ES2268201T3 - Procedimiento para la fabricacion automatica de protesis dentales de ceramica. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación automática de prótesis dentales en forma de restauraciones odontológicas de cerámica o de refuerzos cerámicos, formados individualmente, de implantes dentales utilizando un láser controlado por ordenador para la conformación a través de erosión del material a partir de una pieza bruta de cerámica, caracterizado porque al menos una zona superficial perfilada tridimensional de la prótesis dental (4, 8) es mecanizada por medio de un láser de impulsos ultracortos (1) a partir de la pieza bruta de cerámica (3) y se configura en una forma predeterminada.
Description
Procedimiento para la fabricación automática de
prótesis dentales de cerámica.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación automática de prótesis dentales en forma de
restauraciones de odontología de cerámica o de refuerzos cerámicos,
formados individualmente de implantes dentales bajo la utilización
de un láser controlado por ordenador para la conformación a través
de erosión del material a partir de una pieza bruta cerámica.
En el cliente de odontología existe una
necesidad urgente de procedimientos terapéuticos mejorados y al
mismo tiempo reductores de costes. Un papel central juega, además de
las medidas de profilaxis, la fabricación mecánica de restauraciones
odontológicas en forma de rellenos de insertos y de prótesis
dentales. Otro principio para procedimientos terapéuticos mejorados
y reductores de costes es la consecución de una unión a largo plazo
entre substancia dental dura y materiales de restauración. Con ello
va unida una tasa de supervivencia significativamente más elevada
del éxito terapéutico, porque se limitan en una medida decisiva la
caries secundaria y el fallo precoz del material.
En el restablecimiento de dientes enfermos o
perdidos deben imitarse los dientes naturales. Actualmente se puede
conseguir la máxima calidad de la reproducción con respecto a la
resistencia y el aspecto exterior a través de materiales cerámicos.
A partir de ello se fabrican restauraciones en forma de rellenos de
insertos (Inlay, Onlay, Veneer) y prótesis dentales que se asientan
fijamente (corona, puente).
Como rellenos dentales se designan, en general,
restauraciones en las que se mantiene una porción grande de
superficies exteriores del diente a tratar. Los rellenos de insertos
definen un subgrupo de rellenos dentales, cuyo material de relleno
es procesado fuera de la boca en la forma y calidad deseadas y es
fijado como cuerpo no dividido en el diente. Se habla de prótesis
dental que se asienta fijamente cuando se mantienen solamente
porciones muy reducidas o ninguna porción de las superficies
exteriores de los dientes (corona) o un diente es sustituido por la
restauración (puente). Una prótesis dental que se asienta fijamente
es procesada de la misma manera que los rellenos de insertos
exclusivamente fuera de la boca en la forma y calidad deseadas y de
la misma manera se conectan con el diente por medio de materiales
de fijación. Las coronas y puentes que se asientan fijamente se
amarran cada vez en mayor medida también sobre implantes integrados
en el hueso. Como refuerzo se designa aquel componente del implante,
que se proyecta en la cavidad bucal y se fija sobre la prótesis
dental que se asienta fijamente. Puesto que el refuerzo se puede
individualizar fuera de la boca en la forma, existen procedimientos
mecánicos para la fabricación de refuerzos formados individualmente,
en particular de material cerámico.
El modo de tratamiento convencional elimina
tejido con caries con la ayuda de un cuerpo rectificador giratorio.
Para la recepción de un relleno de inserto se rectifica una cavidad
específica del material de restauración en el diente, para la
recepción de una corona se prepara cónicamente un diente. El límite
entre substancia dental rectificada y no rectificada se define por
medio de un límite de preparación en forma de escalón o en forma de
media caña. El diente rectificado se conforma para fabricar el
relleno de inserto o la prótesis dental que se asienta fijamente
sobre una réplica de forma idéntica. La conformación individual
compleja de la restauración se consigue a través de los siguientes
procedimientos:
En la técnica de función y de prensado se modela
manualmente un modelo de cera de la restauración y se incrusta en
una masa ignífuga. Una cerámica fundida se funde o se introduce a
presión en la forma hueca resultante. En la técnica de sinterización
se aplica el polvo cerámico paso a paso sobre réplicas ignífugas o
armaduras cerámicas de la restauración y constituye a través de
varias combustiones. La forma definitiva se consigue a través de
erosión manual de material con cuerpos de rectificación.
En virtud de las etapas de trabajo manuales
extensas así como de los procesos de fundición, de prensado o de
endurecimiento de sinterización no se garantiza una calidad
reproducible del material y una precisión de fabricación de las
restauraciones cerámicas.
Una técnica de fabricación más reciente para
restauraciones cerámicas es la conformación asistida por ordenador
con láseres convencional, fresadoras, cuerpos de rectificación o
laceres, ver el documento DE 196 19 951 A1 y el documento US
2001/0034010. Los sistemas de fabricación dentales basados en CAx se
dividen la mayoría de las veces en tres componentes. Al principio de
la cadena del proceso se encuentra una instalación de medición para
la detección de dientes o de restauraciones, modeladas por técnicos
dentales a partir de materiales de modelación Los valores de
medición de las superficies escaneadas forman los datos de entrada
para el segundo componente. En el caso de dientes medidos, este
componente contiene una construcción de la restauración asistida por
CAD, en el caso de una restauración medida, el componente contiene
un procesamiento de los datos de medición en un formato CAD o
similar a CAD. A continuación, se calcula para el componente que
está presente en el sistema CAD el relleno de inserto o la prótesis
dental un proceso de control (CAM) para la máquina fresadora de
control numérico NC de conformación, que habitualmente representa el
tercer componente del sistema de fabricación.
La pluralidad de los sistemas CAD/CAM dentales
que se pueden encontrar en el mercado reproducen la tendencia
irreversible hacia la fabricación industrial de productos técnicos
dentales, especialmente de productos semiacabados en forma de
armaduras de coronas o de puentes, que deben complementarse o
enmascararse manualmente para formar la prótesis dental completa. A
continuación, se describe brevemente el tercer componente de algunos
de los diferentes sistemas de fabricación mecánicos para
restauraciones odontológicas.
En el caso de las coronas dentales laterales,
especialmente los puentes dentales laterales, son necesarias
cerámicas con alta resistencia, para resistir a largo plazo las
fuerzas de la masticación en esta zona. Las cerámicas altamente
resistentes como, por ejemplo,
HIP-Y-ZrO_{2} (TZP = Tetragonal
Zirconia Polycrystals; 2,3% mol Y_{2}O_{3}) se emplean a tal fin
como estructura de armadura (ver FR 2 808 200), que se complementa
con cerámica compuesta para la restauración completa.
HIP-Y-ZrO_{2} TZP) admite, en
virtud de su resistencia, espesores reducidos de las capas, que
posibilitan una preparación economizadora de substancia de los
dientes de soporte y un dimensionado ventajoso desde el punto de
vista estético de los elementos de unión con los miembros
intermedios de los puentes. Por otra parte, la mecanización de
dióxido de zirconio de HIP en el estado sinterizado (DCS®; cad.
esthetics®) requiere máquinas fresadoras de control numérico NC
resistentes y, por lo tanto, rígidas. Además, el fresado de la
restauración a partir de una pieza bruta cerámica va unido con un
desgaste alto de la herramienta y con tiempos de fabricación largos.
Ambas cosas impiden una fabricación de coste favorable y, por lo
tanto, reductora de los costes de la terapia de los componentes de
la restauración como armaduras. En virtud de las dimensiones del
cuerpo de rectificación existen, además, limitaciones con respecto a
una configuración a escala natural de superficies de masticación con
fisuras. Un recurso ofrece la mecanización de AlO_{2} o de
ZrO_{2} en el estado no sinterizado hermético. Entre las
partículas cerámicas solamente existe una unión del material a
través de aglutinantes orgánicos o puentes de sinterización
débilmente estampados con alto porcentaje de volumen de poros. Ambos
tipos de material son los llamados cuerpos básicos de cerámicas.
Muestran una resistencia muy reducida -similar a la greda- y se
pueden mecanizar fácilmente mediante arranque de virutas. Después de
la conformación por arranque de virutas, estas cerámicas son
sinterizadas herméticamente. La retracción enorme de hasta un 30 por
ciento en volumen aproximadamente se puede compensar por medio de un
incremento de la geometría del cuerpo básico con un sistema CAx. A
tal fin, se incrementa la geometría de la restauración de acuerdo
con la medida de la retracción de sinterización con la asistencia de
software y se fresa la restauración incrementada por medio de una
máquina de control numérico NC a partir de la pieza bruta del cuerpo
de base. Los errores de dimensión que resultan de ello en este
procedimiento solamente permiten la fabricación de armaduras para
coronas individuales (Procera®) y puentes (LAVA®; CERCON®), porque
la altura de la retracción de sinterización no posibilita una
fabricación de geometrías fractales de las superficies de
masticación en la precisión requerida clínicamente. La mezcla
necesaria de las armaduras de restauración para formar las coronas y
puentes completos se utiliza, en cambio, por el técnico dentista
para corregir las inexactitudes de ajuste en el borde de
restauración de las armaduras a través de las cerámicas de mezcla.
De esta manera, el procesamiento de cerámica de cuerpos de base está
limitada a la fabricación de armaduras.
Se ofrece una posibilidad para la mecanización
económica de cerámicas por arranque de virutas al prescindir de
material de alta resistencia mecánica. Los sistemas dentales CAD/CAM
como por ejemplo, el sistema Crerec® 3 utilizan cerámicas de vidrio
con reducida resistencia mecánica, que son procesan por medio de
rectificación. No obstante, la indicación está limitada a rellenos
de insertos y a coronas individuales que se pueden cargar en una
medida reducida. Además, especialmente las coronas individuales
requieren espesores de capa de material altos, para contrarresta la
resistencia reducida de la vitrocerámica. La erosión estampada de
substancia dura de diente pone en peligro la vitalidad del diente en
virtud de la enorme traumatización o apertura de la pulpa.
Para todos los procedimientos descritos
anteriormente se aplica que actualmente no están disponibles
procedimientos de fabricación mecánicos para cerámicas, que
posibilitan una conformación de alta precisión y cuidadosa de
restauraciones por medio de máquinas fresadoras de control numérico.
Éstas fabrican con tolerancias de ajuste de hasta 300 \mum y no
consiguen de esta manera la tolerancia requerida clínicamente por
debajo de 100 \mum. Debido a las oscilaciones de la fresa, no se
pueden conseguir espesores de pared finos, por ejemplo, entre 0,1 y
0,2 mm.
En efecto, el empleo de láseres convencionales
para la fabricación por erosión de prótesis dentales de cerámica ha
sido propuesto y ha sido ensayado, pero no ha conducido a ninguna
realización práctica. De todos modos, en otras aplicaciones, por
ejemplo en la mecanización de metal, en general, solamente se
emplean láseres para cortar, taladrar o rotular, pero no para
configurar una superficie estructurada de forma tridimensional, que
sería comparable a la superficie de masticación de un diente, a
través de la erosión de material. Para una aplicación
"escultural", no se podría conseguir la exactitud requerida en
el sector dental que interesa aquí por debajo de 100 \mum. Además,
en el caso de un tratamiento superficial con herramientas de rayos
láser convencionales (por ejemplo, Nd: YAG láser de cuerpo sólido,
láser Excimer, etc.). En el régimen de impulsos de nanosegundos en
el lugar de la interacción entre láser y material se producen
inevitables daños del material en forma de recargas por fusión y
grietas. La probabilidad de un fallo catastrófico de la cerámica se
ha elevado de esta manera en una medida considerable.
El cometido de la invención es mostrar otra vía
ventajosa para la fabricación de restauraciones odontológicas de
cerámica y su incremento de la superficie para la elevación de la
resistencia de la unión con el diente.
El presente cometido se soluciona a través del
procedimiento indicado en la reivindicación 1 de la patente.
Aunque se conocen láseres de impulsos
ultracortos desde hace mucho tiempo (ver el documento DE 197 36
110), hasta ahora no se había pensado que se podían contemplar para
una conformación económica de prótesis dentales de cerámica. En
efecto, en comparación con los láseres convencionales tienen la
ventaja de mayor exactitud y de la evitación de daños del material a
través de la actuación del calor, pero, por otra parte, la erosión
de material por unidad de tiempo es muy reducida. Un rayo láser
conducido sobre una superficie cerámica de un láser de impulso
ultracorto solamente corta con una anchura de corte de
aproximadamente 30 \mum en el material. De esta manera, la
posición de erosión con relación al volumen a erosionar a partir de
una pieza bruta de cerámica durante la mecanización de una
restauración es tan pequeña y, por lo tanto, el tiempo de
fabricación es tan largo que no se contempla claramente un láser de
impulsos ultracortos para esta aplicación por razones
económicas.
No obstante, este modo de pensamiento se orienta
a las experiencias y a la comparación con otros herramientas,
empleadas hasta ahora para la mecanización de prótesis dentales. Las
fresas, los cuerpos de rectificación y los láseres convencionales
tienen, en realidad, prestaciones de erosión esencialmente más
elevadas. Pero en este caso se pasa por alto que un láser de
impulsos ultracortos se puede utilizar con gran exactitud tanto con
efecto de erosión como también con efecto de corte, sin que esta
distinción tenga ninguna influencia sobre el modo de funcionamiento
del láser, sino que solamente se refiere a la conducción del rayo
láser asistida por ordenador en el procedimiento CAM con relación al
bloque de cerámica. De acuerdo con la forma existente en cada
momento de la superficie en el punto de incidencia del rayo láser y
su dirección, interactúa la acción de erosión y de corte. A través
de la combinación de la aplicación de cortes para la separación de
trozos individuales del bloque cerámico con funcionamiento de
erosión a través de gasificación para la generación de superficies
de contorno tridimensional más exactas se puede obtener entonces,
sin embargo, la rentabilidad ausente hasta ahora mediante el empleo
de láseres de impulsos ultracortos.
En un desarrollo preferido del conocimiento
representado anteriormente en el que se basa la invención, está
previsto que por medio del láser de impulsos ultracortos en una
primera etapa de trabajo, la mayor parte del material a erosionar
para la mecanización de la zona de la superficie perfilada
tridimensional de la prótesis dental a partir de la pieza bruta de
cerámica es cortada en trozos, siendo cosida la superficie de la
pieza bruta de cerámica en la superficie a fabricar de la prótesis
dental y a continuación se gasifica el resto del material presente
sobre la superficie a configurar de la prótesis dental a través del
modo de trabajo de erosión del láser de impulsos ultracortos.
Esta propuesta conduce a que la mayor parte del
material cerámico a erosionar es cortado ahorrando tiempo y
ahorrando energía, y solamente todavía debe erosionarse un volumen
relativamente pequeño, para generar la forma tridimensional
predeterminada de la prótesis dental. Puesto que el láser de
impulsos ultracortos, especialmente cuando su duración del impulso
es menor que 500 fs, no tiene prácticamente ninguna zona de
influencia térmica junto al rayo láser incidente, de manera que
tampoco se provocan tensiones térmicas ni microgrietas, los cortes
necesarios ya para la separación de trozos pueden contactar con la
superficie predeterminada de la restauración a realizar. La
mecanización por erosión siguiente con el láser de impulsos
ultracortos posibilita de acuerdo con ello de la misma manera una
erosión definida, reproducible, libre de rebabas y ultrafina de la
cerámica, sin dañar el material clínicamente relevante. Para la
fabricación de restauraciones por medio de láser de impulsos
ultracortos es necesaria, sin embargo, una unidad de colocación
controlada por control numérico NC, que desplaza el foco del rayo
láser frente a la pieza bruta de material o bien a ésta con relación
al foco de una manera definida tridimensionalmente. La unidad de
colocación puede presentar ejes lineales y/o giratorios y/o un
escáner galvanométrico.
Se consigue una erosión especialmente exacta a
través de una regulación simultánea de la distancia, en la que se
mide la distancia del láser con respecto a la pieza de trabajo.
Junto con las dimensiones anteriores de la distancia se puede
determinar la erosión. Procedimientos de medición posibles se
describe, entre otros, en el documento DE 100 20 559 A1, por
ejemplo, una parte del rayo láser no se puede utilizar para la
erosión del material sino para fines de medición.
En cambio, los procedimientos por arranque de
virutas carecen de precisión para la generación de la forma de
superficies de masticación complejas, en virtud de los diámetros
finitos de las fresas y de los cuerpos de rectificación. Además,
debido a sus oscilaciones, los materiales frágiles experimentan un
daño, que conduce a la pérdida de la resistencia mecánica inicial.
Así, por ejemplo, solamente con el procedimiento de acuerdo con la
invención es posible conseguir en armaduras de coronas y de puentes
unos espesores de pared menores que 0,1 a 0,2 mm.
Otra ventaja de la invención es que con la ayuda
del láser de impulsos ultracortos en las restauraciones
odontológicas de cerámica
HIP-Y-ZrO_{2} se pueden mecanizar
patrones de retención de acción micromecánica definidos en la
superficie de juntura posterior, con el fin de conseguir una unión
adhesiva esencialmente mejorada con el cemento de fijación.
El procedimiento de acuerdo con la invención
simplifica también la fabricación de refuerzos de implantes formados
individualmente a partir de cerámica de
HIP-Y-ZrO_{2}. En este caso, de la
misma manera, un patrón de retención mecanizado al mismo tiempo, de
acción micromecánica definida, que debería fresarse hasta ahora de
acuerdo con el documento EP 1 013 236 B1, puede elevar la unión
adhesiva con cementos de fijación.
A continuación se representa a modo de ejemplo
una aplicación posible del procedimiento de acuerdo con la invención
con la ayuda del dibujo.
Una unidad de dimensionado tridimensional 10
detecta la superficie de un diente preparado, de los dientes vecinos
y del diente opuesto en un modelo de yeso, que reproduce con
exactitud de detalle la situación anatómica intraoral. Los datos de
medición se inscriben en un sistema CAx y sirven como base para la
construcción de una corona dental completa con superficie de
masticación. Las superficies interiores y exteriores de la corona
sirven para el cálculo de la conducción del rayo láser, para
mecanizar la corona con la superficie de masticación 4 a partir de
la pieza bruta de cerámica de
HIP-Y-ZrO_{2} 3. En este caso, se
mecaniza por ablación o bien se desprende la cerámica excesiva de
una manera completa a través del láser de impulsos ultracortos 1,
separando en primer lugar en una aproximación a la forma a producir
un volumen lo más grande posible a través de cortes en trozos y
eliminando por erosión entonces sólo todavía el resto a través del
rayo láser o bien eliminando por combustión sin repercusión térmica
constante sobre zonas adyacentes del material. Por medio de una
unidad de colocación controlada por control numérico NC, por ejemplo
con ejes lineales y/o ejes giratorios 5 y 6, respectivamente, y/o
con un escáner galvanométrico 7 se puede desplazar el foco del rayo
láser 2 de una forma tridimensional definida frente a la pieza bruta
del material 3.
Claims (9)
1. Procedimiento para la fabricación automática
de prótesis dentales en forma de restauraciones odontológicas de
cerámica o de refuerzos cerámicos, formados individualmente, de
implantes dentales utilizando un láser controlado por ordenador para
la conformación a través de erosión del material a partir de una
pieza bruta de cerámica, caracterizado porque al menos una
zona superficial perfilada tridimensional de la prótesis dental (4,
8) es mecanizada por medio de un láser de impulsos ultracortos (1) a
partir de la pieza bruta de cerámica (3) y se configura en una forma
predeterminada.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque por medio del láser de
impulsos ultracortos (1) se corta en una primera etapa de trabajo la
mayor parte del material a erosionar para la mecanización de la zona
de la superficie de la prótesis dental (4, 8) perfilada de forma
tridimensional a partir de la pieza bruta de cerámica (3) en trozos,
siendo aproximada la superficie de la pieza bruta de cerámica (3) a
la superficie a fabricar de la prótesis dental (4, 8), y siendo
gasificado a continuación el resto del material, que está presente
sobre la superficie a configurar de la prótesis dental (4, 8), a
través de un modo de trabajo por erosión del láser de impulsos
ultracortos (1).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se configura una
prótesis dental en forma de una armadura de corona o de puente en
las superficies de masticación y/o en los flancos de los dientes por
medio del láser de impulsos ultracortos (1) con un espesor de pared
entre aproximadamente 0,1 y 0,2 mm.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el láser de
impulsos ultracortos (1) es accionado con una duración del impulso
menor que 500 fs.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 ó 4, caracterizado porque el láser de
impulsos ultracortos es accionado con una regulación de la
distancia, teniendo lugar la medición de la distancia entre el láser
y la superficie mecanizada en ese momento de la prótesis dental
durante el proceso de mecanización.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como material
del bloque de cerámica se utiliza dióxido de zirconio de alta
resistencia, prensado en caliente isostáticamente, dotado con
itrio.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las superficies
de la restauración (8) para la fijación en el diente o bien en las
superficies del refuerzo del implante para la fijación de una
restauración (8) a través de la mecanización de patrones de
retención definidos con la ayuda del láser de impulsos ultracortos
(1) experimentan un incremento de la superficie.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque para la
fabricación de restauraciones (8) o de refuerzos de implantes por
medio de láser de impulsos ultracortos se utiliza una unidad de
colocación (5, 6) controlada por control numérico NC, que presenta
ejes lineales y/o giratorios y/o un escáner galvanométrico (7) y a
través de los cuales se puede desplazar el foco del rayo láser (2)
de una manera tridimensional definida frente a la pieza bruta de
material (3).
9. Armadura de corona o de puente fabricada de
acuerdo con el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a
8, caracterizada porque presenta al menos en una zona un
espesor de pared máximo entre 0,1 y 0,2 mm aproximadamente.
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