DE19944130A1

DE19944130A1 - Verfahren zur automatischen Herstellung von ästhetischem Zahnersatz unter Verwendung von in Farbe, Transluzenz, Helligkeit und/oder Transparenz graduierten Materialblöcken

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Publication number: DE19944130A1
Application number: DE19944130A
Authority: DE
Inventors: Paul Weigl; Sonja Rosenbaum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2001-04-12

Abstract

Aufgrund der Individualität der Zähne geht die Herstellung von ästhetisch anspruchsvollem Zahnersatz von einem Gerüst aus, welches anschließend manuell verblendet wird. Ansätze zur Automatisierung beziehen sich vor allem auf die Fertigung der Gerüste. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer subtraktiven Bearbeitung von speziellen Vorformen (Blöcken) mit standardisierten optischen Eigenschaften, bestehend aus Materialien, die für dentale Zwecke geeignet sind sowie die optischen Eigenschaften simulieren können. Grundlage bilden die Informationen über die optischen Anforderungen an den Zahnersatz sowie dessen Form und die optischen Eigenschaften und die Dimension des standardisierten Blockes. Die Informationen werden in digitaler Form transferiert. Dies ermöglicht die virtuelle, optimierte Positionierung des CAD-Datensatzes in dem Block. DOLLAR A Das Verfahren dient der vollautomatischen, kostengünstigen Herstellung von ästhetisch anspruchsvollem Zahnersatz.

Description

Zusammenfassung

Aufgrund der Individualität der Zähne muß jeder Zahnersatz individuell angefertigt werden. Die konventionelle Methode zur Herstellung von ästhetisch anspruchsvollem Zahnersatz geht von einem Gerüst aus, welches anschließend manuell verblendet wird. Ansätze zur Automa tisierung beziehen sich vor allem auf die Fertigung der Gerüste.

Das neuartige, erfindungsgemäße Verfahren nutzt herkömmliche (teil)automatische Vorgehensweisen und verbindet diese mit der Erzielung von hoher Ästhetik. Die Herstellung erfolgt durch subtraktive Bearbeitung von speziellen Vorformen (Blöcken) mit standardi sierten optischen Eigenschaften, bestehend aus Materialien, die für dentale Zwecke geeignet sind sowie die optischen Eigenschaften simulieren können. Basis bilden hierbei die Informationen bzw. CAD-Daten über

- die optischen Anforderungen an den Zahnersatz
- die Form des herzustellenden Zahnersatzes
- die optischen Eigenschaften und die Dimension des standardisierten Blockes.

Die Informationen werden in digitale Form transferiert. Dadurch ist die virtuelle Positionie rung des CAD-Datensatzes in dem Block möglich. Die 3D-Positionierung des Zahnersatzes im Block wird solange verändert, bis ein Optimum der Simulation der geforderten optischen Eigenschaften des Zahnersatzes erzielt wird. Anschließend wird der Zahnersatz gemäß der ermittelten optimalen Position aus dem Block durch subtraktive Bearbeitung gefertigt.

Stand der Technik Konventionelle Herstellung von ästhetischem Zahnersatz

Die konventionelle Methode beruht auf dem Werkstoffauftrag auf ein Gerüst. Sie setzt sich aus folgenden Prozeßschritten zusammen, die teilweise mehrfach durchlaufen werden.

Herstellung eines Gerüstes

Ein Gerüst wird aus Metall, Keramik oder Kunststoff gefertigt, das auf den Zahnstumpf bzw. den Implantatpfeiler aufgepaßt wird. Das Gerüst wird auf Untermaß angefertigt, um Platz für eine Verblendschicht zu lassen.

Verblenden des Gerüstes

Zur Erzielung der optischen Eigenschaften des Zahnersatzes wird auf das Gerüst eine Verblendschicht aus Keramik oder Kunststoff aufgetragen. Um den Zahnersatz an Mustervorgaben wie z. B. einen Nachbarzahn oder einen Musterzahn anzupassen, werden Massen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften eingesetzt. So finden z. B. im Schneidebereich Massen mit höherer Transluzenz Verwendung. Bei Keramiken erfolgt der Schichtaufbau im Übermaß, um die Sinterschrumpfung zu kompensieren. Je nach Vorgehensweise des Zahntechnikers und ästhetischem Anspruch des Patienten wird die Schicht als ganzes appliziert und anschließend konsolidiert oder aber stufenweise aufgetragen und gesintert. Im Artikulator wird der Zahnersatz auf seine Paßgenauigkeit mit Blick auf die Okklusion angepaßt. Dies ist ein iteratives Verfahren, bei dem ein ständiger Wechsel zwischen Materialabtrag, Materialauftrag und Prüfen in den Artiku lator stattfindet.

Das Maß an Ästhetik durch die konventionelle, manuelle Methode wurde bisher durch kein teil- oder vollautomatisches Verfahren realisiert. Jedoch ist das Anstreben dieses wünschens wert hohen Maßes an Ästhetik mit erheblichen Nachteilen verbunden. Die zeitintensiven, manuellen Schritte durch qualifiziertes Personal führen zu hohen Herstellungskosten. Desweiteren besteht die Gefahr, daß durch manuelle Schritte Fehler in die Verblendschichten eingebracht werden, die eine Senkung der mechanischen Festigkeit bewirken (Verminderung der Qualität).

Automatische Herstellung von ästhetischem Zahnersatz Herstellung des Gerüstes

Für die automatische Herstellung eines Gerüstes ist vornehmlich die Funktion, d. h. die Form und die mechanischen Eigenschaften von Bedeutung. Ästhetische Aspekte wie Farbe, Fluoreszenz usw. stehen hingegen im Hintergrund. Im folgenden wird auf verschiedene Methoden zur (teil)automatischen Gerüstherstellung eingegangen.

Das Cerec-System [1] verwendet die durch eine CCD-Kamera aufgenommenen Daten für den Zahnstumpf. Daraus wird interaktiv (unter Mitarbeit qualifizierten Personals) die Form des Gerüstes berechnet. Entsprechend des resultierenden CAD-Datensatzes fräst das System das Gerüst aus Keramikblöcken. Ebenso kann mit der Infiltrationskeramik Inceram (Vita Zahnfabrik) vorgegangen werden. Die spanende Bearbeitung erfolgt in diesem Fall vor dem Infiltrationsprozeß an poröser, nicht dicht gesinterter Keramik.

Das Procera-Verfahren [2] nutzt ebenfalls die gute Bearbeitbarkeit von poröser, nicht dicht gesinterter Keramik. Hierbei wird ein CAD-Datensatz für die Form erstellt, der die Sinterschrumpfung berücksichtigt. Nach dem Sintervorgang weist das Gerüst die gewünschten Maße innerhalb akzeptabler Toleranzen auf.

Das COMET-Verfahren [3] sieht die Herstellung von Gerüsten durch abtragende Bearbeitung eines einfarbigen Materialblockes vor. Die Datenaufnahme erfolgt durch eine CCD-Kamera. Der Sensor wird automatisch positioniert. Die Oberfläche eines präparierten Zahnstumpfes, die okklusalen Kontakte sowie die Form der Antagonisten werden von dem Meistermodell aufgenommen. Zudem wird die Wachsmodellation des Gerüstes optisch vermessen. Eine Software transferiert diese Geometriedaten in CAM-Daten zur spanenden Herstellung des Gerüstes.

Eine weitere Methode stellt das IPS-Empress-System (Fa. Ivoclar AG) dar. Das Gerüst wird zunächst in Wachs vorgeformt und in eine feuerfeste Masse eingebettet. Diese Masse dient nach Verfestigung als Form. Nach Ausbrennen des Wachses wird das schmelzflüssige keramische Material in diese Form eingegossen und bildet während des Abkühlprozesses eine Glaskeramik. Spanende Bearbeitungen sind lediglich für Korrekturen erforderlich.

Bei dem Celay-System [4] erfolgt die Herstellung des Gerüstes durch Kopierfräsen nach Erstellung eines Musters.

Herstellung eines kompletten Zahnersatzes

Neben der Automatisierung einzelner Teilschritte wurden auch Lösungsansätze beschrieben, die eine Automatisierung des gesamten Herstellungsprozesses zum Teil unter Interaktion qualifizierten Personals vorsehen. Eine Möglichkeit besteht in der automatischen Imitation der konventionellen Schritte [5]. Auf ein maschinell gefertigtes Gerüst werden ortsaufgelöst keramische Massen oder Kunststoffmassen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften nach einer Mustervorgabe appliziert. Nach Konsolidierung der Schichten (Sintern bei Keramiken, Aushärten bei Kunststoffen) wird der Überschuß entfernt und der Zahnersatz mit der Vorgabe verglichen. Iterativ wird durch Abtragen und erneutes Auftragen der Schicht oder Teilen davon der Zahnersatz an die Mustervorgabe angeglichen. Gleichzeitig beinhaltet dieses Verfahren einen Lernvorgang, der die Zahl der Iterationsschleifen durch Speichern und Verwerten der Ergebnisse jeder Iterationsschleife verkleinern hilft.

Die Vorgehensweise des Empress-Systems ist analog zu der zuvor beschriebenen Gerüsther stellung. Als vorteilhaft erweist sich, daß im Idealfall nur geringfügige Korrekturen erforderlich sind.

Weitere Ansätze basieren auf der Herstellung von Zahnersatz aus einem Block. Ausgegangen wird von einem einfarbigen Block, aus dem der Zahnersatz durch subtraktive Bearbeitung (Fräsen, Schleifen etc.) hergestellt wird. Die Fertigung erfolgt entweder durch Kopierfräsen (Celay-System [6]) nach einem zuvor aus z. B. Kunststoff geformten Modell oder aber nach einem durch CAD berechneten Modell durch eine CNC-Maschine (Cerec(2)-System [6]).

Das Wolceram-Verfahren [7], [8] sieht eine maschinelle Auftragung des Materials auf den Stumpf vor. Nach der Konsolidierung der Schicht wird der Zahnersatz durch eine CNC- Maschine gemäß eines erstellten CAD-Datensatzes in die funktionelle und ästhetische Form geschliffen. Hierbei entsteht einfarbiger Zahnersatz.

Ein Überblick und eine Gegenüberstellung weiterer Systeme wie das Precident-DCS-System [9], das Cicero-System usw. wird in [10], [6] gegeben.

Problemstellung und Nachteile der bisherigen Verfahren Probleme der konventionellen Fertigung

1. Abtragen des Übermaßes:
Da es sich bei Zahnersatz um Körper mit fraktaler Geometrie handelt, die nicht durch ein fache Geometrien beschrieben werden können, ist eine exakte Berechnung der Sinter schrumpfung nicht möglich. Daher wird im Fall keramischer Verblendungen die Schicht im Übermaß appliziert. Nach dem Sinterprozeß folgt eine iterative Anpassung des Zahnersatzes an einer funktionellen Form. Hierzu dient ein Artikulator, mit Hilfe dessen die Kaufunktion des Zahnersatzes geprüft wird und überschüssiges Material gezielt abgetragen wird. Für die Optimierung der funktionellen Form muß der Zyklus "Prüfen- Abtragen" mehrfach durchlaufen werden. Weist der Zahnersatz ein Untermaß auf, so muß erneut Material aufgetragen und konsolidiert werden.
2. Neben der Optimierung der Form erfordert auch die Anpassung der optischen Eigen schaften des Zahnersatzes an die Vorgabe ein iteratives Vorgehen. Ist der Zahnersatz zu dunkel, muß die Verblendung i. a. abgetragen und erneut aufgebracht werden, da ästhe tisch zufriedenstellende Korrekturen in diesem Fall nicht möglich sind. Zu heller Zahnersatz kann durch Aufbringen von Malfarben korrigiert werden. Diese Malfarben weisen jedoch nur eine begrenzte Haltbarkeit auf, weil sie in kurzer Zeit vom Antago nisten abgetragen werden.
3. Die Zahl der Korrekturschritte ist durch die entstehenden Kosten, v. a. im Bereich des Arbeitsaufwandes, begrenzt. Desweiteren verglast die Keramik mit jedem Sintervorgang zunehmend. Dies führt zu erheblichen Verlusten bei der Festigkeit der Keramik.

Die Nachteile der konventionellen Fertigung von Zahnersatz liegen in der manuellen Natur des Prozesses begründet. Das Schichten der verschiedenen Massen nach "Augenmaß" des Zahntechnikers erfordert ein hohes Maß an Erfahrungen. Gleichzeitig schließt dies die Reproduzierbarkeit aus. Die Vielzahl an manuellen Schritten und je nach Erfahrungsstand des Zahntechnikers- große Anzahl an erforderlichen Korrekturschritten führt zu einer hohen Kostenintensität des Verfahrens. Diese Kosten müssen vor allem durch den Patienten getragen werden. Neben dem Kostenfaktor spielt auch die Qualität des manuellen Schichtens eine entscheidende Rolle. Durch unvermeidbaren Einbau von Fehlern besteht die Gefahr einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.

Probleme bei der automatischen Fertigung von Gerüsten

Die Automatisierung der Fertigung von Gerüsten bietet keine Alternative zu dem kosten intensiven und für die Werkstoffeigenschaften negativen konventionellen Verblendverfahren. Desweiteren schließt dies eine Reproduzierbarkeit aus.

Das Kopierfräsen gemäß des Celay-Systems weist drüber hinaus lediglich einen geringen Automatisierungsgrad auf, da die zeitintensive, aufwendige und teure Herstellung des Musters weiterhin manuell erfolgt.

Probleme bei der automatischen Fertigung von komplettem Zahnersatz

Im Fall der iterativen Verfahren [5] mit einem Wechsel von Materialauftrag und Materialabtrag besteht eine Beschränkung der Anzahl von Iterationsschleifen aufgrund einer zunehmenden Verglasung des Materials durch die Sintervorgänge. Diese Verglasung führt zu einem erheblichen Abfall der Festigkeit und reduziert die Haltbarkeit des Zahnersatzes. Daher müssen vielfach Kompromisse bezüglich der Ästhetik akzeptiert werden.

Verfahren wie Cerec 2 liefern lediglich einfarbigen Zahnersatz, der hohen ästhetischen Ansprüchen nicht gerecht wird. Desweiteren ist die Interaktion qualifizierten Personals erforderlich. Dies hat zur Folge, daß diese Automatisierung kaum oder nicht kostenreduzierend wirkt.

Neuerungen der Erfindung

Das neuartige, erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die vollautomatische Herstellung von ästhetisch anspruchsvollem Zahnersatz derart, der aus Materialblöcken mit definierten Gradienten oder Stufen in den optischen Eigenschaften herausgearbeitet wird. Die optischen Eigenschaften werden mit den Parametern Fluoreszenz, Transluzenz, Helligkeit und Farbe beschrieben. Der als Datensatz vorliegende Zahnersatz wird virtuell in dem ebenfalls als Datensatz vorliegenden Block positioniert, die Position optimiert und anschließend durch Materialabtrag des Blockes gefertigt.

Dadurch nutzt das erfindungsgemäße Verfahren die potentiellen Vorteile der automatisierten Herstellung von Zahnersatz, die vor allem in einer gesteigerten Werkstoffqualität und einer Reproduzierbarkeit bei der Fertigung liegen. Gleichzeitig erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von ästhetisch anspruchsvollem Zahnersatz.

Um den Zahnersatz vollautomatisch herzustellen, tritt an die Stelle des manuellen Schichtens ein vollautomatischer Prozeß. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt Blöcke, die vorzugsweise maschinell hergestellt werden. Eine Steigerung der Festigkeit und damit der Haltbarkeit des Zahnersatzes wird dadurch erzielt.

Daneben zeigt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als vorteilhaft, daß die Herstellung eines Gerüstes entfällt. Zeitaufwendige und bei gehobenen Ansprüchen an Ästhetik und Qualität kostenintensive Beschichtungsverfahren sind nicht erforderlich. Im Falle keramischer Blöcke können vollkeramische Kronen, Brücken usw. in einem Schritt gefertigt werden. Fig. 1 zeigt schematisch die Auswirkung der Änderung der virtuellen Position des Zahnersatzes in dem Block auf die optischen Eigenschaften des Zahnersatzes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 2 beschrieben. Die optischen Eigenschaften werden mit Hilfe eines Datensatzes beschrieben, in dem die Helligkeit, Transluzenz, Fluoreszenz und Farbe an jedem Punkt des Zahnes bzw. Zahnersatzes festgehalten wird. Diese Datensätze für die optischen Eigenschaften werden im folgenden als CADO-Datensätze (Computer Aided Design for Optics) bezeichnet. Desweiteren werden konventionelle CAD-Datensätze für die Form verwendet. Mit Hilfe eines CAD- und eines CADO-Datensatzes des Blockes sowie CAD- und CADO-Datensätzen des Zahnersatzes kann eine virtuelle Positionierung vollautomatisch durchgeführt werden. Anschließend ist die vollautomatische Fertigung des Zahnersatzes nach der errechneten optimalen Position des Zahnersatzes in dem Block durch Materialabtrag wie z. B. Fräsen oder Schleifen möglich.

Die Zusammensetzung der verwendeten Blöcke wird in Anspruch 3 beschrieben. Zum Einsatz kommen Blöcke aus Materialien, die für Anwendungen im Dentalbereich geeignet sind.

Hierbei sind neben mechanischen Eigenschaften auch die Verträglichkeit (Ausschluß möglicher allergischer Reaktionen, Toxizität usw.) zu beachten. Desweiteren muß der Werkstoff bzw. die Werkstoffkombination das Potential aufweisen, die geforderten optischen Eigenschaften simulieren zu können. Ebenso muß der Werkstoff die Möglichkeit zur subtraktiven Bearbeitung durch z. B. Schleifen oder Fräsen bieten. Hier sind z. B. klassische Werkstoffe wie Keramiken, Glaskeramiken oder Composite möglich. An die chemische Zusammensetzung stellt das Verfahren keine weiteren Anforderungen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschreibt Anspruch 4. Um die virtuelle Positionierung des Zahnersatzes in dem Block zu erleichtern, wird eine Prioritätsliste vorgegeben, in der festgelegt wird, welche optischen Eigenschaften vorrangig zu optimieren sind. Die virtuelle Positionierung kann anhand dieser Prioritätsliste z. B. stufenweise vorgenommen werden.

In Anspruch 5 ist eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschrieben. Danach wird eine Rangliste festgelegt, die die Optimierung der optischen Eigenschaften nach Seiten, Flächen und/oder Teile des Zahnersatzes ordnet. Ausschlaggebend für die ästhetische Anpassung von Zahnersatz z. B. im Frontzahnbereich ist im allgemeinen die Frontseite des Zahnes, im Volumen des Zahnes spielen die Farbe und Fluoreszenz eine untergeordnete Rolle, Priorität im Volumen haben die Transluzenz und die Helligkeit. Daher ist es z. B. für einen Zahnersatz im Schneidezahnbereich sinnvoll, die Priorität auf die labiale Ansicht zu legen, wohingegen die orale Seite eine untergeordnete Rolle spielt. Andere Prioritäten sind ebenfalls möglich.

Für den Aufbau der Blöcke bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, die in Anspruch 6 zu sammengefaßt sind. Die optischen Eigenschaften (Farbe, Transluzenz, Fluoreszenz und/oder Helligkeit) können stetige Gradienten aufweisen, bei denen keine Übergänge erkennbar sind. Blöcke mit unstetigen Übergängen (Stufen oder Sprünge) sind einfacher und kostengünstiger herzustellen.

Aufgrund der Transluzenz der Schichten setzt sich die Farbe der resultierenden Schicht als Mischung der Farben der Einzelschichten zusammen. Dies bewirkt, daß unstetige Übergänge z. B. in der Farbe durch kontinuierliche Änderungen der Schichtstärken kompensiert werden, da der Verlauf der Oberfläche des Zahnersatzes im allgemeinen nicht senkrecht zu den Zonengrenzen ist.

Ebenso ist die Verwendung von Blöcken möglich, die sowohl unstetige als auch stetige Übergänge in den optischen Eigenschaften aufweisen. So ist z. B. die Verwendung von Blöcken mit unstetigen Übergängen in der Farbe und stetigen Gradienten in der Transluzenz denkbar. Auch andere Kombinationen sind möglich.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 7 beschrieben. Es wird die unterschiedliche Grundfärbung von Zähnen (wie z. B. rötlich, gelblich, bläulich) berücksichtigt, die in Blöcken mit unterschiedlichen Grundfarbtönen repräsentiert wird. Die anderen optischen Eigenschaften der Blöcke bleiben identisch. Nach Bestimmung des Grundfarbtons des herzustellenden Zahnersatzes wird ein bezüglich seines Grundfarbtons geeigneter Standardblock ausgewählt und anhand weiterer optischer Eigenschaften die optimierte Position des Zahnersatzes ermittelt.

Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Optimierung der ästhetischen Eigenschaften des Zahner satzes sowie Senkung der Produktionskosten auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt Anspruch 8. Danach können Standardblöcke mit unterschiedlichen Abmessungen und optischen Eigenschaften verwendet werden. Die Form und optischen Eigenschaften können auf die Art des jeweiligen Zahnersatzes wie z. B. Brücken, Inlays, Käppchen, Onlays, Veneers, usw. abgestimmt werden. So ist z. B. für Brückenzahnersatz die Verwendung von länglichen Blöcken sinnvoll. Ebenso können unterschiedliche Zahntypen (Molaren, Schneide zähne etc.) berücksichtigt werden. So ist z. B. für Molaren eine rotationssymmetrische Schichtung vorteilhafter als eine planparallele Schichtung. Entscheidend ist hierbei vor allem, an welche Flächen bzw. Teile des Zahnersatzes die höchsten ästhetischen Ansprüche gestellt werden. Neben der vorteilhaften Wirkung auf die Ästhetik besteht ebenfalls der Vorteil, daß durch eine den Zahntypen gerechte Form der Standardblöcke die Menge an abzutragendem Material verringert werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschreibt Anspruch 9. Um die Positionierung zu erleichtern wird die Optimierung der Position iterativ vorgenommen. Eine Möglichkeit besteht z. B. in der schrittweisen Optimierung der Position gemäß der vorgegebenen Prioritäten. Daneben ist die iterative Optimierung gemäß des gesamten Anforderungskatalogs möglich.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird in Anspruch 10 beschrieben. Statt komplettem Zahnersatz wird lediglich die Verblendung gefertigt. Hierfür wird ein Gerüst aus Keramik, Metall oder Kunststoff verwendet, dessen Abmessungen als CAD-Datensatz bekannt sind. Basierend auf diesem CAD-Datensatz existiert auch ein Datensatz für die Innen- und Außenform der Verblendung. Ebenfalls existiert ein CADO-Datensatz für die Verblendung. Anhand dieser Datensätze wird eine Position der Verblendung in einem Block ermittelt, die eine Optimierung der optischen Eigenschaften der Verblendung darstellt. Der daraus erhaltene CAM-Datensatz dient der Fertigung der Verblendung. Anschließend wird die Verblendung auf dem Gerüst befestigt. Die Befestigung kann adhäsiv erfolgen, ebenfalls sind Sinterprozesse oder auch Diffusionsmechanismen geeignet. Diese Vorgehensweise erlaubt auch den Ersatz von frakturierten Verblendungen auf Basis der früheren Datensätze. In diesem Fall wird der Vorteil der Reproduzierbarkeit genutzt. Die frakturierte Verblendung wird von dem Gerüst entfernt und durch eine neu hergestellte Verblendung ersetzt.

Ausführungsbeispiel 1 Aufbau eines Standardblockes und dessen Optimierung

Für die technische Umsetzung einer optimierten Ästhetik von vollautomatisch hergestelltem Zahnersatz werden Materialblöcke benutzt, die übergangslose, stetige Gradienten oder unstetige Verläufe aufweisen. Als Beispiel dient ein quaderförmiger Block, der aus verschiedenfarbigen Schichten besteht. Die helleren Bereiche weisen hierbei eine höhere Fluoreszenz und Transluzenz auf als die dunkleren Bereiche. Durch unterschiedliches Positionieren des Zahnersatzes in dem Block können unterschiedliche Farb- und Fluoreszenzmuster erzielt werden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt.

Es ist zu beachten, daß das Farbbild des Zahnersatzes nicht alleine durch die Farbe der Oberfläche bestimmt wird. Aufgrund der Transluzenz ist vielmehr der Gesamteindruck der unterschiedlichen Schichten entscheidend.

Für den Frontzahnbereich ist ein Block aus planparallelen Schichten vorteilhaft.

Für die Komposition der optischen Eigenschaften der Farbblöcke, d. h. den Verlauf der Gradi enten, wird ein iteratives Verfahren eingesetzt. Hierbei werden zunächst einfache Blöcke verwendet. Der daraus gefräste Zahnersatz wird mit dem vorgegebenen Muster verglichen und anschließend der Gradientenverlauf in dem Block optimiert. Desweiteren wird auch die Form der Blöcke angepaßt, um die Menge an abzutragendem Material zu minimieren.

Ausführungsbeispiel 2

Eine mögliche Herstellungskette des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung dentaler Restaurationen, die hohen ästhetischen Ansprüchen genügen, wird im folgenden beispielhaft dargestellt. Hierbei kann es sich z. B. um Inlays, Onlays, Brücken, Kronen oder Veneers handeln, im folgenden unter Zahnersatz zusammengefaßt.

Festlegung der optischen Anforderungen an den Zahnersatz

Zunächst werden die optischen Anforderungen an den Zahnersatz festgelegt. Beispiele für Festlegungsmethoden sind Messungen von Farbe, Transluzenz, Fluoreszenz und/oder Helligkeit an mindestens einem Nachbarzahn, vorhandenem Zahnersatz oder an mindestens einem Farbmusterzahn oder aber die manuelle, subjektive Bestimmung der erforderlichen optischen Eigenschaften mit Hilfe eines Farbschlüssels. Die Wahl der jeweiligen Methode hängt von den apparativen Gegebenheiten ab. Aus diesen Werten wird eine Verteilung in Form eines CAD-Datensatzes für die optischen Eigenschaften des Zahnersatzes errechnet oder anderweitig erstellt (im folgenden als Datensatz für optische Eigenschaften bezeichnet, CADO).

Zusammenhang zwischen optischen Eigenschaften des Zahnersatzes und des Blockes

Der CADO-Datensatz wird mit einem vorgegebenen CAD-Datensatz des zu fertigenden Zahnersatzes verknüpft. Der Verlauf der optischen Eigenschaften des Blockes liegt als CADO-Datensatz vor.

Virtuelles Positionieren des Zahnersatzes in dem Block

Basierend auf den vorhandenen Datensätzen für die Form (CAD) und für optische Eigenschaften (CADO) des herzustellenden Zahnersatzes und des Blockes wird eine Position für den virtuellen Zahnersatz in dem Block berechnet. Die Berechnung wird schrittweise, direkt oder iterativ durchgeführt.

Reelle Fertigung des Zahnersatzes

Nach der Optimierung der Farbe, Helligkeit, Fluoreszenz und/oder Transluzenz wird der Zahnersatz entsprechend der optimalen Position in dem Block durch materialreduzierende Bearbeitung hergestellt.

Ausführungsbeispiel 3

Ausführungsbeispiel 3 beschreibt eine Spezifizierung von Ausführungsbeispiel 2. Zu dem in Ausführungsbeispiel 2 dargestellten Ablauf werden folgende Schritte zusätzlich durchgeführt.

Vor der virtuellen Positionierung erfolgen

die Festlegung des Grundfarbtones des Zahnersatzes

Individuelle natürliche Zähne weisen im allgemeinen einen Grundfarbton auf, wie z. B. eine bräunliche, bläuliche oder rötliche Färbung. Um diesem Grundfarbton gerecht zu werden, stehen verschiedene Standardblöcke zur Verfügung, die sich in ihrer Färbung entsprechend unterscheiden, jedoch denselben prinzipiellen Aufbau mit Blick auf Verläufe der optischen Eigenschaften aufweisen.

ein Auswählen einer bestimmten Blocksorte

Das erfindungsgemäße Verfahren wird begünstigt durch den Einsatz verschiedener Farb blöcke derart, daß für unterschiedliche Zahntypen (Schneidezahn, Prämolaren, Molaren etc.) unterschiedliche, standardisierte Blöcke eingesetzt werden, um eine Optimierung der entscheidenden Flächen wie z. B. der Kauflächen für die Backenzähne oder die Frontseite der Schneidezähne zu erzielen. Ebenfalls ist die Herstellung von Brücken nach diesem Verfahren möglich.

Das virtuelle Positionieren wird spezifiziert durch

Optimieren anhand von zuvor festgelegten Prioritäten

Für die Optimierung werden Prioritäten gesetzt und anhand dieser Prioritäten eine schrittweise Optimierung vorgenommen. Zum Beispiel wird zunächst die Helligkeit, Translu zenz und/oder Fluoreszenz optimiert. Anschließend wird eine Optimierung der Farbe vorgenommen, derart, daß der Zahnersatz radial virtuell verschoben und/oder gekippt wird, und bei jedem Iterationsschritt die Schnittfläche neu berechnet und mit der Mustervorgabe verglichen wird. Andere Prioritätsreihenfolgen sind ebenso möglich. Im Falle eines Schneidezahnes kann der Zahn derart virtuell positioniert werden, daß die optischen Eigenschaften der labialen Zahnfläche innerhalb der durch den Verlauf/Gradienten des Blockes beschränkten Möglichkeiten optimiert werden. Andere Prioritäten wie die Kau flächen von Molaren sind ebenfalls möglich.

Messung der optischen Eigenschaften des Zahnersatzes zur Steigerung der Zuverlässigkeit des Verfahrens

Nach der Fertigung werden die optischen und geometrischen Eigenschaften des Zahnersatzes ermittelt und mit der Vorgabe verglichen. Mit diesem Schritt können schlechte Ergebnisse sondiert und die Produkte aussortiert werden. Ein Ausschußkriterium stellt z. B. das Nichteinhalten von Toleranzen dar.

Ausführungsbeispiel 4 Verblenden eines vorhandenen Gerüstes

Basis für die Fertigung einer Verblendung bildet ein Gerüst aus Keramik, Metall oder Kunststoff. Die Form des Gerüstes bestimmt die Form der Innenseite der Verblendung und ist in dem CAD-Datensatz für die Verblendung gespeichert. Basierend auf diesen Daten wird die in Ausführungsbeispiel 2 oder Ausführungsbeispiel 3 beschriebene Prozeßkette zur Fertigung der Verblendung durchlaufen.

Zitate

[1] G. Saliger: Method for the fabrication of dental prosthesis and implants by means of CAD/CAM-machnies using prefabricated elements, EP0904743 A 19990331, 1999
[2] C. Schirra, E. A. Hegenbart, Individuell CAD/CAM-hergestellte Aluminiumoxid keramikkappen für vollkeramische Restaurationen auf Zähnen und Implantaten, Quintessenz 49,1,33-41, 1998
[3] J. Willer, A. Rossbach, H.-P. Weber: Computer-assisted milling of dental restorations using a new CAD/CAM data acquisition system, The Journal of Prosthetic Dentistry, 80,3,346, 1998
[4] Y. Jacot-Descombes, D. Giordano, C. Sieber, C. P. Marinello, Kopiergefräste und adhäsivbefestigte vollkeramische Aufbauten, Schweiz Monatsschr Zahnmed, 108,12,1185, 1998
[5] P. Weigl., S. Rosenbaum: Verfahren zur automatischen, individuell angepaßten Farb-, Transluzenz-, Helligkeits- und Fluoreszenzgebung von zahntechnischen Restaurationen, eingereicht am 18.05.1999, Aktenzeichen 19922870.1
[6] J. M. von der Zel: Heutige CAD/CAM-Systeme im Vergleich, Quintessenz Zahntech 25,2,193, 1999
[7] Wolz, S.: Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Käppchen, Gerüsten für Brücken und Kronen in der Zahntechnik, DE 198 16 546 1998
[8] U. Wolf: Das Wolceram-Verfahren - der neue Weg in der In-Ceram-Technik, Quintessenz Zahntech 25 3 289 1999
[9] A. Mehl, W. Gloger, R. Hickel: Möglichkeiten und Perspektiven des neuen Abtastsystems PRECISCAN für die CAD/CAM-Technologie, Quintessenz Zahntech 25,4,427 1999
[10] Schmidt, M. Walter, K. Böning: CAD/CAM/CIM-Systeme in der restaurativen Zahnmedizin, Quintessenz 49,11,1111-1122 (1998)

Claims

1. Grundverfahren: Verfahren zur automatischen Herstellung Zahnersatz, bei dem es sich um z. B. Kronen, Käppchen, Brücken, Inlays, Veneers handeln kann, unter Verwendung eines standardisierten Materialblockes, dessen Abmessungen die Abmessungen des herzustellenden Zahnersatzes überschreitet, und der definierte Bereiche aufweist, welche sich in ihren optischen Eigenschaften, speziell ihrer Farbe, Transluzenz, Helligkeit und/oder Fluoreszenz definiert unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des herzustellenden Zahnersatzes derart in dem Block virtuell positioniert und anschließend durch subtraktive Bearbeitung hergestellt wird, daß eine optimierte Anpassung der optischen Eigenschaften des Zahnersatzes als ganzes oder spezieller Teile an ein optisches Muster erreicht wird.

2. CAD-Datensatz: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Datensätze für die Form und die gewünschte Verteilung der optischen Eigenschaften des herzustellenden Zahnersatzes sowie Datensätze für die Form und die lokalen optischen Eigenschaften des Blockes vorliegen.

3. Material der Blöcke: Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke aus Materialien bestehen, die für dentale Zweck geeignet sind und eine Simulation der erforderten optischen Eigenschaften ermöglichen.

4. Prioritäten für optische Eigenschaften: Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Annäherung der optischen Eigenschaften des Zahnersatzes an die Vorgabe derart erfolgt, daß für die zu erreichenden optischen Eigenschaften Prioritäten gesetzt werden, die nacheinander oder gekoppelt unter Berücksichtigung der Prioritäten rangfolge optimiert werden.

5. Prioritäten für Ansichtsperspektiven: Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, V dadurch gekennzeichnet, daß für die Optimierung der Lage des virtuellen Zahnersatzes in dem Block Prioritäten für bestimmte Bereiche des Zahnersatzes gesetzt werden, welche ausschlag gebend sind für die optimierte virtuelle Positionierung des Zahnersatzes in dem Block zur optimierten Anpassung des Zahnersatzes an das vorgegebene, Muster.

6. Gradient übergangslos oder Gradient mit Übergängen (Stufen): Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Blöcken entweder um solche mit definierten Gradienten der optischen Eigenschaften handelt oder um andere Schichtwerkstoffe mit unstetigen, definierten Übergängen von optischen Eigenschaften oder Kombinationen aus beiden.

7. Standardisierte Blöcke für unterschiedliche Farbnuancen: Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß standardisierte Blöcke mit unterschiedlichen Grundfarben zur Verfügung stehen, so daß in einem Schritt vor der virtuellen Positionierung des Zahnersatzes in dem Block die Grundfarbe des herzustellenden Zahnersatz ermittelt wird, danach ein geeigneter Standardblock ausgewählt wird und dies die Basis für die virtuelle Positionierung bildet.

8. Verschiedene standardisierte Blöcke für unterschiedliche Sorten von Zahnersatz: Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß für Zahnersatz mit unterschiedlichen Funktionen, z. B. Brücken, Inlays, Onlays, Einzelzahnkronen, sowie unterschiedlichen Zahnformen (Schneidezähne, Prämolaren, Molaren) Standardblöcke zur Verfügung stehen, die sich in ihren optischen Eigenschaften und/oder ihrer Form unterscheiden.

9. Durchlaufen von Iterationsschleifen zur Optimierung der Positionierung: Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung der virtuellen Positionierung des Zahnersatzes in dem Block iterativ durchgeführt wird.

10. Verblenden eines vorhandenen Gerüstes: Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verblendung mit optimierten optischen Eigenschaften aus einem Block hergestellt, auf ein vorhandenes Gerüst aus Keramik, Kunststoff oder Metall aufgepaßt wird und auf dem Gerüst adhäsiv, durch Sintern oder durch Diffusionsprozesse befestigt wird.

11. Herstellung von mehrteiligen Verblendungen: Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 und 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verblendung aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt ist.