WO2014044711A1

WO2014044711A1 - Vorrichtung und verfahren zur applikation von lichtkompositen

Info

Publication number: WO2014044711A1
Application number: PCT/EP2013/069383
Authority: WO
Original assignee: Ivoclar Vivadent Ag; Philipps-Universität Marburg
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2014-03-27
Also published as: US20150230900A1; US9883931B2; DE102012018384A1; EP2897552A1; CN105611895A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Applikation von Kompositen in Zahnkavitäten. Sie besteht aus einer Spritzpistole mit einer integrierten Beleuchtung für Iichtpolymerislerbare Komposite, einer Messeinheit und einer Steuereinheit. Die Applikation dieser Komposite erfolgt unter gesteuerter, genau dosierter Bestrahlung mit Polymerisationslicht. Dabei fließt das Komposite zunächst an die Kavitätenwände oder auf schon eingebrachtes Füllmaterial und geht dann infolge der Beleuchtung in den Gel-Zustand über. So erfolgt ein großer Teil der Polymerisationsschrumpfung des Komposites, während das Komposite noch plastisch verformbar ist und deswegen durch Nachfließen eine Spaltbildung kompensiert wird. Erst dann erfolgt mit einer ausreichend hohen Lichtdosis die vollständige Aushärtung. Es handelt sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren, die ein zeitsparendes Füllen von Kavitäten ohne Einsatz der zeitaufwendigen Schicht technik mit zwischenzeitlichem Härten erlaubt und dabei sogar geringere Schrumpfungskräfte des Komposites auf die Kavitätenwände ausübt als sie bei der bekannten Schichttechnik auftreten.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR APPLIKATION VON LICHTKOMPOSITEN

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompositapplikationsvorrichtung, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , so wie ein Verfahre.n gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 23.

Definitionen und Abkürzungen

Polymerisierung: Übergang des noch plastischen oder fließfähigen Komposites in einen starren Zustand, in welchem.es Kaubelastungen standhalten kann.

Karpule: Mit Komposit gefüllter, handelsüblicher Behälter, aus dem mit einem Stempel das Komposit ausgedrückt werden kann. Die Karpule kann mit einem kurzen oder längeren Ausspritzrohr 1 versehen sein.

Kavität, Zahnkavität: Hohlraum in der Dentaltechnik, in. Prothesen und in der Zahnkrone

Kavitätenwand: Hartsubstanz, die den Hohlraum einer Kavität begrenzt.

Komposit, Füllungswerkstoff, Kompositwerkstoff: Material, das zur Füllung von Kavitäten dient und diese dauerhaft dicht verschließt.

Messeinheit: Vorrichtung zum Messen der pro Zeiteinheit applizierten Menge von Komposi- te.

Steuereinheit: Vorrichtung zur Steuerung der Lichtstärke der erfindungsgemäßen Lichtquelle in Abhängigkeit zur Menge des pro Zeiteinheit applizierten Komposites. Die Steuereinheit verarbeitet die Daten der Messeinheit und steuert die Lichtstärke der Lichtquelle.

Zugspannung: Mechanische Spannung, die an der Kontaktfläche zwischen der Kavitätenwand und dem Komposit die dort bestehende Verklebung belastet und bei Überschreiten der Festigkeit der Klebung diese zerstören kann.

Beschreibung des allgemeinen Gebietes der Erfindung

In der restaurativen und präventiven Zahnheilkunde ist die Füllung von Kavitäten, Zahndefekten oder Zahnwurzelkanälen von besonderer Bedeutung. Als Füllungswerkstoffe werden neben einer Vielzahl von unterschiedlichen Werkstoffen (beispielsweise Guttapercha, Amalgam, Gold) auch Komposit verwendet. Das sind Mischungen aus einer polymerisierbaren Kunststoffmatrix mit organischen und anorganischen Füllstoffen. Die Polymerisation dieser Komposite wird durch Bestrahlung mit sichtbarem blauem oder ultraviolettem Licht ausgelöst, nachdem die Komposit in die Kavität appliziert wurden. Das derzeit übliche Verfahren besteht also darin, erst das Komposit in die Kavität zu applizieren und anschließend durch Lichtbestrahlung das Komposit zu härten.

Alle Komposite neigen durch ihr Schrumpfungsverhalten beim Aushärten zu Spaltbildungen, sodass im Fall einer Spaltbildung keine hermetische Versiegelung der Zahnkavität erreicht wird. Durch diese fehlende hermetische Versiegelung der Zahnkavität ist eine bakterielle Besiedlung der Spalträume möglich, und dadurch können eine neue Karies und Schmerzen verursacht werden.

Stand der Technik

Alle bekannten lichthärtbaren Komposite weisen den Nachteil auf, dass sie bei der Erhärtung schrumpfen. Werden die Komposite mit der Wandung der Kavität verklebt, dann steht diese Verbindung nach der Erhärtung unter Zugspannung. Ist diese Zugspannung so groß, dass sie die Festigkeit der Klebung überschreitet, dann reißt die Klebung auf und es entsteht ein Spalt zwischen Füllung und Zahn.

Es gibt zwei grundsätzliche Lösungsansätze, um die Schrumpfung des applizierten Kom- posits während und nach der Härtung zu verringern: Einerseits, indem das Komposit langsamer bzw. schichtweise appliziert wird, andererseits, indem die chemische Zusammensetzung des Komposits verändert wird. Beide Ansätze sind mit deutlichen Nachteilen behaftet: Ein bekanntes Verfahren zur Verringerung der Zugspannung von lichthärtbaren Kompositen besteht darin, die Komposite nacheinander in kleinen Portionen (mit Schichtstärken von ca. 1 ,0 bis 2,0 mm Dicke) in die zu füllende Kavität einzubringen und jede Portion separat durch Lichtbestrahlung zu härten.

Jede neue Portion kann erst dann appliziert werden, wenn die vorherige Portion ausgehärtet ist. Dieses Verfahren ist sehr arbeitsaufwändig und zeitraubend. Der betreffende Patient muss lange in der für ihn unangenehmen Lage auf dem Behandlungsstuhl ausharren und eine bakterielle Kontamination der noch nicht fertig gefüllten Kavität ist umso wahrscheinli- cher, je länger die Füllung der Kavität dauert.

Durch die Verwendung besonders lichtempfindlicher und lichtdurchlässiger Komposite sind Schichtstärken bis zu 4,0 mm möglich. Damit kann die Füllung einer Kavität zwar schneller abgeschlossen werden, allerdings entstehen bei der Aushärtung umso größere Spannungen, je größer die Schichtstärke ist.

Bei dem zweiten Ansatz zur Verringerung der Schrumpfung während und nach der Härtung des applizierten Komposits werden die Zahl bzw. Dichte der beim Polymerisieren sich ausbildenden neuen Bindungen zwischen den Monomermolekülen reduziert, so dass die Polymerisationsschrumpfung insgesamt reduziert wird. Dieses Verfahren leidet jedoch an dem erheblichen Mangel, dass die Festigkeit des Komposits wegen der reduzierten Zahl der chemischen Bindungen ebenfalls deutlich nachlässt.

Eine andere Lösung besteht darin, dass bei der Polymerisationsreaktion neben der Bildung neuer Bindungen andere Bindungen von Ringmolekülen geöffnet werden, so dass neben der polymerisationsbedingten Schrumpfung auch eine Expansion des Komposits stattfindet, mit der eine teilweise Kompensation der Schrumpfung gelingt. Diese chemisch veränderten Komposite leiden unter dem Nachteil, dass sie sich nur mit speziellen Haftvermittlern mit der Kavitätenwand verkleben lassen und haben sich deswegen nicht durchgesetzt.

Aus der DE 295 17 958 U 1 ist es bekannt, einen strahlungshärtbaren Werkstoff mit einem Härtestrahler auszuhärten, der mit der Mündung der Ausbringdüse verbunden ist. Dieses Gerät soll den Vorteil haben, dass genau an der Stelle ausgehärtet wird, an welcher die Ausbringdüse den Werkstoff ausbringt. Der Werkstoff wird hierbei in einem Zuge, also vollständig gehärtet, und es ergeben sich die gleichen Probleme wie sie vorstehend hinsichtlich der Randspaltenbildung aufgeführt sind.

Ferner ist es bereits vorgeschlagen worden, bei einer Anwendungsspitze für die Applikation eines lichthärtbaren Materials auf eine Zahnoberfläche einen lichtundurchlässigen rohrförmi- gen Auslassteil zu verwenden, sowie einen hier scheibenförmigen Modellierabschnitt, der lichtdurchlässig ist, und dann während der Applikation eine Lichtbeaufschlagung vorzunehmen. Diese Lösung bringt zwar den Beginn der Lichthärtung näher an eine Zahnoberfläche heran, was im Grunde günstig ist. Die Qualität der Applikation hängt jedoch sehr von der Geschicklichkeit und Führung des Werkzeugs durch den ausführenden Zahnarzt oder Zahntechniker aus. Wenn beispielsweise das Werkzeug zu stark angedrückt wird, quillt die zu polymerisierende Masse seitlich aus dem Applikationsbereich heraus, und wenn der Andruck zu gering ist, erfolgt keine Füllung von Fissuren und dergleichen.

Zudem ergeben sich die vorstehend genannten Nachteile hinsichtlich der Randspaltenbildung. Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Applikation von Kompositen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 23 zur Verfügung zu stellen, durch die sowohl eine zeitsparende Verarbeitung von lichtpolymerisierbaren Kompositen möglich ist als auch die Spaltbildung des Komposits während des Polymerisierens bei der Füllung von Kavitäten zuverlässig verhindert wird.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 bzw. 23 gelöst. Auf die in den Unteransprüchen angegebenen Ausführungsmöglichkeiten wird Bezug genommen.

In umfangreichen Untersuchungen zur Entstehung der Spannungen bei der Aushärtung von Kompositen wurde festgestellt, dass ein großer Teil der Schrumpfung, welche maßgeblich für die Entstehung von Spannungen verantwortlich ist, vor der vollständigen Verfestigung des Komposits stattfindet. Die Polymerisation des Komposits überführt das zunächst plastische bzw. fließfähige Komposit in eine noch leicht verformbare gelartige Konsistenz, die sogenannte Gel-Phase. Dieser Teil der Schrumpfung wird bei einer aus dünnen Schichten aufgebauten Füllung in einer Kavität nicht wirksam, da bei der Polymerisation einer dünnen Schicht diese zunächst auf ganzer Dicke in die Gelphase übergeht, die für sich alleine keine Spannungen aufbauen kann und dann erst vollständig polymerisiert.

Der zweite Teil der Schrumpfung, die sog. Post-Gel-Schrumpfung findet statt, während das Komposit bereits fest ist und macht den kleineren Teil der gesamten Schrumpfung aus. Dieser Teil der Schrumpfung ist nicht vermeidbar und trägt daher immer zur Spannungsbildung bei. Bei dicken Schichten, d.h. wenn das Komposit auf herkömmliche Weise in einem Zug appliziert wird, treten Gel-und Post-Gel-Schrumpfung nebeneinander auf:

Während die der Polymerisationslampe zugewandte Oberseite der dicken Schicht schon vollständig polymerisiert ist, liegt darunter noch eine Schicht, die wegen der Lichtabsorption des Komposits sich erst in der Gel-Phase befindet. Da die Ober fläche der dicken Schicht jetzt schon fest ist, kann kein Kompositmaterial nachfließen und die Schrumpfung der Gel- Phase ausgleichen: Es entstehen hohe Schrumpfungsspannungen, weil sich die Schrumpfungen der Gel-und der PostGelphase addieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also darin, bereits während des Ein bringens der Komposite in die Kavität schon so viel Licht zuzuführen, so dass das Komposit an die Kavitä- tenwände anflie ßt und unmittelbar danach die GelSchrumpfung ausgelöst wird, so dass die Gel-Schrumpfung schon erfolgt ist, bevor das Komposit anschließend durch eine Poly- merisationslampe endpolymerisiert wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Lichtstärke bereits während der Applikation des Komposits so zu steuern, dass bei schnellerer Applikation (d.h. bei der Applikation einer größeren Menge von Komposit pro Zeiteinheit) die Lichtstärke vergrößert wird und bei einer langsameren Applikation (d.h. bei der Applikation einer kleineren Menge von Komposit pro Zeiteinheit) die Lichtstärke verkleinert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht bevorzugt aus einer Kombination von einer Spritzpistole oder sonstigen Kompositapplikationsvorrichtung, die dazu dient, das Komposit aus einem geeigneten Vorratsbehälter, beispielsweise einer handelsüblichen Karpule, herauszudrücken (vorzugsweise durch das Ausspritzrohr der Karpule, und einer geeigneten Lichtquelle. bei5 spielsweise einer Leuchtdiode. Die Lichtquelle muss eine geeignete Lichtintensität und spektrale Verteilung der Lichtwellenlänge aufweisen, die geeignet ist, die erste Phase der Polymeristion des Komposits (und damit die Gel-Schrumpfung des Komposits) auszulösen, während gleichzeitig das Komposit in die Kavität eingebracht wird. Mittels einer geeigneten Vorrichtung (die erfindungsgemäße Messeinheit) wird die Menge des applizierten Komposits pro Zeiteinheit gemessen und als Messwert an die erfindungsgemäße Steuereinheit übermittelt.

Die Steuereinheit verwendet diesen Messwert zur Regulierung der Lichtstärke der Lichtquelle. Vorzugsweise wird als Messeinheit ein Potentiometer, besonders bevorzugt eine Schiebepotentiometer verwendet. Die erfindungsgemäße Lichtquelle strahlt bereits während der Füllung der Kavität mit Komposit in Abhängigkeit von der Menge des applizierten Komposits pro Zeiteinheit. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Lichtquelle noch nach der erfolgten Füllung der Kavität mit Komposit weiterstrahlen, um die Endhestigkeit des Komposits zu erreichen.

Die erfindungsgemäße Lichtquelle kann bereits während der Füllung der Kavität mit Komposit vorteilhaft Lichtfarben abstrahlen, die nicht zur Polymerisation des Komposits beitragen. Vorzugsweise werden Lichtfarben verwendet, die für das menschliche Auge wahrnehmbar sind und es dem Behandler (Zahnarzt) ermöglichen, eine bessere Übersicht über das Behandlungsfeld (Kavität, Zahn und dessen Umgebung) zu gewinnen. Vorteilhaft lassen sich diese Lichtfarben unabhängig von der Kompositapplikation ein-und ausschalten.

Die Stromversorgung der Lichtquelle kann über eine oder mehrere Batterien oder Akkumulatoren oder auch über einen Anschluss der erfindungsgemäßen Vorrichtung an das Stromnetz hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Applikation des Komposits erfordert, dass dieses im unbelichteten Zustand eine gewisse Fließfähigkeit aufweist, damit beim Auffüllen der Kavität das Komposit in Kontakt zu den Kavitätenwänden tritt und so mit der Zahn- hartsubstanz verklebt.

Für Komposite, die im unbelichteten Zustand so zäh sind, dass sie diese Anforderung nicht erfüllen, ist es vorteilhaft, die Karpule oder das Ausspritzrohr der Karpule 1 oder das Komposit selber mit einem geeigneten Schallgenerator in Schwingungen zu versetzen, die das Komposit verflüssigen. Je nach Material der Karpule bzw. des Ausspritzrohres 1 der Karpule und je nach dem verwendeten Komposit können dafür hörbare Schall- oder auch

Ultraschallschwingungen eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß ist es günstig, dass das durch die Applikationsvorrichtung aufgebrachte bzw. eingebrachte flüssige Komposit, das in diesem Zustand noch zahlreiche Monomere und freie Radikale aufweist, recht dünnflüssig ist und in diesem Zustand in die Kavität tropfen kann und eine dünne Schicht ausbildet. Aufgrund der Dünnflüssigkeit, also einem Zustand der Flüssigkeit mit einer ganz geringen Viskosität, bevorzugt zwischen 1 ,0 und 1 ,8 cPs, füllt das Komposit auch feine Risse und Spalten in der Kavität.

Nach Abschluß der Pre-Gel-Phase hat das Komposit im Gelzustand eine Biegezugfestigkeit oder Biegfestigkeit von etwa 20 MPa, wobei eine Festigkeitsgradient zwischen der Oberfläche der betreffenden Schicht und deren tieferen Bereichen vorliegt. Beispielsweise kann bei einer 2mm-Schicht die Festigkeit an der Oberfläche 30 MPa und in 2mm Tiefe nur 10 MPa betragen.

Erfindungsgemäß wird dieser Festigkeitsgradient ausgenutzt, indem durch Druck - sei es durch die Werkzeugspitze des Applikators, sei es durch die nachfolgende Schicht - mit den niedriger viskosen Bereichen eine Nachverfüllung von Spalten und Fissuren in der Kavität erfolgt.

Nach der Fertigpolymerisation erreicht das Komposit dennoch eine Endfestigkeit von 90 bis 100 MPa, und erfüllt damit die Anforderungen von EN ISO 4049 auch für okklusionstragende Bereiche.

Erfindungsgemäß ist es auch vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung für die Überführung des Komposits in den Gelzustand eine Lichtdosis festlegt, die einem vorgegebenen Anteil der Lichtdosis für die Vollpoiymerisierung der betreffenden Kompositmenge entspricht, wobei die Gelier-Lichtdosis 20 bis 90, bevorzugt 40 bis 65 und insbesondere etwa 50 Prozent der Voll- polymerisier-Lichtdosis entspricht. Die Polymerisationszeit pro Phase, also Pre-Gel- und Post-Gel-Phase, beträgt zwischen 1 und 10 sec, abhängig natürlich von der zur Verfügung stehenden Leistung der Lichtquelle und der sich hieraus ergebenden Bestrahlungsstärke, aber auch von der Größe und Form des pro Schicht applizierten Komposits.

In der Pre-Gel-Phase beträgt die Bestrahlungsstärke günstigerweise weniger als 100 mW/ cm², in der Post-Gel-Phase bevorzugt mehr als 500 mW/cm².

Besonders günstig ist das alternierende Applizieren und Polymerisieren, mit Wechseln alle 10 sec, alle sec, oder auch alle 100 msec. Dann kann rasch appliziert werden, ohne dass die Gefahr einer vorzeitigen Polymerisation besteht.

Für die Reduktiopn der Viskosität des applizierten Komposits ist bevorzugt an der AusbringdOse eine Wärmequelle angebracht sein beispielsweise eine Heizschlange, die ein metallisches Düsenröhrchen umgibt, oder eine beliebige andere Heizung, z.B. eine Induktionsoder eine Mikrowellenheizung.

Erfindungsgemäß wird das ausgesprochen dünnflüssige Komposit, das bevorzugt Mikrofül- ler-KompIexe als Füllstoff aufweist, durch die aufgebrachte Polymerisationsstrahlung geliert. In dieser Pre-Gel-Phase entsteht 90% oder bis zu 95% der Gesamtschrumpfung, die 1 bis 6 Volumen-% bei handelsüblichen Komposit betragen kann.

Die aufgebrachte Schicht kann bei Bedarf durch das als Werkzeug, beispielsweise nach der Art eines Spatels, ausgebildete Ausbringdüse der Applikationsvorrichtung bearbeitet werden. Durch den Andruck erfolgt eine Randspaltenabdichtung des Komposits im Gelzustand.

Auch ohne Werkzeug wird erfindungsgemäß Druck durch nachfließendes Komposit auf die untere Schicht ausgeübt. Nachdem die untere Schicht im Gelzustand ist, werden hierdurch mikroskopisch kleine Spalten nachgefüllt, während zugleich die nächste Schicht geliert und mit zunehmender Oberflächenspannung sich verfestigt.

Das "Nachdrücken" des nachfließenden Komposits ergibt sich natürlich bevorzugt bei Füllungen im Unterkieferbereich, aber auch im Oberkieferbereich ist eine Nachverdichtung durch die Ausbringdüse feststellbar.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schmematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kompositapplikations- Vorrichtung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines Teils der Steuereinheit für die Kompositapplikationsvorrich- tung gemäß Fig. 1 , in Blockschaltbildform;

Fig. 3 ein Detailschaltbild zu der Steuereinheit gemäß Fig. 2; und

Fig. 4 verschiedene Ausgestaltungen der Ausbringdüse für die Kompositapplikations- vorrichtung gemäß Fig. 1 in den Ausgestaltungen Fig. 4a, Fig. 4b und Fig. 4c. in der Nähe des Ausspritzrohres der Karpule 1 wird eine Lichtquelle 2, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode, angebracht. Die Lichtquelle kann fest oder lösbar angebracht werden. Ist die Lichtquelle lösbar angebracht, dann kann sie zur Reinigung der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung abgenommen werden. Durch Betätigen des Hebelmechanismus 1 0 der Spritzpistole 3 wird das Komposit 4 aus der Karpule 5 in die Kavität 6 des betroffenen Zahnes (7) eingebracht. Dabei wird die Messeinheit 8 aktiviert, beispielsweise indem der Schieber eines Schiebepotentiometers bewegt wird, wodurch sich der Widerstand des Potentiometers ändert.

Diese Änderung wird in der Steuereinheit 9 registriert und in einen Stromfiuss durch die Lichtquelle 2 umgesetzt, und zwar derart, dass bei einer schnellen Bewegung des Hebelmechanismus 10 ein größerer Strom erzeugt wird als bei einer langsamen Bewegung, so dass die Lichtquelle bei schneller Bewegung ein helleres Licht in die Kavität wirft als bei langsamer Bewegung derselben. Es ist eine genaue Dosierung der Lichtdosis erforderlich, und zwar in Abhängigkeit von der Menge des applizierten Komposits pro Zeiteinheit.

Eine zu hohe Lichtdosis verhindert durch sofortiges Gelieren des Komposits das Anfließen an die Kavitätenwand, eine zu kleine Lichtdosis kann den Gelierprozess nicht auslösen.

Besonders vorteilhaft ist es, die pro Zeiteinheit applizierte Menge des Komposits in der beschriebenen Weise zu messen und die an der Spritzpistole angebrachte Lichtquelle damit zu steuern. Dabei kann die Lichtquelle eine Leuchtdiode sein, die in räumlicher Nähe zu dem Ausspritzrohr der Karpule 1 angebracht ist. Die Lichtquelle kann auch an anderer beliebiger Stelle an der Spritzpistole platziert sein und das Licht über einen Lichtleiter in die Kavität eingestrahlt werden. Möglich ist auch eine Integration der Lichtquelle in die Karpule selbst oder die Integration eines oder mehrerer Lichtleiter in die Karpule, die Licht aus der Lichtquelle aufnehmen und in der Nähe der Ausspritzöffnung in die Kavität abstrahlen. Die Lichtquelle muss über Kontakte oder andere geeignete optische oder elektrische Verbindungen zur Steuereinheit verfügen, damit die Lichtquelle von der Steuer- geringere Zugspannungen erzeugt werden als mit der herkömmlichen Schichttechnik (Tabelle 1 )

Von besonderem Vorteil ist, dass bei dieser Art der Kompositverarbeitung der Behandler (Zahnarzt) unter guten Lichtverhältnissen das Komposit in die Kavität einbringen kann. Während bei Anwendung der Schichttechnik in der Regel das Arbeitsfeld nur spärlich beleuchtet werden darf, um einer vorzeitigen Polymerisation des Komposits vorzubeugen, wird hier gezielt so viel Licht zugeführt, dass das Komposit in den Gel-Zustand übergeht und nicht mehr wegfließen kann. Man kann daher auch die Lichtquelle vorteilhaft so gestalten, dass sie nicht nur blaues, zur Polymerisation geeignetes Licht ausstrahlt, sondern beispielsweise weißes Licht mit hohem Blauanteil, wie es handelsübliche weiße Leuchtdioden aussenden. Dann ist ein Füllen der Kavität unter guter, blendfreier Ausleuchtung möglich.

Bevorzugt wird als Komposit ein solches mit einer Matrix basierend auf Acrylatkunststoffen verwendet, wie HEMA oder TEGDMA. Für die anorganische Phase, also die Füllstoffe des Komposits können Gläser wie Barium-Aluminium-Glas, Glaskeramiken, Silikate oder Siii- ciumdioxide verwendet werden, die sowohl einen geringen Anteil von Makrofüllstoffen mit einer Formgröße von über 5μηι, zum großen Teil aber als Mikrofüller mit einer Formgröße von unter 0,2μm vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ergibt der hohe Anteil an Mikrofüllern eine gute Polierbarkeit. Während typischerweise bei Kompositen mit einem großen Mikrofülleranteil die Polymerisationsschrumpfung stärker ist, wird erfindungsgemäß durch die Gelbildung während der Vorpolymerisation die Randspaltenbildung unterdrückt, so dass die erfindungsgemäß aufgebrachten Komposits trotz der damit möglichen ausgesprochen glatten Oberfläche nicht die Nachteile bisheriger Komposits mit hohem Mikrofülleranteil aufweisen.

Beispielsweise der Gewichtsanteil der Mikrofüller 30 bis 50 Prozent betragen, und es ist auch die Verwendung von Nanopartikeln, also Füllstoffen mit Partikelgrößen unter 20nm möglich. Diese können durchaus bis zu 50 Prozent Gewichtsanteil ausmachen, wobei sich der besondere Vorteil ergibt, dass die Viskosität durch diese nicht geändert wird, also sehr gering bleibt.

Erfindungsgemäß ist es günstig, wenn während der Applikation des Komposits die Lichtquelle 2 eingeschaltet ist. Alternativ ist es aber auch möglich, die Applikation des Komposits und die Polymerisation über die Einschaltung der Lichtquelle 2 alternierend erfolgen zu lassen, beispielsweise mit einer Änderungsfrequenz von einem Hertz, so dass also

abwechselnd jede Sekunde Komposit aufgebracht und die Lichtquelle eingeschaltet wird.

Die Lichtquelle kann hierbei gepulst Licht aufbringen, beispielsweise mit einem Impuls- /Pausen-Verhältnis von 1 :1 . Durch Pulsweitenmodulation lässt sich die Leistung der Lichtquelle in an sich bekannter Weise verlustleistungsfrei einstellen.

Das Komposit kann beispielsweise Campherchinon als Photoinitiator aufweisen. Bevorzugt weist die Lichtquelle oder mindestens ein LED-Chip der Lichtquelle ein Emissionsmaximum in der Nähe von 440nm Wellenlänge auf, und der Hauptemissionsbereich der LED-Chips liegt dann zwischen 400 und 500nm.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Lichtquelle 2 mindestens einen LED-Chip auf, der bei sichtbarem Licht im Bereich zwischen 530 und 700nm emittiert und das Komposit bei Aufbringung gleichsam beleuchtet. Es ist auch möglich, die Beleuchtungsstrahlung während des Aufbringens einzuschalten und die Polymerisierstrahlung in Aufbringpausen.

Es versteht sich, dass anstelle von LED-Chips auch Laserdioden erfindungsgemäß als Lichtquellen 2 einsetzbar sind.

Durch Realisierung einer zusätzlichen Ultraschallquelle im Ausspritzrohr 1 der Karpule lässt sich die Viskosität des Komposits während der Ausbringung erfindungsgemäß reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann das Ausspritzrohr 1 auch beheizt sein, um die Viskosität weiter zu reduzieren und die Reaktivität des monomer vorliegenden Komposits zu erhöhen. Bei einer Erwärmung beispielsweise auf 30 oder 32°C lässt sich bei der Polymerisation der Matrix der Doppelbindungsumsatz erhöhen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird die Austragung des Komposits mit einem mechanischen Antrieb, der als Elektromotor oder durch eine pneumatische Druckquelle realisiert sein kann, unterstützt. Bei dieser Ausgestaltung steuert die Steuereinheit 9 dann sowohl die Lichtquelle 2 als auch den mechanischen Antrieb.

Während die Erfindung hier im Zusammenhang mit einer Spritzpistole als bevorzugte Ausgestaltung einer Applikationsvorrichtung beschrieben ist, versteht es sich, dass beliebige andere Formen einer Applikationsvorrichtung auch realisierbar sind. Beispielsweise kann auch ein Applikationsstift verwendet werden, und die Lichtquelle, aber auch die Kompositquelle kann fern eines Handstücks ausgebildet sein, so dass über eine Komposit-Leitung das Komposit dem Handstück der Kompositapplikationsvorrichtung zugeführt wird, und das Licht über einen entsprechenden Lichtleiter.

Die erfindungsgemäße Ausbringung oder Einbringung des Komposits in die Kavität erfolgt so, dass zunächst ein Vorpolymerisieren stattfindet. Hierbei wird eine spezielle Gelier-Licht- dosis aufgebracht, die zwischen 20 und 80 Prozent, bevorzugt etwa 50 Prozent der Vollpoly- merisier-Lichtdosis entspricht. Hierbei geliert das Komposit, und es kann erfindungsgemäß gewünschtenfalls eine Nachbearbeitung über die werkzeugartig ausgestaltete Ausbringdüse gemäß Fig. 4 realisiert werden. Erst dann erfolgt das Endpolymerisieren.

Die Menge des applizierten Komposits ist damit bekannt, und es kann über die Energiebilanz die dann noch notwendige Zeit für die endgültige Polymerisation bestimmt werden, und durch die Lichtquelle - beziehungsweise durch die Wärmequelle im Ausspritzrohr 1 - aufgebracht werden.

Es versteht sich, dass erfindungsgemäß sowohl die Befüllung in zwei Schritten unter Bildung einer einzigen Schicht erfolgen kann, es ist aber auch möglich, das Vorpolymerisieren und das Endpolymerisieren je pro Schicht zyklisch zu wiederholen.

Aus Fig. 4a ist eine mögliche Form einer erfindungsgemäßen Ausbringdüse 14 ersichtlich. Bei dieser Ausführungsform ist das Ende des Ausspritzrohrs 1 von einem Werkzeug 16 umgeben. Das Werkzeug 16 wird von einem Ausbringkanal 18 durchtreten, der den gleichen Innendurchmesser wie das Ausspritzrohr 1 aufweist, oder gegebenenfalls gegen Ende hin einen düsenartig verjüngten Querschnitt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel endet er seitlich am Werkzeug 16. Der das Ausspritzrohr 1 umgebende Teil des Werkzeugs 16 ist zudem von einer Optik 20 der Quelle 2 umgeben. Die Optik 20 kann hohles Rohr sein, das beispielsweise innen verspiegelt ist und Licht zum Werkzeug 16 und damit zum Applikationsort hin bündelt. Sie kann aber auch in an sich bekannter Weise mit Lichtleitern bestückt sein. Bevorzugt ist das Ende der Optik 20 dann mit einer konkaven Endfläche 20 versehen, der eine zusätzliche Bündelungswirkung zukommt.

In diesem Beispielsfall überträgt die Optik 20 sowohl Licht aus den LED-Chips, die Polymerisationsstrahlung abgeben, als auch Licht aus den Beleuchtungs-LED-Chips.

Das Werkzeugs 1 6 ist in an sich bekannter Weise aus einem elastischen Kunststoff ausgebildet. Durch die Bearbeitungsspitze 24, die nach der Art eines weichen Spatels ausgebildet ist, lässt sich die Oberfläche des ausgebrachten Komposits glätten und andrücken, was der Verbesserung der Haftung des Komposits in der Kavität zugute kommt.

Eine modifizierte Ausgestaltung des Werkzeugs 16 ist aus Fig. 4b ersichtlich. Bei dieser Ausgestaltung durchtritt der Ausbringkanal 1 8 das Werkzeug 16 zentral und koaxial zum Ausspritzrohr 1 . Die Optik 20 kann auch hier das Ausspritzrohr 1 und den oberen Teil des Werkzeugs 1 6 umgeben. In allen Fällen ist das Werkzeug 16 bevorzugt austauschbar. Es kann als Wegwerfteil ausgebildet sein, oder ist auch reinigbar.

Bevorzugt ist sein oberes Ende auf dem Ausspritzrohr 1 aufgespannt, so dass es nicht versehentlich verloren geht.

Eine weitere modifizierte Ausgestaltung eines Werkzeugs 16 ist aus Fig. 4c ersichtlich. Hier ist das Werkzeug 1 6 koaxial zum Ausbringrohr 1 ausgeführt und erstreckt sich stumpf anschließend an dieses. Es ist von der umgebenden Optik 20 gehalten und wird wiederum von dem Ausbringkanal 18 durchtreten, der in diesem Ausführungsbeispiel seitlich an dem Werkzeug 16 endet, um eine gut wirksame Werkzeugspitze 24 zur Verfügung zu stellen.

Claims

Patentansprüche

1 . Kompositapplikationsvorrichtung zur Applikation von fließfähigen lichtpolymerisierbaren

Kompositen, weiche Vorrichtung eine Lichtquelle aufweist, die insbesondere mit der Vorrichtung im übrigen fest oder lösbar verbunden ist und mindestens zeitweise während der Applikation des Komposits in eine Kavität Licht abstrahlt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinheit der Vorrichtung die Menge des applizierten Komposits, insbesondere pro Zeiteinheit, erfasst, und eine Steuereinheit die Lichtquelle basierend auf den von der Erfassungseinheit ermittelten Werten dergestalt steuert, dass das Komposit während der Applikation in einen Gelzustand überführt wird.

2. Kompositapplikationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit basierend auf der erfassten Menge des applizierten Komposits die Lichtquelle zur Abgabe einer Lichtdosis steuert, die einer Vorpolymerisation des Komposits ins dessen Gelzustand entspricht.

3. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefestigkeit des Komposits im Gelzustand weniger als 40 MPa beträgt, insbesondere zwischen 10 und 30 MPa und besonders bevorzugt etwa 30 MPa.

4. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Lichtbeaufschlagung des Komposits in den Gelzustand steuert und die Lichtabgabe bei Erreichen des Gelzustands, der einer vorgegebenen Lichtdosis der Lichtquelle relativ zur Menge des applizierten Komposits entspricht, stoppt und insbesondere diesen Zustand signalisiert.

5. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung die die Kompositapplikationsvorrichtung verlassende, zu applizierende Menge von Komposit erfasst und dass die Steuervorrichtung die Lichtdosis proportional zu dieser steuert.

6. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung für die Überführung des Komposits in den Gelzustand (Pre-Gel-Phase) eine Bestrahlungsstärke und -dauer festlegt, die einem vorgegebenen Anteil der Lichtdosis für die Vollpolymerisierung der betreffenden Kompositmenge entspricht, wobei diese insbesondere weniger als 1 00 mW/cm² , bevorzugt etwa 50 mW/cm², beträgt, bei einer Dauer von 1 bis 10 sec, und diese in der Post-Gel-Phase bevorzugt mehr als 500 mW/cm² beträgt.

7. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositapplikationsvorrichtung die Lichtquelle sich periodisch ändernd, insbesondere gepulst, steuert, also während der Einschaltzeit mit einer höheren Leistung und während der Ausschaltzett mit einer geringeren Leistung, insbesondere mit null Leistung.

8. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositapplikationsvorrichtung das Komposit alternierend mit der Lichtabgabe der Lichtquelle abgibt, insbesondere automatisch und periodisch wechselnd mit einer Änderungsfrequenz zwischen 0,1 Hz und 10 Hz, bevorzugt etwa 0,5 bis 2 Hz.

9. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens eine Laserdiode und oder mindestens eine Leuchtdiode aufweist, bevorzugt eine Mehrzahl von im Raster angeordneten LED-Chips.

10. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle Licht in einem Wellenlängenbereich wahlweise abstrahlt, der von dem Bereich der maximalen Empfindlichkeit des für das Komposit verwendeten Polymerisationsinitiators verschieden ist, insbesondere zwischen 530nm und 700nm.

1 1 . Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle Licht in dem Wellenlängenbereich, insbesondere 400nm bis 500nm, der dem Empfindlichkeitsmaximum des verwendeten Polymerisationsinitiators des Komposits entspricht, gepulst abgibt, und Licht außerhalb dieses Wellenlängenbereichs kontinuierlich, also ungepulst.

12. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein LED-Chip, der Licht in dem Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 500nm abgibt, unabhängig von einem weiteren LED-Chip einschalten lässt, der Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 530nm und 700nm abgibt.

13. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung die Leistung der Lichtquelle erhöht, wenn die Menge des abgegebenen Komposits pro Zeiteinheit erhöht ist.

14. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Kalibriervorrichtung aufweist, mit welcher in Abhängigkeit von dem zu applizierenden Komposit das Verhältnis von Lichtleistung und Fließmenge des Komposits einstellbar ist, zur Abstimmung der Intensität der Lichtabgabe auf die Eigenschaften des Komposits.

15. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung den Abschluss der Gelierung des Komposits über die pro Mengeneinheit des Komposits applizierte und erfasste Lichtdosis signalisiert.

16. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schallquelle, insbesondere eine Ultraschallquelle, aufweist oder mit dieser verbunden ist, welche Schallquelle auf die Abgabespitze der Vorrichtung und/oder die Kavität und damit das dort befindliche Komposit gerichtet ist.

17. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmequelle für die Erwärmung des Komposits während des Applizierens, also vor Erreichen des Gelzustands, einschaltbar ist, wobei die Wärmequelle insbesondere an einer Ausbringdüse (14) angebracht ist.

18. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über einen Schalter, Taster oder einen anderen Geber zur Lichtabgabe zur Überführung des Komposits in den Gelzustand einschaltbar ist und/oder zur Lichtabgabe zur Erreichung des vollgepolymerisierten Zustands.

19. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abgabespitze der Vorrichtung eine Werkzeugform aufweist und unmittelbar mit der Abgabespitze die das Komposit in der Kavität bearbeitbar ist.

20. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben oder an einer Abgabespitze für Komposit der Vorrichtung eine Kamera oder ein optischer Sensor angebracht ist, der auf das abgegebene Komposit gerichtet ist und dessen Ausgangssignal der Steuereinheit zuleitbar ist.

21 . Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle räumlich getrennt von der Vorrichtung im übrigen, jedoch logisch mit dieser verbunden ist.

22. Kompositapplikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen mechanischen Antrieb, insbesondere einen Elektromotor, für die Abgabe von Komposit aufweist.

23. Verfahren zur Applikation von pastösen und/oder flie ßfähigen lichtpolymerisierbaren Kompositen, bei welchen während der Applikation des Komposits in eine Kavität Licht abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdosis des Lichts das Komposit in einen Gelzustand überführt, der eine Nachbearbeitung der Oberfläche des Komposits erlaubt und dass dann das Komposit vollständig polymerisiert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Komposit schichtweise in die Kavität eingebracht und während des Einbringens in den Gelzustand lichtpolymerisiert wird.