WO2001039691A1 - Werkzeugmaschine zur herstellung von grundgerüsten für zahnersatz - Google Patents

Werkzeugmaschine zur herstellung von grundgerüsten für zahnersatz Download PDF

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WO2001039691A1
WO2001039691A1 PCT/CH2000/000623 CH0000623W WO0139691A1 WO 2001039691 A1 WO2001039691 A1 WO 2001039691A1 CH 0000623 W CH0000623 W CH 0000623W WO 0139691 A1 WO0139691 A1 WO 0139691A1
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blank
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machining
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PCT/CH2000/000623
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Frank Filser
Ludwig Gauckler
Peter Kocher
Heinz Luethy
Peter Schaerer
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Eidgenössische Technische Hochschule Zürich Nichtmetallische Werkstoffe
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Definitions

  • the invention relates to an automatic machine tool for producing basic frameworks for dentures, in particular for tooth crowns and / or dental bridges, of a precise three-dimensional shape, which basic frameworks can be attached to prepared natural and / or artificial tooth stumps, the machine tool being a machine frame or housing , a workpiece carrier with a rotating shaft, at least one digitizing unit, at least one processing unit and an electronic computing and control unit for all drive elements. Furthermore, the invention relates to a method for producing positive frameworks for dentures with the automatic machine tool
  • a number of devices and methods for the production of artificial dental bridges and dental crowns are known, which are referred to collectively as dental prostheses. Basically, after the dental preparation, an impression of the tooth stump, the dental environment and the jaw is made. Furthermore, a system with an oral camera is known, which derives the processing data from the images taken in the mouth without going over the print
  • a so-called master model can be made from the impression using a plaster cast.
  • This master model shows the situation in the patient's mouth from plaster.
  • the dental technician uses this master model to craft a model of the basic structure of the denture in wax as well as melting or polymerizing at a low temperature Plastic
  • This model can be used in refractory beds, baked out and then cast from metallic materials.
  • the wax model, this name is also used when plastic is used, but can also be transferred to another material by mechanical copy processing on a scale of 1 1, enlarged or reduced.
  • a basic framework made of ceramic material for tooth crowns and / or bridges is densely sintered and shrinks to the final shape, in such a way that the basic framework can be placed precisely on the tooth stump later - Bring a coating of porcelain (field gap ceramic) or plastic on the outer surface of the basic structure, if necessary, the tooth crown or dental bridge can be customized
  • WO, A1 96/05782 describes a manually operable, analog working device for producing dental fillings and the like.
  • the device contains two spindles for rotating a model and a blank. The rotation of the model and blank must be synchronous perpendicular to the axis of rotation of the model and the blank
  • a sensor is attached to the model and a processing tool is attached to the blank. If the model and blank rotate, the sensor is manually brought into contact with the model surface. At the same time, the processing tool processes the blank accordingly. If the sensor is moved over the entire model surface, a scale copy of the model is produced.
  • This embodiment includes the non-adjustable scaling, ie the lack of enlargement or reduction, the manual operation, the necessary exact coordination of probe and tool, and the problems in the production of bodies with cavities (con kave surface shape)
  • the device described in WO, A1 96/05782 is therefore not suitable for the automated production of dental crowns and dental bridges of any geometry
  • the digitization of the surfaces of a master model roughly provides the cavitation surface of the basic structure. Cementation gaps and the occlusal surface of the basic structure have to be supplemented when calculating, e.g. via flat or volume-recirculated, elaborate three-dimensional models.
  • the working methods and tools therefore do not correspond to the traditional, artistic working methods of a dental technician nevertheless require specially trained specialist staff
  • the present invention has for its object to provide an automatic machine tool of the type mentioned and a method for producing positive basic frameworks for dentures, which allow safe manufacture with a small and easy-to-use device a porous Keramikgru ⁇ ng, after sintering high-strength ceramics, but also for basic frameworks made of plastic or another easy-to-work material
  • a carrier for the workpiece is a blank and / or for the machining units is designed as a movement unit with three translation axes in the x, y and z directions.
  • the workpiece carrier can be moved in the x, y and z directions, that is to say the directions of a rectangular spatial coordinate system, in the case of a stationary processing unit.
  • the control is carried out in such a way that a linear displacement of the workpiece carrier, which is preferred, takes place simultaneously and quickly in two or in all three directions.
  • the translation axes are designed as linear rails
  • the translation axis function in the x-direction can be taken over by the rotation shaft of the workpiece carrier, in that it can be extended or shortened in a torque-proof manner.
  • the rotation axis as a whole can also be displaceable in the axial direction
  • the mentioned rotation shaft of the workpiece carrier has clamping devices on both ends, on the one hand for a blank to be machined, and on the other hand for a dental preparation model.
  • the blank consists, for example, of at least one of the metal oxide powders AL 2 0 3 , TiO 2 , MgO Y 2 0 3 or a zirconium oxide mixing cabinet.
  • the dental preparation model is generally a positive model, but can also be a negative model
  • the rotary shaft has a clamping device for a blank and a dental preparation model only on one free end face.
  • the other end of the rotary shaft is anchored in the movement unit
  • the processing and digitizing unit of the machine tool must be quick and easy to replace. This can be done, for example, with a bayonet lock, but means for moving are preferably provided, for example one Linear rail or a swivel device, each with a lock in the working position
  • the machine tool can comprise a plurality of processing units, two processing units opposite one another with respect to the rotation shaft are expediently provided, in particular above - below, front - back or left - right, depending on the rotation shaft, as usual, being arranged horizontally or exceptionally vertically
  • a processing unit of a machine tool each comprises one or more, preferably several, processing tools. These processing tools are not the same but different for the rough and fine machining, which also affects the dimensioning of the tools. Usually two machining tools are arranged according to geometrical considerations. Examples of machining tools in the narrower sense are grinding pins or milling cutters for machining, or radiating machining tools for machining by laser or Elektroerros.on
  • the input of scaling factors is essential. This can be done manually using a keyboard that is connected to the computing and control unit, but is preferably done via a connected reading device for optical electrical, magnetic or mechanical-tactile input
  • the object is achieved according to the invention in that the digitization of the preparation model and the processing of the blank are performed on the same machine tool in a time-decoupled manner Processing of the blank from the determined and stored digitization data and a predefined, material-specific scaling factor. The processing paths for the blank are calculated.
  • the scaling factor can be exactly 1, but in practice it is usually between 1 and 1, 5, in particular between 1, 2 and 1, 3. ternalb of 1, then the preparation model is reduced accordingly
  • a positive dental preparation model is digitized.
  • a negative model can also be spanned, the digitized data being converted in such a way that a positively processed blank is produced.
  • the cavitation and occlusal digitization and conversion into processing paths of the processing unit is preferably carried out without assembly in the electronic control unit.
  • the use of CAD / CAM is therefore - as already mentioned - neither necessary nor sensible. In other words, you do not have to perform a surface return or a return of the digitized surfaces in CAD systems based on the digitized data. Post-processing of the data, for example inserting standardized links from a library via CAD, is therefore unnecessary. Working on such systems would require special knowledge and skills and would be restricted by the use of standardized links in terms of individuality for the patent situation.
  • To digitize the entire surface of the preparation model a basic setting is first brought up
  • the rotation shaft rotated once by 180 °, or three times by 90 °, or - five times by 60 °.
  • the axis can also be rotated through different, identical or unequal angles until the entire surface of the preparation model is digitized.
  • the rotary shaft can also be turned back and forth in stages The same applies to the production of the machined blank, the program for rotating the rotary shaft can be the same or different as for digitization
  • the electronic control unit can also calculate the processing paths for a mirrored basic structure for dental prostheses, tooth crowns and / or dental bridges and specify them for the processing unit
  • FIG. 1 a machine tool with the main components in a perspective view
  • FIG. 2 a front view of the device according to FIG. 1
  • FIG. 3 a top view of the device according to FIG. 1
  • FIG. 4 a section through a basic structure of a dental bridge
  • a machine tool 10 according to FIGS. 1 to 3 comprises, as load-bearing parts, a machine frame consisting of a base plate 12 and a portal 14
  • a first linear displacement 16 is fastened on the base plate 12 in the x direction, for example by screwing a guide rail 18.
  • a double-angled running rail 20 can be displaced along the guide rail 18 in the x direction by means not shown and can be positioned extremely precisely, for example mechanically, pneumatically , hydraulic or electromagnetic
  • a guide rail 22 of a second linear displacement 24 is rigidly fastened on the runner rail 20 in the y direction, which runs perpendicular to the x direction.
  • a runner rail 26 correspondingly angled on both sides, is applied with means, also not shown, for exact positioning
  • a mounting bracket 28 for the stable mounting of a further guide rail 30 of a third linear displacement 32 in the z direction, perpendicular to the x and y direction, with a running rail 34 which is also angled on both sides and which is also in an exact position by means not shown is movable
  • a rotation unit 36 with a presently horizontal rotation shaft 38 in a shaft bearing 37.
  • This is represented by clockwise or counterclockwise rotation by a double arrow 40, can be rotated about a longitudinal axis L into an exact position.
  • a cuboid blank 42 made of sinterable Ceramic material, on the other hand, spans the dental preparation model 44
  • a digitization unit 46 is fastened to the portal 14 of the machine frame diagonally above the dental preparation model 44.
  • This comprises a digitization stylus 48 arranged in the area of the preparation model 44 made of a cylindrical pin with a ball, which works mechanically and tactilely by the Surface of the preparation model 44 is scanned.
  • the digitization unit 46 can also work by means of a radiation source, for example for lasers
  • the recorded data are fed into an electronic computing and control unit 50, stored there, and the processing paths for a stationary The machining unit 52 is defined.
  • the characteristic data of the blank 42 can be entered into the electronic computing and control unit 50 via a reading device 51. In combination with the movement unit, a relative movement of this unit with the blank 42 takes place with respect to the stationary machining unit 52
  • the processing unit 52 which is fastened to the portal 14 directly or via a common carrier, comprises a spindle 54, 56 for the rough machining tool 58 and the fine machining tool 60.
  • both spindles 54, 56 each have a milling cutter or a grinding pin
  • the stability of the runner rails 20, 26 and 34 is ensured, for example, by a dovetail shape or by two lateral longitudinal grooves 62 in the side surfaces of the guide rails 18, 22, 30. Corresponding profile parts or cams of the runner rails 20 engage in these longitudinal grooves 62
  • the position of the rough machining tool 58 and the fine machining tool 60 is indicated in FIG. 3, as is the position of the stylus 48 or the radiation source. It can also be seen that one half of the vertical guide rail 30 has a dovetail shape 64 that has both angled legs of the runner rail 34 are trained accordingly
  • the machined blank 66 is indicated in the square blank 42. Contrary to the practice customary in most cases, this is indicated smaller than the corresponding preparation model 44, that is to say it had a scaling factor below 1. In practice, the machined blank 66 is Most cases are larger than the corresponding preparation model 44, the scaling factor is over 1, ie the machined blank 66 shrinks to the exact size of the preparation model 44 during sintering
  • the three translation axes are of importance for the invention, ie the linear guides 16, 24, 32 for the three spatial directions x, y, z, together with the rotation unit they form a movement unit which serves as a workpiece carrier for the blank 42.
  • the processing unit 52 can optionally choose the three translational ones Having movement units Then the workpiece, the blank 42, is not guided to the processing unit 52, but rather to the permanently installed blank 42
  • No conventional CAD activities are to be carried out on the computing and control unit 50. They are used to control the entire device, ie to control the movements of the movement unit, to record the data from the surfaces by the digitizing unit 46, to switch the machining tools 58 on and off. 60 holding spindles 54, 56 and for scaling the surface data
  • a densely sintered machined blank 66 is shown in section, it is a basic framework 68 for a dental bridge
  • the machine tool according to FIGS. 1 to 3 works as follows
  • the positive preparation model 44 for the basic structure 68 of a dental bridge is fastened on one end face of the rotary shaft 38.
  • the porous, ceramic blank 42 is clamped on the opposite end face.
  • the digitizing unit 46 With the digitizing unit 46, the entire surface of the positive preparation model 44 is digitally integrated into the electronic computing and control unit 50 accepted
  • the occlusal surface is first digitized.
  • the preparation model 44 is rotated by a correct angle, in the present case rotated by 180 °, then the cavity surface of the preparation model 44 is recorded in the same way. It is not necessary to join the occlusal and cavity surfaces of the preparation model 44 in the control and computation unit 50 because the relative position of the occlusal and cavity Surface is set by the rotary shaft 38
  • the order can also be different, e.g. (2), (1), (4), (3) or (1), (3), (2), (4)
  • the geometric arrangement of the processing tools 58, 60 result in the necessary displacements in the x, y and z directions or a reflection of the data for the processing
  • the blank 42 is then machined. Taking into account the displacements / reflections, the rough machining for the occlusal surface is first carried out using the rough machining tool 58 in accordance with the corresponding machining program. Then the rotary shaft 38 is rotated by 180 ° and then taking into account the displacements The rough machining for the cavity surface is carried out according to the corresponding machining program with the rough machining tool 58 / reflections. Then, taking into account the displacements / reflections, the fine machining of the cavity surface is carried out according to the corresponding machining program with the fine machining tool 60.
  • the rotary shaft 38 is then rotated Finishing by 180 ° taking into account the necessary displacements / reflections, the fine machining for the occlusal surface is carried out according to the corresponding machining program with the fine machining tool 60.
  • the result is a machined blank 66 which, enlarged by a scaling factor 1 2512, corresponds to the positive model
  • the machined blank is removed from the rotary shaft 38.
  • the subsequent steps are the firing (sintering) of the machined still porous ceramic blank to its full density and the individualization by firing feldspar ceramic (see, for example, WO, A 99/47065)
  • mirrored and / or even distorted copies of the preparation model can also be worked out of the blank using special linear images of the data

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Abstract

Eine automatische Werkzeugmaschine (10) dient zur Herstellung von Grundgerüsten (68) für Zahnersatz, insbesondere für Zahnkronen und/oder Zahnbrücken, von genauer dreidimensionaler Gestalt. Diese Grundgerüste (68) sind auf präparierten natürlichen und/oder künstlichen Zahnstümpfen befestigbar. Die Werkzeugmaschine (10) umfasst einen Maschinenrahmen (12, 14) oder ein -gehäuse, einen Werkstückträger mit einer Rotationswelle (38), wenigstens eine Digitalisierungseinheit (46), wenigstens eine Bearbeitungseinheit (52) und eine elektronische Rechen- und Steuereinheit (50) für alle Antriebsorgane. Es ist ein Träger für das Werkstück, einen Rohling (42), und/oder für die Bearbeitungseinheit/en (52) ausgebildet, welcher als Bewegungseinheit mit drei Translationsachsen in x-, y- und z-Richtung dient. Die Digitalisierung des Präparationsmodells (44) und die Bearbeitung des Rohlings (41) werden zeitlich entkoppelt auf derselben Werkzeugmaschine (10) durchgeführt. Vor der Bearbeitung des Rohlings (42) aus den ermittelten und gespeicherten Digitalisierungsdaten und einem vorgegebenen, materialspezifischen Skalierungsfaktor werden die Bearbeitungswege für den Rohling (42) berechnet.

Description

Werkzeugmaschine zur Herstellung von Grundgerüsten für Zahnersatz
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Werkzeugmaschine zur Herstellung von Grundgerusten für Zahnersatz, insbesondere für Zahnkronen und/oder Zahnbrücken, von genauer dreidimensionaler Gestalt, welche Grundgeruste auf präparierten natürlichen und/oder künstlichen Zahnstumpfen befestigbar sind, wobei die Werkzeugmaschine einen Maschinenrahmen oder ein -gehause, einen WerkstucKtrager mit einer Rotationswelle, wenigstens eine Digitalisierungsemheit, wenigstens eine Bearbeitungseinheit und eine elektronische Rechen- und Steuereinheit für alle Antriebsorgane umfasst Weiter be- trifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von positiven Grundgerusten für Zahnersatz mit der automatischen Werkzeugmaschine
Es sind eine Anzahl von Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von kunstlichen Zahnbrücken und Zahnkronen bekannt, welche gesamthaft als Zahnersatz bezeichnet werden Grundsätzlich wird nach der zahnärztlichen Praparation ein Abdruck des Zahnstumpfes, der Zahnumgebung und des Kiefers angefertigt Weiter ist ein System mit einer Mundkamera bekannt, welches die Bearbeitungsdaten aus den im Mund aufgenommenen Bildern ableitet, ohne den Weg über den Abdruck zu gehen
Aus dem Abdruck kann über eine Gipsabformung ein sogenanntes Meistermo- dell hergestellt werden Dieses Meistermodell zeigt die Situation im Mund des Patienten aus Gips Der Zahntechniker modelliert auf diesem Meistermodell mit handwerklichem Geschick ein Modell des Grundgerustes des Zahnersatzes in Wachs sowie bei niedriger Temperatur schmelzendem oder polymensierend aushärtendem Kunststoff Dieses Modell kann in feuerfesten Massen einge- bettet, ausgeheizt und dann aus metallischen Werkstoffen gegossen werden Das Wachsmodell, diese Bezeichnung wird auch beim Einsatz von Kunststoff verwendet kann aber auch über mechanische Kopierbearbeitung im Massstab 1 1 , vergrossert oder verkleinert, auf einen anderen Werkstoff übertragen wer- den Vorliegenden interessiert nur die „Kopierbearbeitung", auch mit Vergros- serung oder Verkleinerung Ein aus keramischem Material bestehendes Grundgerust für Zahnkronen und/oder -brücken wird dichtgesintert und schrumpft dabei auf die endgültige Gestalt, und zwar derart, dass das Grundgerust spater präzis auf die Zahnstumpfe aufgesetzt werden kann Durch Auf- bringen einer Beschichtung aus Porzellan (Feldspaltkeramik) oder aus Kunststoff auf die aussere Oberflache des Grundgerustes kann bei Bedarf die Zahnkrone oder die Zahnbrücke individualisiert werden
Die WO,A1 96/05782 beschreibt eine manuell bedienbare, analog arbeitende Vorrichtung zur Herstellung von Zahnfüllungen und ahnlichem Die Vorrichtung beinhaltet zwei Spindeln zum Rotieren eines Modells und eines Rohlings Die Rotation von Modell und Rohling muss synchron erfolgen Senkrecht zur Rotationsachse von Modell und Rohling sind beim Modell ein Fühler und beim Rohling ein Bearbeitungswerkzeug angebracht Rotieren Modell und Rohling, wird der Fühler manuell mit der Modelloberflache in Kontakt gebracht Gleichzeitig bearbeitet das Bearbeitungswerkzeug den Rohling entsprechend Wird der Fühler über die gesamte Modelloberflache bewegt, entsteht eine massstabliche Kopie des Modells Die hauptsächlichen Nachteile dieser Ausfuhrungsform sind die nicht einstellbare Skalierung, d h fehlende Vergrosserungs- oder Ver- kleinerungsmoglichkeit, die manuelle Bedienung, die notwendige exakte Abstimmung von Fühler und Werkzeug, und die Probleme bei der Herstellung von Korpern mit Kavitaten (konkave Oberflachenform) Die in der WO,A1 96/05782 beschriebene Vorrichtung ist deshalb nicht geeignet zur automatisierten Herstellung von Zahnkronen und Zahnbrücken jeglicher Geometrie
In der US,A 5184306 wird eine automatische Hochprazisionsfertigung von Ob- jekten mit komplexer und individueller Geometrie Diese komplizierten Objekte können beispielsweise auch Zahnkronen oder Zahnbrücken sein, deren Digi- taldatenwerten beispielsweise einer Bibliothek entnommene Idealgeometrien uDerlagert werden Dann werden diese Idealgeometrien den Digitaldaten an- gepasst und verändert Davon werden dann die Wege für die Bearbeitungsmaschine abgeleitet Eine Vorrichtung ist auch nicht ansatzweise dargestellt
Aus der EP A2 0904742 und anderen Publikationen sind Vorrichtungen bekannt, welche aus zwei voneinander getrennten Geraten bestehen, wovon je- des eine Rechenanlage integriert hat Das eine Gerat dient dem Digitalisieren αer Oberflachen eines Meistermodells das andere Gerat dem Bearbeiten der Zahnkrone und/oder der Zahnbrücke aus einem Rohling In derartigen Vorrichtungen existieren zahlreiche Schnittstellen Die Investitionskosten für derartige Vorrichtungen sind regelmassig hoch
Das Digitalisieren der Oberflachen eines Meistermodells liefert annäherungsweise die kavitale Oberflache des Grundgerustes Zementierungsspalte und okklusale Oberflache des Grundgerustes müssen beim Rechnen, z B via flachen- oder volumenruckgefuhrter aufwendiger dreidimensionaler Modelle er- gaπzt werden Die Arbeitsweise und Arbeitsmittel entsprechen somit nicht der traditionellen kunstvollen Arbeitsweise eines Zahntechnikers benotigen jedoch dennoch speziell geschultes Fachpersonal
Andere Vorrichtungen arbeiten über CAD/CAM Sie müssen, ausgehend von den digitalisierten Daten, eine Flachenruckfuhrung oder eine Rückführung der digitalisierten Oberflachen in CAD-Systeme durchfuhren Die Nachbearbeitung der Daten, z B das Einfugen von standardisierten Zwischengliedern aus einer Bibliothek über CAD ist dann möglich Die Arbeit mit solchen System erfordert spezielle Kenntnisse und Fertigkeiten und ist durch die Verwendung von stan- dardisierten Zwischengliedern hinsichtlich der Individualität für die Patientensituation eingeschränkt Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Herstellung von positiven Grundgerusten für Zahnersatz zu schaffen, welche eine sichere Herstellung mit einer kleinen und einfach zu bedienenden Vorrichtung erlauben Vorrichtung und Verfahren sollen insbesondere für ein Grundgerust aus einem porösen Keramikgruπ ng, nach dem Sintern hochfester Keramik, aber auch für Grundgeruste aus Kunststoff oder einem anderen einfach zu bearbeitenden Werkstoff, geeignet sein
In bezug auf die Werkzeugmaschine wird die Aufgabe erfindungsgemass dadurch gelost, dass ein Trager für das Werkstuck einen Rohling, und/oder für die Bearbeitungseinheiten als Bewegungseinheit mit drei Translationsachsen in x-, y- und z-Richtung ausgebildet ist Spezielle und weiterbildende Ausfuh- rungsformen der Werkzeugmaschine sind Gegenstand von abhangigen Ansprüchen
Da die konkaven Innenflachen von Zahnkronen und/oder Zahnbrücken ohne Hmterschneidungen ausgebildet sein sollen genügt es dass vorzugsweise der Werkstucktrager in x- y- und z-Richtung, also den Richtungen eines rechtwinkligen räumlichen Koordinatensystem, bei ortsfester Bearbeitungseinheit bewegbar ist Die Steuerung erfolgt so, dass ein lineares Verschieben des bevorzugt betrachteten Werkstucktragers in zwei oder in allen drei Richtungen gleichzeitig und schnell erfolgt In der Praxis sind die Translationsachsen als Linearschienen ausgebildet
Bei einer Bewegungseinheit für den Werkstucktrager kann die Funktion Translationsachse in x-Richtung von der Rotationswelle des Werkstucktragers übernommen werden, indem diese drehmomentsicher verlanger- oder verkurz- bar ausgebildet ist Wahlweise kann die Rotationsachse auch als Ganzes in Axialrichtung verschiebbar sein Die erwähnte Rotationswelle des Werkstucktragers hat nach einer ersten Variante beidends stirnseitige Aufspannvorrichtungen, einerseits für einen zu bearbeitenden Rohling, andernends für ein zahntechnisches Praparatioπsmodell Der Rohling besteht beispielsweise aus wenigstens einem der Metalloxidpul- ver AL203, TiO2, MgO Y203 oder einem Zirkonoxidmischkπstall Für nähere Angaben bezuglich des Rohlings und seiner Behandlung wird auf die WO,A1 99/47065 verwiesen Das zahntechnische Praparationsmodell ist in der Regel ein Positivmodell, kann jedoch auch ein Negativmodell sein
Nach einer anderen Variante hat die Rotationswelle nur an einer freien Stirnseite eine Aufspannvorrichtung für einen Rohling und ein zahntechnisches Praparationsmodell Das andere Ende der Rotationswelle ist in der Bewegungseinheit verankert
Falls der Rohling und das Praparationsmodell auf der selben Stirnseite der Rotationswelle einspannbar sind, müssen die Bearbeitungs- und die Digitalisie- rungseinneit der Werkzeugmaschine schnell und einfach auswechselbar sein Dies kann beispielsweise mit einem Bajonettverschluss erfolgen, vorzugsweise sind jedoch Mittel zum Verschieben vorgesehen, z B eine Linearschiene oder eine Schwenkeinrichtung mit je einer Arretierung in Arbeitsposition
Nach einer weiteren Variante kann die Werkzeugmaschine mehrere Bearbeitungseinheiten umfassen, zweckmassig sind zwei bezüglich der Rotationswelle gegenüberliegende Bearbeitungseinheiten vorgesehen, insbesondere oben - unten, vorn - hinten oder links - rechts, je nachdem die Rotationswelle wie üblich horizontal oder ausnahmsweise vertikal angeordnet ist
Eine Bearbeitungseinheit einer Werkzeugmaschine umfasst je ein oder meh- rere bevorzugt mehrere Bearbeitungswerkzeuge Dabei sind diese Bearbeitungswerkzeuge, welche nicht gleich, sondern unterschiedlich für die Grob- und Feinbearbeitung ausgebildet sind, was sich auch in der Dimensionierung der Werkzeuge auswirkt In der Regel sind zwei Bearbeitungswerkzeuge nach geometrischen Überlegungen angeordnet Beispiele für Bearbeitungswerkzeuge im engeren Sinn sind Schleifstifte oder Fräser für die spanende Bear- beitung, oder strahlende Bearbeitungswerkzeuge für die Bearbeitung mittels Laser oder Elektroerros.on
Da die Rohlinge insDesondere aus keramischem, beim Sintern schrumpfendem Material bestehen, ist die Eingabe von Skalierungsfaktoren von wesentlicher Bedeutung Dies kann manuell über eine Tastatur, welche an der Rechen- und Steuereinheit angeschlossen ist, erfolgen vorzugsweise jedoch über ein angeschlossenes Lesegerat zur optischen elektrischen, magnetischen oder me- chanischen-taktilen Eingabe
Konstruktiv ist es besonders vorteilhaft, für die Digitalisierungs- und Bearbeitungseinheit das gleiche mechanische, pneumatische hydraulische oder elektromagnetische System auszubilden
In bezug auf das Verfahren zur Herstellung von positiven Grundgerusten für Zahnersatz mit der vorstehend beschriebenen automatischen Werkzeugmaschine wird die Aufgabe erfindungsgemass dadurch gelost, dass die Digita sie- rung des Praparationsmodells und die Bearbeitung des Rohlings zeitlich entkoppelt auf der selben Werkzeugmaschine durchgeführt werden, wobei vor der Bearbeitung des Rohlings aus den ermittelten und gespeicherten Digitalisie- rungsdaten und einem vorgegebenen, materialspezifischen Skalierungsfaktor die Bearbeitungswege für den Rohling berechnet werden Spezielle und weiterfuhrende Ausfuhrungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den abhangigen Ansprüchen
Der Skalierungsfaktor kann exakt 1 sein, in der Praxis egt er jedoch meist zwischen 1 und 1 ,5, insbesondere zwischen 1 ,2 und 1 ,3 Er kann jedoch auch un- ternalb von 1 liegen, dann wird das Praparationsmodell entsprechend verkleinert
Vorzugsweise wird ein positives zahnärztliches Praparationsmodell digitalisiert Es kann jedoch auch ein negatives Modell aufgespannt werden, wobei die digitalisierten Daten so umgerechnet werden, dass ein positiver bearbeiteter Rohling hergestellt wird.
Die kavitale und okklusale Digita sierung und Umrechnung in Bearbeitungs- wege der Bearbeituπgsemheit erfolgt vorzugsweise ohne Zusammenfugen in der elektronischen Steuereinheit, die Verwendung von CAD/CAM ist deshalb - wie bereits erwähnt - weder notwendig noch sinnvoll. Mit anderen Worten müssen sie nicht ausgehend von den digitalisierten Daten eine Flachenruckfuhrung oder eine Rückführung der digitalisierten Oberflächen in CAD-Systeme durch- führen Eine Nachbearbeitung der Daten, z B. das Einfügen von standardisierten Zwischengliedern aus einer Bibliothek über CAD erübrigt sich also. Die Arbeit an solchen Systemen wurde spezielle Kenntnisse und Fertigkeiten erfordern und wäre durch die Verwendung von standardisierten Zwischengliedern hinsichtlich der Individualität für die Patentensituation eingeschränkt Zum Di- gitalisieren der ganzen Oberflache des Praparationsmodells wird vorerst in eine Grundeinstellung gebracht Dann wird
die Rotationswelle einmal um 180°, oder dreimal um 90°, oder - fünfmal um 60° gedreht.
Selbstverständlich kann die Achse auch um andere, gleiche oder ungleiche Winkel gedreht werden, bis die gesamte Oberfläche des Praparationsmodells digitalisiert ist. Je nach Programm kann die Rotationswelle auch stufenweise hin und zurückgedreht werden Für die Herstellung des bearbeiteten Rohlings gilt entsprechendes, das Programm zum Drehen der Rotationswelle kann gleich oder unterschiedlich wie bei der Digitalisierung sein
Die elektronische Steuereinheit kann auch die Bearbeitungswege für ein gespiegeltes Grundgerust für Zahnersatz, Zahnkronen und/oder Zahnbrücken, berechnen und der Bearbeituπgseinheit vorgeben
Es nat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, das Verfahren mit fixierter Bearbeituπgseinheit und dem Werkstucktrager als einziger Bewegungseinheit in x-, y- und z-Richtung durchzufuhren
Die Erfindung wird dann anhand eines Ausfuhrungsbeispiels einer automatischen Werkzeugmaschine, welche auch Gegenstand von abhangigen Anspru- chen ist, naher erläutert Es zeigen schematisch
Fig 1 eine Werkzeugmaschine mit den Hauptkomponenten in perspektivischer Darstellung, Fig 2 eine Ansicht von vorn der Vorrichtung gemass Fig 1 , - Fig 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemass Fig 1 , und Fig 4 einen Schnitt durch ein Grundgerust einer Zahnbrücke
Eine Werkzeugmaschine 10 gemass Fig 1 bis 3 umfasst als tragende Teile einen Maschinenrahmen, bestehend aus einer Grundplatte 12 und einem Por- tal 14
Auf der Grundplatte 12 ist eine erste Linearverschiebung 16 in x-Richtung befestigt, beispielsweise durch Verschrauben einer Führungsschiene 18 Eine doppelt abgewinkelte Lauferschiene 20 kann entlang der Führungsschiene 18 in x-Richtung mit nicht dargestellten Mitteln verschoben und ausserst exakt positioniert werden, beispielsweise mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch
Auf der Lauferschiene 20 ist in y-Richtung, welche senkrecht zur x-Richtung verlauft, eine Führungsschiene 22 einer zweiten Linearverschiebung 24 starr befestigt Entlang der Führungsschiene 22 ist eine entsprechend beidseits abgewinkelte Lauferschiene 26 mit ebenfalls nicht dargestellten Mitteln zur exakten Positionierung aufgebracht
Auf der Lauferschiene 26 ist ein Befestigungswinkel 28 zur stabilen Halterung einer weiteren Führungsschiene 30 einer dritten Linearverschiebung 32 in z- Richtung, senkrecht zur x- und y-Richtung, mit einer ebenfalls beidseitig abgewinkelten Lauferschiene 34 welche ebenfalls mit nicht dargestellten Mitteln in eine exakte Position verschiebbar ist
Auf der Lauferschiene 34 ist eine Rotationseinheit 36 mit einer vorliegend horizontalen Rotationswelle 38 in einem Wellenlager 37 Diese ist durch Drehung im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn durch einen Doppelpfeil 40 dargestellt, um eine Längsachse L in eine exakte Position drehbar Einends ist ein quaderformiger Rohling 42 aus sinterbarem Keramikmateπal aufgespannt an- demends das zahntechπische Praparationsmodell 44
Schräg oberhalb des zahntechnischeπ Praparationsmodells 44 ist eine Digita - sierungseinheit 46 am Portal 14 des Maschinenrahmens befestigt Diese umfasst einen im Bereich des Praparationsmodells 44 angeordneten Digitahsie- rungs-Taststift 48 aus einem zylindrischen Stift mit einer Kugel, welcher me- chanisch-taktil arbeitet indem die Oberflache des Praparationsmodells 44 abgetastet wird Wahlweise kann die Digita sierungseinheit 46 auch mittels einer Strahlungsquelle, z B für Laser, arbeiten
Die aufgenommenen Daten werden in eine elektronische Rechen- und Steuereinheit 50 geleitet, dort gespeichert und die Bearbeitungswege für eine ortsfe- ste Bearbeituπgseinheit 52 festgelegt Über ein Lesegerat 51 können die charakteristischen Daten des Rohlings 42 in die elektronische Rechen- und Steuereinheit 50 eingegeben werden In Kombination mit der Bewegungseinheit findet eine relative Bewegung dieser Einheit mit dem Rohling 42 in bezug auf die ortsfeste Bearbeituπgseinheit 52 statt
Die direkt oder über einen gemeinsamen Trager am Portal 14 befestigte Bearbeitungseinheit 52 umfasst je eine Spindel 54,56 für das Grobbearbeitungs- weikzeug 58 und das Feinbearbeitungswerkzeug 60 Beide Spindeln 54, 56 haben im vorliegenden Fall je einen Fräser oder einen Schleifstift
In Fig 3 ist der obere Bogen des Portals 14 aus Ubersicht chkeitsgrunden weggelassen
Die Stabilität der Lauferschienen 20, 26 und 34 wird beispielsweise durch eine Schwalbenschwanzform oder durch zwei seitliche Langsnuten 62 in den Seitenflächen der Führungsschienen 18, 22, 30 sichergestellt In diese Langsnuten 62 greifen entsprechende Profilteile oder Nocken der Lauferschienen 20
Figure imgf000012_0001
In Fig 3 ist die Position des Grobbearbeitungswerkzeugs 58 und des Feinbearbeitungswerkzeugs 60 angedeutet, ebenso die Position des Taststiftes 48 oder der Strahlungsquelle Weiter ist erkennbar, dass die eine Hälfte der vertikalen Führungsschiene 30 eine Schwalbenschwanzform 64 aufweist, die bei- den abgewinkelten Schenkel der Lauferschiene 34 sind entsprechend ausgebildet
Im quaαerformigen Rohling 42 ist der bearbeitete Rohling 66 angedeutet Entgegen der in den meisten Fallen üblichen Praxis ist dieser kleiner angedeutet als das entsprechende Praparationsmodell 44, hatte also einen unter 1 liegenden Skalierungsfaktor In der Praxis ist der bearbeitete Rohling 66 in den mei- sten Fallen grosser ausgebildet als das entsprechende Praparationsmodell 44, der Skalierungsfaktor egt über 1 , d h der bearbeitete Rohling 66 schrumpft beim Sintern auf das exakte Mass des Praparationsmodells 44
Von erfmdungswesenthcher Bedeutung sind die drei Translationsachsen, d h die Linearfuhrungen 16, 24, 32 für die αrei Raumrichtungen x, y, z, sie bilden zusammen mit der Rotationseinheit eine Bewegungseinheit welche als Werkstucktrager für den Rohling 42 dient Wahlweise kann die Bearbeitungseinheit 52 die drei translatorische Bewegungseinheiten aufweisen Dann wird nicht das Werkstuck, der Rohling 42, zur Bearbeitungseinheit 52 gefuhrt, sondern diese zum fix installierten Rohling 42
An der Rechen- und Steuereinheit 50 sollen keine üblichen CAD-Tatigkeiten durchgeführt werden Sie dient der Steuerung der gesamten Vorrichtung, d h der Steuerung der Bewegungen der Bewegungseinheit, der Datenaufnahme der Oberflachen durch die Digitalisierungsemheit 46, zum Ein- und Ausschalten der die Bearbeitungswerkzeuge 58, 60 halternden Spindeln 54, 56 und zur Skalierung der Oberflachendaten
In Fig 4 ist ein dichtgesinterter bearbeiteter Rohling 66 im Schnitt dargestellt, es handelt sich um ein Grundgerust 68 für eine Zahnbrücke
Die Werkzeugmaschine gemass den Fig 1 bis 3 arbeitet wie folgt
Das positive Praparationsmodell 44 für das Grundgerust 68 einer Zahnbrücke wird auf einer Stirnseite der Rotationswelle 38 befestigt Auf der gegenüberliegenden Stirnseite wird der poröse, keramische Rohling 42 eingespannt Mit der Digitalisierungsemheit 46 wird die vollständige Oberflache des positiven Praparationsmodells 44 digital in die elektronische Rechen- und Steuereinheit 50 übernommen Dazu wird zunächst die okklusale Oberflache digitalisiert Dann wird das Praparationsmodell 44 mittels der Rotationswelle 38 um einen be- stimmten Winkel, vorliegend um 180°, gedreht Anschliessend wird in gleicher Weise die kavitale Oberflache des Praparationsmodells 44 erfasst Ein Zusammenfügen der okklusalen und kavitalen Oberflache des Praparationsmodells 44 in der Steuerungs- und Recheneinheit 50 ist nicht notwendig, weil die relative Position von okklusaler und kavitaler Oberflache durch die Rotationswelle 38 festgelegt ist
Durch die Eingabe eines Skalierungsfaktors von 1.2512 werden für die Digitaldaten der okklusalen und kavitalen Oberflachen vergrosserte Oberflachen abgeleitet und unter Berücksichtigung der geometrischen Daten des Grobbearbeitungswerkzeugs 58 und des Feinbearbeitungswerkzeugs 60 die Werkzeugwege berechnet. Ergebnis sind Bearbeitungsprogramme in zweckmassig folgender Reihenfolge
- Grobbearbeitung für die okklusale Oberflache (1 ),
Grobbearbeitung für die kavitale Oberfläche (2), Feinbearbeitung für die okklusale Oberflache (3) und Feinbearbeitung für die kavitale Oberflache (4)
Die Reihenfolge kann auch eine andere sein, z.B. (2), (1 ), (4), (3) oder (1 ), (3), (2), (4)
Die geometrische Anordnung der Bearbeitungswerkzeuge 58, 60 ergeben die notwendigen Verschiebungen in x-, y- und z-Richtung oder eine Spiegelung der Daten für die Bearbeitungen
Anschliessend erfolgt die Bearbeitung des Rohling 42. Unter Berücksichtigung der Verschiebungen/Spiegelungen wird zunächst die Grobbearbeitung für die okklusale Oberfläche nach dem entsprechenden Bearbeitungsprogramm mit dem Grobbearbeitungswerkzeug 58 durchgeführt. Dann wird die Rotationswelle 38 um 180° gedreht und dann unter Berücksichtigung der Verschiebun- gen/Spiegelungen die Grobbearbeitung für die kavitale Oberflache nach dem entsprechenden Bearbeitungsprogramm mit dem Grobbearbeitungswerkzeug 58 durchgeführt Darauf wird unter Berücksichtigung der Verschiebungen/ Spiegelungen die Feinbearbeitung der kavitalen Oberflache nach dem ent- sprechenden Bearbeitungsprogramm mit dem Feinbearbeitungswerkzeug 60 durchgeführt Im Anschluss erfolgt eine Drehung der Rotationswelle 38 um 180° Abschhessend wird unter Berücksichtigung der notwendigen Verschiebungen/Spiegelungen die Feinbearbeitung für die okklusale Oberflache nach dem entsprechenden Bearbeitungsprogramm mit dem Feinbearbeitungswerk- zeug 60 durchgeführt Ergebnis ist ein bearbeiteter Rohling 66, welcher um den Skalierungsfaktor 1 2512 vergrossert dem Positivmodell entspricht
Unter Verwendung geeigneter Bearbeitungswerkzeuge kann es einerseits vorteilhaft sein, nur einen Bearbeitungsschritt pro Oberflache (okklusale und ka- vitale) vorzunehmen, andererseits können statt zwei auch drei oder mehr Bearbeitungsschritte pro Oberflache durchgeführt werden
Der bearbeitete Rohling wird von der Drehwelle 38 entfernt Die anschliessend folgenden Arbeitsschritte sind das Brennen (Sintern) des bearbeiteten noch porösen keramischen Rohlings zu seiner vollen Dichte und die Individualisierung durch Aufbrennen von Feldspatkeramik (vgl beispielsweise die WO,A 99/47065)
Wie erwähnt können durch spezielle lineare Abbildungen der Daten auch ge- spiegelte und/oder sogar verzerrte Kopien des Praparationsmodells aus dem Rohling herausgearbeitet werden

Claims

Patentansprüche
1 Automatische Werkzeugmaschine (10) zur Herstellung von Grundgerusten (68) für Zahnersatz, insbesondere für Zahnkronen und/oder Zahnbrücken, von genauer dreidimensionaler Gestalt, welche Grundgeruste (68) auf präparierten natürlichen und/oder künstlichen Zahπstumpfen befestigbar sind, wobei die Werkzeugmaschine (10) einen Maschinenrahmen (12, 14) oder ein -gehause, einen Werkstucktrager mit einer Rotationswelle (38), wenigstens eine Digitalisierungsemheit (46), wenigstens eine Bearbeitungsem- neit (52) und eine elektronische Rechen- und Steuereinheit (50) für alle
Antriebsorgane umfasst
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Trager für das Werkstuck, einen Rohling (42), und/oder für die Bear- beitungseinheit/en (52) als Bewegungseinheit mit drei Translationsachsen in x-, y- und z-Richtung ausgebildet ist
2 Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lange der Rotationswelle (38) drehmomeπtsicher veränderbar oder die Rotationsachse (38) als Ganzes in Axialrichtung (L) verschiebbar ist und eine Translationsachse, vorzugsweise in x-Richtung, bildet
3 Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationswelle (38) beidends stirnseitige Aufspannvorrichtungen für einen Rohling (42) und ein zahntechnisches Praparationsmodell (44) aufweist
4 Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass αie Rotationswelle (38) an einer freien Stirnseite eine Vorrichtung zum alternierenden Aufspannen eines Rohlings (42) oder eines zahntech- nischen Praparationsmodells (44) aufweist
Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalisierungs- (46) und die Bearbeitungseinheit (52) auswechselbar sind, vorzugsweise durch Verschieben mit einer Schwenkeinrichtung oder einer Linearschiene
Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Digitalisierungs- (46) und/oder Bearbeitungseinheiten (52) umfasst, vorzugsweise zwei bezüglich der Rotationswelle (38) diagonal gegenüberliegende, insbesondere oben - unten, vorn - hinten, oder links - rechts
Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bearbeitungseinheit (52) mehrere Bearbeitungswerkzeuge (58, 60) hat, welche geometrisch abgestimmt sind, vorzugsweise je eines für die Grob- und eines für die Feinbearbeitung
Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (52) mit spanenden oder strahlenden Bearbeitungswerkzeugen (58, 60) ausgestattet ist, insbesondere mit Schleifstiften Fräsern oder Strahlungsquellen für Laser oder Elektro- errosion
Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Rechen- und Steuereinheit (50) ein optisches, elektrisches, magnetisches oder mechanisch-taktiles Lesegerat (51 ) für die Eingabe von Skalierungsfaktoren aufweist
Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Digitalisierungs- (46) und die Bearbeitungs- einheit (52) das gleiche mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektromagnetische System ausgebildet ist
Verfahren zur Herstellung von positiven Grundgerusten (68) für Zahnersatz mit der automatischen Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Digitalisierung des Praparationsmodells (44) und die Bearbeitung des Rohlings (41 ) zeitlich entkoppelt auf derselben Werkzeugmaschine (10) durchgeführt werden, wobei vor der Bearbeitung des Rohlings (42) aus den ermittelten und gespeicherten Digitalisierungsdaten und einem vorgegebenen materialspezifischen Skalierungsfaktor die Bearbeitungswege für den Rohling (42) berechnet werden
Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Roh πgsdaten in die elektronische Rechen- und Steuereinheit (50) eingegeben sowie das zahntechnische Praparationsmodell (44) des Grundgerustes (68) und bei entsprechender Gestaltung der Rotationswelle (38) der Rohling (42) aufgespannt werden, wenigstens die kavitalen In- nenoberflachen des Praparationsmodells (44) vollständig digitalisiert werden, die digital aufgenommenen Oberflachendaten in Bearbeitungswege für die Bearbeitungseinheit (52) umgerechnet werden, der Rohling (42) in konsekutiven Schritten bis zum Erreichen der gespeicherten Endform bearbeitet wird, und der bearbeitete Rohling (66) und das Praparationsmodell (44) von der Werkzeugmaschine (10) genommen werden
Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein positives Praparationsmodell (44) digitalisiert wird Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die okklusale und kavitale Digitalisierung und Umrechnung in Bearbeitungswege ohne Zusammenfugen in der elektronischen Rechen- und Steuereinheit (50) erfolgt
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationswelle (38) zum Digitalisieren der ganzen Oberflache des Praparationsmodells (44) und/oder zur Herstellung des bearbeiteten Rohlings (66) aus der Grundemstellung jeweils um 180°, um 90° oder um 60° gedreht wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Rechen- und Steuereinheit (50) die Bearbeitungswege für ein gespiegeltes Grundgerust (68) für Zahnersatz berechnet und der Bearbeitungseinheit (52) vorgibt
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vorerst die Grobbearbeitung der okklusalen, anschliessend der kavitalen Oberflache des bearbeiteten Rohlings (66), dann dessen Feinbearbeitung der okklusalen, anschliessend der kavitalen Oberflache erfolgt, wobei auch mit bezüglich der Rotationswelle (38) diagonal gegenüberliegendem groben und feinen Bearbeitungswerkzeug (58, 60) gearbeitet wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit fixierter Bearbeitungseinheit (52) und dem Trager des Werkstucks, des Rohlings (42), als einziger Bewegungseinheit gearbeitet wird
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