Keine Spannung in der Brücke

Das Fertigungszentrum Fresdental in der Nähe des spanischen Alicante ist ein Beispiel für die digitale Industrialisierung in der Dentaltechnik, die die Methoden in der Odontologie zukünftig prägt und verändert: An die Stelle des handwerklich gegossenen, gefrästen und veredelten Zahnersatzes treten lasergeschmolzene Implantate, Abutments, Kronen und Brücken.

Die Stärke von Fresdental sind Implantate, die rund 70 % des Umsatzes ausmachen. In einer spezialisierten Datenbank, der „Implantatebibliothek“, wird dieser Erfahrungsschatz dokumentiert und fortgeschrieben. Für die Fertigung werden konventionelle Verfahren verwendet wie die Herstellung von Zahnersatz auf 3-achsigen DSC-Fräsmaschinen und seit 2005 auch CAD/CAM-Technologien, wie das Laserschmelzen von Metallen. Die zwei Laserschmelzanlagen Mlab Cusing von Concept Laser sind laut Francisco Perez Carrio, Fachtechniker für Zahnersatz bei Fresdental, „Ausdruck des zunehmenden Einsatzes moderner CAD/CAM-Technik in der Dentaltechnik.“ In Spanien sei die CAD/CAM-Technik in der Odontologie früh angekommen, so Perez Carrio. „Gegenüber der klassischen Kalkulation eines handwerklich orientierten Dentallabors ist die digitale Fertigung enorm wirtschaftlich und bietet auch noch qualitative Vorteile.“ Der Herstellungspreis eines durchschnittlichen Zahnersatzes liege bei etwa 20 Euro – und sinke auf knapp unter 10 Euro, wenn generativ gefertigt wird. „Das Laserschmelzen mit Metallen ist logischer Ausdruck der Digitalisierung in der Fertigung, mit dem sich die höchsten Qualitätsstandards erzielen lassen.“ Die digitale Zukunft sei daher nicht vom Laserschmelzen zu trennen.

Fresdental spezialisierte sich früh auf sehr komplexe Geometrien. Gerade hier, bei Konstruktionen mit hohen Spannweiten oder auch Implantaten, die kieferorthopädisch eingebettet werden müssen, kann das formungebundene Verfahren punkten. „Hinsichtlich Passgenauigkeit, Geometriefreiheit oder filigraneren Klammern ergeben sich neue Möglichkeiten für Zahntechniker und Zahnärzte“, erläutert der Techniker: Grundsätzlich würden Konstruktionen möglich, die für den Patienten mehr Verwendungsnutzen ergeben. Die generativ hergestellten Konstruktionen seien konventionell hergestelltem Zahnersatz in Leistung oder Nutzzeit überlegen.

So ermöglicht die generative Struktur sichere Keramikverblendungen, zum Beispiel mit innovativer Verblendkeramik. Oberflächenfehler des Gussverfahrens, wie Lunker, entfallen beim Laserschmelzen. Durch Rapid-Manufacturing-Verfahren, wie das Laserschmelzen, kann das Labor je nach Anforderung auf die jeweils funktional wie wirtschaftlich beste Lösung für einen Zahnersatz zurückgreifen.

Das Material, so Francisco Perez Carrio, wird nach Anwendungsfall ausgewählt. Der Trend geht zu flexibel einsetzbaren, transparenten und zahnfarbenen Materialien. Das Laser-Cusing-Verfahren ermögliche es, Käppchen, Brückengerüste, Modellgussteile, Abutments, sowie Primär- und Sekundärteile aus Pulver wirtschaftlich herzustellen. Neben den Maschinen ist das Legierungspulver für ein hochwertiges prothetisches Gerüst von großer Bedeutung: Zusammensetzung, Pulverform, Korngröße sowie Korngrößenverteilung bestimmen Qualität und Präzision der so hergestellten Teile.

„Uns ist es wichtig, auf alle Prozessparameter im Bauprozess Einfluss nehmen zu können“, sagt Francisco Perez Carrio, „denn so ist es möglich, die Geometrie, aber auch die Dichte, Steifigkeit und Elastizität beziehungsweise E-Module des Endprodukts zu definieren und wie gewünscht zu fertigen.“ Auch Kombinationen aus Modul- und Mehrkomponentenbauweise bieten sich an. Als Primärteile werden Basiskörper, die in den Kiefer implantiert werden, eingesetzt und mit einem generativ gefertigte Grundkörper ergänzt, der eine Keramikverblendung – zum Beispiel aus Heraceram – sicher und langlebig als Sekundärteil aufnimmt.

Mit der angepassten generativen Fertigungstechnik können heute Brücken mit mehr als zehn Gliedern nicht nur spannungsfrei in einem Fertigungsschritt hergestellt, sondern sie können in stark beanspruchten Bereichen auch verstärkt ausgelegt werden – etwa in freitragenden Bereichen, in Randzonen oder bei den Elastizitäten von Klammern. Im Modellguss ist dies nicht immer optimal zu lösen.

Spannungen der Konstruktion werden durch Wärmebehandlung reduziert. Das gilt auch für Spannungen, die auftreten, wenn die Rohlinge zur kosmetischen Beschichtung in den Keramikofen kommen. „Methoden zur Spannungsreduktion sind vielfältig, auch wenn derzeit noch Schulungsbedarf besteht“, ergänzt Francisco Perez Carrio.

Eine durchgehend digitale Prozesskette ist der nächste Schritt des Laserschmelzens in der Dentaltechnik. Interoral-Scanner gehören daher logischerweise zum Engagement von Fresdental. Der Grund ist einfach: Interoral-Scanner, die beim Zahnarzt digitale Primärdaten generieren, können digital zum Generieren von STL-Konstruktionsdaten genutzt werden. Die durchgehende digitale Prozesskette, vom Patienten bis hin zum Dentalprodukt, werde die Datenmigration qualitativ und zeitlich beschleunigen, meint Perez Carrio. Interoral-Scanner beim Zahnarzt würden bald ein Standard sein.

Guido Radig Fachjournalist in Bergkirchen

Weitere Informationen Über den Hersteller der Laser-Cusing-Anlagen: www.concept-laser.de

Über das Pulver lassen sich Qualität und Präzision beeinflussen

Die Concept Laser GmbH, Lichtenfels, und die Kölner RSC Engineering GmbH sind Ende 2014 eine strategische Partnerschaft für das Konstruieren lasergeschmolzener Bauteile eingegangen. Referenzen und Expertise von RSC Engineering bieten laut Frank Herzog, dem geschäftsführenden Gesellschafter von Concept Laser, „zukünftig eine ausgezeichnete Basis, um die Stärken des Laser-Cusing auszuschöpfen“.

Die Partnerschaft mit einem hochspezialisierten Konstruktionsbüro folgt einem aktuellen Markttrend: Waren bislang generative Konstruktionen gefragt, die Bauteile auf der Basis von Guss- oder Fräsverfahren ersetzen, so erkennen Designer und Konstrukteure zunehmend, dass die generative Produktion völlig neue Konstruktionsansätze ermöglicht. Das „Laser-Cusing-gerechte“ Konstruieren mündet in bionische oder Leichtbau-Ansätze, bei denen Bauteile entstehen, die optimierte Geometrien aufweisen und in Kategorien wie Funktion oder Belastbarkeit neue Potenziale eröffnen. RSC Engineering gehört dabei nach Angaben von Concept Laser „zu den Pionieren in der Konstruktion, die die Stärken des Laserschmelzens von Metallen bereits in der Bauteilentwicklung einbinden können“.

Möglich seien dadurch Zusatzfunktionen, erläutert RSC-Geschäftsführer Tim Richter, wie das Kühlen, das Spritzgießen von beweglichen Bauteilen in einem Schuss ohne Montagen oder Leichtbaustrukturen, die bei geringerem Gewicht hohen Belastungen standhalten. In hybriden Fertigungslösungen werden konventionelle Verfahren mit dem Laser-Cusing kombiniert. „Es geht darum, die neuen Möglichkeiten zu verstehen und gezielt einzusetzen.“ So gelange man über die Substitution hinaus zu komplett neuen Lösungen.