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Die vorliegende Erfindung betrifft
mehrfarbige Formkörper
für die
Weiterverarbeitung zu einer Zahnrestauration und eine Vorrichtung
zur Herstellung dieser Formkörper.
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Hintergrund der Erfindung bildet
der dentaltechnische Bereich, wobei aus einem keramischen Formkörper oder
aus einem Kunststofformkörper
die Zahnrestauration bspw. eine Zahnkrone, ein Inlay, ein Onlay, ein
Veneer, herausgearbeitet wird. Das Herausarbeiten erfolgt in zunehmendem
Maße maschinell,
wobei bspw. das CAD/CAM-Verfahren oder das Kopierfräsverfahren
zur Anwendung kommen.
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Um den ästhetischen Ansprüchen gerecht
zu werden und Zahnrestaurationen mit einer Farbgebung zu erzielen,
welche von der Farbe oder auch von den Verfärbungen natürlicher Zähne nicht oder kaum unterscheidbar
ist, werden mehrfarbige Formkörper
hergestellt.
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Aus der
EP 0 455 854 A 1 ergibt sich
bspw. ein keramischer Formkörper
aus üblichem
Keramik- oder Porzellanmaterial mit mehreren farblich unterschiedlichen
Schichten von glasartig durchscheinend im okklusalen Bereich bis
gelblich opak im zervikalen Bereich. Angaben darüber, wie der mehrschichtige
Mehrfarbformkörper
hergestellt wird, sind der Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.
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Des weiteren offenbart die
US 4 970 032 einen mehrfarbigen
Kunststoffformkörper
mit vorgegeben variierenden Farbschichten, die übereinander um einen Kern angeordnet
sind. Zur Herstellung des Kerns und der Schichten wird ein Spritzformgebungsverfahren
angewendet. Im Ergebnis wird ein Block erhalten, dessen Farbschichten
deutlich voneinander abgegrenzt sind, was einer Annäherung an
das natürliche
Zahnfarbbild nicht zuträglich
ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mehrfarbigen Formkörper für die Weiterverarbeitung
zu einer Zahnrestauration zu schaffen, der sowohl ein keramischer
Formkörper
als auch ein Kunststofformkörper
sein kann, kostengünstig
ist und einen kontinuierlichen Farbverlauf aufweist. Des weiteren
soll zur Herstellung des Formkörpers
eine Vorrichtung angegeben werden.
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Die voranstehende Aufgabe wird bezüglich des
Formkörpers
durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach werden mindestens
zwei unterschiedlich gefärbte
Ausgangsmaterialien in eine, im wesentlichen die Form des Formkörpers vorgebende
Preßmatrize
eingefüllt
und zum Formkörper
verpreßt.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß der Farbverlauf
optimal und entsprechend den hohen Anforderungen an die Ästhetik
des Zahnfarbbildes unabhängig
vom Ausgangsmaterial eingestellt werden kann, wenn die Ausgangsmaterialien
miteinander verpreßt
werden. Die Kontaktflächen
werden mit Druck beaufschlagt und die unterschiedlich gefärbten Ausgangsmaterialien
werden im Grenzbereich in innigen Kontakt gebracht, so daß dort eine – wenn auch
geringe – Vermischung
stattfindet. Infolge dieser Vermischung, welche durch die Form und
Größe der Teilchen
der Ausgangsmaterialien und/oder durch den Preßdruck beeinflußt werden
kann, ist ein fließender
Farbverlauf erzielbar und der tatsächliche Grenzverlauf zwischen
den Ausgangsmaterialien ist nicht ersichtlich. Andererseits können im
Wege des Preßverfahrens
optional auch deutlich gegeneinander abgegrenzte Farbbereiche erzeugt
werden. Durch die Anwendung des Preßverfahrens können bei
niedrigen Kosten infolge geringeren Vorbereitungsaufwandes sowohl
Kunststoff als auch Keramik als Ausgangsmaterialien eingesetzt werden.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die Ausgangsmaterialien sukzessive in die Preßmatrize
eingefüllt,
so daß horizontale
Schichten entstehen, welche unterschiedliche oder gleiche Schichtdicken
aufweisen. Alternativ könnte
auch eine Befüllung
derart erfolgen, daß gleichzeitig
mehrere Ausgangsmaterialien an verschiedenen Punkten der Matrize
eingefüllt
werden, wobei sich ein vertikaler Schichtverlauf ergeben kann. Die
Ausgangsmaterialien könnten
bspw. auch ringförmig
verfüllt
werden, was bspw. bei Kronen von Vorteil ist, wobei es auf die Lage
der Farbanteile besonders ankommt.
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Besonders bevorzugt wird der Formkörper im
Wege des Trockenpressens erstellt, wobei die Teilchen der Ausgangsmaterialien
an den Grenzflächen
besonders innig ineinandergreifen und die Mischungsschicht ausbilden.
In bekannter Weise könnten
den Ausgangsmaterialien zum Trockenpressen Preßhilfsmittel zugesetzt werden.
Für keramische
Ausgangsmaterialien könnten
als Binder Polyvinylalkohole, Cellulosederivate und Alginaten und
als Gleitmittel Wachs verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
könnten
die Ausgangsmaterialien während
des Trockenpressens. mit Temperatur beaufschlagt werden. Hierdurch
werden auch andere Eigenschaften als die Farbigkeit beeinflußt, insbesondere
die Festigkeit des Formkörpers
im einerseits und im Bereich der aneinandergrenzenden Ausgangsmaterialien
andererseits. Bei keramischen Ausgangsmaterialien kommt die Heißisostatik. Bei
Kunststoffen das Heißpressen
mit erhitzten Werkzeugen in Betracht.
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Der verpreßte und aus der Matrize entfernte
Formkörper
könnte
außerdem
einer Temperaturbehandlung unterzogen werden, insbesondere um die
Festigkeit zu erhöhen.
Auch andere Gefügeeigenschaften
können
bei einer nachgeschalteten Temperaturbehandlung eingestellt werden.
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Die bereits voranstehend erläuterte vorteilhafte
Möglichkeit,
durch das Preßverfahren
kontinuierlich ineinander übergehende
Ausgangsmaterialien bzw. Schichten zu erzeugen, könnte durch
den Einsatz stärker oder
schwächer
kontrastierender Farben auf Wunsch manipuliert werden.
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Damit eine gute Kompatibilität der Ausgangsmaterialien
untereinander gewährleistet
ist, könnten
diese im wesentlichen dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen
und sich nur im Hinblick auf die Färbung unterscheiden. Was die
physikalische Beschaffenheit der Ausgangsmaterialien angeht, so
können
diese als Pulver, Granulat oder plastische Masse vorliegen. Auch
hier ist es von Vorteil, wenn alle Ausgangsmaterialien für einen
Formkörper
in der selben verpreßbaren
Form eingesetzt werden.
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Wie bereits oben erwähnt, könnte als
Ausgangsmaterial ein keramischer Werkstoff verwendet werden. In
Betracht käme
ein keramische Werkstoff, der auf natürlichem- Feldspat oder Oxidkeramik
basiert. Bevorzugt wird jedoch ein keramischer Werkstoff eingesetzt,
der synthetisch hergestellt ist und auf Metalloxiden, nämlich zumindest
SiO2, K2O und A12O3, und/oder deren
Nitraten und Carbonaten basiert. Der keramische Werkstoff könnte auch
aus Mischungen von Oxidkeramik und/oder natürlichem Feldspat und dem synthetisierten
Werkstoff bestehen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist
der keramische Werkstoff zumindest teilweise ein synthetischer Werkstoff,
welcher zumindest auf SiO2, K2O
oder Al2O3 basiert
.
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Im Vergleich zu keramischen Formkörpern aus
natürlicher
Feldspatkeramik ist die synthetische Keramik sehr vorteilhaft. Bei
der natürlichen
Feldspatkeramik werden natürliche
Rohstoffe eingesetzt, was mit einigen Nachteilen verbunden ist.
Es können
nur sehr reine Feldspäte
verwendet werden, um den optischen Ansprüchen von Zahnrestaurationen
zu genügen.
Die Beschaffung derart reiner Rohstoffe ist schwierig und kostspielig.
Selbst sehr reine Feldspäte
müssen
handverlesen werden, da natürlich
vorkommende Verunreinigungen selektiert werden müssen. Außerdem weisen die natürlichen
Feldspäte
in Abhängigkeit
von der geologischen Vorgeschichte unterschiedliches Schmelzverhalten
auf, was eine Reproduzierbarkeit des Herstellungsverfahrens – bspw.
im Hinblick auf Brenntemperaturen und Brennzeiten – erschwert
und die Qualität
beeinträchtigt.
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Bezüglich der Verwendung einer
synthetischen Keramik ist als vorteilhaft erkannt worden, daß eine kostengünstige Herstellung,
eine im wesentlichen schwankungsfreie Qualität und damit auch eine gute
Reproduzierbarkeit eines Formkörpers
realisiert werden kann, wenn dieser aus einem synthetischen Werkstoff
besteht und wenn bei dem Verfahren als Ausgangsmaterialien reine
Metalloxide oder deren Nitrate oder Carbonate oder Metalloxidverbindungen
eingesetzt werden. Auf diese Weise werden naturgegebene Verunreinigungen
oder Beschaffungsprobleme natürlicher
Rohstoffe ausgeschaltet. Zudem ergeben sich die Kostenvorteile auch
aus der großtechnischen
Herstellbarkeit der reinen Metalloxide oder -verbindungen, deren
gleichbleibender Produktqualität,
kürzeren
Fertigungszeiten bei der Verarbeitung und einer höheren Transparenz
aufgrund der Reinheit.
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Der bevorzugte synthetische keramische
Werkstoff, welcher – ähnlich wie
bei einem Baukastensystem – mit
weiteren Stoffen zur Erzielung bestimmter Eigenschaften modifiziert
werden kann, weist folgenden Grundversatz auf:
| SiO2 | 58
bis 65 % |
| Al2O3 | 10
bis 16 % |
| K2O | 12
bis 18 % |
| Na2O | 1
bis 5 % |
| CaO | 1
bis 5 % |
| Li2O | 0
bis 5 % |
| B2O3 | 0
bis 5% |
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Der synthetische keramische Werkstoff
wird dadurch gewonnen, daß die
Metalloxide, deren Karbonate und/oder Nitrate vorzugsweise trocken
gemischt werden, daß das
Gemisch zum Erhalt einer leucithaltigen Fritte vorzugsweise bei
Temperaturen von 1350°C
bis 1600°C
geschmolzen oder gesintert wird und die so erhaltene Fritte bei
Temperaturen von 600°C
bis 1000°C
getempert und anschließend
in eine verpreßbare
Form verbracht wird.
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Während
des Schmelzens oder Sinterns des Metalloxidgemisches werden zwei
Phasen – nämlich die Leucitkristalle
einerseits und die Glasphase andererseits – ausgebildet. Zur gezielten
qualitativen und quantitativen Einstellung der Leucitkristalle,
könnte
sich ein gezielter Tempervorgang mit Haltezeiten in verschiedenen
Temperaturbereichen von ca. 1 h bis 10 h anschließen. Damit
eine Weiterverarbeitung der Fritte zum Formkörper erfolgen kann, wird diese
in eine für
das Preßverfahren
geeignete Form überführt. Zunächst wird die
in großen
Stücken
vorliegende getemperte Fritte auf eine Korngröße von ca. 10, μm zerkleinert.
Das so erhaltene Pulver könnte
nun direkt zum Formkörper
verpreßt
werden. Im Hinblick auf eine bessere Verarbeitbarkeit wird es jedoch
bevorzugt, das Pulver zu dispergieren, in einen Sprüh- oder
Wirbelschichttrockner zu pumpen und ein Granulat zu gewinnen, welches
zum Formkörper
verpreßt
wird.
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Bevor die Formgebung des Formkörpers stattfindet,
könnte
die Fritte mit weiteren Stoffen modifiziert werden, so daß gezielt
Eigenschaften des Ausgangsmaterials eingestellt werden können.
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Die Modifizierung der Fritte erfolgt
bevorzugt nach dem Zerkleinern. Der weitere Stoff könnte mit
dem Frittenpulver bspw. in einer Mühle trocken vermischt werden
oder auch zu einem Schlicker dispergiert werden. Der Herstellung
eines Schlickers wird dann der Vorzug gegeben, wenn ohnehin ein
Granulat zum Pressen bereitgestellt werden soll.
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Mit der Modifizierung der Fritte
könnten
bspw. der Wärmeausdehnungskoeffizient,
die Brenntemperatur, die Transparenz oder die Festigkeit verändert werden.
Zur gezielten Beeeinflussung der vorgenannten Eigenschaften könnte die
Fritte mit einer weiteren Fritte verschnitten werden.
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Zur Erhöhung der Festigkeit und/oder
des Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat sich zwei Fritten mit folgenden Grundversätzen herausgestellt:
| 1.) | |
| SiO2 | 50
bis 55 % |
| Al2O3 | 18
bis 25 % |
| K2O | 13
bis 20 % |
| Na2O | 1
bis 5 % |
| CaO | 0
bis 3 % |
| Li2O | 0
bis 5 % |
| TiO2 | 2
bis 8 % |
| 2.) | |
| SiO2 | 50
bis 55 % |
| Al2O3 | 18
bis 25 % |
| K2O | 13
bis 20 % |
| Na2O | 1
bis 5 % |
| CaO | 0
bis 3 % |
| Li2O | 0
bis 5 % |
| TiO2 | 0
bis 3 % |
| B2O3 | 0
bis 3 % |
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Die Erhöhung der Festigkeit spielt
im Hinblick auf die Kaubelastungen der Zahnrestauration eine große Rolle.
Des weiteren ist die hohe Festigkeit auch für die Weiterverarbeitung des
Formkörpers
zur Zahnrestauration relevant. Bei der Weiterverarbeitung kommen
diverse Trennwerkzeuge, wie Fräs-und Schleifwerkzeuge,
zum Einsatz, welche den Formkörper
mit großen
Kräften
beaufschlagen.
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Zur Verbesserung der Transparenz
hat sich eine Fritte mit nachfolgend aufgeführtem Grundversatz als vorteilhaft
erwiesen:
| SiO2 | 60
bis 65 % |
| Al2O3 | 10
bis 15 % |
| K2O | 10
bis 15 % |
| Na2O | 2
bis 7 % |
| CaO | 1
bis 5 % |
| Li2O | 0
bis 1 % |
| TiO2 | 0
bis 3 % |
| B2O3 | 0
bis 3 % |
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Auch die Luminescenz der Fritte könnte beeinflußt werden,
was gerade mit Blick auf die Anwendung der Zahnrestauration und
die damit verbundenen ästhetischen
Ansprüche
von Bedeutung ist.
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Insbesondere könnte die Fritte zur Einstellung
der Fluoreszenz mit einem Fluoreszenzmittel versetzt werden.
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Eine weitere und für die erfindungsgemäße Lehre
im Hinblick auf die Mehrfarbigkeit der Formkörper wesentliche Modifizierung
der Fritte stellt deren farbliche Einstellung dar. Im zahntechnischen
Bereich müssen unterschiedlichste
Zahnfarben bereitgestellt werden, um dem individuellen Zahnfarbbild
der Patienten entsprechen zu können.
Der Fritte könnten
verschiedene Pigmente zugesetzt werden, so daß eine Sortiment unterschiedlich
gefärbter
Fritten bereitgestellt werden kann und allerfeinste Farbabstufungen,
wie sie am einzelnen natürlichen
Zahn vorkommen, realisierbar sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
könnte
eine Schicht eines temperaturbehandelten, mehrfarbigen Formkörpers folgenden
Grundversatz aufweisen:
| SiO2 | 58
bis 65 % |
| Al2O3 | 13
bis 20 % |
| K2O | 11
bis 18 % |
| Na2O | 1
bis 6 % |
| CaO | 0
bis 4 % |
| Li2O | 0
bis 1 % |
| TiO2 | 0
bis 2 % |
| B2O3 | 0
bis 4 % |
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An dieser Stelle wird ausdrücklich darauf
hingewiesen, daß die Grundversätze und
die modifizierten Grundversätze
des synthetischen keramischen Werkstoffes sehr wohl auch zur Herstellung
einfarbiger keramischer Formkörper
eingesetzt werden können.
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Der infolge der Preßformgebung
gewonnene Formkörper
könnte
nun bei Temperaturen von 700°C
bis 1200°C
und zwar unter Vacuum gesintert werden. Die Sinterung unter Vacuum
wirkt sich positiv auf die Transparenz aus, da Gaseinschlüsse vermieden
werden. Als besonders vorteilhaft hat sich eine anschließende Temperung
des Formkörpers
erwiesen, wobei der Leucitanteil und die Größe der Leucitkristalle eingestellt wird.
Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung
am und im Formkörper
zu erzielen, wird ein Formkörper
mit horizontaler Farbschichtung stehend gebrannt, so daß alle Farbschichten
an der Stirnseite des Formkörpers die
Brennunterlage kontaktieren.
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Der temperaturbehandelte Formkörper weist
eine Festigkeit von 100 bis 180 MPa auf, was im Hinblick auf die
Funktionstüchtigkeit
der künftigen
Zahnrestauration von Relevanz ist.
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Hervorzuheben ist die kostengünstige Herstellung,
da es sich um eine synthetische Glaskeramik handelt, die auf synthetisch
gewonnenen und damit großtechnisch
und kostengünstig
herstellbaren Ausgangsstoffen basiert. Außerdem weist ein solcher Formkörper eine
hohe Transparenz und einen sog. Chamäleoneffekt auf, der eine gute
Anpassung an die natürliche
Zahnfarbe ermöglicht.
Des weiteren ist der Zweiphasenaufbau der Glaskeramik – nämlich Leucit
und Glas – durch
die sehr gute Ätzbarkeit
einer qualitativ guten und funktionssicheren adhäsi ven Befestigung am Zahn förderlich.
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Alternativ zu einem keramischen Ausgangsmaterial
könnte
auch ein Kunststoff als Ausgangsmaterial eingesetzt werden. Vorzugsweise
wird ein polymerisierbarer Kunststoff auf der Basis von Acrylat/Methacrylat bzw.
Polyacrylat/Polymethacrylat oder Urethanen/Polyurethanen oder deren
Mischungen eingesetzt. Auch dem Kunststoff könnten zur Einstellung der Farbigkeit
Pigmente und/oder zur Einstellung der Fluoreszenz Fluoreszenzmittel
zugesetzt werden. Ebenso könnte
ein gepreßter
Kunststofformkörper
einer Temperaturbehandlung unterzogen wird, um den Kunststoff zu
verfestigen. Die Verfestigung erfolgt über eine Polymerisationsreaktion.
Alternativ oder additiv könnte
der gepreßte
Kunststofformkörper
zur Verfestigung mit energiereicher Gamma-Strahlung und/oder ultravioletter
Strahlung und/oder sichtbarer Strahlung und/oder Wärmestrahlung bestrahlt
werden.
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Unter dem Aspekt der maschinellen
Weiterverarbeitung des keramischen Formkörpers zu einer Zahnrestauration,
nämlich
Inlays, Onlays, Veneers oder Kronen, ist es von besonderem Vorteil,
wenn der Formkörper
mit einer Halterung konfektioniert werden kann. Die Halterung könnte dann
in bekannter Weise in einer Bearbeitungsmaschine integriert werden.
Denkbar ist es ebenso, den Formkörper
direkt und ohne Halterung in eine Bearbeitungsmaschine einzuspannen.
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Im Hinblick auf die vorrichtungsbezogene
Teilaufgabe, wird die Lösung
durch die Merkmale des Patentanspruches 34 bereitgestellt. Danach
sind einer Presse, insbesondere einer Trockenpresse, separate Hilfseinrichtungen,
wie Rutschen, Schütten.
Rohrzuführungen,
Vibrierrinnen, Füllschuhe,
zum getrennten Befüllen
der Matrize des Preßwerkzeuges
mit den unterschiedlich gefärbten
Ausgangsmaterialien zuordenbar.
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Es haben sich Füllschuhe bewährt zum
sukzessiven Befüllen
der Matrize des Preßwerkzeuges
mit den unterschiedlich gefärbten
Ausgangsmaterialien. Je nach dem, welche Farbschicht erzeugt werden
soll und je nach Höhe
der Befüllung
wird der jeweilige Füllschuh
an der Trockenpreßmaschine
angeordnet und in die Matrize ausgeleert. Von besonderem Vorteil
ist es, wenn für
jede Farbnuance der unterschiedlich gefärbten Ausgangsmaterialien ein
Füllschuh
vorgesehen ist. Auf diese Weise wird Verunreinigungen und damit
verbundenen Farbabweichungen vorgebeugt.
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Über
das Preßwerkzeug
lassen sich die unterschiedlichsten Formen des Formkörpers realisieren. Nach
einem Ausführungsbeispiel
könnte
das Preßwerkzeug
derart ausgestaltet sein, daß beim
Pressen des Formkörper
eine Vertiefung ausgebildet wird. Die Vertiefung ist im Hinblick
auf die Innenbearbeitung einer Zahnkrone vorteilhaft. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
könnte
der keramische Formkörper
bereits im Formgebungsverfahren mit einer Vertiefung für die Innenbearbeitung
einer Zahnkrone versehen werden. Hierzu ist es notwendig, daß das Preßwerkzeug
zur Erstellung des Vertiefung eine entsprechende Ausgestaltung aufweist.
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Die Verteilung der Ausgangsmaterialien
in der Matrize könnte
dadurch erfolgen, daß eine
herausnehmbare Trennwand in die Matrize eingesetzt wird und unmittelbar
vor dem Pressen entnommen wird. Zudem könnte die Preßstempelgestaltung formgebend
auf die eingefüllten
Ausgangsmaterialien wirken.
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Abschließend sei darauf hingewiesen,
daß die
erfindungsgemäße Lehre
nicht auf die voranstehend erörterten
Ausführungsbeispiele
eingeschränkt
ist. Vielmehr sind die unterschiedlichsten keramischen Versätze oder
Kunststoffmischungen oder andere, hier noch nicht berücksichtigte
Werkstoffe als Ausgangsmaterialien möglich.