WO2007110010A1

WO2007110010A1 - Verfahren zur herstellung von gegenständen aus keramik oder metall durch elektrophoretisches freiformen

Info

Publication number: WO2007110010A1
Application number: PCT/DE2007/000125
Authority: WO
Inventors: Stefan Wolz
Original assignee: Stefan Wolz Ohg
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2007-10-04
Also published as: US20090255813A1; EP2032741A1; DE102006056303A1; JP2009529989A; DE102006013658A1; DE102006013658B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrophoretisches Freiformverfahren, mit dem sowohl metallische wie keramische Formteile hergestellt werden können. Bei diesem Verfahren wird ein Schlicker (Suspension aus Wasser und Metall- oder Keramikpulver) über eine Hohlnadel (6) dem herzustellenden Substrat (3) zugeführt. Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Schlicker (7) und dem Substrat (3) wird ein Materialniederschlag erzeugt. Zum Aufbau einer in einen Rechner eingescannten Raumform wird das Substrat gesteuert an der Spitze der Hohlnadel (6) vorbeigeführt. Die Steuerung erfolgt nach bekannten CAD/CAM-Verfahren. Mit diesem Verfahren können insbesondere alle in der Dentaltechnik bekannten Formteile auf einer Maschine hergestellt werden. Es eignet sich besonders zur Herstellung von Gerüsten und zum Beschichten von Gerüsten mit Dentin oder Schneidmaterial. Gleichermaßen ist die Herstellung nicht-dentaler Formteile möglich, deren Abmessungen mit denen der dentalen Formteile vergleichbar sind.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Keramik oder Metall durch elektrophoretisches Freiformen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Keramik oder Metall durch elektrophoretisches Freiformen. Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von Zahnteilen. Unter Zahnteile im Sinne der Erfindung werden alle Zahnteile verstanden, die in der prothetischen oder konservierenden Behandlung einem Patienten eingesetzt werden können, also Gerüste für Brücken, Käppchen für Einzelzähne, Inlays, aber auch mit Dentin und/oder mit Schneidmaterial beschichteter Zahnersatz.

Unter nicht-dentale Gegenstände im Sinne der Erfindung werden alle Produkte verstanden, die aufgrund ihrer Abmessungen und Gewichts vernünftigerweise durch Elektrophorese hergestellt werden können. Wie der Begriff „Freiformen" schon impliziert, handelt es sich bei diesen Gegenständen um Produkte, die eine Raumform aufweisen. Nicht gemeint sein können einfache Beschichtungen, die bisher schon immer durch Elektrophorese hergestellt wurden. Dieses Verfahren eignet sich daher insbesondere zur Herstellung von Komponenten für die Feinmechanik, die bisher durch spanabhebende Verfahren oder durch Gießen hergestellt wurden.

Im Übrigen gibt es nach Kenntnis des Erfinders bisher noch kein „elektrophoretisches Freiformverfahren" im Sinne der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der elektrophoretischen Abscheidung von Feststoffteilchen aus einem Schlicker. Unter Schlicker im Sinne der Erfindung ist jede geeignete Suspension von Keramik- oder Metallpulver in einem flüssigen Suspensionsmittel gemeint.

In den letzten Jahren hat die Elektrophorese bei der Herstellung von vollkeramischen Kronen und Brücken stark an Bedeutung gewonnen. Als Vertreter dieser Technologie werden folgende Druckschriften genannt: WO 99/50480 Al, DE 100 21 437 Al, DE 101 27 144 Al, DE 103 39 603 Al, WO 2004/04 1113 Al. Da das Ziel dieser Erfindungen unter anderem die Herstellung vollkeramischer Zahnprothesen ist, sind Metalle eigentlich als Gerüstmaterial ausgeschlossen, zumal nicht erwartet werden konnte, dass sich Metallpulver durch Elektophorese auftragen lässt, da wegen der Leitfähigkeit der Metalle Kurzschlüsse in der Elektophoresezelle wahrscheinlich erscheinen.

Auch besteht bei diesen Verfahren der vermeintliche Nachteil, dass Keramiken, wie z.B. Zirkonoxid, die beim Sintern einer Schrumpfung unterliegen, nicht zufrieden stellend bearbeitet werden, da die Keramikmasse auf dem Arbeitsmodell niedergeschlagen wird. Bei Zirkonoxid müsste daher bei diesen Verfahren eine Duplierung des Arbeitsmodells mit einem Expansionsgips vorgenommen werden. Eine Duplierung beinhaltet aber bekanntermaßen eine zusätzliche Fehlerquelle bezüglich der Formgenauigkeit. Mit Alumina dagegen werden mit ■ obigen Verfahren beste Qualitäten auch im Hinblick auf die Festigkeit erzielt.

In der älteren Anmeldung DE 10 2005 052 113.4-23 wird ein Verfahren zur Herstellung von Zahnteilen aus Dentalmetallpulver offenbart. Die dort gegebene Lehre bezüglich der

Schlickerzusammensetzung und des Sintervorgangs ist voll auf die vorliegende Erfindung übertragbar, so dass mit der vorliegenden Erfindung sowohl Dentalmetall als auch Dentalkeramik verarbeitet werden kann. Ein allgemein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Zahngerüsten besteht darin, dass aus einem isostatisch vorgepreßten Block aus Keramik, insbesondere Zirkonoxid, mit der

CAD/CAM-Technik ein Gerüst herausgefräst wird. Hierbei wird das Gebiss des Patienten oder ein Arbeitsmodell gescannt und auf der Basis der gescannten Raumform das Gerüst gefräst. Dieses Verfahren ermöglicht eine Kompensation des Sinterschrumpfes bei Zirkonoxid, beinhaltet jedoch einen beachtlichen Fräsaufwand. Ein weiter Nachteil besteht darin, dass durch Fräsen nicht die Genauigkeit von Hohlräumen erzielt werden kann, die durch Abformen auf einem Arbeitsmodell erreicht wird. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Genauigkeit beim Innenfräsen durch die Abmessungen des Fräskopfes limitiert ist. Ferner hat dieses Verfahren den weiteren Nachteil, dass ein ästhetisch zufriedenstellender Zahnersatz wegen der Uniformität des Keramikblockes nicht hergestellt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Keramik oder Metall auf der Basis der Scannertechnologie anzugeben, das wesentlich einfacher als die bekannten Scannerverfahren ist und für jedes Material geeignet ist und das eine erhöhte Maßgenauigkeit aufweist. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 1 bis 10 beschrieben.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Herstellung von Zahnteilen beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass auch nicht-dentale Gegenstände mit der Erfindung hergestellt werden können.

Es zeigen:

Figur 1 das Prinzip einer Maschine zur Durchführung des Verfahrens;

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1.

In Figur 1 ist mit 1 ein Computer bezeichnet, der entsprechend einer eingescannten Raumform eine CAD/CAM-Maschine steuert. Entsprechende Maschinen, die einen 3 bis 5- achsigen Bewegungsverlauf erlauben, sind bereits Stand der Technik und brauchen hier nicht im Detail erläutert werden.

Auf einem Tisch 2 ist ein Substrat 3, in diesem Falle das Gerüst einer dreigliedrigen Brücke zu sehen, die von drei Stiften 4 getragen wird. Diese Stifte können Teil des Tisches sein oder elektrophoretisch aufgetragen werden. Der Tisch 2 kann um bis 5 Achsen gesteuert bewegt werden. Über dem Tisch 2 befindet sich eine Schlickerzuführeinrichtung 5, die in einem spitzen

Zuführorgan 6 für den Schlicker 7 endet. Als hierfür sehr geeignet hat sich eine hohle Nadel erwiesen, wie sie in der Medizin als Injektionsnadeln Verwendung finden. Auch kann der Schlicker über die Oberfläche eines spitzen Zuführorgans 6 zugeführt werden. Bei dieser Verfahrensweise ist es empfehlenswert, dass die Oberfläche des Zuführorgans mit Längsprofilierungen versehen ist. Wichtig für ein exaktes Arbeiten ist zunächst, dass das Ende des Zuführorgans keine breite Fläche aufweist.

Ein weiterer Vorteil ließe sich dadurch erzielen, dass das Zuführorgan 6 leicht rotiert. Hierbei kann es gleichzeitig eine materialegalisierende Funktion ausüben, wenn sein Ende fräsenähnlich ausgebildet ist. Der Tisch 2 ist mit dem Pluspol einer Elektrophorese-Steueranlage 8 verbunden, während die Schlickerzuführeinrichtung 5 am Minuspol anliegt. Um den Schlickerfluß in der Nadel 6 zu erleichtern, wird mittels einer Druckvorrichtung 9 ein Druck auf den Schlicker 7 ausgeübt. In der gezeigten Ausführung wird hierzu ein Kolben benutzt. Geeignet wäre auch ein Gaspolster mit Überdruck. Wie insbesondere in Figur 2 gezeigt, wird das teilweise schon hergestellte Gerüst 3 entsprechend dem eingescannten Programm an der Spitze der Nadel 6 vorbeigeführt. Die entsprechende kinematische Umkehr wäre prinzipiell auch möglich, indem die Nadel 6 bewegt wird und das Substrat feststeht.

Bei einem herkömmlichen Schlicker wird eine Spannung von etwa 40V angelegt, die zu einem Strom bis etwa 100 mA führt. Hierbei tritt ein elektrophoretischer Effekt auf, womit ein Niederschlag des Feststoffes direkt unterhalb der Nadel 6 erzielt wird. Prinzipiell kann gesagt werden, dass bei wässrigem Schlicker mit niedriger Spannung wegen der Gasentwicklung gearbeitet wird, während bei nicht- wässrigem Schlicker ein höherer Voltbereich angezeigt ist.

Am Ende des Niederschlagverfahrens hat der Rohling eine ausreichende Festigkeit, um nach den bekannten Verfahren gesintert und eventuell glasinfiltriert zu werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch dazu, Dentin- oder Schneidmaterial auf ein Gerüst aufzutragen. Zu diesem Zweck muss das Gerüst lediglich mit den Ausnehmungen für die Zahnstümpfe nach unten auf dem Tisch 2 fixiert werden.

Die gezeigte Vorrichtung weist ferner noch eine Fräse 10 auf, die zur Nacharbeitung des hergestellten Formlings dient, falls dies erforderlich sein sollte. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Teleskopkronen oder Konuskronen angefertigt werden, die eine sehr glatte Oberfläche aufweisen müssen.

Mit der Erfindung wird folglich ein elektrophoretisches Freiformverfahren bereitgestellt, das allen Anforderungen genügt.

Claims

Patentansprüche

1.Verfahren zur elektrophoretischen Herstellung keramischer oder metallischer Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlicker (7) über ein spitzes Zufuhrorgan (6) auf ein Substrat (3) zugeführt wird und durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Schlicker (7) und dem Substrat (3) auf dem Substrat (3) ein Materialniederschlag erzeugt wird, wobei zum Aufbau einer eingescannten Raumform das Substrat (3) gesteuert an der Spitze des Zuführorgans (6) vorbeibewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das spitze Zuführorgan (6) eine Hohlnadel ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Schlicker verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein keramischer Schlicker verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) mit bis 5 Freiheitsgraden an der Spitze des Zuführorgans (6) gesteuert bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Herstellung von Gerüsten.

7.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sinterschrumpf durch ein Rechenprogramm im Computer (1) kompensiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zirkonoxidschlicker verwendet wird.

9.Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Dentin- und/oder Schneidmaterial aufgetragen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker unter Druck der Spitze des Zufuhrorgans (6) zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein spitzes Zuführorgan (6) verwendet wird, das an der Außenseite in Längsrichtung Profilierungen aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführorgan (6) beim Auftragen des Schlickers rotiert.