DE202008018342U1

DE202008018342U1 - Adressierbare Matrix- / Clusterrohlinge für dentale CAD/CAM-Systeme und Optimierung davon

Info

Publication number: DE202008018342U1
Application number: DE202008018342U
Authority: DE
Original assignee: Ivoclar Vivadent AG
Current assignee: Ivoclar Vivadent AG
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: US20090023112A1; US20140010610A1; US9662190B2; US10517702B2; US8551622B2; US20170239024A1; EP3235468A1; EP2016922B1; EP2016922A2; EP2016922A3

Abstract

Clusterfräsrohling zur Herstellung dentaler Artikel, der aufweist: eine Rahmenkonstruktion, die konstruiert ist, um mit einem Rohlingshalter eines bestehenden CAD/CAM-Systems zusammenzuwirken, und eine Vielzahl von Teilrohlingen, die an der Rahmenkonstruktion befestigt sind.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 20. Juli 2007 eingereichten U.S.-Patentanmeldung Nr. 60/935,006 und der am 31. Januar 2008 eingereichten U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/024,935, die beide durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf computergestützte Systeme zum Entwurf und zur Herstellung von Zahnprothesen und dentalen Restaurationen. Die Erfindung bezieht sich auch auf Clusterfräsrohlinge und ihre Verwendung in dentalen CAD/CAM-Systemen, um eine Auswahl bzw. eine Palette von Systemen zu erweitern, die mit einem gegebenen Rohling kompatibel sind, eine Fräsrohling-Austauschbarkeit mit anderen Systemen zu ermöglichen, einen Zugang zu einer vergrößerten Auswahl an Fräsrohlingen für ein gegebenes System zu schaffen und die Flexibilität bzw. Vielseitigkeit des Systems, die Auswahl an Materialien und die Effizienz des Betriebs zu maximieren. Gemäß bestimmten Aspekten bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf Techniken und Verfahren, die mit den oben erwähnten Clusterrohlingen in Zusammenhang stehen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In der nachfolgenden Diskussion wird auf bestimmte Strukturen und/oder Verfahren Bezug genommen. Die folgenden Bezugnahmen sollten jedoch nicht als ein Zugeständnis interpretiert werden, dass diese Strukturen und/oder Verfahren Stand der Technik darstellen. Der Anmelder behält sich ausdrücklich das Recht vor, zu belegen, dass derartige Strukturen und/oder Verfahren keinen Stand der Technik bilden.
Gegenwärtig besteht in der Zahnmedizin ein stetig zunehmender Trend in Richtung auf die Verwendung automatisierter Technologien zur Behandlungsplanung, für virtuelle Verfahren, zur Kieferorthopädie und zum Entwurf und zur Herstellung von dentalen Restaurationen sowohl in Zahnarztpraxen (Stuhlseite), als auch in Zahnlaboren (Laborseite). Dieser Trend, der manchmal ”digitale Revolution” genannt wird, tritt am deutlichsten in der Explosion von CAD/CAM-Technologien auf der Laborseite hervor. Eine Anzahl von CAD/CAM-Systemen, die für Zahnlabore zur Verfügung stehen, hat im letzten Jahrzehnt um nahezu das Zehnfache zugenommen. Gegenwärtig gibt es über 25 dentale CAD/CAM-Systeme und einige Kopierfrässysteme, die Fräsrohlinge in einer Vielzahl von Formen und Größen verwenden. Rohlingsformen reichen von einfachen Geometrien, wie etwa rechteckig, zylindrisch oder hexagonal, zu komplexeren, wie etwa intelligenten Rohlingen, die in dem U.S.-Patent 6,979,496 beschrieben sind, das hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Ihre Größen reichen von ungefähr 0,5'' bis ungefähr 4'' in der Länge oder im Durchmesser. Fräsrohlinge sind in allen vier Typen von Materialien erhältlich – Metallen, Polymeren (Harze, Kunststoffe), keramischen Materialien und Verbundwerkstoffen. Keramische Fräsrohlinge können in drei Hauptkategorien unterteilt werden: feldspathaltig bzw. feldspatähnlich (leucitbasiert und sanidin- oder feldspatbasiert), glaskeramisch (Lithiumsilicat, glimmerhaltig bzw. glimmerartig, usw.), kristallkeramikbasiert, wie etwa Aluminiumoxid und/oder Zirconiumdioxid (weich gesintert oder vollständig dicht). Alle drei Keramikkategorien sowie Verbundwerkstoffrohlinge sind bereits in einer Vielzahl von Farbtönen verfügbar oder werden bald in einer Vielzahl von Farbtönen verfügbar sein. Die Lagerhaltung des notwendigen Inventars bzw. Vorrats an Farbtönen für jeden gegebenen Rohlingstyp trägt zu dem ökonomischen Druck auf die Einrichtung bei, die ein CAD/CAM-System betreibt.
In den 1 bis 2 ist ein herkömmlicher scheibenförmiger Zirconiumdioxidrohling 100 mit einem Durchmesser von 4 Inch dargestellt. Wie in diesen dargestellt ist, sind in dem Zirconiumdioxidrohling 100 eine Vielzahl von gefrästen Formen 110 ausgebildet. Der Rohling 100 ist vollständig aus Zirconiumdioxid 100 ausgebildet und daher relativ teuer. Wie in 2 dargestellt ist, hat die Verwendung derartiger Rohlinge 100 zur Ausbildung einer Vielzahl gefräster Formen 110 eine erhebliche Menge an verschwendetem dazwischen liegenden Blockbereich 120 zur Folge, der zwischen den Fräskurven bzw. Fräshüllkurven 112 definiert ist.
Obwohl CAD/CAM-Technologie Zahnlaboren Möglichkeiten für eine verbesserte Qualität, Reproduzierbarkeit und Beseitigung von menschlichen Fehlern bietet, sind die meisten CAD/CAM-Systeme darauf ausgerichtet, weichgesintertes Zirconiumoxid zu fräsen, und ihnen fehlt daher die Materialauswahl, um in einem übersättigten und schnellen Markt wettbewerbsfähig zu sein. Da der Preis für ein CAD/CAM-System in Abhängigkeit vom Hersteller und von der Konfiguration von 50.000 $ bis 500.000 $ reicht, können es sich nur die größten Labore und Dienstleistungszentren leisten, mehrere Systeme zu betreiben, um ihre Materialauswahl zu erweitern. Die meisten Hersteller von CAD/CAM-Systemen stellen nicht ihre eigenen Blöcke her, sondern kaufen sie von Anbietern wie etwa Ivoclar, Vita oder Metoxit mit einer etablierten Kernkompetenz in der Entwicklung und Herstellung von dentalen oder hochentwickelten Materialien. Verständlicherweise sind CAD/CAM-Materialien relativ teuer und tragen wesentlich zu den Betriebskosten eines CAD/CAM-Systems bei. Zum Beispiel reicht der Preis von keramischen Fräsrohlingen von ungefähr 0,60 $ bis 4,50 $ pro Gramm Material. Die Ausbeute bzw. der Ertrag pro Rohling, wie sie bzw. er in dem U.S.-Patent 6,979,496 definiert ist, ist relativ gering, und das meiste gelangt in den Abfall.
Die ersten CAD/CAM-Systeme mit Fräseinheiten für die Verwendung auf Stuhlseite oder Laborseite, wie etwa Cerec (Sirona) und Lava (3M/ESPE), waren geschlossene Systeme, bei denen Fräsrohlinge an einer Zapfenhalteeinrichtung, einem Vorsprung, einem Dorn, einem Halter oder einem Trägerkörper befestigt werden, die eine spezifische patentierte Geometrie haben, wie es in den U.S.-Patenten 6,485,305 und 6,769,912 beschrieben ist, und auch durch einen Strichcode geschützt sein können, wodurch eine Austauschbarkeit mit anderen (CAD/CAM-)Systemen verhindert wird. Variationen eines Werkstücks (fräsbares Teil) an einer Zapfenanordnung sind auch in den U.S.-Patenten 7,214,435 , 6,669,875 , 6,627,327 , 6,482,284 , 6,224,371 , 6,991,853 und 6,660,400 beschrieben. Mit dem Aufkommen von Systemen mit offener Architektur ist die Austauschbarkeit von Rohlingen zwischen Systemen nicht nur möglich geworden, sondern äußerst wünschenswert. Obwohl der Markt gegenwärtig von geschlossenen Systemen dominiert wird, nimmt die Marktdurchdringung von offenen Systemen stetig zu. Von 25 kommerziellen CAD/CAM-Systemen setzten mindestens 5 oder 6 denselben dentalen D-250-3D-Scanner und dieselbe dentale DentalDesigner^TM-CAD-Software (3Shape A/S, Kopenhagen, Dänemark) ein. In einem System mit offener Architektur sind die Rohlinge nicht durch einen Strichcode geschützt, und jeder Rohling kann verwendet werden, solange er zu dem bestehenden Gehäuse (Rohlingshalter, -spanneinrichtung, -sammler, -träger) der Fräseinheit passt.
Nicht alle Arten von Rohlingen können in jeder Form und Größe ökonomisch hergestellt werden. Zum Beispiel können Zirconiumdioxid- und Aluminiumoxidblöcke in jeder gegebenen Form und Größe ausgebildet werden, um den Bedarf an größeren Fällen zu erfüllen, die aus größeren Rohlingen gefräst werden können. Auf der anderen Seite sind große Feldspat- und Glaskeramikrohlinge aufgrund einer Anzahl mechanischer und ökonomischer Beschränkungen nicht so wünschenswert.
Die U.S.-Patentanmeldung 2006/0115794 scheint ein System zur kontinuierlichen Herstellung von Zahnersatzteilen, wie etwa Kronenkernen, Kronen oder dergleichen, zu offenbaren. Das System verwendet Drehen und Fräsen eines Zirconiumdioxid-Stangenmaterials auf einer numerisch computergesteuerten CNC-Maschine mit mitlaufender Spitze, wobei das Zirconiumdioxid-Stangenmaterial automatisch in die Maschine eingeführt wird. Von dem kontinuierlichen Stangenmaterial werden nacheinander mehrere Stücke geschnitten. Diese Patentanmeldung scheint ferner die Verwendung mehrerer Maschinen zu lehren, wobei jeder Maschine ein Stangenmaterial von unterschiedlicher Form und/oder Größe zugeführt wird. Eine zentrale Steuereinheit erhält Spezifikationen für ein Stück, das geschnitten werden soll, und wählt die Maschine aus, auf der das Stück hergestellt werden soll, indem das Stangenmaterial bestimmt wird, das das geringste Ausmaß an Schneiden erfordert. Zusätzlich zu den oben erwähnten ökonomischen Schwierigkeiten und Verarbeitungsschwierigkeiten der Herstellung und des Fräsens eines langen Stangenmaterials aus anderen Materialien als vollständig dichtem Zirconiumdioxid ist es in Anbetracht der Kosten der CNC-Maschine sehr viel vorteilhafter, es einer Maschine zu ermöglichen, alle Fälle zu Fräsen, als viele Maschinen zu haben, von denen jede für einen bestimmten Falltyp bestimmt ist.
Das U.S.-Patent 7,234,938 scheint einen Mehrrohlingshalter oder eine Werkstück-Aufnahmeeinrichtung zu offenbaren, der bzw. die als ein länglicher Streifen mit mehreren Bohrungen darin zum Einbetten einer Vielzahl von identischen Rohlingen oder Werkstücken konstruiert ist. Die Erfindung bezieht sich auf eine Fräs-/Schleifmaschine, bei der die Werkstückaufnahmeeinrichtung oder der Fräsrohlingshalter eine Vielzahl von Bohrungen, die entlang ihrer bzw. seiner Längsachse angeordnet sind, zur Aufnahme der Werkstücke oder Rohlinge aufweist. Diese Erfindung weist auch ein gießfähiges Einbettungsmaterial auf, das in der Durchgangsbohrung angeordnet ist, um das Werkstück in der Durchgangsbohrung festzuhalten. Sie lehrt ferner eine Fräs-/Schleifmaschine, die eine Einbettungsvorrichtung zum automatischen Einbetten des Werkstücks in die Werkstückaufnahmeeinrichtung aufweist.
Die U.S.-Patentanmeldung 2006/0106485 beschreibt die Verwendung eines virtuellen Rohlings, der einem physikalischen Rohling entspricht, der verarbeitet wird, um eine Vielzahl von Herstellungsmerkmalen zu bilden. Diese Anmeldung lehrt ferner eine virtuelle Bearbeitung jedes Herstellungsmerkmals der Vielzahl von Herstellungsmerkmalen in den virtuellen Rohling, wobei jedes Herstellungsmerkmal eine assoziative Beziehung mit dem Koordinatensystem aufweist. Es werden Herstellungsinstruktionen generiert, um das tatsächliche Teil durch Bearbeitung der Vielzahl von Herstellungsmerkmalen in den Rohling zu erzeugen. Derartige Verfahren wurden zuerst in der Automobilindustrie eingesetzt und sind in den U.S.-Patenten 6,775,581 , 7,024,272 , 7,110,849 und der U.S.-Patentanmeldung 2006/0106485 beschrieben, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen werden. Sie sind auch in dem Weißbuch Horizontal Modeling & Digital Process Design (”Horizontale Modellierung & digitales Prozessdesign”) beschrieben. Der Ansatz eines elektronischen Entwurfs eines Artikels, der eine Anordnung von Komponenten aufweist, wird in der U.S.-Anmeldung 2007/0136031 beschrieben, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Diese Offenbarung bezieht sich wieder nicht auf Zahnmedizin.
Somit besteht im Stand der Technik ein Bedarf dafür, die Austauschbarkeit von Rohlingen zu ermöglichen, die Ausbeute pro Rohling zu maximieren und den Materialabfall bzw. die Materialverschwendung zu verringern, um die Vielseitigkeit des Systems, die Auswahl an Materialien und die Betriebseffizienz zu maximieren. Es besteht auch der Wunsch, den Vorrat bzw. das Inventar an Rohlingen zu verringern und auf diese Weise die Betriebskosten zu verringern, die mit kommerziellen CAD/CAM-Systemen verbunden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Techniken und Anordnungen bereit, die optional einen oder mehrere der oben erwähnten Nachteile berücksichtigen können, die mit den existierenden CAD/CAM-Systemen in Zusammenhang stehen. Gemäß bestimmten Aspekten stellt die vorliegende Erfindung Fräsrohlinge bereit, indem sie Gruppen- bzw. Clusterrohlinge und Software zur effizienten Verwendung von diesen bereitstellt.
”Clusterrohling” bzw. ”Gruppenrohling”, wie es hierin verwendet wird, ist als eine Mehrfach-Rohlings-Anordnung bzw. Anordnung mit mehreren Rohlingen definiert, die mindestens zwei und bevorzugt vier oder mehr einzelne Rohlinge aufweist, die an einer Rahmenkonstruktion (Trägerkörper, Gehäuse, Haltegabel) befestigt sind, die mit minimaler oder ohne Modifikation mit dem bestehenden Gehäuse (Rohlingshalter, -spanneinrichtung, -sammler, -träger) einer Fräseinheit kompatibel ist. Der Clusterrohling bildet somit eine Art adressierbarer Matrix von Rohlingen, auf die die Fräseinheit oder das CAD/CAM-System zugreifen kann, um mit minimalem Abfall bzw. minimaler Verschwendung und minimalem Materialabtrag und mit maximaler Austauschbarkeit und Flexibilität effizient geformte Körper in die Rohlinge zu fräsen. Dementsprechend können die Begriffe ”Clusterrohling” bzw. ”Gruppenrohling” und ”adressierbare Matrix” hierin austauschbar verwendet werden.
Aus einzelnen Rohlingen können unter Verwendung vorgefertigter oder kunden- oder aufgabenspezifischer Rahmenkonstruktionen verschiedene Clusterrohlinge ausgebildet werden, um die Verwendung der einzelnen Rohlinge in der maximal möglichen Anzahl von Systemen zu ermöglichen. Ein Clusterrohling kann dieselben einzelnen Rohlinge von identischer Größe und identischem Farbton oder verschiedene Farbtöne von Rohlingen derselben Größe und desselben Typs aufweisen. Clusterrohlinge können auch verschiedene Größen und Farbtöne desselben Rohlingstyps (Materials) aufweisen, und es können auch eine Vielzahl verschiedener Typen von Rohlingen von einem Hersteller oder verschiedenen Herstellern an derselben Rahmenkonstruktion zusammengesetzt werden, um einen ”hybriden” Clusterrohling herzustellen. Um den Einfluss von Clusterrohlingen auf die Systemeffizienz zu maximieren, sieht die vorliegende Erfindung auch die Verwendung von Verschachtelungssoftware und Systemoptimierungssoftware auf Basis von digitalen Prozessdesign-(digital process design, DPD-)Methoden unter Verwendung eines virtuellen Rohlingsansatzes vor.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen Clusterfräsrohling bereit, der eine Rahmenkonstruktion aufweist, die konstruiert ist, um mit einem Rohlingshalter eines bestehenden CAD/CAM-Systems zusammenzuwirken, und eine Vielzahl von Teilrohlingen aufweist, die an der Rahmenkonstruktion befestigt sind.
Gemäß weiteren Aspekten stellt die vorliegende Erfindung ein CAD/CAM-System bereit, das eine Fräsmaschine, einen Rohlingshalter, einen Clusterfräsrohling, der eine Rahmenkonstruktion aufweist, die konstruiert ist, um mit dem Rohlingshalter zusammenzuwirken, und eine Vielzahl von Teilrohlingen aufweist, die an der Rahmenkonstruktion befestigt sind, und Verschachtelungssoftware mit mindestens einem Niveau erster Ordnung an Funktionalität aufweist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fräsen von Objekten unter Verwendung des oben beschriebenen CAD/CAM-Systems bereit, wobei das Verfahren aufweist, mit der Verschachtelungssoftware historische tatsächliche Fräsdaten zu analysieren oder Daten zu analysieren, die gefrästen Objekten entsprechen, und dadurch eine Größen- und Formverteilung für Fräskurven bzw. Fräshüllkurven und ihre Korrelation mit spezifischen Typen dentaler Artikel zu erhalten, einen Satz von Fällen auszuwählen, die zu fräsenden Objekten entsprechen, indem ihre entsprechenden elektronischen Daten ausgewählt werden, die Anzahl, den Typ, die Größe, die Anordnung, die Dimensionen und/oder die Farbtöne von zum Fräsen des Satzes von Fällen ausgewählten Teilrohlingen zu optimieren, die ausgewählten Teilrohlinge an einer oder mehreren Rahmenkonstruktionen unter Verwendung einer oder mehrerer Vorlagen zu montieren, um einen oder mehrere Clusterrohlinge zu erzeugen, und die Objekte in jeweilige Teilrohlinge zu fräsen.
Auch wenn die vorliegende Erfindung hierin hauptsächlich in Bezug auf die Bearbeitung von Dentalprothesen beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt ist. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel auf medizinische Vorrichtungen im Allgemeinen (z. B. Implantate, Gelenkersatzteile, Skelettersatz, usw.) angewendet werden. Gemäß ihren breiteren Aspekten kann die vorliegende Erfindung auf das Fräsen oder Formen von im Wesentlichen jedem dreidimensionalen Objekt Anwendung finden. Beispiele dreidimensionaler Objekte umfassen dentale Artikel, wie etwa Stumpfkappen, Zahnbrücken bzw. Brückenglieder, Rahmenkonstruktionen, Zahnersatzzähne, Lückenhalter, Zahnersatzvorrichtungen, orthodontische Zahnspangen oder Anker, Zahnersatz bzw. Zahnprothesen, Pfähle, Facetten, Schienen, Zylinder, Stifte, Verbindungselemente, Kronen, Teilkronen, Verblendschalen, Verblendungen bzw. Veneers, Onlays bzw. Kuppelfüllungen, Inlays bzw. Einlagefüllungen, Brücken, festen Teilzahnersatz bzw. feste Teilprothesen, Implantate und Pfeiler bzw. Abutments, sind aber nicht darauf beschränkt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein herkömmlicher scheibenförmiger Rohling.
2 illustriert den Abfall bzw. die Verschwendung aus dem Fräsen des Rohlings der 1.
3 ist ein Gruppen- bzw. Clusterrohling, der gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
4 ist ein Gruppen- bzw. Clusterrohling, der gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
5 ist ein Gruppen- bzw. Clusterrohling, der gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
6 ist ein Gruppen- bzw. Clusterrohling, der gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
7 ist ein Gruppen- bzw. Clusterrohling, der gemäß noch einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
8a stellt eine herkömmliche CAD/CAM-Fräsmaschine, die einen Zweischeiben-Fräsrohlingshalter aufweist, in einer geöffneten Stellung dar.
8b stellt eine herkömmliche CAD/CAM-Fräsmaschine, die einen Zweischeiben-Fräsrohlingshalter aufweist, in einer geschlossenen Stellung dar.
9 ist eine schematische Darstellung einer Gruppen- bzw. Clusterrohlings-Hauptvorlage bzw. -Hauptschablone, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
10 ist eine Modifikation der Hauptvorlage der 9, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
11 ist eine Modifikation der Hauptvorlage der 9, die gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
12 ist eine grafische Darstellung der Größenverteilung von Fräskurven bzw. Fräshüllkurven.
13 ist eine perspektivische Draufsicht von Teilrohlingen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einer Rahmenkonstruktion montiert sind.
14 ist eine perspektivische Draufsicht von Teilrohlingen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einer Rahmenkonstruktion montiert sind.
15 ist eine perspektivische Teilansicht eines Teilrohlings, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Rahmenkonstruktion montiert ist.
16 ist eine perspektivische Teilansicht eines Teilrohlings, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Rahmenkonstruktion montiert ist.
17 ist eine perspektivische Teilansicht von Teilrohlingen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Rahmenkonstruktion montiert sind.
18 ist eine perspektivische Teilansicht von Teilrohlingen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Rahmenkonstruktion montiert sind.
19 ist eine Querschnittsansicht von in einer Rahmenkonstruktion montierten Teilrohlingen entlang der Linie 19-19 der 18.
20 ist eine perspektivische Draufsicht von Teilrohlingen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einer Rahmenkonstruktion montiert sind.
21 ist eine perspektivische seitliche Draufsicht von Teilrohlingen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einer Rahmenkonstruktion montiert sind.
22 ist eine Seitenansicht der Rahmenkonstruktion in 21.
23 ist eine vordere Draufsicht der Rahmenkonstruktion der 21 mit einer teilweisen Querschnittsansicht entlang der Linie 23-23 der 22.
24 ist eine perspektivische Draufsicht der Rahmenkonstruktion der 21 mit einer teilweisen Querschnittsansicht entlang der Linie 24-24 der 22.
25 ist eine perspektivische Teilansicht eines Gruppen- bzw. Clusterrohlings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
26 ist eine Ansicht von oben eines Gruppen- bzw. Clusterrohlings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Gruppen- bzw. Clusterrohlingsanordnung der 26.
28 ist eine Querschnittsansicht des Gruppen- bzw. Clusterrohlings der 26 entlang der Linie 28-28 der 26.
29 ist eine Querschnittsansicht des Gruppen- bzw. Clusterrohlings der 26 entlang der Linie 29-29 der 26.
30 ist eine vergrößerte Ansicht einer Teilrohlingsbefestigung in 29.
31 ist eine Querschnittsansicht des Gruppen- bzw. Clusterrohlings der 26 entlang der Linie 31-31 der 26.
32 ist eine perspektivische Ansicht eines Teilrohlings in einer Aufnahme gemäß der vorliegenden Erfindung.
33 ist eine Teilansicht des Teilrohlings der 32.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem optionalen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden verschiedene Gruppen- bzw. Clusterrohlinge aus einzelnen Rohlingen unter Verwendung vorgefertigter oder kunden- bzw. aufgabenspezifischer Rahmenkonstruktionen ausgebildet, um die Verwendung einzelner Rohling in der maximal möglichen Anzahl von Systemen zu ermöglichen. Im Folgenden werden einzelne Rohling, die in einen bzw. zu einem Clusterrohling zusammengebaut bzw. zusammengesetzt werden, als Teilrohlinge bezeichnet. Ein Clusterrohling kann Teilrohlinge von identischer Größe und identischem Farbton oder verschiedene Farbtöne, Größen und/oder Typen von Teilrohlingen aufweisen. Ein Clusterrohling kann zum Beispiel verschiedene Größen und Farbtöne desselben Teilrohlingstyps aufweisen, und es können auch eine Vielzahl verschiedener Typen von Teilrohlingen von einem Hersteller oder verschiedenen Herstellern an derselben Rahmenkonstruktion zusammengebaut werden, um einen ”hybriden” Clusterrohling herzustellen. Zum Beispiel können e.max CAD MO- und/oder LT-Rohlinge (Ivoclar), die auch als ”blaue Blöcke” bekannt sind, potenziell von jedem robusten CAD/CAM-System verarbeitet werden, das einen Nassfräsprozess verwendet und Software aufweist, die Vollkonturrestaurationen ausgestalten bzw. entwerfen kann. Ein Beispiel eines derartigen Systems, das ”blaue Blöcke” fräsen kann, dies aber noch nicht tut, sind Zeno^®Tec-Systeme (Wieland), insbesondere ZENO^®4820- und ZENO^®3020-Fräseinheiten, in Verbindung mit der oben erwähnten DentalDesigner^TM-Software von 3Shape.
Teilrohlinge können in einer adressierbaren Matrix angeordnet werden, wobei die adressierbare Matrix auf Basis von Parametern ausgestaltet ist, die aus einer Historie von vorhergehenden Fräsvorgängen oder vorhergehenden Geschäftsvorgängen erhalten wurden. Die Teilrohlinge haben Eigenschaften, die mit Parametern in Zusammenhang stehen, die aus einer Historie von vorhergehenden Fräsvorgängen oder vorhergehenden Geschäftsvorgängen erhalten wurden. Diese Eigenschaften können einen Materialtyp, Materialeigenschaften, eine Größe des Teilrohlings, eine Form des Teilrohlings und/oder einen Farbton des Teilrohlings umfassen. Die Parameter, die aus einer Historie von vorhergehenden Fräsvorgängen erhalten werden, können einen Falltyp, Materialauswahlparameter, eine Größe des dentalen Artikels, eine Form des dentalen Artikels, einen Farbton des dentalen Artikels, eine optimale Werkzeugbahn, Fräsparameter und eine Statistik bzw. statistische Daten von Fräskurven bzw. Fräshüllkurven umfassen, die bei der Herstellung dentaler Artikel verwendet werden. Beispiele für Statistiken bzw. statistische Daten von Fräskurven bzw. Fräshüllkurven umfassen die Form und die Dimensionen der Fräskurven bzw. Fräshüllkurven und die Korrelation der Fräskurven bzw. Fräshüllkurven mit spezifischen Typen von dentalen Artikeln. Beispiele für Fräsparameter umfassen den Typ von Werkzeugen, eine Schnitttiefe, eine Zuführgeschwindigkeit, Umdrehungen pro Minute (rotations per minute, rpm) und/oder eine Lineargeschwindigkeit. Beispiele für Typen von Werkzeugen umfassen eine Schneid-, Schleif- oder Trennfläche. Die Werkzeuge können in Bezug auf Material, Form und/oder Größe der Werkzeuge variieren. Beispiele für eine Schneid-, Schleif- oder Trennfläche umfassen Diamant, Karbide, gehärteten Stahl oder Keramik. Beispiele für die Werkzeugform umfassen zylindrisch, konisch, scheibenförmig, kugelförmig oder geriffelt, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Größe des Werkzeugs kann von Durchmesser und Länge abhängen. Ein Diamantwerkzeug kann eine Diamantkörnung aufweisen. Die Schnitttiefe der Werkzeuge kann in der Größe in einem Bereich von Mikrometern bis Millimeter liegen. Weitere Beispiele für Fräsparameter umfassen Parameter nach dem Fräsen, wie etwa Beschichtungs-, Verglasungs- oder Wärmebehandlungsparameter. Beispiele für Parameter, die mit einer Historie vorhergehender Geschäftsvorgänge in Zusammenhang stehen, umfassend ein verwendetes Inventar, ein verbleibendes Inventar und Fallhistorien.
Beispiele für Gruppen- bzw. Clusterrohlinge, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, sind in den 3 bis 6 gezeigt. Ein erster Clusterrohling 10, der gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, ist in 3 dargestellt. Wie in dieser dargestellt ist, weist der Clusterrohling 10 eine Vielzahl von Teilrohlingen 12 auf. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind in dem Clusterrohling 10 zwei verschiedene Typen von Teilrohlingen 12 enthalten. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist nämlich eine Vielzahl von ersten Clusterrohlingen 14 im Wesentlichen in dem zentralen Bereich des Clusterrohlings 10 angeordnet, und eine zweite Vielzahl von Teilrohlingen 16 ist gemäß einem nicht bindenden veranschaulichenden Beispiel um den Umfang des Clusterrohlings 10 vorgesehen, wobei die erste Vielzahl von Clusterrohlingen blaue C14-Blöcke aufweist und die zweite Vielzahl von Teilrohlingen blaue B32-Blöcke aufweist. Jeder der Teilrohlinge 12 ist an einer gemeinsamen Einrichtung 18 befestigt oder kann auf andere Weise in diese integriert sein. Die Rahmenkonstruktion 18 kann aus jedem geeigneten Material ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Rahmenkonstruktion 18 aus einem Metall, wie etwa Stahl oder einer Aluminiumlegierung, einem Kunststoff oder Polymer, wie etwa PMMA, oder einem Verbundmaterial, wie etwa Paradigm^®MZ100, das von 3M hergestellt wird, konstruiert sein. Die Rahmenkonstruktion kann stationäre oder bewegliche Teile aufweisen.
Die Clusterrohlinge 10, 20, wie sie in den obigen veranschaulichenden Ausführungsformen beschrieben sind, können optional aus einer Vielzahl von blauen Blöcken aufgebaut sein und zur Verwendung in dem oben erwähnten Zeno^®Tec-System spezifisch angepasst sein.
Eine Modifikation der in 3 gezeigten Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Diese Ausführungsform ist mit Ausnahme der Anordnung und des Typs von Teilrohlingen 12, die mit der Rahmenkonstruktion 18 in Zusammenhang stehen, ähnlich zu der in 3 dargestellten Ausführungsform. Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform haben die Teilrohlinge 14 alle dieselbe Konstruktion, wobei sie zum Beispiel jeweils dieselbe Größe haben, denselben Farbton haben und/oder aus demselben Material ausgebildet sind. Gemäß einer optionalen Ausführungsform sind die Teilrohlinge 14 jeweils im Wesentlichen identisch zueinander.
Rahmenkonstruktionen können von jeder Gestalt oder Form sein, einschließlich 2D und 3D. Die Rahmenkonstruktionen können massengefertigt (vorgefertigt) oder kunden- oder aufgabenspezifisch für jede gewünschte Paarung von System und Fräsrohling hergestellt werden. Teilrohlinge können mechanisch an einer Rahmenkonstruktion befestigt (verriegelt) oder alternativ adhäsiv (durch Kleben) mit dieser verbunden oder als ein integraler Teil der Rahmenkonstruktion ausgebildet sein bzw. werden. Teilrohlinge können auch unter Verwendung gießbarer Befestigungsmaterialien, Modelliermaterialien, Polymerverbundwerkstoffen und anderer aushärtbarer Materialien in Öffnungen in der Rahmenkonstruktion montiert sein bzw. werden. Rahmenkonstruktionen für Clusterrohlinge können für mehrfache Verwendungen und/oder als Wegwerfvorrichtungen ausgestaltet sein. Außerdem können Rahmenkonstruktionen von Clusterrohlingen ein monolithisches einziges Teil aufweisen oder können eine Anordnung einer Vielzahl von Teilen oder Komponenten aufweisen. In dem letzteren Fall können Teile oder Komponenten der Rahmenkonstruktionsanordnung permanent aneinander befestigt sein oder lösbar sein. Die Rahmenkonstruktionsanordnung kann auch bewegliche Teile aufweisen. Zum Beispiel können bewegliche Teile verwendet werden, um die Position eines Teilrohlings in einem Clusterrohling vor, während oder nach dem Fräsen zu drehen oder auf andere Weise zu ändern. Diese Bewegung kann manuell oder automatisiert und durch dieselben Mittel wie eine CNC-Fräseinheit gesteuert sein.
Clusterrohlinge 30, 40 und 50, die gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, sind jeweils in den 5 bis 7 dargestellt.
Wie in 5 dargestellt ist, weist ein Clusterrohling 30 eine Vielzahl von Teilrohlingen 32 auf, die in einer polygonalen bzw. vieleckigen Rahmenkonstruktion 34 angeordnet sind. Gemäß der nicht beschränkenden veranschaulichenden Ausführungsform weisen die Teilrohlinge neun runde Blöcke auf, die in drei Reihen von jeweils drei Blöcken angeordnet sind, und die Rahmenkonstruktion 34 ist im Wesentlichen quadratisch. Der Block 32 und die Rahmenkonstruktion 34 können aus jeden der Materialien ausgebildet sein, die hierin zuvor beschrieben worden sind.
Wie in 6 dargestellt ist, weist ein Clusterrohling 40, der gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, mindestens einen Teilrohling mit einer ersten Eigenschaft und eine Vielzahl von zweiten Teilrohlingen 44 mit einer zweiten Eigenschaft auf, die sich von derjenigen des mindestens einen ersten Teilrohlings 42 unterscheidet. Gemäß dem nicht beschränkenden veranschaulichenden Beispiel weist der erste Teilrohlingen 42 einen im Wesentlichen runden Block auf, und die Vielzahl von zweiten Teilrohlingen 44 weisen polygonale bzw. vieleckige oder im Wesentlichen quadratische Rohlinge auf, die symmetrisch um den ersten Teilrohling 42 angeordnet sind. Die ersten und zweiten Teilrohlinge 42, 44 sind an einer polygonalen bzw. vieleckigen Rahmenkonstruktion 46 befestigt. Gemäß der nicht beschränkenden veranschaulichenden Ausführungsform ist die Rahmenkonstruktion 46 im Wesentlichen quadratisch. Sowohl die Teilrohlinge 42, 44 als auch die Rahmenkonstruktion 46 können aus jeden der zuvor beschriebenen Materialien ausgebildet sein.
7 stellt einen Clusterrohling 50 dar, der eine adressierbare 4×4-Matrix (SBij) bildet, die 16 Teilrohlinge 52 mit verschiedenen dentalen Farbtönen aufweist, die in einer Rahmenkonstruktion 54 angeordnet sind. Wenn jeder Teilrohling 52 einen Vita-Classic-Farbton repräsentiert, kann diese adressierbare 4×4-Matrix gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform den gesamten Vita-Classic-Farbtonbereich abdecken. Im Allgemeinen werden jeder einzelnen Teilrohlingsposition und allen einzelnen Teilrohlingspositionen in einem gegebenen Clusterrohlinge/einer gegebenen adressierbaren Matrix auf Basis spezieller Vorgehensweisen und Algorithmen, wie sie durch eine Software eines CAD/CAM-Systems oder Betriebssoftware einer zentralen Verarbeitungseinrichtung, wie etwa unten beschriebenen Verschachtelungssoftwaretypen, adressiert werden, Indizes (Zahlen) zugewiesenen. Zum Beispiel wird jedem Teilrohling mindestens eine Zahl zugewiesen, die seiner individuellen Position/seinem individuellen Platz bzw. Schlitz in einem gegebenen Clusterrohling entspricht, in dem der Teilrohling angeordnet ist, und mindestens die zweite Zahl, die der Wirts- bzw. Hostclusterrohlingsidentifikationszahl oder seinem Platz in einer Auftragswarteschlange entspricht, d. h. einem Satz von zu fräsenden Fällen. In diesem Fall wird der Clusterrohling/die adressierbare Matrix der 7 durch einen Vektor SB_km repräsentiert, wobei k einem Platz eines Clusterrohlings in einer Auftragswarteschlange entspricht und m für die Gesamtzahl von 16 Teilrohlingspositionen in einem gegebenen Clusterrohling von 1 bis 16 variiert. Betriebssoftware fügt der adressierbaren Matrix andere Vektoren hinzu, wie etwa diejenigen, die mit spezifischen Teilrohlingsmaterial-, -größen-, -form-, -farbton- und auch -fräsparametern und Fallbesonderheiten in Zusammenhang stehen. Daher wird jeder physikalische Clusterrohling/jede physikalische adressierbare Matrix durch eine ”virtuelle” Matrix in zumindest derselben Größe oder von größerer Größe in einer CPU und einem Arbeitsspeicher eines CAD/CAM-Systems repräsentiert. Das CAD/CAM-System oder Fräszentrum adressiert die adressierbare Matrix über ihre Betriebssoftware oder andere Mittel, um die Arbeitsschritte zu automatisieren, was Zeit und Geld spart und Abfall bzw. Verschwendung minimiert. Somit kann die erforderliche Optimierung durch wohl bekannte Verfahren durchgeführt werden, die in der Operationsforschung und Bildverarbeitung verwendet werden, wie etwa Faktoranalyse auf Basis von Eigenvektoren und Eigenwerten.
Da nahezu alle dentalen CAD/CAM-Systeme dazu in der Lage sind, Kunststoff- (z. B. PMMA-) oder Verbundwerkstoffmaterialien zu fräsen, können aus derartigen Materialien ausgebildete Rahmenkonstruktionen unter Verwendung derselben Fräseinheit und Verschachtelungssoftware gefrästen, modifiziert oder optimiert werden, die zum Fräsen der Rohlinge verwendet werden. Außerdem können die Rahmenkonstruktionen wieder verwendet werden, was ihre Herstellung in derselben Fräseinheit noch ökonomischer macht. Im Vergleich zu der Befestigung an einem Zapfen oder Dorn, wie in dem Sirona-System, verringert eine Befestigung entlang des gesamten Umfangs eines Rohlings Spannungen während des Fräsens und senkt auf diese Weise Stärke- bzw. Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen an das Rahmenkonstruktionsmaterial, was PMMA- oder Polymerverbundwerkstoffmaterialien zu einer praktikablen Wahl für Clusterrohlings-Rahmenkonstruktionen macht.
Außerdem sind Systeme mit offener Architektur nicht auf CNC-Fräsmaschinen beschränkt, die speziell zur dentalen Verwendung ausgestaltet sind, sondern es kann praktisch jede robuste 3-Achsen- oder höhere CNC-Maschine verwendet werden. Mehr und mehr serienmäßige CNC-Maschinen werden zur dentalen Verwendung modifiziert, d. h. mit einem Rohlingshalter ausgestattet und mit einem Scanner mit offener Architektur verbunden, wie etwa D-250 von 3Shape, und in großen Laboren und Fräszentren zur kommerziellen Produktion dentaler Artikel verwendet, wie hauptsächlich Zirconiumdioxid-Rahmenkonstruktionen und spezifischen Implantataufbauten. Für ein kunden- oder aufgabenspezifisches System ist der Clusterrohlingsansatz dadurch am vorteilhaftesten, dass er es einem ermöglicht, die existierende Auswahl bzw. Palette an Blöcken ohne gravierende Modifikationen der Maschinenhardware mit einer gegebenen Fräseinheit zu ”verheiraten”.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung Verschachtelungssoftware zur Verwendung in Verbindung mit Clusterrohlingen vor. Verschachtelungssoftware kann eine physikalische addressierbare m-Einheiten-Matrix (die m Teilrohlinge aufweist) in eine mehrdimensionale Matrix umwandeln, indem sie Dimensionen hinzugefügt, die mit dem Typ und anderen Eigenschaften von Teilrohlingen, einer Zuordnung von Fräsunterroutinen und/oder Algorithmen, die eine Werkzeugbahn optimieren, einer Werkzeugauswahl, einer Schnitttiefe, einer Zuführgeschwindigkeit, Umdrehungen pro Minute (RPM), einer Lineargeschwindigkeit und anderen Fräsparametern in Zusammenhang stehen. Eine der hinzugefügten Dimensionen zur Computerrepräsentation einer adressierbaren Matrix kann Zusammenbau- bzw. Montageinstruktionen sein, wenn die adressierbare Matrix automatisch zusammengebaut bzw. zusammengesetzt wird. Falls notwendig sind bzw. werden Teilrohlinge und/oder Rahmenkonstruktionen von Clusterrohlingen mit Indizes oder alphanumerischen Codes, Strichcodes oder einer anderen Form von Identifikation in irgendeinem computerlesbaren Format markiert. Alternativ weisen Rahmenkonstruktionen von Clusterrohlingen magnetische Streifen, mikroelektronische Chips oder andere wiederbeschreibbare Datenspeicher-Mikrovorrichtungen auf, die eine Identifikation und jegliche anderen Informationen tragen, die für das Fräsen und Verarbeiten eines gegebenen Clusterrohlings relevant sind. Dies ist besonders nützlich, wenn das CAD/CAM-System nicht mit Verschachtelungssoftware ausgestattet ist.
Ein Beispiel für Verschachtelungssoftware der ersten Ordnung (wie unten definiert) wird in dem U.S.-Patent 5,662,566 gegeben, das hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Gegenwärtig wird Verschachtelungssoftware kaum in dentalen CAD/CAM-Systemen eingesetzt und ihre Verwendung ist auf die Abbildung von zu fräsenden Teilen auf einzelne große Rohlinge (Fräsaufträge) beschränkt, um eine durchschnittliche Ausbeute pro Rohling zu maximieren, wobei die durchschnittliche Ausbeute pro Rohling als das Gewicht einer fertig gestellten Restauration geteilt durch ein Gewicht eines Rohlings berechnet wird, bevor er durch Materialentfernung geformt wurde. Clusterrohlinge der Erfindung ermöglichen eine viel breitere Verwendung von Verschachtelungssoftware in Verbindung mit tatsächlichen Clusterrohlingen, und in bestimmten Ausführungsformen ermöglicht Verschachtelungssoftware auch die Verwendung von virtuellen Rohlingen.
Verschachtelungssoftware wird eine Notwendigkeit für Systeme, die große Rohlinge fräsen können. Zum Fräsen von Clusterrohlingen wird sie unerlässlicher. Um die Ausführungsformen dieser Erfindung, die mit Anwendungen von Verschachtelungssoftware in Verbindung mit Clusterrohlingen in Zusammenhang stehen, zu illustrieren, kann ein scheibenförmiger Rohling mit einem Durchmesser von 4'' als ein typisches Beispiel eines großen einzelnen Rohlings in vorteilhafter Weise in einen Clusterrohling umgewandelt werden. Im Folgenden wird der Erstere ein Vorläuferrohling genannt, und der Letztere wird als ein äquivalenter Clusterrohling bezeichnet. Diese Rohlinge, die aus weich gesintertem Zirconiumdioxid hergestellt sind, können bis zu 10 bis 15 Fräsaufträge oder 20 bis 40 Einheiten von einzelnen Einheiten bis zu einem kompletten Kiefer(bogen) mit 14 Einheiten unterbringen (siehe 5A). Die 1 bis 2 sind veranschaulichend dafür, wie ein solcher Rohling nach dem Fräsen aussieht, wobei die Anordnung von Fräsaufträgen nicht optimiert wurde, was zu einer tatsächlichen Ausbeute von viel weniger als 50% des Rohlingsmaterials führt. Die Löcher, die nach dem Fräsen einzelner Fälle übrig bleiben, definieren Fräskurven bzw. Fräshüllkurven für diese Fälle. Der Begriff Fräskurve bzw. Fräshüllkurve wird verwendet, um verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung zu erläutern, die mit der Verwendung von Verschachtelungssoftware in Zusammenhang stehen. Eine Fräskurven bzw. Fräshüllkurve ist unter der Voraussetzung durch ihre maximale Länge (MEL) und maximale Breite (MEW) definiert, dass ihre Tiefe gleich der Dicke des Rohlings ist.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass auch wenn in den veranschaulichenden Beispielen großer Rohlinge (Vorläuferrohlinge), die in äquivalente Clusterrohlinge umgewandelt werden, runde 4''-Zirconiumdioxidrohlinge verwendet werden, Zirconiumdioxid nicht das einzige dentale Material ist, das in einer Vielzahl von kleinen und großen Formen hergestellt werden kann, die zu Einfach- oder Mehrfacheinheiten-Rahmenkonstruktionen gemäß der vorliegenden Erfindung gefräst werden können. Zum Beispiel sind lithiumsilikatbasierte Glaskeramiken, die leicht durch Bearbeitung ohne übermäßigen Verschleiß der Fräswerkzeuge zu dentalen Artikeln verarbeitet werden können und die anschließend in Lithiumdisilikat-Restaurationen umgewandelt werden können, die eine hohe Festigkeit von bis zu ungefähr 800 MPa aufweisen, für einzelne Einheiten sowie dentale Mehrfacheinheiten-Restaurationen nützlich. Glaskeramiken werden geformt, während sie sich im Glaszustand befinden, so dass für diese Materialien potentiell jede Glasform- bzw. Glasformgebungstechnik verwendet werden kann. Andere Beispiele für feste bzw. starke dentale Materialien, die in jede Gestalt und Form formbar sind und ferner einem Fräsen in dentale Mehrfacheinheiten-Artikel zugänglich sind, sind Dentallegierungen.
Zirconiumdioxid, Glaskeramiken und Legierungen können als einfache Formen (rechteckig, zylindrisch, scheibenförmig oder polygonal bzw. vieleckig) oder komplexe Formen (”intelligente” oder endkonturnahe Formen) jeder Größe hergestellt werden. Die Antriebskraft zur Verringerung von Abfall bzw. Verschwendung ist für alle diese Materialien gleich stark. Wenn Verschachtelungssoftware verwendet würde, wäre die Materialverschwendung viel geringer als diejenige, die in den 1 bis 2 gezeigt ist. Alternativ können Teilrohlinge in einen Clusterrohling zusammengebaut bzw. zusammengesetzt werden, was den Abfall bzw. die Verschwendung weiter verringert, möglicherweise sogar um das Zehnfache im Vergleich mit der Anwendung der Verschachtelungssoftware erster Ordnung auf einen oder wenige große Rohlinge. Die weitere Verringerung von Abfall bzw. Verschwendung, die gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird, entstammt der synergistischen Verwendung von Clusterrohlingen in Kombination mit Verschachtelungssoftware höherer Ordnung, wie es in den Ausführungsformen unten beschrieben wird.
Die Verschachtelungssoftware schätzt die Größe und Form von Fräskurven bzw. Fräshüllkurven, die Fräsaufträgen in einer Auftragswarteschlange entsprechen, auf Basis von vorhergehenden bzw. früheren statistischen Daten oder elektronischen Falldaten, berechnet die erforderliche Anzahl von Teilrohlingen und Rahmenkonstruktionen, ordnet den Zusammenbau von Teilrohlingen und Rahmenkonstruktionen in die erforderliche Anzahl von Clusterrohlingen an und verteilt Fräsaufträge optimal unter den Teilrohlingen und den Clusterrohlingen, um Materialabfall bzw. Materialverschwendung und ein Farbtoninventar zu minimieren.
In Bezug auf die vorliegende Erfindung können existierende und zukünftige Verschachtelungssoftwaremodule auf Basis des Niveaus an Intelligenz und der Anzahl von Fällen klassifiziert werden, die sie gleichzeitig handhaben können, d. h. unter Verwendung eines ”N/n”-Verhältnisses, wobei ”N” die Anzahl von gleichzeitig ”optimierten” Fällen (charakteristische Satzgröße) ist und ”n” die durchschnittliche Anzahl einzelner Einheiten pro Rohling ist. Die Funktion der Verschachtelungssoftware besteht darin, eine durchschnittliche Ausbeute pro Rohling zu maximieren und daher ”n” zu optimieren (nicht notwendig zu maximieren), d. h. eine Anzahl von Rohlingen zu optimieren (und nicht notwendig zu minimieren), die zum Fräsen der charakteristischen Anzahl von Fällen ”N” verwendet werden, die für Arbeiten der gegebenen CAD/CAM-Einrichtung relevant sind. In Bezug auf ihre Verwendung in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird Verschachtelungssoftware auf Basis ihrer Fähigkeit, gleichzeitig kleinere oder größere Sätze (Warteschlange) von Fällen zu handhaben, d. h. des N/n-Verhältnisses, als erste, zweite und die dritte Ordnung klassifiziert. Beispiele für ”n” sind 7 oder größer, 10 oder größer und 30 oder größer.
Die Verschachtelungssoftware erster Ordnung, bei der N/n < 10 ist, ist dazu in der Lage, die Ausbeute aus einem gegebenen Rohling zu maximieren, d. h. sie kann aufeinanderfolgende Fräsaufträge in dem Rohling, der gefräst wird, anordnen, um Abfall bzw. Verschwendung zu minimieren. Die damit in Zusammenhang stehende Verfahrensweise besteht darin, Fräsaufträge zu verteilen, die in einer Warteschlange gesammelt sind, die für einen neuen Rohling oder einen Satz neuer Rohlinge zugewiesen sind, der bzw. die in einer Haltevorrichtung oder einer Kassette der Fräseinheit installiert ist bzw. sind. Mit anderen Worten passt die Verschachtelungssoftware erster Ordnung eine begrenzte Anzahl einzelner Fälle in ein Volumen eines Rohlings ein. Da die Warteschlange von Fräsaufträgen klein und jedes Mal verschieden ist, ist das Ergebnis ebenfalls jedes Mal verschieden, und es können keine Muster aufgeklärt werden. Das ist ungefähr der Stand, an dem sich die Industrie derzeit befindet. Gegenwärtig sind die Halter, die große Mehrfachfall-Rohlinge aufnehmen können, darauf beschränkt, ein Maximum von zwei Rohlingen zur Zeit zu tragen (siehe zum Beispiel 8). Zum Beispiel ist N/n für Rohlinge der 1 und 2 0,55 bzw. 0,35. Wenn beide Rohlinge in einem System gefrästen würden, das Verschachtelungssoftware in Kombination mit einer Fräseinheit verwendet, die mit einem Zwei-Rohlings-Halter ausgestattet ist, wäre die resultierende durchschnittliche Anzahl von Einheiten pro Rohling 26,5, und das zugehörige N/n-Verhältnis wäre 0,87 (siehe Tabelle 1 unten). Aus der Analyse der Daten in einer Tabelle 1 wurde geschlussfolgert, dass ungefähr 30 eine gute Schätzung der ”optimierten” durchschnittlichen Anzahl gefräster Einheiten pro rundem 4''-Rohling ist. Tabelle 1. Beispiele einer N/n-Berechnung

Rohling Anzahl von Fällen, N Anzahl (oder durchschnittliche Anzahl) von Einheiten pro Rohling, n N/n

erste 4''-Scheibe 12 22 0,55

zweite 4''-Scheibe 11 31 0,35

Kombination 23 26,5 0,87
Die Verschachtelungssoftware erster Ordnung wird verwendet, um Fräsaufträge in bekannte Positionen in einem Clusterrohling zu lenken, wo sich die entsprechenden Teilrohlinge befinden, d. h. um Fräskurven bzw. Fräshüllkurven, die jedem Fräsauftrag entsprechen, richtig in den geeigneten Teilrohlingen eines Clusterrohlings anzuordnen. Diese Funktion wird als Anordnungsfunktion bezeichnet. Abfall bzw. Verschwendung wird somit auf zwei Komponenten beschränkt: 1) Material, das während des Fräsen eines Teilrohlings abgetragen wird, und 2) weggeworfenes Material, d. h. eine Volumendifferenz zwischen der tatsächlichen Fräskurve bzw. Fräshüllkurve und dem entsprechenden Teilrohling eines Clusterrohlings. Der meiste Abfall bzw. die meiste Verschwendung wird nun durch die Verwendung einer Rahmenkonstruktion oder einer Schablone bzw. Vorlage des Clusterrohlings vermieden. Die zweite Komponente des Abfalls bzw. der Verschwendung unterliegt durch die Verwendung einer Verschachtelungssoftware höherer Ordnung einer Minimierung, wie unten gezeigt wird.
Die Verschachtelungssoftware zweiter Ordnung, bei der N/n = 10 bis 100 ist, ist dazu in der Lage, die Ausbeute von einem relativ großen Satz von Rohlingen zu maximieren, wobei die Größe des Satzes N betriebsrelevant ist, d. h. mit einer charakteristischen Zeit in Zusammenhang steht, die ausreichend ist, um in Abhängigkeit von der Größe und der Logistik einer gegebenen CAD/CAM-Einrichtung statistisch signifikante Daten zu sammeln. Im Folgenden wird N die charakteristische Satzgröße genannt, wenn sie betriebsrelevant ist, nämlich wenn sie durch die Logistik von Arbeitsschritten eines gegebenen Fräszentrums und Marktanforderungen definiert wird. Zum Beispiel ist im stationären Betrieb an jedem Geschäftstag die Anzahl empfangener Fälle (täglicher Eingang) gleich der Anzahl der an die Kunden ausgelieferten Fälle (täglicher Ausgang). Eine durchschnittliche Verweilzeit eines Falls in einem Fräszentrum oder eine Zeit, die von dem Zeitpunkt, an dem ein Fall in das Fräszentrum eintritt, bis zu dem Zeitpunkt vergeht, an dem ein Fall es verlässt, wird durch die Marktsituation beschränkt. Damit ein Fräszentrum erfolgreich ist, sollte gegenwärtig die Gesamtverfahrenszeit weniger als eine Woche betragen, d. h. Kunden sollten ihre Fälle in weniger als einer Woche zurück erhalten, und daher sollte die Verweilzeit des Falls in einem Fräszentrum unabhängig von der Komplexität des Falls 3 bis 5 Geschäftstage betragen. Daher ist an jedem Tag die Anzahl von Fällen in der Pipeline eines gegebenen Fräszentrums das Drei- bis Fünffache des täglichen Eingangs/Ausgangs. Daher ist für eine CNC-Fräsmaschine hoher Produktivität die charakteristische Satzgröße mindestens gleich der Anzahl von Fällen in einer täglichen Auftragswarteschlange und kann genauso groß wie oder der größer als die tägliche Gesamtfalllast sein, d. h. alle Fälle in allen Stufen in der Pipeline eines gegebenen Fräszentrums oder der täglichen Auftragswarteschlange für das gesamte Fräszentrum. Beispiele für CNC-Fräsmaschinen hoher Produktivität, die besonders für große Fräszentren geeignet sind, sind die ZENO^®6400 L-Fräsmaschine mit vier Materialhaltern und die HSC-(High Speed Cutting- bzw. Hochgeschwindigkeitsschneid-)Maschinen von Etkon.
Kleine und mittelgroße Fräszentren verarbeiten von 100 bis 500 Fälle pro Tag oder 500 bis 3000 Fälle pro Woche. Wenn in einem derartigen Fräszentrum nur runde 4''-Rohlinge verwendet werden, liegt das resultierende N/n-Verhältnis unter der Annahme eines ”optimierten” n-Wertes von 30 in dem Bereich von 17 bis 100. Die Verschachtelungssoftware der zweiten Ordnung passt nicht bloß eine begrenzte Anzahl einzelner Fälle in ein Volumen eines größeren Rohlings ein, wie es die Verschachtelungssoftware erster Ordnung tut. Verschachtelungssoftware zweiter Ordnung optimiert auch die Anordnung und Auswahl von Teilrohlingen, die in einen Bereich bzw. eine Auswahl von Clusterrohlingsschablonen bzw. -vorlagen für einen gegebenen Master- bzw. Haupttyp zusammengesetzt werden, und minimiert auf diese Weise Abfall bzw. Verschwendung und Farbtoninventar für viel größere Sätze von Fällen.
Eine mögliche Masterschablone bzw. -vorlage 60, Rahmenkonstruktion vom Mastertyp oder einfach Master für einen zu einem runden 4''-Vorläuferrohling äquivalenten Clusterrohling ist in 9 gezeigt. Die Vorlage bzw. Schablone 60 für diesen Mastertyp weist einen äußeren Ring 62 und einen inneren Kern 64 auf, wobei der äußere Ring 62 größere Teilrohlinge, wie etwa entweder 66 oder 68, halten kann und der innere Kern kleinere Teilrohlinge 70, 72 hält. Während die Gesamtabmessungen dieser Vorlagen dieselben sind und für einen gegebenen Mastertyp spezifisch sind, kann es einen Unterschied in einer Anzahl und Größe von Öffnungen (wie sie in der veranschaulichenden Ausführungsform in unterbrochenen Linien dargestellt sind) in jeder Vorlage geben. Zum Beispiel kann die in 9 gezeigte Vorlage bzw. Schablone gemäß einer Konfiguration die größten Teilrohlinge 66 für 4- bis 6-Einheiten-Rahmenkonstruktionen in dem äußeren Ring aufnehmen oder gemäß einer alternativen Konfiguration mittlere Teilrohlinge 68 für 2- bis 3-Einheiten-Rahmenkonstruktionen in dem äußeren Ring. Der innere Kern kann ebenfalls unterschiedliche Anordnungen relativ kleinerer Teilrohlinge haben. Wie in 10 dargestellt ist, kann der innere Kern 64' zum Beispiel eine Anordnung von ersten polygonalen bzw. vieleckigen Teilrohlingen 70' und zweiten runden oder ovalen Teilrohlingen 72' aufweisen. Gemäß dem dargestellten Beispiel weist der innere Kern 64' eine Anordnung von zwei relativ großen polygonalen bzw. vieleckigen Rohlingen 70' und vier relativ kleineren runden oder ovalen Rohlingen 72' auf. Ein weiterer alternativ konstruierter innerer Kern 64'' ist in 11 dargestellt. Wie in dieser dargestellt ist, kann die Anordnung des inneren Kerns 64'' eine Anordnung von ersten polygonalen bzw. vieleckigen Teilrohlingen 70'' und zweiten runden oder ovalen Teilrohlingen 72'' aufweisen. Gemäß dem dargestellten Beispiel weist der innere Kern 64'' eine Anordnung von zwei relativ großen polygonalen bzw. vieleckigen Rohlingen 70'' und zwei relativ kleineren runden oder ovalen Rohlingen 72'' auf. Es kann jede Art von Anordnung von Teilrohlingen verwendet werden, wie zum Beispiel große Teilrohlinge für die Herstellung von Zwei- oder Drei-Einheiten-Artikeln und kleine Teilrohlinge für die Herstellung von dentalen Einzel-Einheit-Artikeln.
Die maximale Anzahl von Teilrohlingen hängt von der Konstruktion und dem Durchmesser der Vorlage und auch von der Anordnung, Form und Größe der Bestandteile bildenden Teilrohlinge ab. Auf Basis einer Rückmeldung von der Verschachtelungssoftware der zweiten Ordnung werden einige und nicht notwendigerweise alle der verfügbaren Positionen an der Vorlage gefüllt oder werden notwendigerweise mit Teilrohlingen desselben Farbtons gefüllt.

In einem Aspekt der Erfindung wird das Verfahren bereitgestellt, bei dem ein mit Verschachtelungssoftware ausgestattetes CAD/CAM-System Daten sammelt, um die Typen von Teilrohlingen zu bestimmen, die für zukünftige Arbeitsvorgänge benötigt werden. Zu Beginn des Prozesses werden für einen ausreichenden Zeitraum die runden 4''-Zirconiumdioxid-Vorläuferrohlinge gefräst und nicht die Clusterrohlinge, und die Verschachtelungssoftware arbeitet wie erster Ordnung, wobei sie gleichzeitig statistische Daten über die Größenverteilung von Fräskurven bzw. Fräshüllkurven sammelt. Auf Basis des tatsächlichen Fräsens von Vorläuferrohlingen werden die Größenverteilungsdiagramme, -histogramme, -kurven oder -flächen für Fräskurven bzw. Fräshüllkurven erzeugt, die posterioren und anterioren einzelnen dentalen Einheiten und dentalen Mehrfacheinheiten-Rahmenkonstruktionen entsprechen. 12 zeigt einen 2D-”Frequenz gegen MEL”-Abschnitt von einer derartigen Kurve, wobei Fräskurven bzw. Fräshüllkurven in der einfachsten Weise durch ihre maximale Länge (MEL) und maximale Breite (MEW) gekennzeichnet sind. Sogar in dieser einfachen Darstellung ist die resultierende Größenverteilung eine komplexe Fläche in einem orthogonalen 3D-System von Koordinaten, die ebenfalls schematisch in 12 gezeigt ist. Die Größenverteilungskurve zeigt Spitzen und Täler, deren physikalische Bedeutung in der Tabelle 2 unten gezeigt ist. Tabelle 2: Positionen und physikalische Bedeutung von Spitzen und Tälern in einer Fräskurven- bzw. Fräshüllkurven-Größenverteilungskurve

Positionen von Spitzen und Tälern in Fräskurven-Größenverteilungskurve	Spitze* MEL, mm	Entsprechende MEW, mm	Tal** MEL, mm	Entsprechende MEW, mm
1. (anteriore einzelne Einheiten)	15	13	18	15
2. (posteriore einzelne Einheiten)	22	16	28	19
3. (3-Einheiten-Rahmenkonstruktionen)	35	21	40	22
4. (4-Einheiten-Rahmenkonstruktionen)	45	23	55	23

*Der häufigste Wert für MEL für einen bestimmten Typ von Fällen, zum Beispiel die häufigste Fräskurven- bzw. Fräshüllkurvenlänge (MEL) für eine Drei-Einheiten-Brücken-Rahmenkonstruktion, ist ungefähr 35 mm.
**Zwischenwerte entsprechen selten auftretenden, den größten n-Einheiten-Fällen und selten auftretenden, den kleinsten (n + 1)-Einheiten-Fällen. Zum Beispiel sind die nach dem Fräsen von nahezu allen 3-Einheiten-Rahmenkonstruktionen übrig gelassenen Löcher (Fräskurven bzw. Fräshüllkurven) kürzer als 40 mm, während die Löcher für 4-Einheiten-Rahmenkonstruktionen jedoch meistens länger als 40 mm sind. Daher passt ein 40 mm × 22 mm Teilrohling zu den meisten 3-Einheiten-Rahmenkonstruktionen.

Die in 12 dargestellte Fräskurven- bzw. Fräshüllkurven-Größenverteilung führt zu einer logischen Auswahl von zylindrischen Teilrohlingen von ungefähr 15–18 mm Durchmesser oder rechteckigen Teilrohlingen mit einem Querschnitt von 15 × 18 mm² für anteriore einzelne Einheiten, Teilrohlinge von 19 × 28 mm² für posteriore einzelne Einheiten, Teilrohlinge von 22 × 40 mm² für 3-Einheiten-Rahmenkonstruktionen und Teilrohlinge von 23 × 55 mm² für 4-Einheiten-Rahmenkonstruktionen. Mit genaueren statistischen Daten, die einem größeren Fallvolumen entsprechen, könnten diese Dimensionen weiter in Unterkategorien verfeinert werden, die mit anterioren und posterioren Mehrfacheinheiten-Rahmenkonstruktionen in Zusammenhang stehen. Diese Teilrohlinge werden auch in mindestens zwei unterschiedlichen Dicken benötigt, und um Zirconiumdioxidabfall bzw. -verschwendung zu minimieren, insbesondere die zweite Abfall- bzw. Verschwendungskomponente, sollte die Verschachtelungssoftware daher mit mindestens acht unterschiedlichen Teilrohlingsgrößen arbeiten und sie in Vorlagen mit einem äußeren Ring/inneren Kern anordnen, wie es zum Beispiel in 9 gezeigt ist.
Eine statistische Analyse einer Größen- und Formverteilung für Fräskurven bzw. Fräshüllkurven ergibt die optimalen Teilrohlingsabmessungen. Es hat sich herausgestellt, dass es, wenn 1) die Vielzahl an Teilrohlingsformen und -größen mit der Anzahl von charakteristischen Merkmalen (z. B. MEL- und MEW-Spitzen oder -Tälern) der Fräskurven- bzw. Fräshüllkurven-Größenverteilungskurven konsistent ist und 2) die Anzahl verfügbarer Modifikationen der verwendeten Mastervorlage die Anordnung dieser charakteristischen Formen und Größen ermöglicht, um in der optimalsten Weise zu dem gegebenen betriebsrelevanten Satz von Fällen zu passen, zu einer Verringerung der zweiten Abfall- bzw. Verschwendungskomponente und auch zu einer Verringerung des Farbtoninventars führt. Die optimale Anzahl von Formen und Größen für Teilrohlinge kann logisch durch Analyse von Daten aufgeklärt werden, die durch die Verschachtelungssoftware der zweiten Ordnung geliefert werden. Die Verschachtelungssoftware der zweiten Ordnung ist auch dazu in der Lage, von selbst die minimale Anzahl von Teilrohlingsgrößen zu empfehlen, um die erforderliche Minimierung von Abfall bzw. Verschwendung und Farbtoninventar zu erreichen. Sie ist jedoch nicht dazu in der Lage, eine Mastervorlage zu entwerfen oder neu zu entwerfen und die erforderliche Anzahl ihrer Modifikationen zu entwickeln. Die letztere Aufgabe erfordert Verschachtelungssoftware der dritten Ordnung, die auch einen virtuellen Rohlingsansatz anstelle tatsächlicher statistischer Daten verwenden kann, die während des Fräsens gesammelt werden.
Die Verschachtelungssoftware der dritten und höchsten Ordnung, N/n > 100, kann in den großen zentralen Verarbeitungseinrichtungen und Fräszentren installiert werden, die mehr als 1000 Fälle pro Tag verarbeiten. Die potentielle Wirtschaftlichkeit durch Massenproduktion in derartigen Einrichtungen rechtfertigt die angepasste Teilrohlingsvielfalt und die kunden- bzw. aufgabenspezifischen Clusterrohlingsausgestaltungen. Die Ausgestaltungen sollten periodisch geändert werden, um auf sich ändernde Anforderungen des Marktes zu reagieren. Diese Einrichtungen sind groß genug, um den Herstellern der Teilrohlinge, CAD/CAM-Einheiten und/oder Software ihre Parameter zu diktieren. Die für derartige Einrichtungen geeignete Verschachtelungssoftware hat Ausgestaltungs- bzw. Entwurfsfähigkeiten, die in eine Prozessrückkopplungsschleife integriert sind, die eine Modifikation des Bereichs an Größen und Formen für Bestandteile bildende Teilrohlinge und der entsprechenden Vorlagenausgestaltung auf Basis der tatsächlichen Rückmeldungsdaten ermöglicht. Verschachtelungssoftware der dritten Ordnung ist zum Beispiel dazu in der Lage, Vorlagenabmessungen und eine Anzahl, Größe, Form und Anordnung von Teilrohlingen in einer Vorlage zu modifizieren sowie die optimale Farbtonverteilung zu wählen, wenn die Clusterrohlingsvorlage und die Clusterrohlingsgehäuse-/-halterabmessungen parametrisch in der Entwurfshüllkurve ausgestaltet würden, die durch CNC-Maschinenträgerabmessungen gegeben sind.

Da vor dem Fräsen alle Fräsaufträge als CAD-Dateien, STL-Dateien oder irgendwelche anderen digitalen Standardrepräsentationen komplexer 3D-Objekte existieren, können die oben beschriebenen Optimierungsfunktionen vor dem tatsächlichen Fräsen oder gleichzeitig mit dem Fräsen implementiert werden. Zum Beispiel kann die Größen- und Formverteilung für Fräskurven bzw. Fräshüllkurven vorhergesagt werden, d. h. aus der Vielzahl der zu fräsenden CAD-Dateien abgeleitet oder extrapoliert werden. Diese Daten können ferner verwendet werden, um Teilrohlinge und Vorlagen/Rahmenkonstruktionen für Clusterrohlinge zusammenzusetzen, zu entwerfen bzw. auszugestalten und herzustellen. Diese und andere Fähigkeiten und Funktionen von Verschachtelungssoftware unterschiedlicher Ordnung werden in einer Tabelle unten verglichen. Tabelle 3: Verschachtelungssoftware-Fähigkeiten und -Funktionen

Verschachtelungssoftware-Fähigkeiten und -Funktionen	Verschachtelungssoftware erster Ordnung	Verschachtelungssoftware zweiter Ordnung	Verschachtelungssoftware dritter Ordnung
Charakteristisches N/n-Verhältnis: wobei ”N” – Anzahl von gleichzeitig ”optimierten” Fällen und ”n” – durchschnittliche Anzahl von einzelnen Einheiten pro Rohling	< 10	10–100	> 100
Bereiche für charakteristische Satzgröße, N, für n = 7 entsprechend der optimierten durchschnittlichen Anzahl von aus einem Clusterrohling gefrästen Einheiten (z. B. Figuren 25 bis 27)	< 70	70–700	> 700
Bereiche für charakteristische Satzgröße, N, für n = 30 entsprechend der optimierten durchschnittlichen Anzahl von aus einem Clusterrohling gefrästen Einheiten	< 300	300–3000	> 3000
Einzelrohlings-Optimierungsfunktion: minimiert Abfall/maximiert Ausbeute von einem einzelnen großen Rohling	X	X	X
Anordnungsfunktion: Positioniert Fräsaufträge an Teilrohlingen eines äquivalenten Clusterrohlings	X	X	X
Statistische Funktion: liefert tatsächliche statistische Daten über eine Größen- und Formverteilung für Fräskurven bzw. Fräshüllkurven		X	X
Teilrohlingsoptimierungsfunktion: ergibt die optimalen Teilrohlingsabmessungen und optimale Anzahl von Teilrohlingen		X	X
Planungsfunktion: optimiert eine Anordnung und Auswahl von Teilrohlingen, die in eine Auswahl von Clusterrohlingsvorlagen zusammenzusetzen sind, um Abfall und Farbtoninventar für einen großen Satz vonFällen zu minimieren		X	X
Virtuelle statistische Daten: verwendet CAD-Dateien für zukünftige Fräsaufträge, um eine Größen- und Formverteilung für Fräskurven bzw. Fräshüllkurven vorherzusagen			X
Clusterrohlingsvorlagen-Optimierungsfunktion: ergibt die optimale Vorlagenausgestaltung und optimale Anzahl von Mastervorlagenmodifikationen			X
Roboterfunktion: automatisierte Vorlagenherstellung und Montage von Clusterrohlingen optional auf Basis eines virtuellen Rohlingsverfahrens			X

Gemäß den in der Tabelle oben zusammengefassten Verschachtelungssoftwarefunktionen wird ein Verfahren zur Verwendung von Verschachtelungssoftware zum effektiven Einsatz, Entwurf bzw.
Design und Zusammenbau von Clusterrohlingen bereitgestellt, um eine Anordnung von Teilrohlingen in einer Clusterrohlingsanordnung zu optimieren, und Abfall bzw. Verschwendung und ein Inventar von Farbtönen zu minimieren. Das Verfahren kann optional Systemoptimierungssoftware auf Basis von digitalen Prozessdesign-(digital process design, DPD-)Methoden aufweisen, insbesondere horizontal strukturierte CAD/CAM-Herstellung unter Verwendung eines virtuellen Rohlingsansatzes. Das Verfahren weist einen oder mehrere der folgenden Arbeitsschritte in jeder Kombination und in jeder Reihenfolge auf:

1) Analysiere durch Verschachtelungssoftware gelieferte historische Fräsdaten, die mit der Anordnung von Einheiten an Vorläuferrohlingen in Zusammenhang stehen, um eine Größen- und Formverteilung für Fräskurven bzw. Fräshüllkurven zu gewinnen.
2) Wähle einen betriebsrelevanten Satz von zu fräsenden Fällen, die durch ihre entsprechenden CAD-, STL- oder äquivalenten Dateien repräsentiert werden, und eine Auswahl (von Entwürfen bzw. Ausgestaltungen) von Clusterrohlingsvorlagen aus, die mit einer optimalen Anordnung von Teilrohlingen ausgestattet werden sollen.
3) Verwende alternativ zu 1) Verschachtelungssoftware höherer Ordnung, um ”virtuelle statistische Daten” zu liefern, die eine Fräskurven- bzw. Fräshüllkurven-Größen- und -Formverteilung aus CAD-Dateien oder irgendwelchen äquivalenten digitalen Repräsentationen von zu fräsenden Fällen extrapolieren.
4) Bestimme auf Basis einer tatsächlichen oder virtuellen statistischen Analyse der betriebsrelevanten Vielzahl von Fräskurven bzw. Fräshüllkurven die optimale Anzahl von Teilrohlingen, ihre Formen und Abmessungen.
5) Setze die ausgewählten Teilrohlinge in den ausgewählten Vorlagen zusammen, um Clusterrohlinge zu erzeugen, und fräse die Fälle, wie es durch Verschachtelungssoftware angewiesen wird.
6) Sammle erneut tatsächliche oder virtuelle statistische Daten über Fräskurven bzw. Fräshüllkurven und Ausbeuten.
7) Modifiziere Vorlagen oder entwerfe Vorlagen erneut auf Basis von Kriterien einer maximalen durchschnittlichen Ausbeute, eines minimalen Abfalls bzw. einer minimalen Verschwendung pro Teilrohling und eines minimalen Teilrohlingsfarbtoninventars.
8) Fräse modifizierte oder neu entworfene bzw. ausgestaltete Vorlagen aus Kunststoff-Vorläuferrohlingen unter Verwendung desselben CAD/CAM-Systems.
9) Alternativ kann eine Massenproduktion von Vorlagen unter Verwendung spezialisierter Vorrichtungen durchgeführt oder ausgelagert werden.
10) Setze Clusterrohlinge zum Fräsen des nächsten betriebsrelevanten Satzes von Fällen zusammen, wie es durch Verschachtelungssoftware angewiesen wird.
11) Alternativ können zumindest einige der Arbeitsschritte 5) bis 10) durch die Verschachtelungssoftware der dritten Ordnung automatisiert und mit Robotern durchgeführt werden.

Es ist darauf hinzuweisen, dass dann, wenn die Arbeitsschritte 5) bis 10) durch die Verschachtelungssoftware der dritten Ordnung automatisiert werden, sie de facto als die Herstellungsplattform fungiert, insbesondere eine digitale Herstellungsplattform. Gegenwärtig besteht für ein Fräszentrum vielleicht ein Vorteil, CAD/CAM-Systeme unterschiedlicher Typen zu betreiben, aber mit zunehmendem Bedarf an Standardisierung und ansteigender Marktdurchdringung von Systemen mit offener Architektur wird die Antriebskraft zum Betrieb eines Systems eines Typ und einer Plattform, das alle Materialtypen fräsen kann, immer weiter zunehmen. Mit dem weiteren Fortschritt der digitalen Revolution in der Zahnmedizin, dem Aufkommen abdruckloser Zahnmedizin und netzbasierten Verarbeitungszentren wird der Bedarf an derartigen Herstellungsplattformen für große zentrale Verarbeitungseinrichtungen und Fräszentren stark zunehmen.
Die 13 bis 24 stellen Teilrohlinge dar, die durch verschiedene Befestigungsmittel in Rahmenkonstruktionen montiert sind. Die 13 und 14 stellen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit runden Rahmenkonstruktionen 80 und 82 dar. Die Rahmenkonstruktion 80 ist eine runde Konfiguration mit Teilrohlingen, die entlang des Umfangs der Rahmenkonstruktion 80 angeordnet sind. Die Rahmenkonstruktion 82 weist einen Satz von Teilrohlingen auf, die in zwei Reihen an gegenüberliegenden Seiten der Rahmenkonstruktion angeordnet sind. Jeder Teilrohlingen 84 ist an einem Träger 86 befestigt, der einen Flansch 88 hat, der an einem Schaft bzw. einem Stab oder einer Stange 90 mit einer Längsachse befestigt ist, der bzw. die an der Rahmenkonstruktion 80 befestigt ist. Der Teilrohling 84 kann an den Flansch 88 geklebt oder auf andere Weise adhäsiv an diesem befestigt sein. Der Schaft 90 kann von jeder Querschnittsformen sein, wie etwa hexagonal oder achteckig, obwohl es bevorzugt ist, dass er einen runden Querschnitt hat. Der Schaft 90 kann in die Rahmenkonstruktionen 80 und 82 eingerastet sein. Alternativ kann der Schaft 90 eine Vertiefung enthalten, die sich um seinen Umfang erstreckt, um eine Stellschraube oder eine andere Struktur aufzunehmen.
Die 15 und 16 zeigen Teilrohlinge 92 und 94, die jeweils an einer Rahmenkonstruktion 96 bzw. 98 befestigt sind. In 15 ist der Teilrohling 92 durch einen Träger 100 in die Rahmenkonstruktion 96 eingebettet. Die 16 zeigt den Teilrohling 94 mit einer Vertiefung 102 an diesem zur Befestigung an der Rahmenkonstruktion 98.
Die 17 bis 19 zeigen eine rechteckige Rahmenkonstruktion 104 mit Teilrohlingen 106, die in zwei Reihen ausgerichtet sind, die an gegenüberliegenden Seiten der Rahmenkonstruktion 104 befestigt sind. Die Teilrohlinge 106 sind an einem Träger 108 befestigt gezeigt, der an der Rahmenkonstruktion 104 befestigt ist. Der Träger 108 weist einen Flansch 110 und einen Schaft bzw. einen Stab oder eine Stange 112 zur Befestigung an der Rahmenkonstruktion 104 auf.
Die 20 bis 24 zeigen noch eine andere Ausführungsform eines Clusterrohlings 120 mit einer rechteckigen Rahmenkonstruktion 122 mit einer Reihe von Teilrohlingen 124, die entlang beiden Seiten der Rahmenkonstruktion 122 befestigt sind. Die Teilrohlinge 124 sind an einem Träger 126 befestigt, der in die Rahmenkonstruktion 122 passt. Der Träger 126 weist einen Flanschabschnitt 128 und einen Schaft bzw. einen Stab oder eine Stange 130 auf, der bzw. die sich in die Rahmenkonstruktion 122 erstreckt. In diesem Beispiel ist der zu fräsende Teil des Teilrohlings vollständig außerhalb der Rahmenkonstruktion angeordnet.
Die 25 bis 27 stellen einen Clusterrohling 140 mit Teilrohlingen 142 dar, die in eine runde Rahmenkonstruktion 144 eingesetzt und an dieser befestigt sind. Die weggeschnittene Ansicht in 25 stellt den Teilrohling in Position und in einer Aufnahme 146 befestigt oder eng in diese eingepasst dar, die in die Rahmenkonstruktion 144 passt.
27 stellt eine auseinandergezogene Ansicht des Clusterrohlings 140 dar, die einen oberen Abschnitt 148 und einen unteren Abschnitt 150 der Rahmenkonstruktion 144 zeigt. Die Teilrohlinge 142 werden in dem unteren Abschnitt 150 angeordnet, und der obere Abschnitt 148 wird über den Teilrohlingen 142 und dem unteren Abschnitt 150 angeordnet, um die Teilrohlinge 142 während des Fräsens an Ort und Stelle zu halten. Ein Bolzen bzw. eine Schraube oder ein ähnliches Befestigungsmittel wird in einer Reihe von Öffnungen in dem oberen und dem unteren Abschnitt eingeführt, um die Abschnitte aneinander zu befestigen und zusammen zu halten.
Die 28 bis 33 zeigen Querschnittsansichten von Teilrohlingen 142, die in der Rahmenkonstruktion 144 angeordnet sind. Jeder Teilrohling ist an einem Halter 146 befestigt gezeigt, der an dem unteren Abschnitt 150 angeordnet ist. Der obere Abschnitt 148 wird auf dem unteren Abschnitt 150 angeordnet, und Bolzen bzw. Schrauben 152 oder ähnliche Befestigungsmittel halten den oberen und unteren Abschnitt zusammen. Wie klar in 30 gezeigt ist, drückt sich die scharfe Kante des Halters 146 in die Rahmenkonstruktionseinheit 148. Die 32 und 33 zeigen deutlicher die scharfe Kante des Halters 146, die in die Rahmenkonstruktion 148 passt. Die Teilrohlinge 142 können an 146 geklebt oder auf andere Weise an 146 befestigt werden, oder Letzteres kann die Teilrohlinge anliegend enthalten und als Druckpassung dienen, d. h. durch den oberen und/oder unteren Abschnitt zusammengedrückt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Anordnung der Teilrohlinge in der Rahmenkonstruktion 148 jede Konfiguration sein kann, einschließlich derjenigen, die in den 3 bis 7 und 9 bis 11 gezeigt sind. Der Halter 146 kann aus einem flexiblen, elastischen oder Gummi- bzw. Kautschukmaterial hergestellt sein. Außerdem kann der Halter durch eine Schnapp- oder Rastverbindung oder eine Druckpassung an dem Clusterrohling befestigt sein. In allen Ausführungsformen können die Teilrohlinge unmittelbar an der Rahmenkonstruktion befestigt oder an einem Zwischenstück befestigt sein, das an der Rahmenkonstruktion befestigt ist.
Das folgende Beispiel illustriert die erhöhte Ausbeute und den verringerten Materialabfall bzw. die verringerte Materialverschwendung, die sich aus dem Ersetzen einer einstückigen Scheibe oder eines einstückigen Rohlings durch einen Clusterrohling ergeben können, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
Einzelne ZirCAD-Blöcke zweier Größen – C14 und B40 (von e.max CAD) werden als Teilrohlinge verwendet. Es wird eine Charly4dental-CNC-Fräsmaschine 56 (siehe z. B. 8) für die Serienproduktion von Zahnprothesen (erhältlich von Charlyrobot, Cruseilless, Frankreich) verwendet. Charly4dental ist mit einem Scheibenbefestigungssystem ausgestattet, das zwei 100 mm (~4'') oder kleinere Scheiben 58 aufnehmen kann. Es ist hauptsächlich zum Trockenfräsen von Scheiben aus weich gesintertem Zirconiumdioxid oder Kunstharz (wie PMMA) ausgestaltet. Eine erste 100 mm PMMA-Scheibe wird verwendet, um die Rahmenkonstruktion (Vorlage) für einen Clusterrohling unter Verwendung derselben Fräsmaschine herzustellen. Vier symmetrisch angeordnete rechteckige Öffnungen mit den Abmessungen 25 × 20 mm² und 45 × 20 mm² werden in die PMMA-Scheibe gefräst, und dann werden zwei ZirCAD C15- und zwei C40-Zirconiumdioxid-Rohlinge in den Öffnungen angeordnet und die resultierenden ebenen Zwischenräume mit gießbarem LECOSET 100 Befestigungsmaterial gefüllt (erhältlich von LECO, Produkt #812-125). Zwei 3-Einheiten-Brücken und zwei Molare werden in die Teilrohlinge gefräst. Wenn eine einstückige 100 mm Zirconiumdioxidscheibe verwendet wird, muss das verbleibende Zirconiumdioxid entsorgt werden, wie es in 2 gezeigt ist. Im Fall eines Clusterrohlings werden die Überreste der Teilrohlinge entfernt, und die PMMA-Rahmenkonstruktion kann wiederverwendet werden, um den nächsten Clusterrohling zusammenzusetzen.
Alle Zahlen, die Größen oder Parameter ausdrücken, die in der Beschreibung verwendet werden, sind so zu verstehen, dass sie in allen Fällen zusätzlich durch den Begriff ”ungefähr” modifiziert sind. Ungeachtet dessen, dass die angegebenen numerischen Bereiche und Parameter und der breite Bereich des hierin angegeben Gegenstands Näherungen sind, sind die angegebenen numerischen Werte so präzise wie möglich angegeben. Zum Beispiel kann jeder numerische Wert inhärent bestimmte Fehler, wie es durch die mit ihren jeweiligen Messverfahren verbundene Standardabweichung angegeben ist, oder Rundungsfehler oder Ungenauigkeiten enthalten.
Auch wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen von ihr beschrieben worden ist, ist es für Fachleute ersichtlich, dass Hinzufügungen, Auslassungen, Modifikationen und Ersetzungen, die nicht speziell beschrieben sind, vorgenommen werden können, ohne den Geist und Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6979496 [0004, 0006]
US 6485305 [0007]
US 6769912 [0007]
US 7214435 [0007]
US 6669875 [0007]
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US 6224371 [0007]
US 6991853 [0007]
US 6660400 [0007]
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US 6775581 [0011]
US 7024272 [0011]
US 7110849 [0011]
US 5662566 [0067]

Claims

Clusterfräsrohling zur Herstellung dentaler Artikel, der aufweist: eine Rahmenkonstruktion, die konstruiert ist, um mit einem Rohlingshalter eines bestehenden CAD/CAM-Systems zusammenzuwirken, und eine Vielzahl von Teilrohlingen, die an der Rahmenkonstruktion befestigt sind.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 1, bei dem die Teilrohlinge in einer adressierbaren Matrix angeordnet sind, wobei die adressierbare Matrix aus Parametern ausgestaltet ist, die aus einer Historie früherer Fräsvorgänge oder früherer Geschäftsvorgänge erhalten wurden, wobei die Teilrohlinge Eigenschaften haben, die mit Parametern in Zusammenhang stehen, die aus einer Historie früherer Fräsvorgänge oder früherer Geschäftsvorgänge erhalten wurden.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Eigenschaften Materialtyp, Materialeigenschaften, Größe des Teilrohlings, Form des Teilrohlings und/oder Farbton des Teilrohlings aufweisen.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 2 oder nach den Ansprüchen 2 und 3, bei dem die Parameter Falltyp, Materialauswahlparameter, Größe des dentalen Artikels, Form des dentalen Artikels, Farbton des dentalen Artikels, optimale Werkzeugbahn und Fräsparameter aufweisen.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 4, bei dem die Fräsparameter Werkzeugtyp, Schnitttiefe, Zuführgeschwindigkeit, Umdrehungen pro Minute (rpm) und/oder Lineargeschwindigkeit aufweisen.
Clusterfräsrohling nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rahmenkonstruktion aufweist: eine Vielzahl von Teilrohlingen, die an der Rahmenkonstruktion befestigt sind, wobei ein Teil der Teilrohlinge in dentale Artikel gefräst werden soll, wobei der Teil der Teilrohlinge, der gefräst werden soll, vollständig außerhalb der Rahmenkonstruktion angeordnet ist.
Clusterfräsrohling nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rahmenkonstruktion aufweist: eine Vielzahl von Teilrohlingen, die in der Rahmenkonstruktion angeordnet sind, wobei die Rahmenkonstruktion ein obere Segment und ein unteres Segment aufweist, und eine Vielzahl von in der Vielzahl von Öffnungen angeordneten Aufnahmen zum Festhalten der Vielzahl von Teilrohlingen in der Rahmenkonstruktion.
Clusterfräsrohling nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rahmenkonstruktion aus einem Kunststoff-, Verbundwerkstoff- oder metallischen Material ausgebildet ist.
Clusterfräsrohling nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilrohlinge mechanisch oder adhäsiv an der Rahmenkonstruktion befestigt sind oder integral mit der Rahmenkonstruktion sind.
Clusterfräsrohling nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilrohlinge aus einem oder mehreren ausgebildet sind von: einer dentalen Keramik, einem dentalen Polymer, Verbundwerkstoff oder einem metallischen Material.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 1, bei dem die Rahmenkonstruktion in der Form einer Scheibe vorgesehen ist, die einen äußeren Ring und einen inneren Kern aufweist, wobei der äußere Ring eine Reihe von Teilrohlingen hält und der innere Kern eine Reihe von Teilrohlingen hält.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 11, bei dem die Rahmenkonstruktion in der Form kreisförmig, oval oder polygonal ist.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei dem die Teilrohlinge an Stäben befestigt sind, wobei die Stäbe unmittelbar an der Rahmenkonstruktion befestigt sind.
Clusterfräsrohling zur Herstellung dentaler Artikel, der aufweist: eine Rahmenkonstruktion, die konstruiert ist, um mit einem Rohlingshalter eines bestehenden CAD/CAM-Systems zusammenzuwirken, der eine Vielzahl von Öffnungen zur Aufnahme von Teilrohlingen hat, eine Vielzahl von Teilrohlingen, die in der Rahmenkonstruktion angeordnet sind, wobei die Rahmenkonstruktion ein oberes Segment und ein unteres Segment aufweist, und eine Vielzahl von in der Vielzahl von Öffnungen angeordneten Aufnahmen zum Festhalten der Vielzahl von Teilrohlingen in der Rahmenkonstruktion.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 14, bei dem die Aufnahmen aus einem flexiblen, elastischen oder Gummimaterial hergestellt sind.
Clusterfräsrohling nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei dem die Aufnahmen einen Flansch aufweisen, der an dem Umfang des Halters angeordnet ist, wobei der Flansch durch das obere Segment in der Rahmenkonstruktion festgehalten wird.
Clusterfräsrohling nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Aufnahmen durch eine Schnappverbindung oder einen Presssitz an dem Clusterfräsrohling befestigt sind.
CAD/CAM-System zur Herstellung dentaler Artikel, das aufweist: eine oder mehrere Fräsmaschinen, einen oder mehrere Rohlingshalter in der einen Fräsmaschine oder den mehreren Fräsmaschinen, einen Clusterfräsrohling, der eine Rahmenkonstruktion aufweist, die konstruiert ist, um mit dem einen Rohlingshalter oder den mehreren Rohlingshaltern zusammenzuwirken, und eine Vielzahl von Teilrohlingen, die an der Rahmenkonstruktion befestigt sind.
CAD/CAM-System nach Anspruch 18, das ferner Verschachtelungssoftware aufweist, die zumindest ein Niveau erster Ordnung an Funktionalität, ein Niveau zweiter Ordnung an Funktionalität oder ein Niveau dritter Ordnung an Funktionalität aufweist.
CAD/CAM-System nach Anspruch 19, bei dem die Verschachtelungssoftware die Anzahl, den Typ, die Größe, den Farbton und die Anordnung von Teilrohlingen optimiert, die in die Rahmenkonstruktion passen können, um Fräsaufträge auszuführen, die in einer Auftragswarteschlange darauf warten, fertig gestellt zu werden.
CAD/CAM-System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Rahmenkonstruktion in der Form einer Scheibe mit einer Reihe von Teilrohlingen vorgesehen ist, die in der Scheibe angeordnet sind.
CAD/CAM-System nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem die Rahmenkonstruktion eine Vielzahl von Öffnungen zur Aufnahme von Teilrohlingen aufweist, wobei die Rahmenkonstruktion ein oberes Segment und ein unteres Segment aufweist und eine Vielzahl von in der Vielzahl von Öffnungen angeordneten Aufnahmen zum Festhalten der Vielzahl von Teilrohlingen in der Rahmenkonstruktion.