DE102021120194B9

DE102021120194B9 - Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis

Info

Publication number: DE102021120194B9
Application number: DE102021120194.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Koops
Original assignee: Kulzer GmbH; Kulzer and Co GmbH
Current assignee: Kulzer GmbH
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2041-08-04
Also published as: WO2023012095A1; DE102021120194B3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:i) Bereitstellen eines digitalen virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten, undii) Herstellen der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis des virtuellen Modells in einem stereolithographie-basierten generativen Verfahren, wobei die photopolymerisierbare Zusammensetzung mindestens einen photochromen Farbstoff mit einem ersten Farbton, umfasst, dessen Lichtabsorptionseigenschaften sich ändern.Die Erfindung betrifft auch eine dentale Teil- oder Vollprothesenbasis sowie eine Verwendung mindestens eines photochromen Farbstoffs in dem Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- und/oder Vollprothesenbasis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis unter Verwendung von photochromen Pigmenten, eine dentale Teil- oder Vollprothesenbasis sowie die Verwendung eines photochromen Farbstoffs oder einer polymersierbaren Zusammensetzung.
Generative Fertigungsverfahren, wie z.B. das Rapid-Prototyping-Verfahren, zur Herstellung von Dentalprodukten unter Verwendung farbigen Schichten bspw. der EP2671706A1 , sind bereits bekannt. Ein wesentlicher ästhetischer Nachteil der so hergestellten Teil- oder Vollprothesenbasen ist die herstellbedingte Einfarbigkeit bei Vorkonfektionierung und/oder die fehlende Nachbildung eines natürlich aussehenden patientenspezifischen individuellen mehrfarbigen Farbverlaufs des Zahnfleisches (Gingiva) bzw. des Zahns. Nachteilig an den Zahnfleischmasken oder Gingiva-Restaurationen des Standes der Technik ist ihre monotone Farbgebung und/oder ihre fehlende Anpassung an den jeweils individuellen nuancierten Farbverlauf des Gebisses eines Patienten. Bislang werden die Gingiva-Restaurationen aus einem einzigen roten standardisierten Farbton gefertigt. Um einen natürlich aussehenden, individuell an das Gebiss eines Patienten angepassten Farbverlauf der Gingiva bzw. des Zahnersatzes zu erzeugen, sind aufwändige Nachbehandlungsmethoden nach der Produktion der eigentlichen Teil- oder Vollprothesenbasis notwendig. Ein allgemeines Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte unter Verwendung einer photochromen Komponente ist im Stand der Technik in US5514519A offenbart. Die dort offenbarte Zusammensetzung wird mit einem Laser einer Wellenlänge von 325 nm polymerisiert, in der bereits polymerisierten Schicht wird anschließend die photochrome Komponente mit einem Laser einer längeren Wellenlänge aktiviert.
US 2014/0235747 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus einer Zusammensetzung, die einen thermisch sensitiven Initiator für einen visuellen Effekt umfasst. EP 3 184 096 A1 und EP 3 513 778 A1 offenbaren Zusammensetzungen mit photochromen Eigenschaften. US 2008/0057000 A1 offenbart photochrome Dentalwerkstoffe für die dentale Diagnostik. DE 690 19 991 T2 offenbart ein Verfahren zum Färben medizinischer Prothesen, die in der Oberfläche oder in der Masse photo- oder thermochrome Pigmente enthalten, die definiert zur Reaktion gebracht werden. DE 10 2016 208 908 A1 offenbart photochromatische Zusammensetzungen für den 3D-Druck und US 2020/0331201 A1 bezieht sich auf Verfahren zum Lasersintern von photochromen Werkstoffen.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis zur Verfügung zu stellen, deren patientenindividueller Farbverlauf sich schon während der Herstellung des dreidimensionalen Formkörpers aus vordefinierten Soll-Daten ergibt. Ferner bestand die Aufgabe, ein wirtschaftliches Verfahren anzugeben, das die Herstellung von hochwertigem, sehr ästhetischem, natürlich aussehenden und vor allem individualisierten Zahnersatz mittels eines generativen Verfahrens, wie Rapid-Prototyping, erlaubt. Zudem bestand die Aufgabe, einen hochwertigen, ästhetischen Zahnersatz bereitzustellen, der eine dem Zahnfleisch ähnliche Ästhetik wie auch Transluzenz aufweist sowie eine patientenspezifische, schleimhautfarbene Basis bzw. Gingiva farbene Prothesenbasis entsprechend dem natürlichen patientenindividuellem Zahnfleisch nachbildet. Des Weiteren bestand die Aufgabe, das Verfahren zu vereinfachen und die Verfahrensdauer zu verkürzen.
Gelöst wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1, eine dentale Teil- oder Vollprothesenbasis nach Anspruch 16 sowie die Verwendung eines photochromen Farbstoffs oder einer polymersierbaren Zusammensetzung nach Anspruch 17.
Das Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil-oder Vollprothesenbasis umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

i) Bereitstellen eines digitalen virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten, die zu Voxeln des virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis zugeordnet sind, und optional Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva und
ii) Herstellen der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis des virtuellen Modells in einem stereolithographie-basierten generativen Verfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
1. a) Bereitstellen einer Schicht einer photopolymerisierbaren Zusammensetzung an einer Bauplattform, wobei die photopolymerisierbare Zusammensetzung umfasst Monomere oder eine Mischung von verschiedenen Monomeren und optional mindestens ein Additiv und/oder mindestens einen Farbstoff;
2. b) Photopolymerisieren der Schicht in einer Belichtungsfläche, die einer Schicht des virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis entspricht, durch Belichten mit Strahlung der Wellenlänge L1;
3. c) Bereitstellen einer weiteren Schicht der photopolymerisierbaren Zusammensetzung an der in b) photopolymerisierten Schicht durch eine Bewegung der Bauplattform, insbesondere wird die Bauplattform senkrecht, vorzugsweise entlang der z-Achse bewegt;
4. d) Wiederholen der Schritte b) und c), bis sich ein Formkörper mit der Form der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis gebildet hat, insbesondere e) Erhalten einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis,

Gegenüber dem Stand der Technik hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass eine Anpassung des Farbverlaufs der hergestellten realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis an real gescannte Farbwerte der Gingiva eines Patienten ermöglicht wird. Unter Bereitstellen einer Schicht einer photopolymerisierbaren Zusammensetzung an einer Bauplattform wird verstanden, dass eine Schicht einer photopolymerisierbaren Zusammensetzung auf einer Bauplattform oder unter einer Bauplattform bereitgestellt wird. Ob also die polymerisierbare Schicht auf oder unter der Bauplattform bereitgestellt wird, hängt vom verwendeten 3D-Drucker ab. Bei einem Drucker gemäß 2 wird die zu polymerisierende Schicht auf der Bauplattform erzeugt und von oben belichtet, während in dem 3D-Drucker gemäß 3 die Belichtung von unten erfolgt und die zu polymerisierende Schicht dementsprechend unter der Bauplattform bereitgestellt wird. Die Bewegungsrichtung der Bauplattform findet in der Regel entlang der z-Achse des 3D-Druckers statt. Photopolymerisierbar wird synonym zu Strahlen induziert polymerisierbar, insbesondere UV- und/oder Vis-Strahlen induziert polymerisierbar, besonders bevorzugt zu lichtinduziert polymerisierbar verwendet. Photopolymerisierte Schicht ist synonym zu mittels elektromagnetischer Strahlen polymerisierter Schicht.
Entsprechend wird unter Bereitstellen einer weiteren Schicht der photopolymerisierbaren Zusammensetzung an der in b) photopolymerisierten Schicht durch eine Bewegung der Bauplattform verstanden, dass die Schicht auf oder unter der photopolymerisierten Schicht bereitgestellt werden kann, in dem die Bauplattform senkrecht zur photopolymerisierten Schicht um die Schichtdicke einer Schicht oder um mehr als eine Schicht bewegt wird, um eine weitere Schicht photopolymerisierbarer Zusammensetzung auf die photopolymerisierte Schicht bereitzustellen. Dabei wird die Bauplattform, wenn sie um mehr als eine Schicht bewegt wurde, vor dem Photopolymerisieren wieder auf den Abstand einer Schicht in Bezug zur Ausgangsituation zurückgefahren.
Die Lichtintensität / beschreibt die Strahlungsenergie W, die senkrecht auf eine Fläche A in der Zeit t trifft. $I = W / A \cdot t$
Die Leistung P ist P=W/t; in diesem Fall ist es die Strahlungsleistung. Damit kann man für die Lichtintensität auch $I = P / A$
schreiben.
Die Belichtungszeit (oder Belichtungsdauer) ist die Zeitspanne, in der ein lichtempfindliches Medium dem Licht ausgesetzt wird.
Als Lichtabsorption wird eine physikalische Wechselwirkung bezeichnet, bei der Licht seine Energie an Materie abgibt. Die Lichtabsorption ist ein Spezialfall des allgemeineren physikalischen Phänomens der Absorption. Wenn elektromagnetische Strahlung absorbiert wird, geht ein Elektron eines Atoms von einem energetisch günstigeren Zustand in einen Zustand mit höherer Energie über, das geschieht durch den „Elektronensprung“. Man spricht von elektronischer Anregung. Die Änderung der Lichtabsorptionseigenschaften des photochromen Farbstoffs oder Pigments kann nachgewiesen werden an einem veränderten UV/Vis-Spektrum des photochromen Farbstoffs oder Pigments zwischen den Zuständen a) der Belichtung mit der Wellenlänge L1 und b) der Belichtung mit Strahlung der Wellenlänge L2.
Mittels der neuen Technik kann in Abhängigkeit von der Strahlung der Wellenlänge L2 sowie von der Lichtintensität und/oder Belichtungsdauer eine Farbgebung auch zwischen den Lagen bzw. Schichten verändert werden, was einem Farbverlauf in z-Richtung entspricht. Dies ist insbesondere ohne einen Wechsel des Monomerbades bspw. der photochromen, lichthärtenden Zusammensetzung möglich. Vorteilhafterweise ist so auch ein Farbverlauf innerhalb einer Schicht zu ermöglichen, wenn während des Färbeschrittes, oder zwischen zwei Färbeschritten teilpolymerisiert wird. Soweit gewünscht, können Zähne und Zahnfleisch in einem Prozess und aus einem Material hergestellt werden.
Bestrahlt wird eine Belichtungsfläche des Formkörpers, vorzugsweise mittels einer flächig abstrahlenden Strahlenquelle, insbesondere Lichtquelle, vorzugsweise mittels eines Projektors und/oder eines Beamers. Mittels Strahlung der Wellenlänge L1 wird die zu photopolymerisierende Schicht teilpolymerisiert und es wird ein erster Farbton des jeweiligen photochromen Pigments erzeugt. Mittels Strahlung der Wellenlänge L2 wird die zu photopolymerisierende Schicht vollpolymerisiert und ein zweiter Farbton des jeweiligen photochromen Pigments dauerhaft fixiert. Zur Aktivierung und zur Fixierung des zweiten Farbtons des jeweiligen photochromen Pigments sind die jeweils definierte Lichtintensität und/oder definierte Belichtungsdauer zu berücksichtigen.
Unter einer Teil- oder Vollprothesenbasis ist vorzugsweise ein Gingiva-Imitat als Nachbildung einer fehlenden Zahnfleischpartie, einer fehlenden Gingiva bzw. einer fehlenden Gingiva-Partie, insbesondere für einen Bereich der Gingiva, zu verstehen. Ein Teil- oder Vollprothesenbasis kann vorteilhaft auch Teil einer prothetischen Versorgung mit Zahnersatz sein. Beim generativen Verfahren, wie der Stereolithographie, wird die Prothesenbasis aus einer gingivafarbenen, polymerisierbaren, dentalen Zusammensetzung hergestellt. Stereolithographie-Verfahren zählen zu den Rapid-Prototyping-Verfahren. Die Rapid-Prototyping Verfahren sind dreidimensionale Druckprozesse. Vorliegend werden mit Licht (UV und/oder Vis-Strahlung) polymerisierbare (härtbare) Monomere oder eine photopolymerisierbare Zusammensetzung umfassend eine Mischung von Monomeren, vorzugsweise mit UV-Licht polymerisiert. Ausgehend von einem 3D-Modell im STL-Format wird dieses optional mit einer Stützkonstruktion, auch Support genannt versehen, um die Standfestigkeit in dem Bad auf oder unter der Bauplattform zu erhöhen. Das so erhaltene Modell wird anschließend digital in einzelne Schichten aufgeteilt, der Vorgang wird als Slicen bezeichnet. Die einzelnen Schichten werden in eine Maschinensteuerung eingelesen und dort entsprechend angepasst. Die Maschinensteuerung regelt die Bewegungsabfolge und das Belichtungsverfahren. Die STL-Schnittstelle (STereoLithography, Standard Tessellation Language) ist eine Standardschnittstelle vieler CAD-Systeme. Sie stellt geometrische Informationen dreidimensionaler Datenmodelle bereit für die Fertigung mittels generativer Fertigungsverfahren/3D-Druck oder Rapid-Prototyping-Anlagen.
Voxel (zusammengesetzt aus dem englischen volume vox und el von elements) bezeichnet in der Computergrafik einen Gitterpunkt („Bild“punkt, Datenelement) in einem dreidimensionalen Gitter. Dies entspricht einem Pixel in einem 2D-Bild, einer Rastergrafik. Bei einem räumlichen Datensatz, der in diskretisierter Form in kartesischen Koordinaten vorliegt, bezeichnet Voxel den diskreten Wert an einer XYZ-Koordinate des Datensatzes. Häufig handelt es sich bei den in Voxelgittern enthaltenen Daten um Farbwerte, die mit den Mitteln der Volumengrafik zur Visualisierung bestimmt sind. Anwendungen findet diese Form der Datenrepräsentation vor allem in den bildgebenden Verfahren der Medizin, hier können die diskreten Werte als Dichte (Knochen, Fettgewebe) aufgefasst werden und entsprechend visualisiert werden.
Die Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva werden durchgeführt mittels einer Gingiva-Indexierungsvorrichtung, die es ermöglicht, Bereiche der Gingiva, insbesondere der menschlichen Gingiva, mithilfe von definierten roten Farbregionen zu kartographieren, also räumlich und geometrisch zu erfassen, zu analysieren und zu dokumentieren. Die Gingiva-Indexierungsvorrichtung erlaubt insbesondere eine reproduzierbare Erfassung, Analyse und/oder Dokumentation der Gingiva-Situation bezüglich der Rottöne, deren Farbverläufen und/oder der Morphologie der Gingiva-Situation. Die Gingiva-Indexierungsvorrichtung ermöglicht die topographische Zuordnung der Farben in der Restauration. Die Indexierungsvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben die Erfassung der Zahnfleischfarben bzw. der Zahnfleischcharakteristik.
Farbstoffe sind anorganische oder organische Substanzen, die im Gegensatz zu den Pigmenten, in ihrem Anwendungsmedium (Wasser oder organischen Lösungsmitteln), hier Monomer enthaltende photopolymerisierbare Zusammensetzung, löslich sind, vorzugsweise vollständig löslich sind. Pigmente sind teilchenförmige Stoffe, die sich in ihrem Anwendungsmedium, hier photopolymerisierbare Zusammensetzung, nicht lösen und deshalb in einem Bindemittel feinverteilt werden müssen. Anwendungsmedium ist der Stoff, in den das Pigment eingearbeitet wird, beispielsweise in Bindemittel wie Öle oder Kunststoffe. In der Biologie bezeichnet der Begriff Pigment alle in einem lebenden Organismus farbgebenden Substanzen. Der Farbreiz entsteht bei Pigmenten durch Absorption und Remission (Streuung oder Reflexion) bestimmter Frequenzanteile des sichtbaren Lichts. Maßgeblich für die Eigenschaften der Pigmente sind Festkörpereigenschaften wie Kristallstruktur, Kristallmodifikation, Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung, letztere durch die spezifische Oberfläche.
Photochrome Farbstoffe sind Farbstoffe, die auf Bestrahlung mit Licht (Strahlung, insbesondere elektromagnetische Strahlung), insbesondere UV-Licht (Sonnenlicht oder Schwarzlicht), mit einer reversiblen oder irreversiblen Farbtonänderung reagieren. Dabei verändert das Licht die chemische Struktur der Farbstoffe und damit ihr Absorptionsverhalten (Photochromie).
Photochrome Pigmente, insbesondere verkapselte, photochrome Farbstoffe, sind Pigmente, die unter dem Einfluss von Strahlung, d.h. Licht der Wellenlänge L2 und optional definierter Intensität ihren Farbton wechseln. Bei Anwendung im Dentalbereich ist insbesondere eine gesundheitliche Unbedenklichkeit von Vorteil. So könnten beispielsweise Fluoreszenzpigmente oder verkapselte, insbesondere mit einem organischen oder biobasierten und/oder polymerisierten Material verkapselte photochrome Farbstoffe verwendet werden. Besonders bevorzugt sind photochrome Farbstoffe, die vollständig von einem polymeren Material umhüllt sind, d.h. vollständig eingekapselt sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der mit der Strahlung der Wellenlänge L2 belichtete Voxel oder das Muster einen Farbton aufweist, der dem jeweiligen zugeordneten Farbwert des jeweils entsprechenden Voxels des virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis entspricht.
In vorteilhafter Weise ergibt sich der patientenindividuelle Farbverlauf der Teil- oder Vollprothesenbasis schon bei der Herstellung des dreidimensionalen Teil- oder Vollprothesenbasis aus vordefinierten Soll-Daten. Mittels eines generativen Verfahrens wird ein bezüglich des Farbverlaufs patientenindividualisierter Zahnfleisch- (und Zahn)ersatz geschaffen. Eine Nachbehandlung der generativ hergestellten dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis zur Anpassung des Farbverlaufs an die Gingiva-Situation des Patienten ist nicht mehr erforderlich, sodass das Verfahren zur Herstellung einer ästhetischen, natürlich aussehenden und vor allem patientenindividualisierten dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis erheblich verkürzt wird. Eine natürlich wirkende Transluzenz und eine typische Zahnfleischcharakteristik eines Patienten sind unmittelbar, mittels des generativen Herstellverfahrens, abbildbar.
Eine voxelweise Bestrahlung mit einer definierten Wellenlänge garantiert eine hohe Ortsselektivität des Farbauftrags. Insbesondere bei einer vorherigen Teilpolymerisierung, insbesondere mit Bestrahlung mit Licht der Wellenlänge L1, der jeweiligen Schicht kann eine unerwünschte Dispersion der Farben weitgehend vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt ein digitales Erfassen der Gingiva-Situation mittels eines 3D- und/oder eines 2D-Scanners, wobei insbesondere ein intraorales Scannen einer Mundhöhle eines Patienten erfolgt, wobei der 3D- und/oder der 2D-Scanner einer CAD-Schnittstelle 3D- und/oder 2D-Daten zur Verfügung stellt. 2D- und/oder 3D-Scanner scannen vorzugsweise im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 1300 nm, inbesondere von 280 bis 850 nm.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:

- digitales Erfassen des Gebisses eines Patienten mittels eines 3D-Scanners, insbesondere ein digitales Erfassen einer Gingiva-Situation eines Patienten;
- Analyse mindestens eines Teils der digitalen 3D-Daten bezüglich der Morphologie des Gebisses als Basis zur Herstellung einer realen Teil- oder Vollprothesenbasis, wobei die Analyse manuell und/oder digital erfolgt, wobei die digitale Analyse eine Analyse mindestens eines Bereiches der Gingiva-Situation in Bezug auf ihre roten Farbtöne, die Position der roten Farbtöne, den Farbverlauf der roten Farbtöne, deren Geometrie und/oder deren Morphologie umfasst, wobei Gingiva-Informationen erhalten werden, insbesondere in Form einer Gingiva-Kartierung; und/oder
- optional ein Herstellen eines virtuellen oder realen Modells einer Gingiva-Restauration als Nachbildung einer fehlenden Zahnfleischpartie und/oder einer Gingiva-Partie; wobei a) die digital erfassten 3D- und/oder 2D-Daten der Gingiva-Situation einem digitalen virtuellen Modell der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten entsprechen oder
- b) die digital erfassten 3D- und/oder 2D-Daten der Gingiva-Situation werden optional digital in Bezug auf die Geometrie, Morphologie und/oder Farbverläufe bearbeitet und optional werden Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva zugeordnet, wobei diese 3D- und/oder 2D-Daten einem digitalen virtuellen Modell der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten entsprechen,

Gleichfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das die zusätzlichen Schritte umfasst:

- Erstellen eines digitalen, virtuellen Modells der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis zuvor erhobener Analysedaten;
- Zuordnen von einzelnen Farbwerten zu einzelnen Voxeln des virtuellen Modells, wobei die Farbwerte entweder den ursprünglich digital erfassten Farbwerten des gescannten Mundraumes, insbesondere Gebisses, vorzugsweise eines Patienten, bevorzugt der Gingiva, entsprechen, einer Datenbank entnommen sind oder die Zuordnung frei nach Belieben erfolgt;
- Umwandeln des aus einem Mundraumscan des Patienten entnommenen realen Farbverlaufs in einen Datensatz;
- Übersetzen des digitalen Farbverlaufs in verschiedene Wellenlängen des eingestrahlten Lichts bei Verwendung photochromer Pigmente;
- Herstellen der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis mittels 3D-Stereolithographie; und optional Anpassen eines Herstellungsprozesses an real gescannte Daten.

Das digitale virtuelle Modell der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten liegt vorzugsweise als ein Datensatz in einem STL-Format vor.
Dadurch können in vorteilhafter Weise patientenspezifische Soll-Daten zur Erstellung einer realen Teil- oder Vollprothesenbasis erstellt werden. Diese Soll-Daten können in vorteilhafter Weise als dreidimensionales virtuelles Modell der zu erstellenden realen Teil- oder Vollprothesenbasis über geeignete Schnittstellen visualisiert und für das generative Herstellungsverfahren zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden. Ein manuelles Erstellen eines Negativ-Abdrucks des Gebisses des Patienten entfällt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die ersten Farbwerte aus der digital erfassten Gingiva-Situation und/oder den Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva ergeben.
Den einzelnen Voxeln des virtuellen Modells der zu erstellenden realen Teil- oder Vollprothesenbasis sind somit in vorteilhafter Weise schon erste Farbwerte zugeordnet, die den ursprünglichen beim intraoralen Scannen aufgenommenen Farbwerten entsprechen. Somit ergibt sich eine erste Bildgebung der Gingiva-Situation mit ursprünglichen Farbwerten als Ausgangsbasis für mögliche Korrekturen bzw. für eine Simulation der herzustellenden Teil-oder Vollprothesenbasis. Dabei kann der Zahnarzt weitere Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva einbeziehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren als einen weiteren Verfahrensschritt, insbesondere in Schritt i), ein ergänzendes Zuordnen von zweiten Farbwerten, wobei das ergänzende Zuordnen von zweiten Farbwerten gemäß einem vordefinierten Modell, welches in einer Datenbank gespeichert ist, und/oder frei von einer vordefinierten Vorlage erfolgt.
Den einzelnen Voxeln des virtuellen Modells der zu erstellenden realen Teil- oder Vollprothesenbasis lassen sich beispielsweise vom Zahnarzt beliebige zweite Farbwerte zuordnen. Dabei kann entweder auf schon in einer Datenbank abgespeicherte vordefinierte Modellwerte zurückgegriffen werden oder die Zuordnung von Farbwerten zu den Voxeln erfolgt ohne Vorlage nach Belieben des Zahnarztes. Somit können auch ästhetische und individuelle Gesichtspunkte berücksichtigt werden.
In einer Datenbank gespeichert können Farbwerte und/oder Farbskalen von standardisierten vorkonfektionierten Zahnfleischimitaten, Zahnimplantaten und/oder Zahnprothesen, die jeweils eine Ausgangsbasis bilden und dann patientenspezifisch angepasst werden. Dabei ist eine Farbnuancierung und eine Ausbildung von verschiedenen Farbregionen sowohl in x-, y- und z-Richtung möglich.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Farbton des mindestens einen photochromen Farbstoffs, insbesondere des mindestens einen photochromen Pigments, dem ersten oder zweiten Farbwert des jeweiligen Voxels des virtuellen Modells der Teil- oder Vollprothesenbasis entspricht.
Durch ortselektive Bestrahlung einer teilpolymerisierten Schicht mit Strahlung der spezifischen Wellenlänge L2 nimmt der jeweils spezifische photochrome Farbstoff bzw. das spezifische photochrome Pigment genau den Soll-Farbwert an, der vorher im virtuellen Modell der herzustellenden dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis festgelegt wurde. Somit stimmen Soll- und Ist-Farbwert an der jeweiligen Stelle der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis überein. Ein bei Bestrahlung einer Region des sich bildenden Formkörpers mit Strahlung mehrerer spezifischen Wellenlängen L2 resultierender Farbverlauf der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis ist identisch mit dem im virtuellen Modell vordefinierten Farbverlauf. Die im virtuell Modell festgelegten Farbwerte stellen sozusagen Referenzwerte dar, deren Realisierung an der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wobei die Realisierung der Soll-Farbwerte mittels der jeweiligen zweiten Farbtöne der photochromen Pigmente erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei Bestrahlung mit Strahlung der Wellenlänge L2 wird der zweite Farbton des mindestens einen photochromen Farbstoffs, insbesondere des mindestens einen photochromen Pigments, durch Polymerisieren, vorzugsweise Photopolymerisation, der Monomere und optional Prepolymere in der Zusammensetzung dauerhaft fixiert.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Photochromie des mindestens einen Farbstoffs, insbesondere des mindestens einen photochromen Pigments, irreversibel gemacht, d.h., die dentale Teil- oder Vollprothesenbasis behält die bei Abschluss der generativen Herstellung erhaltene Farbnuancierung durch Bestrahlung mit Strahlung der jeweils spezifischen Wellenlänge L2 dauerhaft. Die ortselektive Farbaufbringung auf den Formkörper sowie erzeugte Farbverläufe bleiben auch nach Abschluss des Herstellungsprozesses erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine photochrome Farbstoff, insbesondere das mindestens eine photochrome Pigment, organisch oder anorganisch.
Gesundheitliche Unbedenklichkeit hat wegen des Tragens der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis im Mund oberste Priorität.
Insbesondere hat der photochrome Farbstoff, insbesondere das photochrome Pigment, eine Zusammensetzung, die durch die Formel: Ba_(ab)Ca_bMg_cSi_dO_e: Fe_fMgM'_h dargestellt wird, wobei 1,8 ≤ a ≤ 2,2, 0 ≤ b ≤ 0,1, 1,4 ≤ c ≤ 3,5, 1,8 ≤ d ≤ 2 .2, e = (a + c + 2d), 0,0001 ≤ f, 0,0001 ≤ g, 0 ≤ h, M ist mindestens eines von Al und Eu, und M' ist mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Na, B, K, Nd, Li, S, C, Ti, V, Mn, Cr, Cu, Ni, Co, Ge, Zn, Ga, Zr, Y, Nb, In, Ag, Mo, Sn, Sb, Bi, Ta, W, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Er, Ho, Tb, Tm, Yb, Lu, P, Cd und Pb.
In der Formel (1) ist 1,9 ≤ a ≤ 2,1 bevorzugt. Darüber hinaus ist 0 ≤ b ≤ 0,01 weiter bevorzugt, 0 ≤ b ≤ 0,001 ist besonders bevorzugt, wobei b = 0 noch bevorzugter ist. Besonders bevorzugt ist 2,0 ≤ c ≤ 3,5 und 2,5 ≤ c ≤ 3 ist bevorzugter. Bevorzugt ist 1,9 ≤ d ≤ 2,1. Ferner ist 0,0005 ≤ f bevorzugt, 0,001 ≤ f ist besonders bevorzugt und 0,002 ≤ f ist noch mehr bevorzugt. Noch bevorzugter ist f ≤ 2, insbesondere f ≤ 1, bevorzugt f ≤ 0,5, vorzugsweise f ≤ 0,2. Für g ist g größer gleich 0,0005 bevorzugt, insbesondere g größer gleich 0,001. Besonders bevorzugt ist g ≤ 0,025, bevorzugter g ≤ 0,012. Ferner ist 0,0001 ≤ h bevorzugt, vorzugsweise 0,0005 ≤ h, bevorzugt ist 0,001 ≤ h. Besonders bevorzugt ist h ≤ 0,025, besonders bevorzugter h ≤ 0,012. Dies ermöglicht es, einen photochromen Farbstoff bereitzustellen, der eine höhere Photochromie aufweist. Weiterhin ist in der Formel (1) besonders bevorzugt, dass M = Al und h = 0 ist.
Die photochrome Substanz der vorliegenden Erfindung, die die obige Zusammensetzung aufweist, ist eine Substanz auf der Basis von Bariummagnesiumsilicat. Der photochrome Farbstoff der vorliegenden Erfindung hat eine Tridymitstruktur, d. h. eine Struktur, in der SiO₄; -Tetrahydrone über ihre Scheitelpunkte miteinander verbunden sind, und bildet somit eine dreidimensionale Tunnelstruktur. Die photochrome Substanz der vorliegenden Erfindung hat eine Struktur, in der ein bestimmter Prozentsatz von Siliciumionen (Si⁴⁺) in den SiO₄-Tetrahydronen durch ein Magnesiumion (Mg²⁺) und ein Bariumion (Ba²⁺) und dergleichen ersetzt werden.
Mit der obigen Zusammensetzung zeigt der photochrome Farbstoff der vorliegenden Erfindung eine gute Photochromieeigenschaft in einem sichtbaren Lichtbereich. Beispielsweise hat der photochrome Farbstoff der vorliegenden Erfindung die Eigenschaft, ihre Farbe von weiß nach rot (pink) zu ändern, wenn blaues Licht (z. B. Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm) angewendet wird, und die Eigenschaft, ihre Farbe von weiß nach tiefrot (pink) bei Einwirkung von ultraviolettem Licht (z. B. Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm) zu ändern. Das heißt, mit der vorgenannten Zusammensetzung kann die resultierende Farbe des photochromen Farbstoffes eingestellt werden, d.h. wie stark sich die Farbe des photochromen Farbstoffs (Reflexionsvermögen) in Abhängigkeit von einer Lichtwellenlänge, mit der der photochrome Substanz bestrahlt wird, ändert.
Eine Photochromie-Eigenschaft eines Bariummagnesiumsilicats kann weiter verbessert werden, indem neben Bariummagnesiumsilicat zusätzlich zu Eisen (Fe) Aluminium (Al) und/ oder Europium (Eu) zugegeben wird, von dem bekannt ist, dass es eine Verbesserung der Photochromie bewirkt.
Eine mindestens einen Piperidinring enthaltende Verbindung mit einem Molekulargewicht von gleich oder größer als 1.000 g/mol zeigt ebenfalls Polychromie.
Als ein photochromer Farbstoff gilt vorliegend ein photochromer Farbstoff, der als Flüssigkeit oder als Feststoff vorliegen kann. Als ein photochromes Pigment gilt ein photochromer Farbstoff, der als Feststoff vorliegt und in dem Anwendungsmedium, bspw. in der Zusammensetzung umfassend Monomere unlöslich ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine photochrome Farbstoff, insbesondere das mindestens eine photochrome Pigment, ein photochromes anorganisches Pigment ist, insbesondere umfassend ein Oxid von Kupfer, Samarium, Terbium, Praseodym und/oder Europium.
Die organischen photochromen Farbstoffe können entweder allein oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen photochromen, anorganischen photochromen Pigmenten verwendet werden, beispielsweise umfassend mit Seltenerdmetall dotierte Metalloxidnanopartikel (z. B. Zirkoniumoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Kupferoxid, Lanthanoxid, Gadoliniumoxid, Praseodymium), Oxide und dergleichen und Kombinationen davon, die mit seltenen Erden wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium und dergleichen und Kombinationen davon dotiert sind, Metallnanopartikel (z. B. Gold, Silber, Platin, Palladium, Iridium, Rhenium, Quecksilber, Ruthenium, Osmium, Kupfer, Nickel und dergleichen) und Kombinationen davon), Halbleiter-Nanopartikel zum Beispiel, Gruppe II-VI.
Ein vollständiger Bereich von polychromatischen Farben kann unter Verwendung von einem oder mehreren Oxiden, ausgewählt aus Kupfer-, Samarium-, Terbium-, Praseodym- und Europiumoxiden, zur Aktivierung entwickelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine photochrome Farbstoff, ein photochromer organischer Farbstoff, vorzugsweise mindestens ein photochromes organisches Pigment ist. In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine photochrome Farbstoff umfassen Naphthacenchinon, Spiropyran, Spirooxazin, Chromen, eine Naphthopyranverbindung, ein Spiro[1,8a-indolizin]-Derivat, ein Spiro[1,8a-dihydrindolizin]-Derivat, ein Spiro[1,8a-tetrahydroindolizin]-Derivat, ein Spiro[fluoren-9,1[1,8a]dihydroindolizin]-Derivat, Campherchinon und/oder Phenanthrenchinon umfasst. Gleichfalls geeignet sind Spirooxazine, Spiroindolinonaphthoxazinen und/oder Chromene, wie Reversacol Rush Yellow, Reversacol Midnight Grey (Firma James Robinson) und optional 2-Spiroadamantan-2H-naphtho[1,2-b]pyran, 2-Methyl-2-(paradiethylaminophenyl)-2H-naphtho[1,2-b]pyran, 1,3,3-Triphenyl-3H-naphtho[2,1-b]pyran.
Naphthacenchinone sind vorteilhaft, weil sie bei Bestrahlung mit Strahlung der Wellenlänge L2 eine deutliche Farbänderung von gelb bis gelb-orange nach orange bis rot aufweisen, was für die Nachbildung einer Zahnfleischcharakteristik geeignet ist.
Photochrome Farbstoffe können auxochrom wirkende Substituenten aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der zweite Farbton Farbwerte des YCM-Farbraums, insbesondere rote oder gelbe Farbnuancen des YCM-Farbraums.
Der mindestens eine photochrome Farbstoff, insbesondere das mindestens eine photochrome Pigment, weisen bei Bestrahlung mit Strahlung der Wellenlänge L2 Farbwerte des YCM-Farbraums, insbesondere rote oder gelbe Farbnuancen, auf. Mittels dieser Farbnuancen lässt sich die Gingiva mit ihrer Transluzenz naturgetreu nachbilden. Auch durch Mischungen verschiedener Farbwerte ergeben sich Farbeffekte, die denen einer natürlichen Gingiva sehr ähneln.
Vorzugsweise weist eine Farbregion im Bereich der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis, insbesondere im Bereich der Gingiva, einen Rotton auf. Alternativ kann eine Farbregion auch verschiedene definierte Rottöne in einer definierten Anordnung oder in einem typischen Farbverlauf aufweisen. Die Farbregionen können bevorzugt dreidimensionale Farbkörper sein, die vorzugsweise typische rote Farbverläufe und/oder eine typische Morphologie eines Bereichs einer Gingiva wiedergeben. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis weist daher in einer Ausführungsform eine naturgetreue Nachbildung der Farben, Farbverläufe der Rottöne der natürlichen Gingiva auf, vorzugsweise mindestens 2 bis 5000 verschiedene Rottöne, besonders bevorzugt 5 bis 2000 verschiedene Rottöne.
Eine Farbregion entspricht einem abgegrenzten zwei- oder dreidimensionalen Bereich umfassend mindestens einen Rotton. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Farbregionen von einem hellen Rotton bis hin zu einem dunklen Rotton und/oder von einem Rot mit Gelbanteilen zu einem Rot mit Blauanteilen angeordnet sind. Vorteilhafte Farbverläufe umfassen eine Kodak-Farbskala, RGB-Modell, CMYK-Modell, Pantone, HKS-Fächer, RAL-Farbsystem oder andere dem Fachmann geläufige Farbsysteme, die Rottöne oder Rotnuancen umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Belichtung mindestens eines Voxels oder mindestens eines Musters von Voxeln in der Belichtungsfläche mit Strahlung der Wellenlängen L1 und L2 mittels einer flächig abstrahlenden Lichtquelle, insbesondere mittels eines Projektors und/oder eines Beamers erfolgt, wobei der Projektor und/oder Beamer eine Projektionsfläche mit Strahlung lokal verschiedener Wellenlängen und/oder Intensitäten auf der Oberfläche der photopolymerisierbaren Zusammensetzung abbildet oder über die Oberfläche führt, wobei der Beamer bevorzugt ein LED-Beamer, besonders bevorzugt ein UV-LED-Beamer ist.
Dadurch wird die Dauer der Bestrahlung einer zu photopolymerisierenden Schicht des sich bildenden Formkörpers insgesamt verkürzt, da eine ganze Fläche belichtet wird und nicht punktweise die zu photopolymerisierende Schicht abgefahren wird. Insgesamt wird somit der Herstellungsprozess der generativen Stereolithographie verkürzt.
Die Belichtungsfläche bildet eine Schicht der realen Teil- oder Vollprothese und entspricht einer Schicht (x,y-Daten in der z-Ebene) des virtuellen Modells der digitalen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis. Die Belichtungsfläche weist daher eine definierte äußere Kontur auf, die auf der äußeren Oberfläche der Prothesenbasis liegt.
Eine hohe UV-Bestrahlungsstärke in Kombination mit einer großflächig und gleichmäßig bestrahlten Fläche sind die Hauptmerkmale des UV-LED-Beamers. Die UV-LED-Module sind wassergekühlte Hochleistungs-UV-Flächenstrahler mit intelligenten LED-Treibern. Das Fehlen unwirksamer Infrarotstrahlung reduziert die Wärme im Vergleich zu herkömmlichen UV-Lampen erheblich. Die hohe Bestrahlungsstärke ermöglicht extrem kurze Bearbeitungszeiten. Für die Bestrahlung der photochromen Farbstoffe bzw. Pigmente stehen beispielsweise die Wellenlängen von 365, 385, 395, 405 und 450 nm zur Verfügung.
Bei den bekannten Rapid-Prototyping Verfahren kommen neben Ultraviolett-(UV)-Lasern auch zunehmend UV-LED-Beamer zum Einsatz. Verfahren hierzu sind beispielsweise aus der EP 1880830 A1 und der EP 1894705 A2 bekannt. Nachteilig an Lasern ist ihr punktförmiges Belichtungsfeld. Das UV-Licht der Lichtquelle wird auf einen lichthärtenden Kunststoff als Belichtungsfeld abgebildet. Bei der Abbildung werden eine Optik und ein Flächenlichtmodulator verwendet. Aufgrund der Optik kommt es zu einer inhomogenen Lichtverteilung beziehungsweise Intensitätsverteilung. Die Randbereiche des Belichtungsfelds haben dabei typischerweise eine niedrigere Intensität als die Bereiche im Zentrum des Belichtungsfelds. Dieser, auch als Tonnenbild bezeichnete Effekt, führt dazu, dass der lichthärtende Kunststoff nicht an jeder Stelle die gleiche Intensität erhält und daher unterschiedlich also inhomogen aushärtet. Die EP 1 982 824 A2 schlägt vor, die Intensitätsverteilung zu homogenisieren, indem die helleren Pixel des UV-Beamers auf das Intensitäts-Niveau der Pixel am Rand durch eine Grauverteilung reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren den Schritt umfasst: ein jeweiliges Umrechnen eines zweiten Farbtons in die spezifische Wellenlänge L2, wobei durch Verwendung mehrerer photochromer Pigmente und Aktivierung durch verschiedene spezifische Wellenlängen L2 der Strahlung und Intensitäten verschiedene Farbwerte des YCM-Farbraums, des RGB-Farbraums, des Munsell-Farbraums oder des L*a*b*-Farbraums darstellbar sind.
Vorzugsweise weist ein UV-LED-Beamer Bestrahlungssegmente mit verschiedenen Wellenlängen und Intensitäten auf, sodass gleichzeitig eine Vielzahl von photochromen Farbstoffen in der jeweiligen zu photopolymerisierenden Schicht zu einem Farbwechsel angeregt wird. Idealerweise gibt es eine Software, die Soll-Farbwerte der jeweiligen Voxel des virtuellen Modells der herzustellenden dentalen Teil-oder Vollprothesenbasis in spezifische Wellenlängen L2 umrechnet und den UV-LED-Beamer segmentweise bei der Bestrahlung hinsichtlich Wellenlänge, Lichtintensität und Belichtungsdauer steuert. Alternativ kommt ein Flächenlichtmodulator zum Einsatz, der eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten ansteuerbaren kippbaren Mikrospiegeln aufweist, bei dem das Licht einer flächig abstrahlenden Lichtquelle über eine Optik abgebildet wird und ein Belichtungsfeld der abgebildeten Lichtquelle mit dem Flächenlichtmodulator über eine Projektionsfläche geführt wird, wobei eine zur Mitte des Belichtungsfelds hinzunehmende Anzahl von Pixeln nicht beleuchtet wird, so dass im zeitlichen Integral eine Homogenisierung der Lichtintensität aller auf der Projektionsfläche beleuchteten Pixel erreicht wird. Als Flächenlichtmodulatoren können beispielsweise die besonders gut geeigneten DLP^® Chips der Firma Texas Instruments eingesetzt werden.
Alternativ kann ein Lasersystem verwendet werden. Sowohl der Beamer als auch das Lasersystem strahlen vorzugsweise Licht einer Wellenlänge ausgewählt von 180 bis 650 nm ab, vorzugsweise von 230 bis 450 nm. Generell können polychromatische Lichtquellen als Beamer verwendet werden. Bevorzugt sind Beamer mit einer Auflösung von größer gleich 800 x 600 Pixel, bevorzugt größer gleich 1920x1080 Pixel. Erfindungsgemäß bilden die flächig abstrahlende Lichtquelle, der Flächenlichtmodulator und die Optik, insbesondere ein Linsensystem, eine Anordnung. Die flächig abstrahlende Lichtquelle, der Flächenlichtmodulator und die Optik, insbesondere ein Linsensystem, liegen zudem als Anordnung in einer Baueinheit vor.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung eine dentale Teil- oder Vollprothesenbasis, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, insbesondere mindestens eine Prothesenbasisplatte, insbesondere ein Gingiva-Imitat als Nachbildung einer fehlenden Zahnfleischpartie, einer fehlenden Gingiva bzw. einer fehlenden Gingiva-Partie.
Eine erfindungsgemäße Gingiva-Restauration weist eine naturgetreue Nachbildung der Farben, Farbverläufe der Rottöne der natürlichen Gingiva auf, vorzugsweise mindestens 2 bis 5000 verschiedene Rottöne, besonders bevorzugt 5 bis 2000 verschiedene Rottöne.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Verwendung mindestens eines photochromen Farbstoffs in einem Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- und/oder Vollprothesenbasis, wobei durch Verwendung mehrerer photochromer Pigmente und Aktivierung durch Strahlung verschiedener spezifischer Wellenlängen L2 und Intensitäten Farbwerte des YCM-Farbraums, des RGB-Farbraums, des Munsell-Farbraums oder des L*a*b*-Farbraums darstellbar sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Bezugszeichenliste

0: Apparatur
1: UV-LED-Beamer
2: Linsensystem
3: Anordnung der flächigen Lichtquelle (1), des Flächenlichtmodulators (4) und/oder des Linsensystems/Optik
4: Flächenlichtmodulator
5: Fenster
6: photopolymerisierbare Zusammensetzung, insbesondere lichthärtende, photochrome Zusammensetzung
8: Behälter
10: Formkörper
12: Bauplattform
100: Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis
101: 3D-Scannen eines Gebisses
102: Analyse
103: Erstellen einer virtuellen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis
104: Zuordnen von Farbwerten zu Voxeln
105: Herstellen einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis mittels Stereolithographie

Figurenliste

1 zeigt ein Flussdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Aufbaus zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt einen 3D-Drucker, bei dem die Belichtung von unten erfolgt.

Nachfolgend sind beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung erläutert:

1 zeigt ein Flussdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung der verschiedenen Verfahrensschritte des Verfahrens 100 zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis. In Schritt 101 wird das Gebiss eines Patienten mittels eines 3D-Scanners digital erfasst. Insbesondere wird eine Gingiva-Situation eines Patienten digital erfasst. In Schritt 102 erfolgt eine digitale Analyse mindestens eines Teils der digitalen 3D-Daten bezüglich der Morphologie des Gebisses als Basis zur Herstellung einer realen Teil- oder Vollprothesenbasis. Die digitale Analyse umfasst eine Analyse mindestens eines Bereiches der Gingiva-Situation in Bezug auf ihre roten Farbtöne, die Position der roten Farbtöne, den Farbverlauf der roten Farbtöne, deren Geometrie und/oder deren Morphologie, wobei die Analyse manuell und/oder digital erfolgt, und Gingiva-Informationen erhalten werden, insbesondere in Form einer Gingiva-Kartierung. Optional wird ein virtuelles oder reales Modell einer Gingiva-Restauration als Nachbildung der fehlenden Zahnfleischpartie bzw. Gingiva-Partie hergestellt.

In Schritt 103 wird auf Basis der zuvor erhobenen Analysedaten ein virtuelles Modell der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis erstellt. In Schritt 104 werden einzelnen Voxeln des virtuellen Modells einzelne Farbwerte zugeordnet, wobei die Farbwerte entweder den ursprünglich digital erfassten Farbwerten des gescannten Gebisses, insbesondere der Gingiva, entsprechen, einer Datenbank entnommen sind oder die Zuordnung frei nach Belieben erfolgt. Dabei wird zunächst der aus einem Mundraumscan des Patienten entnommene reale Farbverlauf in einen Datensatz umgewandelt. Dieser digitale Farbverlauf kann anschließend bei Verwendung photochromer Farbstoffe, insbesondere photochromer Pigmente, in verschiedenen Wellenlängen des eingestrahlten Lichtes übersetzt werden. In Verfahrensschritt 105 erfolgt die Herstellung der realen Teil- oder Vollprothesenbasis mittels Stereolithographie. Somit erfolgt in einer Ausführungsform eine Anpassung der Prozesse an reale gescannte Daten.
2 zeigt die Apparatur 0 zur Durchführung des stereolithographischen Verfahrens 105. In einem Behälter 8 befindet sich eine in vertikaler Richtung bewegliche Bauplattform 12. Auf dieser kann eine Stützkonstruktion (nicht eingezeichnet) den generativ hergestellten Formkörper 10 stützen. Im Behälter 8 befindet sich eine flüssige, photochrome Zusammensetzung 6 (lichtaushärtender flüssiger Kunststoff), enthaltend z.B. Epoxidharz oder eine Acrylat(e). In einer Ausführungsform umfasst die lichthärtende Zusammensetzung mit elektromagnetischer Strahlung polymerisierbare Monomere, bevorzugt dentale, UV- und/oder Vis-polymerisierbarer Monomere. Der photochrome Farbstoff liegt in mikroverkapselter Form bereits in der flüssigen, photopolymerisierbaren Zusammensetzung, insbesondere photochromen Zusammensetzung 6 vor. In einer alternativen Ausführungsform werden Fluoreszenzpigmente oder verkapselte, insbesondere mit einem organischen oder biobasierten Polymer verkapselte Farbstoffe, verwendet. Die Aktivierung der verschiedenen photochromen Farbpigmenten könnte beispielsweise durch einen Projektor ausgelöst werden, der eine Projektionsfläche mit lokal verschiedenen Wellenlängen und/oder Intensitäten auf der Oberfläche des Bades der photochromen Zusammensetzung abbildet oder über dessen Oberfläche führt. Bei Verwendung photochromer Farbstoffen erfolgt eine Umrechnung der Farbwerte in Wellenlängen.
Ein UV-LED-Beamer 1, der ultraviolettes Licht (UV-Licht) abstrahlt, wird auf einen Flächenlichtmodulator 4 abgestrahlt. Der UV-LED-Beamer 1 hat eine Auflösung von 1920x1080 Pixeln, die als rechteckige Fläche auf der Oberfläche eines Chips des UV-LED-Beamers 1 abstrahlen. Der Flächenlichtmodulator 4 umfasst eine Vielzahl von ansteuerbaren Mikrospiegeln, mit denen das Licht aus dem UV-LED-Beamer 1 reflektiert und mit Hilfe eines Linsensystems 2 auf die Oberfläche eines flüssigen lichthärtenden Kunststoffs 6 abgebildet wird. Die Mikrospiegel sind in 1 als unterschiedlich orientierte kleine Rechtecke an einer Oberfläche des Flächenlichtmodulators 4 dargestellt. Die flüssige lichthärtende Zusammensetzung 6 ist in dem Behälter 8 angeordnet, der nach oben zum Flächenlichtmodulator 4 beziehungsweise dem Linsensystem 2 offen ist.
Das Linsensystem 2, das in 1 nur als einfache Linse schematisch dargestellt ist, bildet die Fläche der Pixel des UV-LED-Beamers 1 auf die Oberfläche der lichthärtenden, photochromen Zusammensetzung 6 umfassend polymerisierbare Monomere und mindestens einen photochromen Farbstoff oder photochromes Pigment ab. Mit Hilfe eines geeigneten Motors (nicht gezeigt) wird der UV-LED-Beamer 1 über den Behälter 8 gefahren und dadurch die Oberfläche der lichthärtenden Zusammensetzung 6 mit dem Belichtungsfeld überstrichen, sodass jede Zeile des Chips des UV-LED-Beamers 1 jeden zu belichtenden Punkt vollständig überfährt, beziehungsweise überfahren kann.
Das dadurch entstehende Belichtungsfeld auf der Oberfläche der lichthärtenden Zusammensetzung 6 polymerisiert die Monomere, so dass ein fester Formkörper 10 entsteht. Der feste Formkörper 10 ist auf einer Bauplattform 12 gelagert, die langsam schichtweise nach unten abgesenkt wird, sodass die obere Oberfläche des Formkörpers 10 von der flüssigen lichthärtenden Zusammensetzung 6 benetzt wird und eine neue polymerisierte Schicht mit Hilfe des Belichtungsfelds auf dem Formkörper 10 erzeugt werden kann. Die Photopolymerisation synonym zu Strahlen induzierte Polymerisation, insbesondere UV- und/oder Vis-Polymerisation, wird solange schichtweise fortgeführt, bis der entstandene Formkörper 10 mit dem virtuellen Modell der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis übereinstimmt.
Der UV-LED-Beamer ist dazu ausgebildet, sowohl Licht der Wellenlänge L1 zur Teilpolymerisation der lichthärtenden, photochromen Zusammensetzung 6 als auch Licht der Wellenlänge L2 zur dauerhaften Fixierung des zweiten Farbtons des jeweiligen photochromen Pigments abzustrahlen. Bildet der UV-LED-Beamer eine Projektionsfläche mit lokal verschiedenen Wellenlängen/Intensitäten auf der Oberfläche des Monomerbades der polymerisierbaren Zusammensetzung ab oder führt er diese über die Oberfläche, so können verschiedene spezifischen Wellenlängen L2 von verschiedenen photochromen Farbpigmenten realisiert werden und der jeweilige zweite Farbton des jeweiligen photochromen Farbpigments am oder im Formkörper 10 erzeugt werden. Je mehr auswählbare Bereiche an Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge der UV-LED-Beamer zur Verfügung stellt und je mehr photochrome Farbstoffe, deren spezifische einstellbare Wellenlängen L2 mit den Wellenlängen der UV-LED-Beamers übereinstimmen, sich im Monomerbad befinden, desto mehr Farbtöne können am Formkörper realisiert werden. Um einen Farbverlauf einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erzeugen, ist letztlich eine Umrechnung von zweiten Farbtönen in spezifische Wellenlängen L2 der Strahlung erforderlich. Berücksichtigt werden müssen ferner die von der jeweiligen Wellenlänge abhängige jeweils erforderliche definierte Lichtintensität und/oder definierte Belichtungsdauer zur Aktivierung und zur dauerhaften Fixierung des jeweiligen photochromen Pigments.
3 zeigt einen 3D-Drucker, bei dem die Belichtung von unten erfolgt und die zu polymerisierende Schicht dementsprechend unter der Bauplattform 12 bereitgestellt wird (Bottom-up 3D Stereolithographie). Die Bauplattform 12 wird in diesem Falle sukzessive nach jedem Photopolymerisationsschritt von unten nach oben vertikal (entlang der z-Achse) bewegt. Die Belichtung mittels eines UV-LED-Beamers 1 erfolgt von unten durch ein lichtdurchlässiges Fenster 5 des Behälters 8, in dem sich die photochrome, lichthärtende Zusammensetzung 6 befindet. Der Formkörper 10 bildet sich schichtweise unterhalb der Bauplattform 12. Bevorzugt wird ein 3D-Drucker des Herstellers B9Creations mit Sitz in Rapid City in den USA eingesetzt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis (100), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: i) Bereitstellen eines digitalen virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten, die zu Voxeln des virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis zugeordnet sind, und optional Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva, und ii) Herstellen der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis des virtuellen Modells in einem stereolithographie-basierten generativen Verfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Schicht einer photopolymerisierbaren Zusammensetzung an einer Bauplattform (12), wobei die photopolymerisierbare Zusammensetzung umfasst Monomere oder eine Mischung von verschiedenen Monomeren und optional mindestens ein Additiv und/oder mindestens einen Farbstoff; b) Photopolymerisieren der Schicht in einer Belichtungsfläche, die einer Schicht des virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis entspricht, durch Belichten mit Strahlung der Wellenlänge L1; c) Bereitstellen einer weiteren Schicht der photopolymerisierbaren Zusammensetzung an der in b) photopolymerisierten Schicht durch eine Bewegung der Bauplattform (12); d) Wiederholen der Schritte b) und c), bis sich ein Formkörper (10) mit der Form der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis gebildet hat, wobei die photopolymerisierbare Zusammensetzung mindestens einen photochromen Farbstoff mit einem ersten Farbton, umfasst, dessen Lichtabsorptionseigenschaften sich ändernt, indem nach Schritt ii) a), oder während Schritt ii) b) oder nach ii) b) die zu photopolymerisierende Schicht oder die photopolymerisierte Schicht eine Belichtung mindestens eines Voxels oder mindestens eines Musters von Voxeln in der Belichtungsfläche mit einer Strahlung der Wellenlänge L2 erfolgt, die sich von der Strahlung der Wellenlänge L1 unterscheidet, wobei der mindestens eine photochrome Farbstoff einen zweiten Farbton annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Strahlung der Wellenlänge L2 belichtete Voxel oder das Muster einen Farbton aufweist, der dem jeweiligen zugeordneten Farbwert des jeweils entsprechenden Voxels des virtuellen Modells der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein digitales Erfassen der Gingiva-Situation mittels eines 3D- und/oder eines 2D-Scanners erfolgt, wobei insbesondere ein intraorales Scannen einer Mundhöhle eines Patienten erfolgt, wobei der 3D- und/oder der 2D-Scanner einer CAD-Schnittstelle 3D- und/oder 2D-Daten zur Verfügung stellt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Farbwerte aus der digital erfassten Gingiva-Situation und/oder den Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva ergeben.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt umfasst: ein ergänzendes Zuordnen von zweiten Farbwerten, wobei das ergänzende Zuordnen von zweiten Farbwerten gemäß einem vordefinierten Modell, welches in einer Datenbank gespeichert ist, und/oder frei von einer vordefinierten Vorlage erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Farbton des mindestens einen photochromen Farbstoffs, insbesondere des mindestens einen photochromen Pigments, dem ersten oder zweiten Farbwert des jeweiligen Voxels des virtuellen Modells der Teil- oder Vollprothesenbasis entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bestrahlung mit der Strahlung der Wellenlänge L2 der zweite Farbton des mindestens einen photochromen Farbstoffs, insbesondere des mindestens einen photochromen Pigments, durch Polymerisieren der Monomere in der Zusammensetzung dauerhaft fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine photochrome Farbstoff, insbesondere das mindestens eine photochrome Pigment, ein organischer Farbstoff oder anorganischer Farbstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine photochrome Farbstoff, insbesondere das mindestens eine photochrome Pigment, ein Oxid von Kupfer, Samarium, Terbium, Praseodym und/oder Europium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine photochrome Farbstoff, insbesondere das mindestens eine photochrome Pigment, Naphthacenchinon, Spiropyran, Spirooxazin, Chromen, eine Naphthopyranverbindung, ein Spiro[1,8a-indolizin]-Derivat, ein Spiro[1,8a-dihydrindolizin]-Derivat, ein Spiro[1,8a-tetrahydroindolizin]-Derivat, ein Spiro[fluoren-9,1[1,8a]dihydroindolizin]-Derivat, Campher-chinon und/oder Phenanthrenchinon umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Farbton Farbwerte des YCM-Farbraums umfasst, insbesondere rote oder gelbe Farbnuancen des YCM-Farbraums, des RGB-Farbraums, des Munsell-Farbraums oder des L*a*b*-Farbraums.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung mindestens eines Voxels oder mindestens eines Musters von Voxeln in der Belichtungsfläche mit Strahlung der Wellenlängen L1 und L2 mittels einer flächig abstrahlenden Lichtquelle (3), insbesondere mittels eines Projektors und/oder eines Beamers erfolgt, wobei der Projektor und/oder Beamer eine Projektionsfläche mit lokal verschiedenen Wellenlängen und/oder Intensitäten auf der Oberfläche der photopolymerisierbaren Zusammensetzung abbildet oder über die Oberfläche führt, wobei der Beamer bevorzugt ein LED-Beamer, besonders bevorzugt ein UV-LED-Beamer (1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: ein jeweiliges Umrechnen eines zweiten Farbtons in die spezifische Wellenlänge L2, wobei durch Verwendung mehrerer photochromer Pigmente und Aktivierung durch verschiedene spezifische Wellenlängen L2 und Intensitäten verschiedene Farbwerte des YCM-Farbraums, des RGB-Farbraums, des Munsell-Farbraums oder des L*a*b*-Farbraums darstellbar sind.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst: - digitales Erfassen des Gebisses eines Patienten mittels eines 3D-Scanners (101), insbesondere ein digitales Erfassen einer Gingiva-Situation eines Patienten; - Analyse mindestens eines Teils der digitalen 3D-Daten bezüglich der Morphologie des Gebisses als Basis zur Herstellung einer realen Teil- oder Vollprothesenbasis (102), wobei die Analyse manuell und/oder digital erfolgt, wobei die digitale Analyse eine Analyse mindestens eines Bereiches der Gingiva-Situation in Bezug auf ihre roten Farbtöne, die Position der roten Farbtöne, den Farbverlauf der roten Farbtöne, deren Geometrie und/oder deren Morphologie umfasst, wobei Gingiva-Informationen erhalten werden, insbesondere in Form einer Gingiva-Kartierung; und/oder - optional ein Herstellen eines virtuellen Modells einer Gingiva-Restauration oder eines realen Modells einer Gingiva-Restauration als Nachbildung einer fehlenden Zahnfleischpartie und/oder einer Gingiva-Partie; wobei a) die digital erfassten 3D- und/oder 2D-Daten der Gingiva-Situation einem digitalen virtuellen Modell der realen dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten entsprechen oder b) die digital erfassten 3D- und/oder 2D-Daten der Gingiva-Situation optional digital in Bezug auf die Geometrie, Morphologie und/oder Farbverläufe bearbeitet werden und optional Analyseinformationen bezüglich Geometrie, Morphologie und Farbverläufen der Gingiva zugeordnet werden und einem digitalen virtuellen Modell der realen dentalen Teil-oder Vollprothesenbasis auf Basis einer Gingiva-Situation mit ersten Farbwerten entsprechen, wobei die ersten Farbwerte im Munsell-Farbraum in einem Bereich von 5,3R-6,5YR liegen, wobei Dateiformate umfassen STP, IGES, STL, X3D, COLLADA, WRL, OBJ, PLY, AMF.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst: - Erstellen eines virtuellen Modells der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis auf Basis zuvor erhobener Analysedaten (103); - Zuordnen von einzelnen Farbwerten zu einzelnen Voxeln (104) des virtuellen Modells, wobei die Farbwerte entweder den ursprünglich digital erfassten Farbwerten des gescannten Gebisses, insbesondere der Gingiva, entsprechen, einer Datenbank entnommen sind oder die Zuordnung frei nach Belieben erfolgt; - Umwandeln des aus einem Mundraumscan des Patienten entnommenen realen Farbverlaufs in einen Datensatz; - Übersetzen des digitalen Farbverlaufs in verschiedene Wellenlängen des eingestrahlten Lichts bei Verwendung photochromer Pigmente; - Herstellen der dentalen Teil- oder Vollprothesenbasis mittels 3D-Stereolithographie (105); und optional - Anpassen von Herstellungsprozessen an real gescannte Daten.
Dentale Teil- oder Vollprothesenbasis, welche nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 15 hergestellt wurde, insbesondere mindestens eine Prothesenbasisplatte, insbesondere ein Gingiva Imitat als Nachbildung einer fehlenden Zahnfleischpartie, einer fehlenden Gingiva bzw. einer fehlenden Gingiva-Partie.
Verwendung mindestens eines photochromen Farbstoffs oder einer photopolymerisierbaren Zusammensetzung umfassend einen photochromen Farbstoff und mindestens ein Monomer mit olefinischer Gruppe in einem Verfahren zur Herstellung einer realen dentalen Teil- und/oder Vollprothesenbasis (100) gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, wobei durch Verwendung mehrerer photochromer Pigmente und Aktivierung durch verschiedene spezifische Wellenlängen L2 und Intensitäten Farbwerte des YCM-Farbraums, des RGB-Farbraums, des Munsell-Farbraums oder des L*a*b*-Farbraums darstellbar sind.