt es sich um den Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme an eine Schnellaufnahmevorrichtung und freiformdentalproduktseitig um den Adapterkörperformabschnitt zur Ankopplung des Modellkörpers.
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Besonders vorteilhaft kann somit je nach Bearbeitungssituation der Modellkörper von der Adapterplatte, oder die Adapterplatte mit Modellkörper von der Schnellaufnahmevorrichtung jeweils in einfacher Weise gelöst und wieder gekoppelt werden. Dabei bildet die Adapterplatte eine universelle mechanische Schnittstelle zum Transfer des Modellkörpers zwischen allen Prozessschritten.
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Die erfindungsgemäße Lösung weist den Vorteil auf, dass mittels der Formabschnitte die Lagebeziehung zwischen dem Modellkörper und dem Adapterkörper exakt festgelegt ist, so dass bei einer einmal erfolgten Justierung des Adapterkörpers in dem Koordinatensystem der Dentalbearbeitungsmaschine zugleich der Modellkörper exakt positioniert ist. Ein aufwändiges Einmessen der Modellkörper-Nullpunkt-Referenz zum Maschinenbezugsystem entfällt. Dadurch können die Bearbeitungszeiten reduziert werden. Somit kann das digitale Modell des Soll-Gebisses der Korrekturstufe des betreffenden Modellkörpers mit zugehöriger Zahnschienen-Randkontur unmittelbar zur Steuerung der Dentalbearbeitungsmaschine, insbesondere bei dem Trimmen verwandt und in das Koordinatensystem der Dentalbearbeitungsmaschine übertragen werden.
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Ferner besteht der Vorteil, dass auch die Wiederholgenauigkeit der Bearbeitung bei den unterschiedlichen Verfahrensschritten wesentlich verbessert wird. Der Zahnschienen-Rohkörper ist dadurch beispielsweise bei einem Fräsen und einem nachfolgenden Polieren zur Abrundung der Zahnschienen-Randkontur jeweils in gleicher Weise exakt in der Dentalbearbeitungsmaschine positioniert. Zusätzlich entfällt der teils manuelle Aufwand, auf jeder Bearbeitungsmaschine der unterschiedlichen Bearbeitungsschritte den Modellkörper erneut einzumessen. Dadurch lässt sich die Qualität der Zahnkorrekturschienen verbessern, was den Tragekomfort erhöht. Da das Risiko für Zahnfleischreizungen aufgrund unsauberer Ränder der Zahnkorrekturschiene verringert wird, ist die Zahnkorrekturbehandlung insgesamt verbessert.
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Durch die mögliche hohe Qualität der maschinellen Bearbeitung lassen sich manuelle Nacharbeiten reduzieren oder gänzlich vermeiden.
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Ein weiterer Vorteil liegt in dem einfachen Aufsetzen und Abnehmen des Modellkörpers auf den beziehungsweise von dem Adapterkörper. Dies ermöglicht es, die Bestückung auch durch Bedienpersonal mit einem geringeren Einarbeitungsaufwand durchzuführen.
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Diese vorgenannten besonderen Vorteile der Erfindung wie Entfall eines aufwändigen Einmessens, hohe Wiederholgenauigkeit, geringe Fehleranfälligkeit bestehen auch, wenn die Kopplung zwischen Modellkörper und Adapterplatte nicht gelöst wird, sondern stattdessen die Adapterplatte von der Schnellaufnahmevorrichtung je nach Bearbeitungsanforderung gelöst oder dort wieder erneut gekoppelt wird. In dieser Variante begleitet die Adapterplatte den Modellkörper über die Abfolge der maschinellen oder manuellen Bearbeitungsschritte.
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Zudem weist die erfindungsgemäße Lösung dann den besonderen Vorteil auf, dass die Adapterplatte den Modellkörper mechanisch zuverlässig stützt und der Modellkörper materialoptimiert mit geringer Stützstruktur ausgebildet werden kann. Vorteilhaft ist es hierbei, dass die Adapterplatte im Gegensatz zu dem Modelkörper zudem als ein praktisch uneingeschränkt wiederverwendbares Teil ausgebildet ist.
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Ferner kann als weiterer Vorteil beispielsweise ein Bearbeitungsgang für Kontrollzwecke unkompliziert unterbrochen, der Modellkörper mit Freiformdentalprodukt-Rohkörper oder die Gruppe aus Adapterplatte und Modellkörper mit Freiformdentalprodukt-Rohkörper entnommen, inspiziert und wieder eingesetzt sowie der Bearbeitungsvorgang wieder fortgesetzt werden, ohne dass ein erneutes Einmessen erforderlich wäre.
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Ein weiterer Vorteil besteht dadurch, dass mit der Adapterplatte ein standardisierter Regelkörper zur Verfügung steht, der sich anders als ein freigeformter Modellkörper einfach und prozesssicher mit Automatisierungslösungen beispielsweise über Form-, Vakuum- oder Magnetgreifer handhaben lässt.
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Vorteilhaft ist ferner, dass für die Herstellung eines Zahnschienen-Satzes eine der Anzahl der Korrekturstufen entsprechende Anzahl von Modellkörpern vorliegt. Bevorzugt weisen alle Modellkörper eines Zahnschienen-Satzes einen Formabschnitt auf, wobei dieser so relativ zu dem jeweiligen Gebissabschnitt exakt an der gleichen Stelle angeordnet ist. Dem liegt ferner zu Grunde, dass die digitalen Modelle auf das gleiche Koordinatensystem bezogen sind. Auf diese Weise können die Zahnschienen-Rohkörper der unterschiedlichen Korrekturstufen in der gleichen Einspannung des Adapterkörpers in der Dentalbearbeitungsmaschine bearbeitet werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens einer der Formabschnitte ein Federelement zur Bereitstellung einer Fixierung des Formschlusses auf. Vorzugsweise wird durch das Federelement nur ein Freiheitsgrad kraftschlüssig festgelegt, während alle weiteren Freiheitsgrade bereits durch die Formabschnitte formschlüssig festgelegt sind.
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Das Federelement dient zum einen als kraftbasierter Spielausgleich. So wird erreicht, dass der Modellkörper immer exakt an den Positionierelementen anliegt und bei der Bearbeitung keine Minimalbewegungen vollzieht. Zum anderen dient das Federelement als kraftschlüssiges Spannelement, um den Modellkörper gegen die auftretenden Kräfte während der Bearbeitung auf dem Adapterkörper festzuhalten.
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In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens einer der Formabschnitte ein Magnetelement zur Bereitstellung einer Fixierung des Formschlusses auf.
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Für diese Weiterbildung gelten die Beschreibungsinhalte der vorhergehenden Weiterbildung mit Federelement in entsprechender Weise sowie mit der Maßgabe, dass der Kraftschluss durch den Magneten statt einer Feder bereitgestellt wird.
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Bei dem Magnetelement kann es sich auch um einen Elektromagneten handeln, so dass einerseits ein sehr einfaches Abnehmen andererseits aber auch eine sehr feste Fixierung möglich ist.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung weist der Adapterkörper eine Ausnehmung auf, die eine Sichtverbindung zu einem Abschnitt einer Unterseite des Trägerabschnitts bereitstellt. So kann auf der Unterseite eine Markierung angebracht werden, durch die der gesamte Modellkörper eindeutig identifiziert werden kann. Die Identifikation weist vorzugsweise sowohl die Information über die Identität des Gebisses als auch im Falle einer Zahnkorrekturschiene über die Korrekturstufe auf. Hierbei weist die Dentalbearbeitungsmaschine eine Sensorik zum Erfassen der Markierung auf. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine optische Erfassung mit zugehöriger Objekterkennung (OCR) handeln. Bei der Markierung kann es sich insbesondere um einen numerischen oder alphanumerischen Code oder auch um einen Barcode oder Square-Code handeln.
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In einer Datenbank sind im Falle einer Zahnkorrekturschiene vorzugsweise die digitalen Modelle der Korrekturstufen als ein Satz hinterlegt.
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Anhand der Identifikation können die jeweils notwendigen Bearbeitungsinformationen für den gerade in der Maschine aufgenommenen Modellkörper aus einer solchen Datenbank abgerufen und an die Dentalbearbeitungsmaschine übergeben werden. Dadurch ist es ausgeschlossen, dass das falsche Bearbeitungsprogramm in der Maschine ausgeführt und das Freiformdentalprodukt unbrauchbar gemacht wird. Zudem entfällt der Aufwand, das zutreffende Bearbeitungsprogramm durch ein Bedienpersonal in die Dentalbearbeitungsmaschine einzugeben.
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Es ist jedoch auch möglich, dass der Modellkörper eine elektronisch auslesbare Markierung, beispielsweise einen RFID aufweist. In dieser Variante kann auch ohne eine Ausnehmung an dem Adapterkörper ein Auslesen eines Codes zur Identifizierung erfolgen.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Adapterkörper als solchen. Der erfindungsgemäße Adapterkörper weist die Merkmale auf, wie sie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanordnung beschrieben wurden, so dass diese Beschreibungsinhalte in gleicher Weise für den erfindungsgemäßen Adapterkörper gelten.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Freiformdentalprodukts, wobei das Freiformdentalprodukt als eine Zahnkorrekturschiene vorliegt, mittels einer Bearbeitungsanordnung weist folgende Verfahrensschritte auf:
- a) Erzeugen eines digitalen Abbilds eines Ist-Gebisses
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Der Ist-Zustand wird mittels eines physischen Abdrucks oder eines optischen Scans des Gebisses des Patienten erstellt. Danach wird mit einem speziellen Computerprogramm ein anpassbares 3D-Modell des eingescannten Gebisses erstellt.
- b) Erzeugen eines digitalen Modells eines Soll-Gebisses
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Durch verschiedene computergestützte Manipulationsverfahren lässt sich nun virtuell das Gebiss in einen Soll-Zustand bringen. Der Soll-Zustand entspricht dem Gebiss des Patienten bei vollständiger Korrektur und wird auch als finales Soll-Gebiss bezeichnet. Nun liegen die Daten für den Ist- und den finalen Sollzustand vor.
- c) Erzeugen eines digitalen Modells eines Korrekturschritts oder mehrerer Korrekturschritte zwischen dem Ist-Gebiss und dem finalen Soll-Gebiss
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Im Regelfall sind die Korrekturmaßnahmen am Gebiss des Patienten nur mittels mehrerer Korrekturschritte durchführbar. Dadurch wird vermieden, dass die Behandlung aufgrund zu hoher Zahnstellungsänderungsgrade Schmerzen oder irreparable Schäden am Gebiss verursacht. Die unterschiedlichen Korrekturschritte stellen graduell aufeinanderfolgende Zwischenschritte zwischen dem Ist-Gebiss und dem finalen Soll-Gebiss dar. Sie sind in eine Behandlungsabfolge integriert und sind an eine bestimmte Reihenfolge gebunden. Die Anzahl der Korrekturschritte und der dafür zu erstellenden Zahnkorrekturschienen hängt von dem Korrekturaufwand des Gebisses des jeweiligen Patienten ab.
- d) Erstellen je eines Modellkörpers gemäß jedem der digitalen Modelle der Soll-Gebisse der Korrekturschritte, wobei an dem Trägerabschnitt des Modellkörpers der Modellkörperformabschnitt erzeugt wird
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Nun wird für jeden Korrekturschritt, der bereits als virtuelles Modell existiert, ein physisches Modell als Modellkörper gefertigt. Der Modellkörper enthält das Positiv-Modell des jeweiligen Soll-Gebisses und einen Trägerabschnitt.
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Der Modellkörper kann aus einem Körper gefräst oder auch mittels 3D-Druck aufgebaut werden. Auch eine Kombination der verschiedenen Fertigungsverfahren ist möglich.
- e) Herstellen eines Korrekturschienen-Grundkörpers, wobei der Zahnschienen-Grundkörper an dem Modellkörper angeordnet ist
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Der Zahnschienen-Rohkörper wird vorzugsweise durch Thermoform-Tiefziehen einer Kunststofffolie hergestellt. Diese Folie wird in einer Vorrichtung erwärmt und anschließend mit Vakuum oder Unterdruck über den Modellkörper gezogen. So entsteht der Zahnschienen-Rohkörper, dessen innere Geometrie die Negativform zu dem Soll-Gebiss der betreffenden Korrekturstufe darstellt und nach Fertigstellung zum Aufsetzen auf das reale Gebiss des Patienten bestimmt ist. Der Zahnschienen-Rohkörper ist noch nicht einsetzfähig, da dieser noch aus der überstehenden Folie ausgeschnitten und an den Rändern bearbeitet werden muss. Hierfür weist das Verfahren weitere Schritte auf.
- f) Positionieren des Modellkörpers mit daran angeordnetem Zahnschienen-Rohkörper an dem Adapterkörper mittels des Modellkörperformabschnitts und des Adapterkörperformabschnitts
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Der aufgeschrumpfte Zahnschienen-Rohkörper ist weiterhin noch mit dem Modellkörper formschlüssig verbunden. Der Modellkörper mit dem angeordneten Zahnschienen-Rohkörper wird mittels der daran angebrachten Formzentrierelemente auf den entsprechenden Adapterkörper der Bearbeitungsmaschine aufgesetzt. Dies kann sowohl manuell als auch automatisiert, vorzugsweise durch ein Handling- oder Robotersystem erfolgen. Durch diesen Verfahrensschritt wird der Modellkörper in eine exakte und feste relative Lagebeziehung zu dem Adapterkörper gebracht.
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Der Adapterkörper ist hierbei mit seinem Aufnahmeabschnitt definiert in der Dentalbearbeitungsmaschine eingespannt. Mittelbar steht damit auch der Zahnschienen-Rohkörper in einer festen Lagebeziehung zu der Dentalbearbeitungsmaschine.
- g) Durchführen eines Bearbeitungsschritts an dem Zahnschienen-Rohkörper durch eine Dentalbearbeitungsmaschine, wobei der Adapterkörper mit seinem Aufnahmeabschnitt von der Spannvorrichtung der Dentalbearbeitungsmaschine aufgenommen ist
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Nun erfolgt der Bearbeitungsschritt durch die Dentalbearbeitungsmaschine. Es handelt sich um das Trimmen.
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Hier werden von dem Zahnschienen-Rohkörper die überstehenden Folienresten abgeschnitten und entlang der Zahnfleischlinie die Zahnschienen-Randkontur erzeugt. Der Bearbeitungsschritt kann insbesondere als Fräsen oder Polieren vorliegen. Es kann sich auch um eine Abfolge mehrerer Bearbeitungsschritte handeln.
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Aufgrund der exakten Aufnahme des Modellkörpers auf dem Adapterkörper und somit relativ zu der Dentalbearbeitungsmaschine ist die Trennlinie zur Erzeugung der Zahnschienen-Randkontur sehr exakt herstellbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Verfahrensschritt d) als 3-D-Druck durchgeführt. Ein Vorteil dieser Weiterbildung ist es, dass es sich um ein additives Verfahren handelt. Der Modellkörper wird Schicht für Schicht aufgebaut und wird nicht zerspanend hergestellt. Dadurch entsteht bei der Fertigung kein Staub. Ferner kann so ein Modellkörper besonders schnell und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere kann so der Modellkörperformabschnitt zugleich mit ausgedruckt werden, so dass hierfür kein zusätzlicher Bearbeitungsvorgang erforderlich ist.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Verfahrensschritt e) als Thermoformen durchgeführt. Das Thermoformen als umformendes Verfahren hat ebenso den Vorteil, dass es ohne entstehenden Staub durch zerspanende Verfahren auskommt. Auch der maschinelle Aufwand ist sehr gering. Ein weiterer Vorteil ist, dass die erhitzte und plastische Kunststofffolie die feinen Konturen des Modellkörpers exakt nachbilden kann. Das führt zu einer hohen Genauigkeit der Zahnkorrekturschiene.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden weitere Verfahrensschritte e1) und f1) und g1) durchgeführt, wobei im Verfahrensschritt:
- e1) ein Zahnschienen-Rohkörper einer weiteren Korrekturstufe an dem Modellkörper der weiteren Korrekturstufe angeordnet ist
- f1) der Modellkörper der weiteren Korrekturstufe mit daran angeordnetem Zahnschienen-Rohkörper der weiteren Korrekturstufe positioniert wird
- g1) das Durchführen des Bearbeitungsschritts an dem Zahnschienen-Rohkörper der weiteren Korrekturstufe erfolgt
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Mit den weiteren Verfahrensschritten werden vorzugsweise alle weiteren Zahnkorrekturschienen der Behandlungsfolge hergestellt, um so einen Zahnschienen-Satz zu erhalten. Gemäß dieser Weiterbildung besteht der Vorteil, dass die Modellkörper nacheinander in einfacher Weise ohne weitere Zusatzmaßnahmen auf den Adapterkörper aufgesetzt und dann durch die Bearbeitungsmaschine bearbeitet werden können.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 Schrägbilddarstellung der zusammengesetzten Bearbeitungsanordnung
- 2 Schrägbilddarstellung bei Entkopplung von einer Schnellspannvorrichtung
- 3 Gegenüberstellung von Entkopplungszustand und Kopplungszustand in einer Schrägbilddarstellung von oben
- 4 Gegenüberstellung von Entkopplungszustand und Kopplungszustand in einer Schrägbilddarstellung von unten
- 5 Adapterkörper in Schrägbilddarstellung von unten und von oben
näher erläutert.
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Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile.
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Die 1 zeigt als schematische Schrägbilddarstellung die zusammengesetzte Bearbeitungsanordnung in einem Ausführungsbeispiel für die Herstellung von Zahnkorrekturschienen.
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Hier ist der Modellkörper 1, bestehend aus dem Gebissabschnitt 3 und dem Trägerabschnitt 4, auf dem Adapterkörper 2 angeordnet.
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Der Gebissabschnitt 3 bildet die eigentliche Positivform für die herzustellende Zahnkorrekturschiene. Zum verbesserten Handling ist dieser entweder fest mit dem Trägerabschnitt 4 verbunden oder - wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel - monolithisch durch 3-D-Druck ausgebildet. Zusammen bilden beide Modellkörperabschnitte 3, 4 den Modellkörper 1. Dieser ist für jeden Behandlungsschritt und für jeden Patienten unterschiedlich, wobei der Trägerabschnitt in Teilabschnitten, insbesondere an der Unterseite, standardisierte Formabschnitte aufweisen kann.
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Der Adapterkörper 2 ist hier als eine Adapterplatte ausgebildet und weist zur Aufnahme des Trägerabschnitts 4 einen Aufnahmeabschnitt 5 auf.
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Der Adapterkörper 2 ist maschinenseitig über seinen Aufnahmeabschnitt 5 für eine Aufnahme an der Schnellaufnahmevorrichtung 6 ausgebildet und kann so mit der Dentalbearbeitungsmaschine in einfacher Weise gekoppelt oder von dieser gelöst werden. Im Ausführungsbeispiel wird die Schnellaufnahmevorrichtung 6 von einem Spannschaft 8 getragen, der in der Dentalbearbeitungsmaschine fest eingespannt ist.
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In der 1 ist der Trägerabschnitt 4 über der darunter liegenden Ausnehmung 7 des Adapterkörpers 2 angeordnet.
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Der Aufnahmeabschnitt 5 des Adapterkörpers bildet mittelbar über die Schnellaufnahmevorrichtung 6 die physische Schnittstelle zur Dentalbearbeitungsmaschine.
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Die 2 zeigt als schematische Schrägbilddarstellung das Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsanordnung in einem entkoppelten Zustand, bei dem die Baugruppe aus Modellkörper 1 und Adapterkörper 2 von der Schnellaufnahme 6 getrennt ist.
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Modellkörperformabschnitt 1a und Adapterkörperformabschnitt 2a befinden sich in dem Zustand gemäß 2 weiterhin im Eingriff.
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Zu sehen ist die physische Schnittstelle zwischen dem Aufnahmeabschnitt 5 des Adapterkörpers und der Schnellaufnahme 6. 2 zeigt hierbei den Adapterkörper 2 von dessen Unterseite. Diese physische Schnittstelle wird durch die zentrierenden Formelemente des Aufnahmeabschnitts 5 und der Schnellaufnahme 6 als Kopplungspartner gebildet, die für eine exakte und spielfreie Aufnahme des Adapterkörpers 2 an der Schnellaufnahme 6 sorgen und deren relative Lagebeziehung festlegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Formelemente mehrteilig ausgebildet.
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Die Verbindung zwischen dem Adapterkörper 2 und der Schnellaufnahme 6 ist jederzeit mit einem konstruktiv festlegbaren Kraftaufwand lösbar. Dieser ist vom Betrag größer als die zu erwartenden Bearbeitungskräfte, aber kleiner als die von einem Handlingssystem oder manuell aufbringbare Kraft. So wird gewährleistet, dass der Adapterkörper 2 und somit mittelbar auch der Modellkörper 1 während der Bearbeitungsvorgänge exakt auf seiner Position verbleiben, aber für den Werkstückwechsel leicht zu entnehmen oder aufzusetzen geht.
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Die Ausnehmung 7 dient dazu, eine auf der Unterseite des Trägerabschnitts 4 des Modellkörpers 1 angebrachte Markierung jederzeit einlesen zu können. Die Markierung ist in einem digital lesbaren Format angebracht und wird zur eindeutigen Zuordnung des Modellkörpers 1 bei jedem Bearbeitungsschritt eingelesen.
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3 zeigt in einer Gegenüberstellung in einem konkreten Ausführungsbeispiel den Adapterkörper 2 ohne (links) und mit (rechts) aufgesetztem Modellkörper 1 in einer Sicht auf die Modellkörperseite, die der Seite des Aufnahmeabschnitts 5 gegenüberliegt. Dargestellt ist hier insbesondere der Adapterkörperformabschnitt 2a, der in der linken Abbildung frei zu sehen und in der rechten Abbildung von dem Modellkörper 1 überdeckt ist, der in der rechten Abbildung mit seinem Trägerabschnitt 4 an dessen Unterseite im Eingriff mit dem Adapterkörperformabschnitt 2a steht.
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4 zeigt ebenfalls in einer Gegenüberstellung den Adapterkörper 2 ohne (links) und mit (rechts) aufgesetztem Modellkörper 1. Abweichend von 3 handelt es sich bei 4 um die Sicht auf Seite des Aufnahmeabschnitts 5 sowie zugleich auf die Unterseite des Modellkörpers 1.
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In 4 links ist insbesondere der Modellkörperformabschnitt 1a dargestellt. In Ergänzung zu 2 ist zudem der Aufnahmeabschnitt 5 der mehrteilig ausgebildet ist, detaillierter dargestellt. Weiterhin zeigt 4, dass durch die Ausnehmung 7 auch in einem gekoppelten Zustand eine Sichtverbindung zu der Unterseite des Trägerabschnitts 4 des Modellkörpers 1 gegeben ist. Dort kann beispielsweise ein maschinenlesbarer Code, in 4 dargestellt durch den Schriftzug „code“, angeordnet sein.
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5 zeigt ergänzend ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Adapterkörpers 2 als solchen. 5 oben zeigt die Ansicht von der Oberseite. Hier ist der Adapterkörperformabschnitt 2a angeordnet, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel zudem ein Federelement aufweist, um bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung eine manuell lösbare und spielfreie Kopplung mit einem Modellkörper 1 an dessen Modellkörperformabschnitt 1a herzustellen. 5 unten zeigt die Unterseite mit dem Aufnahmeabschnitt 5 zur lösbaren Kopplung an einer Schnellaufnahme.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modellkörper
- 1a
- Modellkörperformabschnitt
- 2
- Adapterkörper
- 2a
- Adapterkörperformabschnitt
- 3
- Gebissabschnitt
- 4
- Trägerabschnitt
- 5
- Aufnahmeabschnitt
- 6
- Schnellaufnahmevorrichtung
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Spannschaft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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