EP3706662A1

EP3706662A1 - Verfahren zur herstellung eines formkörpers

Info

Publication number: EP3706662A1
Application number: EP18796679.1A
Authority: EP
Inventors: Thomas Jobst; Christof Ellerbrock; Armin KIRSTEN; Christoph Stark; Sebastian ULLRICH; Christian Steinmetz; Reinhard HEISTER; Vitali DEJKUN; Stefan MISCHLIWSKI
Original assignee: Form For Function Fraeszentrum GmbH; Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG; Technische Universitaet Darmstadt; Imes Icore GmbH
Current assignee: Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG; Technische Universitaet Darmstadt; Imes Icore GmbH
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-09-16
Also published as: JP7337055B2; WO2019092124A1; CN112040903A; KR20200140787A; US20210196435A1; AU2018363754A1; JP2021510312A; CA3082189A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein maschinelles und automatisiertes Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und einen mittels des vorgestellten Verfahrens hergestellten Formkörper.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers

Die vorliegende Erfindung betrifft ein maschinelles Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und einen mittels des vorgestellten Verfahrens hergestellten Formkörper.

Die pass- und maßgenaue Herstellung eines einmaligen, individuellen beziehungsweise unregelmäßigen Formkörpers ist in der Regel mit einem hohen wirtschaftlichen und technischen Aufwand verbunden. Auch wenn in vielen Fällen die Herstellung computergestützt erfolgt, beispielsweise durch Digitalisierung der Urformen und Herstellung über CAD/CAM-Module, so kann bei der abschließenden Bearbeitung in den meisten Fällen nicht auf eine manuelle menschliche Nachbearbeitung und Anpassung verzichtet werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn neben der Maß- und Passgenauigkeit andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Ästhetik des Formkörpers, von Bedeutung für die jeweilige Anwendung sind. Hier sind insbesondere medizinische und kosmetische Verwendungen zu nennen, beispielsweise im Bereich der orthopädischen und dentalen Restauration. Auch in Bereichen, in denen die optischen Eigenschaften nicht im Vordergrund stehen, wie beispielsweise in der Automobilbranche oder dem Maschinen- und Formenbau, bilden die Oberflächen- und die Funktionseigenschaften eines Formkörpers eine wichtige Stellschraube bei der Anpassung der physikalischen Eigenschaften an die jeweiligen Anforderungen. So kann beispielsweise die Beständigkeit eines Formkörpers gegenüber mechanischen, physikalischen und chemischen Belastungen durch eine geeignete Ausgestaltung der Oberfläche und des Materialaufbaus beeinflusst werden.

Die Herstellung eines entsprechenden Formkörpers wird weiterhin dadurch erschwert, dass in vielen Fällen der optimale Formkörper aus verschiedenen Materialien und Materialschichten bestehen kann und die Herstellung in mehrstufigen Verfahrensschritten erfolgen muss. So ist insbesondere die Herstellung mehrschichtiger Formkörper, beispielsweise durch Verblendung im Dentalbereich, arbeitstechnisch sehr intensiv, da die einzelnen Schichten jeweils einzeln manuell aufgetragen und bearbeitet werden müssen.

Im Stand der Technik ist eine Reihe von Verfahren bekannt, die die Herstellung eines Formkörpers mittels maschinengestützter Verfahren beschreiben. DE 10 2010 037 160 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz, bei dem zur Herstellung einer Verblendung auf einem Trägergerüst auf eine im Raum gekrümmt angeordnete äußere Oberfläche des Trägergerüsts maschinell, insbesondere rechnergesteuert in Abhängigkeit eines digitalen Modells des Zahnersatzes, mehrere Schichten zumindest eines Materialgemischs aufgetragen werden, wobei die Schichten des Materialgemisches als im Raum gekrümmt angeordnete Schichten aufgetragen werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Schichten des Materialgemischs unmittelbar aufeinander folgend aufgetragen werden.

DE 199 22 870 offenbart ein Verfahren zur automatischen, individuell angepassten Färb-, Transluzenz-, Helligkeits- und Fluoreszenzgebung von zahntechnischen Restaurationen, wobei die grundlegenden Schritte des Verfahrens in der Datenakquisition, Generierung eines CAD-Datensatzes zur Beschreibung der Form sowie CAD/CAM-Datensätzen zur Schichtaufbringung, einer anschließenden vollautomatischen Prüfung des Ergebnisses, Vergleich mit der Vorgabe, einer/mehrerer eventuell erforderlichen Abtragung/en von Teilen der Schicht, Korrektur des Dateninputs und erneutem Auftragen liegen.

DE 10 2009 011 175 betrifft ein Verfahren zur automatischen dentalkeramischen Verblendung von Gerüsten von zahntechnischen Restaurationen mit einer Fertigungsvorrichtung, die mindestens eine Halte- und Positioniereinheit, wenigstens eine Beschichtungsdüse aufweisende Beschichtungseinheit, eine Steuereinheit und vorzugsweise eine Brennkammer aufweist, wobei ein CAD/CAM-Datensatz zur Schichtaufbringung einer Verblendung verwendet wird und die Positionsänderung des Gerüsts relativ zur Düse während des Beschichtungsvorgangs lediglich durch Bewegung der Halte- und Positioniereinheit relativ zur Düse bewirkt wird. Des Weiteren zeichnet sich die Fertigungsvorrichtung dadurch aus, dass die Halte- und Positioniereinheit um fünf Achsen oder mehr bewegbar und die Düse feststehend ausgebildet ist.

US 2004/245663 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, indem silikonpolymerbasierte Tapes auf keramische Gerüste aufgetragen werden.

Die im Stand der Technik bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, dass die abschließende Bearbeitung in den meisten Fällen manuell erfolgen muss beziehungsweise dadurch, dass zur Überprüfung des Ergebnisses aufwendige Messungen vorgenommen werden müssen. So müssen in der Regel die additiven und subtraktiven Verfahrensschritte separat, entweder in unterschiedlichen Maschinen oder teilweise manuell vorgenommen werden.

Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen Verfahren besteht darin, dass in den meisten Fällen die additiven Verfahrensschritte unter Verwendung eines Lasers durchgeführt werden. Dies führt zu einer thermischen Belastung, die sich negativ auf das Substrat auswirken kann.

Des Weiteren erlauben es die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren nicht mehrere Materialien oder unterschiedliche Farben automatisiert nacheinander aufzutragen.

US 2016/0129528 beschreibt unter anderem ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Bauteil, in dem die Beschichtung in Form eines Films bereitgestellt wird und mit Hilfe eines Lasers auf das Bauteil aufgeschmolzen wird.

US 2017/0057011 und US 2017/0008127 beziehen sich auf einen Druckkopf zum Aufbringen eines Materials auf ein Bauteil. Dabei werden das Bauteil in einen ersten Halter und der Druckkopf in einen zweiten Halter eingespannt. Ein Teil des Substrats wird mit dem aufzutragenden Material beschossen und während dieses Auftrags erwärmt.

Es besteht daher weiterhin der Bedarf an einem vollautomatisierten Verfahren, das die Herstellung eines mehrschichtigen Formkörpers mit einer hohen Maßgenauigkeit und individuell angepassten unterschiedlichen Schicht- und Materialeigenschaften erlaubt um optimale Eigenschaften, insbesondere bezüglich Funktion und Ästhetik, des Formkörpers zu erhalten und auf die arbeitsintensive manuelle Nachbearbeitung verzichten kann. Des Weiteren besteht der Bedarf an einem vollautomatisierten Verfahren, bei dem die thermische Belastung des Substrats vorzugsweise geringgehalten wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, das die vollautomatisierte Herstellung eines maßgetreuen Formkörpers mit unterschiedlichen Materialien und Materialeigenschaften erlaubt, wobei die Funktionalität und Ästhetik der einzelnen Schichten im Vordergrund steht, die je nach geplanter Anwendung speziell angepasst werden kann. Es wurde überraschend gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst wird, das auf einer Kombination von subtraktiven und additiven Verfahrensschritten beruht und bei dem sowohl die subtraktive Bearbeitung als auch die additive Bearbeitung maschinell und automatisiert vorgenommen wird.

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, das die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Rohlings; b) maschinelles Bearbeiten des Rohlings mittels subtraktiver Verfahren unter Erhalt einer Gerüststruktur; c) maschinelles Aufbringen einer Beschichtung auf die Gerüststruktur aus Schritt b) unter Erhalt eines Rohform körpers; d) Aushärten der Beschichtung; e) maschinelles Bearbeiten der Beschichtung mittels subtraktiver Verfahren unter Erhalt des gewünschten Formkörpers, wobei insbesondere das Aufbringen der Beschichtungen unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem automatischen Kartuschenwechsler erfolgt.

Eine hochästhetische Kronenrestauration im Frontzahnbereich erfordert eine bestmögliche Nachahmung der natürlichen Zahn-Ästhetik und Funktion. Um dieses Ziel zu erreichen, ist heute zwingend die aufwändige manuelle Arbeit eines erfahrenen Zahntechnikers vonnöten. Teilweise kann die Rekonstruktion eines einzelnen Zahns mehrere Stunden Handarbeit beinhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren soll hierbei nicht nur eine Effizienzsteigerung der Prozesse im Dentallabor durch die maschinelle Umsetzung des aufwändigen Prozesses, sondern auch eine Steigerung der Reproduzierbarkeit, Prozesssicherheit und Formkörper-Funktionalität ermöglichen.

Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, mehr als eine Beschichtung auf die Gerüststruktur aufzubringen. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Rohlings; b) maschinelles Bearbeiten des Rohlings mittels subtraktiver Verfahren unter Erhalt einer Gerüststruktur; c) maschinelles Aufbringen einer Beschichtung auf die Gerüststruktur aus Schritt b) unter Erhalt eines Rohformkörpers; d) Aushärten der Beschichtung; e) maschinelles Bearbeiten der Beschichtung mittels subtraktiver Verfahren; f) maschinelles Aufbringen einer weiteren Beschichtung, welche bevorzugt eine andere Beschichtungsmasse bzw. Farbe, Eigenschaft oder Funktionalität hat als in Schritt c), unter Erhalt eines erweiterten Rohformkörpers; g) Aushärten der weiteren Beschichtung; h) maschinelles Bearbeiten der weiteren Beschichtung mittels subtraktiver Verfahren; i) Wiederholen der Schritte f) bis h) unter Erhalt des gewünschten Formkörpers.

Herkömmliche Verfahren weisen den Nachteil auf, dass insbesondere das Aufbringen der Beschichtung auf den Rohling manuell erfolgen muss, um die gewünschte und geforderte Qualität, insbesondere in optischer Hinsicht zu erreichen. Diese Herstellungsweise wird zusätzlich dadurch erschwert, dass in den meisten Fällen das Aufbringen einer einzigen Beschichtung nicht ausreichend ist, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, wobei jede Beschichtung in mühevoller Handarbeit aufgebracht und in die gewünschte Form gebracht werden muss. An diese manuelle Bearbeitung, die ein hohes Können und einen qualifizierten Mitarbeiter voraussetzt, der eine solch anspruchsvolle Aufgabe durchführen kann, schließen sich in der Regel weitere Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise polieren an, die ebenfalls manuell vorgenommen werden müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass alle Schritte maschinell durchgeführt werden, wobei alle Verfahrensschritte vorzugsweise in derselben Maschine beziehungsweise von derselben Maschine vorgenommen werden. So W erfolgt die Bearbeitung des Rohlings beziehungsweise der Beschichtung mittels subtraktiver Verfahren ebenso auf maschinelle Weise wie das Aufbringen der Beschichtung auf den Rohling. Unter maschinell im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Arbeitsschritte zu verstehen, die mit Hilfe einer Maschine ohne direkte menschliche Einwirkung vorgenommen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass färb-, funktions- und formgetreue Formkörper hergestellt werden können, ohne dass eine manuelle Nachbearbeitung erfolgen muss. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Verfahren automatisiert ist. Unter automatisiert im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte ohne Mitwirkung humaner Arbeitskraft verstanden. Dabei ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass eine, insbesondere die endgültige, Qualitätskontrolle und weitere Arbeitsschritte, wie z.B. das Abtrennen des Rohlings vom Halter, eine abschließende Politur oder Bemalung, manuell erfolgen kann. Ebenso bleibt dem Menschen ein kontrollierendes Eingreifen vorbehalten. Dem automatisierten Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens steht es nicht entgegen, dass gewisse Daten, beispielsweise zur Durchführung der subtraktiven Verfahren oder dem Aufbringen der Beschichtungen, durch eine menschliche Arbeitskraft zur Verfügung gestellt wird. Das automatisierte Auftragen erfolgt vorzugsweise unter Verwendung einer Vorrichtung, die Mittel zur Aufnahme und Abgabe unterschiedlicher Materialien umfasst. Bei diesen Mitteln handelt es sich vorzugsweise um Kartuschen, die das eingesetzte Material aufnehmen und wieder abgeben können, wobei die Abgabe beispielsweise mittels einer Düse erfolgen kann. Besonders bevorzugt sind die Kartuschen in einer Art und Weise angeordnet, die einen automatischen Wechsel der Kartuschen erlaubt.

Je nach gewünschter Anwendung und Funktion des Formkörpers kann es sinnvoll sein, zusätzlich zu der bereits aufgebrachten Beschichtung ein oder mehrere weitere Beschichtungen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und Farben aufzubringen. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der zusätzlich zu der Beschichtung eine oder mehrere weitere Beschichtungen auf diese aufgebracht werden. Dies erfolgt vorzugsweise in analoger Weise zum Aufbringen der ersten Beschichtung, insbesondere durch eine Wiederholung der Schritte c) bis e) des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Erhalt des gewünschten Formkörpers.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Herstellung von Formkörpern geeignet, an deren optische und funktionelle Eigenschaften hohe Anforderungen gestellt werden. So tritt vor allem im Bereich der dentalen Restaurationen die Herausforderung auf, das Aussehen und die Eigenschaft eines natürlichen Zahnes möglichst naturgetreu abzubilden. Hierbei ist besonders zu berücksichtigen, dass jeder Zahn einen individuellen Farbverlauf aufweist, der beispielsweise durch die Ess- und Lebensgewohnheiten seines Besitzers geprägt werden. Das geht soweit, dass selbst die einzelnen Zähne einer Person ein jeweils unterschiedliches Aussehen aufweisen, so dass hier die Schwierigkeit besteht, die dentale Restauration in das bestehende Zahn- und Farbschema einzupassen, so dass ein möglichst natürliches Erscheinungsbild entsteht. Diese Farbverläufe werden in herkömmlichen Verfahren in der Regel dadurch erreicht, dass verschiedene farbige Beschichtungen manuell auf ein Grundgerüst aufgebracht werden und jede Beschichtung entsprechend an die gewünschte Form angepasst werden muss. Das Erreichen eines einheitlichen Erscheinungsbildes hängt also in erster Linie von der Erfahrung, der Fingerfertigkeit und dem farblichen Wahrnehmungsvermögen der Person ab, die die dentale Restauration anfertigt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet hier eine Optimierung insofern, als dass alle Schritte, auch das Aufbringen der Beschichtungen sowie deren Bearbeitung maschinell erfolgen. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der der Formkörper eine dentale Restauration ist. Bei der dentalen Restauration kann es sich beispielsweise um Inlays, Onlays, Brücken, Kronen oder Implantate handeln.

Insbesondere bei der Herstellung von dentalen Restaurationen offenbaren sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens. So erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die naturnahe Abbildung des menschlichen Zahns, nicht nur bezüglich der optischen Eigenschaften sondern auch bezüglich der Funktionalität und mechanischen Eigenschaften.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Herstellung dentaler Restaurationen beschränkt. Vielmehr kann es auch für die Herstellung von Formkörpern in anderen technischen Bereichen verwendet werden, beispielsweise auf dem Gebiet des Anlagen- und Maschinen- und Formenbaus, der Elektrotechnik, der Fertigungstechnik, der Orthopädie- / Medizintechnik oder im Automobilbau.

Im Folgenden werden die einzelnen Verfahrensschritte genauer betrachtet. Verfahrensschritt a)

Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines Rohlings. Dabei ist der Rohling weder in seiner Form noch in materieller Hinsicht beschränkt. Vorzugsweise umfasst der Rohling ein oder mehrere Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus metallischen Materialien, polymerbasierten Materialien und keramischen Materialien sowie Mischungen davon. Das Material und die Zusammensetzung des Rohlings kann dabei in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung gewählt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für die Herstellung von dentalen Restaurationen geeignet. Daher sind Materialien bevorzugt, die für die Fertigung von dentalen Restaurationen eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rohling daher ein Komposit-Material. Unter Komposit im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundwerkstoff zu verstehen, der sich aus zwei oder mehr verbundenen Materialien zusammensetzt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das Komposit-Material aus einer organischen Kunststoffmatrix, die mit anorganischen Füllkörpern versetzt ist. Als Füllkörper kommen dabei beispielsweise Gläser und Glaskeramiken, Silikate und Siliziumdioxid in Frage.

In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Rohling um eine Keramik, insbesondere um eine Glaskeramik oder eine Zirkoniumoxidkeramik. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Rohling um eine Hybridkeramik. Unter Hybridkeramik im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Keramik zu verstehen, beispielsweise eine Glaskeramik oder eine Zirkoniumoxidkeramik, die mit einem Füllstoff auf Polymerbasis versetzt ist. Je nach Anwendungsbereich des Formkörpers kann es vorteilhaft sein, wenn der Rohling ein metallisches Material umfasst. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der es sich bei dem Rohling um eine Legierung handelt.

Verfahrensschritt b)

Gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der bereitgestellte Rohling maschinell mittels subtraktiver Verfahren unter Erhalt einer Gerüststruktur bearbeitet. Die subtraktiven Verfahren sind dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fräsen, Schleifen, Laserablation und Wasserstrahlschneiden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem subtraktiven Verfahren um ein CAD/CAM-Verfahren. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine hohe Maßgenauigkeit erreicht wird. So kann beispielsweise ein computergestützter Datensatz generiert werden, der die Gerüststruktur beschreibt. Dieser Datensatz kann dann als Grundlage für die maschinelle Bearbeitung des Rohlings herangezogen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Gerüststruktur um eine Gerüststruktur in Form einer anatomisch reduzierten Einzelkronen- oder einer anatomisch reduzierten, mehrgliedrigen Brückenkonstruktion. Die anatomische Reduzierung der Außenkontur stellt hierbei bevorzugt eine Nachahmung der innenliegenden Dentinform eines natürlichen Zahns dar.

Verfahrensschritt c)

Die weitere Verarbeitung der in Schritt b) erhaltenen Gerüststruktur erfolgt durch maschinelles Aufbringen einer Beschichtung unter Erhalt eines Rohformkörpers, wie in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Das Aufbringen der Beschichtung auf die Gerüststruktur kann dabei mittels beliebiger maschineller Techniken erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der Beschichtung mittels additiver Verfahren. So kann das Aufbringen der Beschichtung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform beispielsweise mittels Extrusion, Aufsprühen, Aufdampfen, Abscheiden, Infiltration oder Tauchbeschichtung erfolgen. Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, können auch mehrere Techniken miteinander kombiniert werden. Desweiteren kann das Aufbringen der Beschichtung ebenfalls computergestützt über ein CAD/CAM Verfahren erfolgen, um eine möglichst passgenaue und verlustfreie Aufbringung zu gewährleisten.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Auftragung der Beschichtung nicht mittels eines Tapes.

Das Beschichtungsmaterial kann beliebig unter Berücksichtigung der jeweiligen Anwendung des Formkörpers sowie der Kompatibilität mit dem Material der Gerüststruktur gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung ein oder mehrere Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus metallischen Materialien, polymerbasierten Materialien und keramischen Materialien sowie Mischungen davon.

Da das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Herstellung dentaler Restaurationen geeignet ist, sind Beschichtungsmaterialien bevorzugt, die mit den Anforderungen auf diesem technischen Gebiet kompatibel sind, insbesondere hinsichtlich der optischen und mechanischen Eigenschaften. Desweiteren sollte das Material gesundheitlich unbedenklich sein. Daher handelt es sich bei dem Beschichtungsmaterial vorzugsweise um ein Komposit-Material, eine Glaskeramik, eine Zirkoniumoxidkeramik oder eine Legierung. Auch Kombinationen dieser Materialtypen können eingesetzt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Beschichtungsmaterial um ein polymerbasiertes Material. Als geeignete Materialien kommen beispielsweise polymerbasierte Kunststoffe aus der Gruppe der Methacrylate (z.B. PMMA, Bis-GMA, UDMA, TEGDMA) oder Komposite, die einen Kunststoff aus der vorgenannten Gruppe sowie zusätzlich anorganische Füllstoffe (z.B. Gläser, Keramiken, Glaskeramiken) beinhalten, in Betracht. Hierbei erfolgt die Beschichtung bevorzugt in einem teil- oder unpolymerisierten Zustand des Polymeranteils.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Beschichtungsmaterial um ein anorganisches Material. Besonders bevorzugte Materialien sind dabei silikatische Gläser oder Glaskeramiken auf Feldspat-, Lithiumsilikat- oder Leuzitbasis. Hierbei erfolgt die Beschichtung bevorzugt in einem dispergierten Zustand. Das Beschichtungsmaterial kann ebenfalls dazu verwendet werden, die physikalischen Eigenschaftendes späteren Formkörpers zu bestimmen. Zu den physikalischen Eigenschaften können dabei sowohl die optischen Eigenschaften als auch mechanische Eigenschaften wie z.B. Steifigkeit, Dichte, Festigkeit oder Härte zählen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch hier insbesondere die Herstellung eines Formkörpers, dessen unterschiedliche Schichten unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

So kann beispielsweise eine bestimmte Ästhetik des Formkörpers erreicht werden, indem dem Beschichtungsmaterial bestimmte Zusatzstoffe beigesetzt werden. Entsprechend ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Beschichtungsmaterial weitere Zusatzstoffe umfasst. Bei den Zusatzstoffen kann es sich beispielsweise um farbgebende Substanzen, wie färbende Oxide, Pigmente oder organische Farbstoffe handeln. Durch die Zugabe geeigneter Substanzen können beispielsweise die Festigkeit oder auch die Transluzenz des Formkörpers bestimmt werden. Als beispielhafte Substanzen seien insbesondere Farbstoffe und glasfärbende Oxide genannt, wobei die Wahl der Zusatzsubstanz nicht auf diese beschränkt ist sondern gemäß den jeweiligen individuellen Anforderungen an den Formkörper gewählt werden können.

Genauso wie die Materialien des Rohlings und der Beschichtung in Abhängigkeit der Anforderungen gewählt werden, die an den späteren Formkörper gestellt werden, so kann auch die Kombination der Materialien des Rohlings und der Beschichtung entsprechend diesen Anforderungen gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann es sich dabei bei dem Rohling und der Beschichtung um dieselben Materialien handeln. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Rohling und bei der Beschichtung um unterschiedliche Materialien.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Kombination unterschiedlicher Materialien geeignet. Dabei unterscheiden sich das Material und das Beschichtungsmaterial vorzugweise voneinander, wobei es keine Begrenzung der Kombinationsmöglichkeiten gibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Material des Rohlings um ein yttriumstabilisiertes Zirkonoxid auf das eine Feldspat- oder Leuzit- basierte Glaskeramik als Beschichtung, aufgebracht wird. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform wird eine Feldspat- oder Leuzit- basierte Glaskeramik als Beschichtung auf eine Dentallegierung als Rohlingsmaterial aufgebracht.

Dentallegierung im Sinne der vorliegenden Erfindung stellt einen Sammelbegriff für korrosionsbeständige, nicht verfärbende, abriebfeste und für das Zahn- und Mundgewebe verträgliche Legierungen zur Zahnerhaltung und zum Zahnersatz in Form von Kronen, Brücken, Stiftzähnen, Implantaten und Prothesen dar. Diese Legierungen können auf Edelmetall- oder Nichtedelmetall-Basis aufgebaut sein. Geeignete Materialien und Kombinationen von Materialien sind dem Fachmann bekannt.

Weiter alternativ bevorzugt wird ein yttriumstabilisiertes Zirkonoxid als Rohlingsmaterial und ein polymerbasiertes Kompositmaterial für die Beschichtung verwendet.

Alternativ wird vorzugsweise eine Dentallegierung als Rohlingsmaterial mit einem polymerbasierten Kompositmaterial beschichtet.

Alternativ kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Hochleistungspolymer aus der Gruppe der Polyaryletherketone (PAEK) (z.B. PEKK, PEEK) als Rohlingsmaterial und ein polymerbasiertes Kompositmaterial für die Beschichtung verwendet werden.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird eine Hybridkeramik als Rohlingsmaterial und ein polymerbasiertes Kompositmaterial für die Beschichtung eingesetzt.

Weiterhin bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der ein polymerbasiertes Kompositmaterial als Rohlingsmaterial und ein polymerbasiertes Kompositmaterial für die Beschichtung verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Material für die Beschichtung im Wesentlichen keine Silikonpolymere auf. Insbesondere ist bevorzugt ein Anteil von weniger als 10 Gew.-%, weiter bevorzugt weniger als 5 Gew.-% und im Speziellen weniger als 0,5 Gew.-% oder 0 Gew.-% Silikonpolymer in der Beschichtung vorhanden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf die Gerüststruktur mehr als eine Beschichtung aufgebracht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Material der ersten Beschichtung und der weiteren Beschichtung um das gleiche Material während in einer alternativ bevorzugten Ausführungsform unterschiedliche Materialien verwendet werden. Beispielsweise können verschiedene Beschichtungen unterschiedlicher Farbgebung aufgebracht werden, um auf diese Weise einen bestimmten Farbverlauf oder eine bestimmte Transluzenz des Formkörpers zu erreichen. Aber auch hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, der benötigten Materialeigenschaften oder der maschinellen Bearbeitbarkeit kann es von Vorteil sein mehr als eine Beschichtung mit unterschiedlichen Schichteigenschaften auf die Gerüststruktur aufzubringen.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der Beschichtung ohne den Einsatz eines Lasers mit dem Zweck, diese aufzuschmelzen. Auf diese Weise kann eine nachteilige thermische Belastung des Materials und der Gerüststruktur vermieden werden.

Verfahrensschritt d)

Die Beschichtung wird nach dem Aufbringen ausgehärtet. Die entsprechende Methode hängt dabei vom Material der Beschichtung und vom Härtegrad ab, der erreicht werden soll. Werden verschiedene Beschichtungen aus unterschiedlichen Materialen eingesetzt, so kann es angebracht sein, verschiedene Methoden innerhalb eines Verfahrensdurchgangs anzuwenden oder zu kombinieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aushärten der Beschichtung mittels Polymerisation, Sinterung, Trocknung, Abkühlung, Druck oder Bestrahlung. Ebenso können verschieden Aushärtungsmethoden miteinander kombiniert werden.

Verfahrensschritt e)

In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aufgebrachte Beschichtung nach dem Aushärten mittels subtraktiver Verfahren maschinell unter Erhalt des gewünschten Formkörpers bearbeitet. Hier können beispielsweise Formkorrekturen vorgenommen, Oberflächen optimiert werden oder überschüssiges Beschichtungsmaterial entfernt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können auf die Beschichtung ein oder mehrerer weitere Beschichtungen maschinell aufgebracht werden, wie in den Verfahrensschritten d) bis e) beschrieben. Die weitere(n) Beschichtung(en) werden dabei maschinell auf die vorherige(n) Beschichtung(en) aufgebracht und ausgehärtet. Nach dem Aushärten wird die aufgebrachte Beschichtung maschinell mittels subtraktiver Verfahren bearbeitet, beispielsweise um eine bestimmte Oberflächenstruktur zu erreichen oder überflüssiges Beschichtungsmaterial zu entfernen. Des Weiteren kann dieser Schritt dazu verwendet werden, optische Verbesserungen, beispielsweise durch Polieren vorzunehmen.

Je nach Kombination verschiedener Materialien können weitere Oberflächenbehandlungsschritte notwendig sein, um einen sicheren Materialverbund herzustellen. Bei diesen Oberflächenbehandlungsschritten kann es sich beispielsweise um Strahlen mit Strahlgut (Korund, Glasperlen, glasbeschichtetes Korund) oder Ätzen mittels Säure (z.B. Flusssäure, Phosphorsäure) handeln. Alternativ bevorzugt umfasst die Oberflächenbehandlung das Aufbringen eines Haftvermittlers, der eine oder mehrere Verbindungstypen der Gruppe Silan, Phosphorsäureester, Phosphonsäure und/oder Schwefel-Verbindung, jeweils mit radikalisch polymersierbarer Gruppe (z.B. Methacryloyloxypropyltrimethoxysilan, Methacryloyloxydecyldihydrogenphosphat, Vinylbenzyl-propylamino-triazin- dithion) enthalten kann.

Weiterhin bevorzugt kann die Oberflächenbehandlung durch Anlösen einer oberflächlichen Schicht mittels Lösemittel (z.B. Methylmethacrylat) oder Überschleifen mittels diamantbesetzter Schleifkörper erfolgen.

Zusätzliche Verfahrensschritte

Das erfindungsgemäße Verfahren kann je nach geplantem Anwendungsgebiet des Formkörpers oder in Abhängigkeit der verwendeten Materialien weitere Verfahrensschritte umfassen. So kann es von Vorteil sein, nach der maschinellen Bearbeitung des Rohlings mittels subtraktiver Verfahren eine Wärmebehandlung der erhaltenen Gerüststruktur vorzunehmen. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der sich an Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Wärmebehandlung der Gerüststruktur anschließt. Eine solche Wärmebehandlung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Rohling aus einem Material besteht, das während der subtraktiven Bearbeitung noch nicht in einem Zustand vorliegt, der die dem Einsatzzweck entsprechenden Werkstoffeigenschaften aufweist. Die Wärmebehandlung kann bevorzugt eine Trocknung, eine Entbinderung, eine Sinterung, eine Kristallisation, eine Polymerisation oder eine oder mehrere Kombinationen dieser Vorgänge zum Ziel haben. Typische Temperaturen dieser Vorgänge sind dem Fachmann aus der Literatur bekannt und können in Abhängigkeit des Zwecks der Wärmebehandlung und des betroffenen Materials gewählt werden. So bewegen sich die Temperaturen, bei denen z.B. eine Entbinderung vorgenommen wird, in der Regel im Bereich von 500 °C bis 700 °C, während die Sinterung von Zirkonoxid bei 1000 °C bis 1300°C und die Sinterung von Feldspatkeramiken bei 500 °C bis 900 °C erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von auf die jeweiligen Anforderungen des Einsatzgebietes individuell angepassten Formkörpern. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Formkörper, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Formkörper um eine dentale Restauration.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Rohlings umfassend ein oder mehrerer Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien, polymerbasierten Materialien, metallischen Materialien sowie Mischungen davon in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Beschichtung umfassend ein oder mehrerer Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien, polymerbasierten Materialien, metallischen Materialien sowie Mischungen davon in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung Mittel zur Vornahme subtraktiver und additiver Verfahren umfasst.

Das Mittel zur Vornahme der subtraktiven Verfahren besteht vorzugsweise aus einer 5-Achs-Schleifeinheit, wie sie dem Fachmann bekannt sind und die bereits für eine Vielzahl von Anwendungen erhältlich sind. Um die erforderliche Präzision zu erreichen, wird das Mittel zur Vornahme der additiven Verfahren mit denselben Freiheitsgraden wie die subtraktive Einheit angesteuert, um das Material ebenfalls mittels fünf Achsen aufzutragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein oder mehrere Materialbehälter oder Kartuschen sowie Halterungen zur Aufnahme der Behälter oder Kartuschen auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens zwei Kartuschen auf. Die Kartuschen dienen der Aufnahme des Materials, aus dem der erfmdungsgemäße Formkörper gebildet wird. Daher ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der die mindestens zwei Kartuschen unterschiedliche Materialien enthalten. Bei diesen unterschiedlichen Materialien kann es sich beispielsweise um unterschiedliche Farben oder Materialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften handeln. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform enthalten die mindestens zwei Kartuschen das gleiche Material.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise Mittel zur Befestigung und Positionierung der Kartuschen auf. Dabei werden die Mittel vorzugsweise motorisch linear und/oder rotatorisch angetrieben. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine genaue und präzise Positionierung der Kartuschen.

Bei dem Mittel zur Befestigung und Positionierung der Kartuschen handelt es sich vorzugsweise um einen Kartuschenwechsler. Vorzugsweise ist/sind dieser Kartuschenwechsler und/oder die Kartuschen lichtdicht und/oder luftdicht verschlossen um eine vorzeitige Aushärtung des in der Kartusche befindlichen Materials zu vermeiden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kartuschenwechsler derart ausgestaltet, dass die gerade zum Materialauftrag zu verwendende Kartusche motorisch gesteuert in ihre Auftragsposition gebracht wird. Vorzugsweise wird dieser motorisch gesteuerte Antrieb auch dazu verwendet, die benötigte Materialmenge zu dosieren und aufzutragen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, das die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Rohlings; b) maschinelles Bearbeiten des Rohlings mittels subtraktiver Verfahren unter Erhalt einer Gerüststruktur; c) maschinelles Aufbringen einer Beschichtung auf die Gerüststruktur aus Schritt b) unter Erhalt eines Rohformkörpers; d) Aushärten der Beschichtung; e) maschinelles Bearbeiten der Beschichtung mittels subtraktiver Verfahren unter Erhalt des gewünschten Formkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Beschichtungen unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem automatischen Kartuschenwechsler erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weitere Schritte zur Aufbringung ein oder mehrerer weiterer Beschichtungen umfasst, vorzugsweise durch Wiederholen der Schritte c) bis e).

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Verfahren automatisiert durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Formkörper um eine dentale Restauration handelt.

5. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rohling ein oder mehrere Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien, polymerbasierten Materialien und metallischen Materialien sowie Mischungen davon umfasst.

6. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung ein oder mehrere Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien, polymerbasierten Materialien und metallischen Materialien sowie Mischungen davon umfasst.

7. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Material des Rohlings und dem Material der Beschichtung um das gleiche oder unterschiedlichen Materialien handelt.

8. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche, wobei das subtraktive Verfahren ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fräsen, Schleifen, Laserablation und Wasserstrahlschneiden.

9. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen der Beschichtung mittels additiver Verfahren erfolgt, vorzugsweise mittels Extrusion, Aufsprühen, Aufdampfen, Abscheiden, Infiltration und/oder Tauchbeschichtung.

10. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aushärten der Beschichtung mittels Polymerisation, Sinterung, Trocknung, Abkühlung, Druck und/oder Bestrahlung erfolgt.

11. Formkörper erhältlich gemäß einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.

12. Verwendung eines Rohlings umfassend ein keramisches Material, polymerbasiertes Material und/oder metallisches Material in einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10.

13. Verwendung eines Beschichtungsmaterials umfassend keramisches Material, polymerbasiertes Material und/oder metallisches Material in einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10.

14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung Mittel zur Vornahme subtraktiver und additiver Verfahrensschritte umfasst.