ES2268201T3 - Procedimiento para la fabricacion automatica de protesis dentales de ceramica. - Google Patents

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.