DE60023315T2

DE60023315T2 - Verfahren zur herstellung eines dentalelementes

Info

Publication number: DE60023315T2
Application number: DE60023315T
Authority: DE
Inventors: Kornelis Frits FEENSTRA
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: EP1207803B1; EP1207804B1; US6921500B1; CA2382772A1; ES2246882T3; EP1207803A1; JP2003507120A; ATE306867T1; CA2382756A1; WO2001013814A1; DE60020574D1; ATE296585T1; WO2001013815A1; DE60020574T2; DE60023315D1; AU6879300A; EP1207804A1; AU6879200A; US6955776B1; NL1012897C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines funktionalen Dentalelement.
Dentalelemente wie beispielsweise Kronen werden in der klinischen Praxis hauptsächlich zur Ersetzen oder Korrigieren von Dentalstrukturen verwendet. Dies kann teilweise oder vollständig verlorene Zähne oder Backen-/Weisheitszähne (Molars) einbeziehen. Bisher sind Materialien für solche Elemente insbesondere auf technologische/physikalische und chemische Eigenschaften untersucht worden. Zur Zeit spielt außerdem der biologische Aspekt eine stärker werdende Rolle.
Dentalelemente können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Zu Beispielen gehören Polymere, Metalle, Verbundwerkstoffmaterialien, Kombinationen aus Porzellan und Metall, Porzellan und anderen Keramikmaterialien. Glas und Keramikmaterialien bilden eine ideale Gruppe von Materialien für Dentalelemente, weil sie hart sind, eine hohe Verschleißbeständigkeit haben, in vielen Medien chemisch inert sind (Bioverträglichkeit) und sich einfach zu einem ästhetischen Dentalelement verarbeiten lassen. Eine breite Anwendung dieser Materialien wird jedoch durch ihre inhärente Sprödigkeit erschwert, die oft das Ergebnis von Einschränkungen des Herstellungsverfahrens und der Materialwahl ist. Neuere Entwicklungen haben zu verschiedenen Keramiksystemen geführt, wie gesinterter Keramik, glasinfiltrierter Keramik und Glaskeramik mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, die weniger spröde sind.
Die Herstellung von Dentalelementen ist in der Praxis eine komplexe und zeitraubende Angelegenheit. Die beteiligten Produkte werden auf individueller Basis gefertigt, da die genaue Form des Elements für jeden Zahn oder Backen-/Weisheitszahn bei jedem Individuum unterschiedlich ist. Konventionelle Tech niken, die oft verwendet worden sind, benutzen eine Form. Da diese Form in der Regel nur ein Mal verwendet werden kann, ist klar, dass diese Techniken sehr kostspielig sind.
In der Vergangenheit sind Techniken vorgeschlagen worden, die vermutlich die Vereinfachung des Herstellungsverfahrens von Dentalelementen ermöglichen. Abe et al. haben in Int. J. Japan Soc. Prec. Eng., Band 30, Nr. 3, 1996, Seiten 278–279, daher vorgeschlagen, ein selektives Lasersintern (SLS) mit Titan durchzuführen. Diese Technik führt jedoch oft zu Schrumpfungen. Es können auch Mikrorisse gebildet werden, die die Technik ungeeignet zur Herstellung von funktionalen Dentalelementen macht. In der europäischen Patentanmeldung 0 311 214 ist vorgeschlagen worden, eine Krone durch Formbeschleifung herzustellen. Eine Formbeschleifung bietet nicht die Möglichkeit der Herstellung gefärbter Elemente. Die Wahl von geeigneten Materialien, die durch Formbeschleifung verarbeitet werden können, ist zudem begrenzt. Keramikmaterialien bilden, wie erwähnt, eine ideale Gruppe von Materialien zur Herstellung von Dentalelementen, weil sie hart, in hohem Maße verschleißbeständig und unter vielen Bedingungen inert sind.
Die US-A-5 690 490 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Konzeptmodells für ein Dentalelement durch eine sogenannte Nadelkopfformung. Das Verfahren beinhaltet die Verwendung einer Art von Matrixdrucktechnik, bei der Material aufgesprüht wird. Der Drucker wird mit einem CAD/CAM-Programm gesteuert. Die Daten, die dieses Programm verwendet, sind durch Laserabtastung des zu ersetzenden Zahns oder Backen-/Weisheitszahns (Molar) erhalten worden.
In der US-A-5 823 778 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dentalelements beschrieben, bei dem ein Abdruck der Zähne eines Patienten erhalten wird, der anschließend als Form zur Herstellung einer Kopie eines Dentalelements verwendet wird. Dieses Element wird in Schichten zerlegt, und jede Schicht wird abgetastet, um ein dreidimensionales Computermodell des Dentalelements zu erhalten.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Technik, nach der funktionale Dentalelemente auf eine flexible und effiziente Weise hergestellt werden können. Ein weiteres Ziel für die Technik liegt darin, keine Form zu verwenden und die Herstellung von Dentalelementen aus polymerem, metallischem oder keramischem Material oder aus Kombinationen derselben zu ermöglichen.
Es ist überraschenderweise gefunden worden, dass die angegebenen Ziele durch Herstellung eines Dentalelements unter Verwendung einer dreidimensionalen Drucktechnik erreicht werden.
Dreidimensionale Drucktechniken sind als solche bekannt und unter anderem in der EP-A-0 431 924, der US-A-5 902 441 und den internationalen Patentanmeldungen 94/19112, 97/26302 und 98/51747 beschrieben. Hinsichtlich einer Beschreibung der Details der Technik wird auf die genannten Dokumente verwiesen.
In der US-A-5 902 441 wird ein dreidimensionales Druckverfahren beschrieben, bei dem die individuellen Querschnittbereiche durch Drucken eines wässrigen Lösungsmittels auf die Mischung, die das Bindemittel enthält, aufgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren, wie es in den Ansprüchen spezifiziert ist, ist prinzipiell zur Herstellung aller Typen von Dentalelementen geeignet. Zu Beispielen gehören Kronen (Front- und Seitenzähne), Inlays, Auflagenfüllungen, okklusale Auffüllungen, Teilkronen, Fixatoren und Verblendungen (Veneers).
Vorzugsweise wird bei einem Patienten, bei dem ein Dentalelement ersetzt/platziert werden soll, zuerst genau gemessen, welche Form das Element haben soll. Oft ist der Ausgangspunkt, wenn möglich, die Form des Zahns oder Backe-/Weisheitszahns (Molaren) oder des Teils desselben, der ersetzt werden soll. Es ist bevorzugt, dass die Messung auf eine Weise erfolgt, die für den Patienten so wenig unbehaglich wie möglich ist. Besonders geeignete Techniken zur Messung der Form des Dentalelements verwenden optische Abtasttechniken, und verwenden insbesondere Laser. Dadurch werden Daten der gewünschten Form und Abmessungen in elektronischer Form erhalten, die direkt in einem Computer betrachtet werden können. Die elektronischen Daten der Form und Dimensionen des Dentalelements werden vorzugsweise durch einen Computer verwendet, um die Ausführung der dreidimensionalen Drucktechnik zu steuern. Ein weiteres geeignetes Messverfahren ist die CEREC-Technik, Sironal Dental Systems GmbH, Bensheim, Deutschland.
Bei der dreidimensionalen Drucktechnik wird ein geeignetes Material in aufeinanderfolgenden Schichten aufgebracht, während spezielle Schritte durchgeführt werden, um zu gewährleisten, dass jede Schicht nur an speziellen erwünschten Punkten an der vorhergehenden Schicht haftet. Diese speziellen Schritte werden durch die gewünschte Form des Dentalelements bestimmt und vorzugsweise durch die oben genannten elektronischen Daten gesteuert.
Erfindungsgemäß wird in den spezifischen genannten Schritten ein Bindemittel verwendet. Dieses Bindemittel wird nur an den gewünschten spezifischen Punkten auf eine vorhergehende Schicht aufgebracht. Wenn auf das Bindemittel eine Schicht aus beispielsweise Keramikmaterial aufgebracht wird, aus dem das Dentalelement geformt werden soll, haftet dies nur an den erwünschten Punkten. Das nicht-haftende Pulver, das demnach nicht mit dem Bindemittel in Kontakt kommt, kann einfach entfernt werden.
Das Bindemittel wird durch einen Druckkopf auf die gewünschten Punkte aufgebracht, gesteuert durch den Computer auf Basis der beim Messen erhaltenen Daten. Danach wird ein Pulver des Materials aufgebracht, das zur Herstellung des Dentalelements ausgewählt worden ist.
Es ist auch möglich, von oben nach unten zu arbeiten und eine Bindemittelschicht auf der unteren Seite einer Platte bereitzustellen und anschließend das Bindemittel in das Pulver zu tauchen. In dieser letzten Variante können in einfacher Weise verschiedene Arten von Pulver für verschiedene Schichten verwendet werden. In beiden Fällen bindet das Pulver nur an Punkten, wo Bindemittel aufgebracht worden ist. Indem diese Schritte ausreichend oft wiederholt werden, wird schließlich die gewünschte Form des Dentalelements erhalten. Das Bindemittel kann schließlich durch Sintern entfernt werden.
Gemäß einer Alternative zu diesem Verfahren wird zuerst loses Pulver in ein Pulverbett gelegt und anschließend Bindemittel lokal aufgebracht, um Bindung an den gewünschten Punkten zu erhalten. So können in der Tat Bindemittel und Pulver in beliebiger sequentieller Reihenfolge aufgebracht werden.
Das Substrat, das bearbeitet wird, kann durch wenige Schichten von losem Pulver gebildet werden, so dass das zu bildende Dentalelement leicht von dem Substrat gelöst werden kann. Beim Sintern wird vorzugsweise ein nicht-haftendes Substrat, beispielsweise eine Metallplatte, verwendet.
Wegen der Genauigkeit der Daten, die durch Messen mithilfe einer Lasertechnik erhalten werden können, und wegen der Genauigkeit, mit der ein Computer auf Basis jener Daten einen Druckkopf steuern kann, können die gewünschte Form und die ge wünschten Abmessungen des Dentalelements in sehr genauer weise erhalten werden. Während es bei den herkömmlichen Techniken erforderlich war, ein Dentalelement mehrfach formlich zu verändern, nachdem es in einer Form geformt worden war, reicht es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren normalerweise aus, das formliche Verändern ein einziges Mal durchzuführen. In Abhängigkeit von dem Material, das für das Dentalelement ausgewählt worden ist, kann dieses zusätzliche formliche Verändern durch Mahlen (Schleifen), Feilen, Polieren, Sanden, Strahlen oder durch Verwendung eines Kugelbetts (einer vibrierenden Box, die Schleifkugeln enthält) durchgeführt werden.
Das Bindemittel, das bei einem erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, sollte in einem geeigneten Lösungsmittel zu einer Lösung mit einer Viskosität von 1–40 mPas, vorzugsweise etwa 3 mPas, und einem Beladungsgrad von 3–10 Gew.-% löslich sein. Das Bindemittel hat somit vorzugsweise ein relativ niedriges Molekulargewicht. Beispiele für geeignete Bindemittel sind kolloidales Siliciumdioxid, Polyvinylacetat (PVA), Stärkekleber, Acrylate, Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid (PEO), Ethylenvinylacetat (EVA) und Derivate davon.
In dem Bindemittel wird oft ein Färbungsmittel verwendet. Geeignete Färbungsmittel basieren normalerweise auf anorganischen Pigmenten mit einem hohen SiO₂-Gehalt, der sie wärmebeständig macht. Diese Substanzen sind als solche bekannt und im Handel erhältlich, beispielsweise von Carmen, Esprident GmbH, Ispringen, Deutschland, oder VITA Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co., Bad Zäckingen, Deutschland. Vorzugsweise werden ein oder mehrere der folgenden Färbungsmittel verwendet: SiO, CoO, ZnO, Cr₂O₃, TiO₂, Sb₂O₃, Fe₂O₃ und MnO₂. In Abhängigkeit von der gewünschten Dentalfarbe werden Färbungsmittel vorzugsweise in Mengen von bis zu 10 Gew.-% verwendet, bezogen auf das Gewicht des Pulvers. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass an verschiedenen Punkten in dem Dentalelement verschiedene Farben verwendet werden können, gewünschtenfalls mit einer transparenten äußeren Schicht, was eine natürliche optische Tiefenwirkung ergibt. Durch diese und andere Vorteile ähnelt ein Dentalelement einem echten Zahn oder Molaren extrem detailgetreu.
Dieses Bindemittel kann, wie gesagt, mit einem Druckkopf auf ein geeignetes Substrat aufgebracht werden. Der Druckkopf wird durch einen Computer auf Basis der Daten gesteuert, die durch frühere Messungen an dem Patienten zu dem Zweck des Dentalelements erhalten wurden. Beispiele für geeignete Druckköpfe sind beispielsweise Tintenstrahlköpfe vom kontinuierlichen oder Tropfen-nach-Bedarf- (drop-on-demand)-Typ. Der Druckkopf hat vorzugsweise eine Sprühdüse mit einem Durchmesser zwischen 10 und 100 μm, insbesondere zwischen 25 und 75 μm und einer Länge zwischen 50 und 150 μm.
Das Pulver, welches verwendet wird, wird auf Basis des Materials gewählt, aus dem das Dentalelement schließlich hergestellt wird. Das Pulver kann sowohl in Trockenform als auch in dispergierter Form. (Aufschlämmung) verwendet werden. Dispersionen werden vorzugsweise in Wasser oder einer wässrigen Lösung hergestellt. Zudem können einige organische Lösungsmittel verwendet werden, wie Isopropanol. Der Fachmann ist in der Lage, auf Basis seines normalen Wissens ein geeignetes Lösungsmittel auszuwählen. Es mag in Abhängigkeit von der Teilchengröße des Pulvers erwünscht sein, eine kolloidale Lösung des Pulvers herzustellen, beispielsweise durch Zugabe von Base, Salz und/oder Tensid. Wenn das Pulver in dispergierter Form verwendet wird, erfolgt vorzugsweise jedes Mal, bevor eine nächste Schicht aufgebracht wird, eine Trocknungsstufe.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in jeder Schicht mehrere Materialien mit unterschiedlicher Beschaffenheit verwendet. Es ist auch möglich und unter einigen Bedingungen sehr günstig, die Zusammensetzung des Pulvers pro aufzubringender Schicht zu modifizieren. Wenn ein Materialtyp pro Schicht aufgebracht wird, wird oft ein Rakel (Aufschlämmung) oder gegeneinander rotierende Walzen (Trockenpulver) verwendet. Wenn pro Schicht mehr als ein Typ von Material aufgebracht wird, wird dies lokal aufgebracht, vorzugsweise mittels ein oder mehrerer computergesteuerter Düsen, die ein oder mehrere Materialien aufbringen können. Die Materialien können sich in der Farbe oder den Eigenschaften voneinander unterscheiden. Hier werden beispielsweise (di)elektrische oder piezoelektrische Eigenschaften berücksichtigt. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Material vorzugsweise in Form einer Aufschlämmung aufgebracht.
Erfindungsgemäß können verschiedene Sorten von Materialien verwendet werden, insbesondere sowohl Keramikmaterialien als auch Metalle. Das Material ist in Pulverform, damit es geeignet auf das Bindemittel aufgebracht werden kann. In Abhängigkeit von der Größe der Pulverteilchen wird das Pulver in Trockenform oder in dispergierter Form (Aufschlämmung) aufgebracht. Ein feines Pulver führt zu größerer Genauigkeit beim Erreichen der gewünschten Form des Dentalelements. Das Pulver hat vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße (Durchmesser) zwischen 1 nm und 50 μm, insbesondere kleiner als 50 nm, bevorzugter zwischen 10 nm und 25 nm. Der Vorteil hiervon ist, dass Sintern in kurzer Zeit und bei relativ niedriger Temperatur durchgeführt werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass die genannte Teilchengröße eine positive Wirkung auf die Form und die Sinterfähigkeit des zu bildenden Dentalelements hat.
Das Pulver kann aus beliebigem Material zusammengesetzt sein, das konventionell zur Bildung von Dentalelementen ver wendet wird. Für diesen Zweck sind insbesondere Metalle und Keramikmaterialien und Kombinationen davon geeignet.
Wenn ein Keramikmaterial zur Bildung des Dentalmaterials verwendet wird, ist dies vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von SiO₂, Al₂O₃, K₂O, Na₂O, CaO, Ba₂O, CrO₂, TiO₂, BaO, CeO₂, La₂O₃, MgO, ZnO, Li₂O und Kombinationen davon. Keramikzusammensetzungen können gegebenenfalls ferner F oder P₂O₅ enthalten. Besonders geeignete Keramikmaterialien sind die im Handel erhältlichen Zusammensetzungen Vitadur^®, IPS Empress^®, Dicor^®, IPS Empress II^®, Cerestone^®, CerePearl^® and In-Ceram^®.
Wenn zur Bildung des Dentalelements ein Metall verwendet wird, ist dies vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von Legierungen von Gold, Platin, Palladium, Nickel, Chrom, Eisen, Aluminium, Molybdän, Beryllium, Kupfer, Magnesium, Kobalt und Zinn. Eine solche Legierung kann gegebenenfalls auch Silicium enthalten. Hinsichtlich einer Beschreibung der geeigneten Legierungen wird auf J.P. Moffa, Alternatives to Gold Alloys in Dentistry, DHEW Publication N. (NIH), 77–1227 verwiesen.
Dem Pulver kann gewünschtenfalls ein Schmiermittel zusetzt werden, um das Aufbringen des Pulvers in Schichten zu erleichtern. Beispiele für geeignete Schmiermittel sind Stearinsäure oder abgeleitete Stearate, wie Zink- oder Calciumstearat. Ein Schmiermittel wird vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 2 Gew.-% verwendet, bezogen auf das Gewicht des Pulvers.
Wie erwähnt wird vorzugsweise alternierend eine Schicht Bindemittel und eine Schicht Pulver darauf aufgebracht. Die Dicke der Schichten des Pulvers liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,3 mm, insbesondere zwischen 20 und 100 μm, was im Fall geringer Differenzen der Höhenkontur der Schichten für die Oberflächenqualität günstig ist. Die Bindemittelmenge pro Flächeneinheit des Pulvers ist ziemlich kritisch, kann jedoch einfach durch einen Fachmann gemäß der Art des Bindemittels und des verwendeten Pulvers eingestellt werden. Die Menge des Bindemittels liegt normalerweise zwischen 0,005 und 0,3 Gramm pro Quadratzentimeter Pulver. So wird Schicht für Schicht des gewünschten Dentalelemente aufgebaut
Wenn die letzte Schicht aufgebracht worden ist, wird überschüssiges Pulver entfernt, das nicht gebunden worden ist. Dies kann erfolgen, indem das gesamte Pulverbett herausgenommen, gewendet und leicht geschüttelt wird. Reste können durch Blasen entfernt werden, beispielsweise mit Druckluft. Danach können die Pulverteilchen durch Sintern zusammengebunden werden. Vorzugsweise wird vor dem Sintern ein Entbindungsschritt durchgeführt, d. h. eine Behandlung zur Entfernung des Bindemittels. Entbindung kann mittels Wärme oder einem geeigneten Lösungsmittel wie Hexan durchgeführt werden. Weil die meisten Bindemittel eine relativ komplexe Zusammensetzung haben, erfolgt Entbindung vorzugsweise durch Erwärmen unter Verwendung eines Temperaturwegs (beispielsweise von 20 bis 500°C). Ein derartiges Heizschema kann einfach an einen Sinterschritt gekoppelt werden.
Die Dauer und Temperatur, bei der Sintern erfolgt, hängt von der Art des verwendeten Bindemittels und des Pulvers ab. Die Dauer des Sinterns liegt normalerweise zwischen 10 Minuten und 3 Stunden, während die Temperatur typischerweise zwischen 400 und 800°C liegt. Indem so gesintert wird, dass nur Hälse gebildet werden, ist die Schwindung durch den Sinterschritt minimal/vernachlässigbar. Derartige Schwindung kann gegebenenfalls durch Skalieren des CAD-Modells kompensiert werden.
Nach dem Sintern wird das erhaltene Produkt infiltriert, wodurch eine zweite Phase in das Produkt eingeführt wird. Infolgedessen wird die Porosität des Produkts erheblich herabgesetzt. Dichten von mehr als 99% sind machbar. Die Infiltration kann beispielsweise in einem Ofen durchgeführt werden, wo bei das Infiltrationsmaterial gegen das Dentalelement gelegt wird. Das Infiltrationsmaterial schmilzt bei einer niedrigeren Temperatur als das Material des Dentalelements. Das flüssige Infiltrationsmaterial wird durch Kapillarwirkung auf genommen (adsorbiert). Dieser Schritt benötigt eine relativ kurze Zeit und gibt dem Dentalelement die gewünschten Eigenschaften. Ein geeignetes Material hierfür ist beispielsweise Glaskeramik oder ein Polymer. Vorzugsweise wird ein Material verwendet, das zur Verwendung in Dentalelementen zugelassen ist, wie in dem Standard ADA Nr. 15 ANSY MD156.15-1962 beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen werden soll.
Es hat sich in speziellen Fällen als vorteilhaft herausgestellt, das Dentalelement einer thermischen/chemischen Nachbehandlung zu unterziehen, so dass eine optimale Material(mikro)struktur erreicht wird. Das Dentalelement wird somit vorzugsweise kurz auf eine Temperatur zwischen 60 und 150°C erwärmt, insbesondere zwischen 80 und 130°C.
Stattdessen oder in Ergänzung dazu wird vorzugsweise eine thermische Verdichtung bewirkt. Hierfür wird das Dentalelement auf eine Temperatur von mindestens 250°C, vorzugsweise mindestens 400°C und insbesondere mindestens 500°C erwärmt. Diese Behandlung trägt dazu bei, dass das Dentalelement besonders günstige Eigenschaften erhält.
Wenn das Dentalelement durch eines der oben beschriebenen Verfahren gebildet worden ist, kann es vorkommen, dass es noch weiter in gewissem Maße formlich verändert werden muss. Es ist, wie bereits gesagt, ein Vorteil der Erfindung, dass sie das Durchführen der Arbeiten mit großer Genauigkeit ermöglicht. Weitere formliche Veränderung ist daher weniger arbeitsaufwändig als bei den bislang verwendeten Techniken. Weisen zur Durchführung von weiterer formlicher Veränderung schließen unter anderem Mahlen (Schleifen), Feilen, Polieren, Sanden, Strahlen oder Behandlung mit einem Kugelbett ein, was von dem gewählten Material des Dentalelements abhängt.
Die Erfindung wird jetzt in und durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1

Es wurden zwei Bindemittel mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt:

A: – Polyvinylacetat (Optapix PA 4 G)	2 Gew.-%
– Alkoholgehalt	36 Gew.-% (Ethanol)
– Glykol	2 Gew.-%
– Wasser	Rest
B: – Polyvinylacetat (Optapix PA 4 G)	2 Gew.-%
– Alkoholgehalt	34 Gew.-% (Ethanol)
– Glykol	1 Gew.-%
– Wasser	Rest.

Die Zusammensetzungen wurden durch manuelles Zugeben der Bestandteile und Rühren hergestellt. Das Auflösen des Polyvinylacetats dauerte 6 bis 10 Stunden. Durch den Alkoholgehalt konnte die Oberflächenspannung eingestellt werden (eine niedrige Oberflächenspannung erwies sich als günstig).
Beispiel 2
Mit einem Bindjet Drucker (Z402 von der Firma Z Corporation, Burlington, MA, USA) wurden zwei Zylinder unter Verwendung von Aluminiumpulver (Typ CT 3000SG) in Kombination mit nacheinander Bindemittel A und Bindemittel B (siehe Beispiel 1) hergestellt. Die Eigenschaften des Pulvers sind wie folgt:
Tabelle 1: Chemische Reinheit (Gew.-%)
Physikalische Eigenschaften des Pulvers:

– spezifischer Oberflächenbereich BET: 5,5 bis 7,5 m²/g
– Medianwert der Teilchengröße (MPS) d50: 0,5 bis 0,7 μm Cilas 850
– Teilchengröße d90: 1,0 bis 2,0 μm Cilas 850

Keramikeigenschaften des Pulvers:

– Gründichte: 2,22 g/cm³
– gesinterte Dichte: 3,90 g/cm³
– Schwindung: 16,5

Das Aluminiumoxidpulver wird homogen mittels eines Teilers (Art von Rasierklinge/Schneeschaufel/Rakel) über die Bauplattform verteilt. Danach wird die Schicht aus aufgebrachtem losem Pulver mit einer beschichteten Walze (Teflon-Walze mit Polyester-Deckschicht) verdichtet, so dass eine glatte und ebene Schicht aus losem Pulver gebildet wird (wie glattgestrichener Streuzucker). Durch diesen Verdichtungsschritt wird die Anfangsporosität wesentlich herabgesetzt, was für die sogenannte Grünfestigkeit günstig ist. Die Schichtdicke dieser Pulverschicht ist einstellbar und ist auf 0,0625 mm eingestellt worden (die Größe dieses Schrittes bestimmt die Genauigkeit des Folgens der Produktkonturen und kann noch kleiner sein).
Nachdem die gesamte Bauoberfläche mit einer neuen verdichten Pulverschicht versehen worden ist, wird Bindemittel lokal mittels eines Bindemittel-Strahldruckers (Z402 von der Firma Z Corp., siehe auch die WO-A-97/26302) auf das lose Pulver aufgebracht. Der Ort, an den die Bindemittelsubstanz aufgedruckt werden soll, ist zuvor durch Software bestimmt worden. Das Bindemittel dringt so tief in das lose Pulver ein, dass die Pulverteilchen der neuen Schicht aneinander gebunden werden und dass ferner die neue Schicht an die vorhergehende gebunden wird.
Es ist gefunden worden, dass mit der verwendeten Kartusche und der verwendeten Bindemittelsubstanz ein Optimum der Bindemittelmenge 10 × Drucken auf 100 g ist. Die Menge des Bindemittels bei einer gegebenen Schichtdicke beträgt 0,0017 g/cm² pro Tintenstrahldurchlauf. Mit 10 × Tintenstrahlen ist dies demnach 0,017 g/cm², was zu guter Konsistenz der Produkte führt (sie können gehandhabt werden).
Durch Wiederholen der Wiederbeschichtungs- und Tintenstrahlschritte wird schließlich das gesamte Produkt in der grünen Form (= mit Bindemittel) aufgebaut.
Die zylindrischen Produkte, die hergestellt worden sind, haben einen Durchmesser von 16,4 mm und eine Höhe von 18 mm, die Masse ist 5,3 g. Die Experimente wurden in Dreiersätzen durchgeführt. Die Porosität der Aluminiumoxidzylinder war maximal 45% (ohne Verdichtung). Verdichtung führte zu niedrigerer Porosität (geschätzt 55 bis 70%).
Die Zwischenprodukte wurden anschließend einer Entbindung und einer Sinterung gemäß einem speziellen Temperatur-Zeit-Weg unterzogen, wodurch das Erwärmen mit einer Geschwindigkeit von 120°C pro Stunde auf eine Temperatur von 1200°C erfolgte. Diese Temperatur wurde 120 Minuten lang gehalten, danach wurde wiederum mit einer Geschwindigkeit von 120°C pro Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt. Die gesinterten Produkte wurden anschließend mit einer Glaskeramik infiltriert, um die am Ende vorhandenen Festigkeits- und mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Die erhaltenen Eigenschaften entsprechen dem Standard für funktionale Dentalelemente.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines funktionalen Dentalelements, bei dem Schichten aus einem geeigneten Material, das ein Pulver ist, nacheinander aufeinander aufgebracht werden, wobei geeignetes Material keramisches Material, eine Kombination von keramischen Materialien, Metall, eine Kombination von Metallen oder eine Kombination von keramischem Material und Metall umfasst, wobei das Verfahren die Schritte der a) Aufbringung eines Binders auf jeder Schicht aus Pulver an gewünschten Positionen mittels einer dreidimensionalen Drucktechnik, um jede Schicht aus Pulver an die vorhergehende Schicht zu binden, wodurch die Entfernung von überschüssigem, nicht-haftendem Pulver erlaubt wird, b) Unterziehen des in Schritt a) erhaltenen Elements einem Sinterschritt, und c) Unterziehen des in Schritt b) erhaltenen gesinterten Elements einer Infiltration durch eine zweite Phase umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Sinterschritt auf einen Entbindungsschritt folgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gestalt und die Abmessungen des Dentalelements in einem Patienten gemessen werden, während eine optische Abtasttechnik, vorzugsweise eine Lasertechnik verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Lasertechnik Daten über die Gestalt und die Abmessungen in elektronischer Form ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Computer zur Kontrolle eines Druckkopfs, der den Binder auf spezifische gewünschte Positionen aufbringt, auf Basis der durch die Messung erhaltenen Daten verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Binder ausgewählt ist aus kolloidalem Siliciumdioxid, Polyvinylacetat (PVA), Stärkeklebestoffen, Acrylaten, Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid (PEO), Ethylenvinylacetat (EVA) und Derivaten derselben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Pulver ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien wie SiO₂, Al₂O₃, K₂O, Na₂O, CaO, Ba₂O, CrO₂, TiO₂, BaO, CeO₂, La₂O₃, MgO, ZnO, Li₂O und Kombinationen derselben, und Metallen wie Legierungen von Gold, Platin, Palladium, Nickel, Chrom, Eisen, Aluminium, Molybdän, Beryllium, Kupfer, Magnesium, Kobalt und Zinn und Kombinationen von Metallen und keramischen Materialien.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Pulver in dispergierter Form aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem in einer Schicht Pulver verschiedener Art verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem in einer Schicht Pulver verschiedener Farbe verwendet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, bei dem mindestens eine Schicht in der Zusammensetzung von den anderen verschieden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Schichten mit einem Rakel aufgebracht werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 11, bei dem das Pulver lokal mit einer computerkontrollierten Düse aufgebracht wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 13, bei dem mindestens eines der Pulver eine durchschnittliche Teilchengröße kleiner als 50 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dentalelement bei einer Temperatur von 400 bis 800°C für einen Zeitraum zwischen 10 Minuten und 3 Stunden gesintert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem nach dem Sintern eine Infiltration mit einer Glaskeramik oder einem Polymer durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dentalelement außerdem durch Mahlen, Feilen, Polieren, Sanden, Strahlen oder Behandlung mit einem Kugelbett geformt wird.