DE102006013658B4

DE102006013658B4 - Process for the production of tooth parts by electrophoretic free-forming

Info

Publication number: DE102006013658B4
Application number: DE102006013658A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wolz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-03-25
Also published as: DE102006013658A1; US20090255813A1; JP2009529989A; WO2007110010A1; DE102006056303A1; EP2032741A1

Abstract

Verfahren zur elektrophoretischen Herstellung keramischer oder metallischer Zahnteile, wobei ein Schlicker (7) über ein spitzes Zuführorgan (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.method for the electrophoretic production of ceramic or metallic Teeth parts, wherein a slip (7) via a pointed feeder (6) fed to a substrate (3) and by applying a voltage between the slurry (7) and the substrate (3) on the substrate (3) a material precipitate is generated, wherein the construction of a scanned spatial form the Substrate (3) controlled at the top of the feed member (6) is moved past.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrophoretischen Herstellung keramischer oder metallischer Zahnteile gemäß Anspruch 1. Unter Zahnteilen 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.The The invention relates to a method for electrophoretic production Ceramic or metallic tooth parts according to claim 1. Under toothed parts For the purposes of the invention, all tooth parts are understood to mean in prosthetic or conservative treatment to a patient can be used so scaffolding for bridges, copings for single teeth, inlays, but also coated with dentin and / or with cutting material Dentures.

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.The inventive method based on the electrophoretic deposition of solid particles from a slip. Under slip in the context of the invention any suitable suspension of ceramic or metal powder in one liquid suspending agent meant.

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 99/50 480 A1 , DE 100 21 437 A1 , DE 101 27 144 A1 , DE 103 39 603 A1 , WO 2004/04 1113 A1 . Da das Ziel dieser Erfindungen 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.In recent years, electrophoresis has become increasingly important in the production of all-ceramic crowns and bridges. The following publications are mentioned as representatives of this technology: WO 99/50 480 A1 . DE 100 21 437 A1 . DE 101 27 144 A1 . DE 103 39 603 A1 . WO 2004/04 1113 A1 , Since the goal of these inventions is the production of all-ceramic dentures, metals are actually excluded as a framework, especially since it could not be expected that metal powder can be applied by Elektophorese, because due to the conductivity of the metals shorts in the Elektophoresezelle likely.

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 diesen Verfahren beste Qualitäten auch im Hinblick auf die Festigkeit erzielt.Also In these processes, there is the supposed disadvantage that ceramics, such as. Zirconia which undergoes shrinkage during sintering, can not be satisfactorily processed as the ceramic mass on the working model. For zirconia, therefore, would have In these methods, a duplication of the working model with a Expansion plaster are made. But a duplication includes a known one additional Error source regarding the dimensional accuracy. With Alumina, however, are using this method best qualities also achieved in terms of strength.

In der älteren, nachveröffentlichten DE 10 2005 052 113 A1 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.In the older, post-published DE 10 2005 052 113 A1 For example, there is disclosed a method for producing dental metal powder tooth parts. The teaching given there with regard to the slip composition and the sintering process is fully transferable to the present invention, so that both dental metal and dental ceramic can be processed with the present invention.

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 weiterer 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.One well-known method for the production of dental structures in that from an isostatically prepressed block of ceramics, in particular Zirconia, with the CAD / CAM technique, a framework is milled out. Here, the dentition of the patient or a working model is scanned and milled the framework on the basis of the scanned spatial form. This procedure allows a Compensation of sintering shrinkage in zirconia, however, includes a considerable amount of milling. Another disadvantage is that not by milling the accuracy of cavities achieved by molding on a working model becomes. This is due to the fact that the accuracy of internal milling through the dimensions of the milling head is limited. Furthermore, this method has the further disadvantage that is aesthetically more satisfying Dentures because of the uniformity of the ceramic block can not be made.

Aus der DE 198 16 546 C1 und der DE 198 41 075 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung keramischer Zahnteile bekannt, bei dem ein Schlicker über ein Zuführorgan auf einen Sägestumpf eines Arbeitsmodells (Meistermodell) zugeführt wird, der an der Spitze einer drehenden Welle angebracht ist. Die Auftragsvorrichtung für den Schlicker ist hierbei bevorzugt pipettenähnlich aufgebaut, wobei sie computergesteuert ein gewünschtes Profil erzeugt. Um die nötige Genauigkeit zu erzielen, ist jedoch ein Nachfräsen erforderlich. Danach erfolgen das bekannte Glasinfiltrieren, das Sintern und der Aufbau der Verblendung.From the DE 198 16 546 C1 and the DE 198 41 075 C2 a method for producing ceramic tooth parts is known, in which a slurry is supplied via a feed member to a saw stump of a working model (master model), which is attached to the tip of a rotating shaft. The application device for the slip is hereby preferably pipette-like, wherein it computer-generated a desired profile. However, to achieve the necessary accuracy, re-milling is required. This is followed by the known glass infiltration, sintering and the construction of the veneer.

Die Offenlegungsschrift DE 101 15 820 A1 lehrt ein Verfahren zur Herstellung vollkeramischer Dentalformteile, bei dem eine Suspension keramischer Partikel durch Elektrophorese auf ein Modell aufgebracht wird. Die Weiterbehandlung des niedergeschlagenen Grünkörpers entspricht im wesentlichen der Behandlung des nach der DE 198 16 546 C1 oder der DE 198 41 075 C2 hergestellten Grünkörpers. Ein wesentlicher Unterschied zu dieser Lehre besteht aber darin, dass der Niederschlag des Schlickers auf einem duplierten Modell erfolgt, das aus einem besonderen Gips besteht, um den beim Sintern entstehenden Schrumpf zu kompensieren.The publication DE 101 15 820 A1 teaches a process for producing all-ceramic dental moldings in which a suspension of ceramic particles is applied to a model by electrophoresis. The further treatment of the precipitated green body corresponds essentially to the treatment of the after DE 198 16 546 C1 or the DE 198 41 075 C2 produced green body. An essential difference from this teaching, however, is that the precipitation of the slurry takes place on a duplicated model, which consists of a special gypsum to compensate for the shrinkage produced during sintering.

Die DE 101 14 290 B4 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Dentalteilen mit einer dreidimensionalen Plottechnik. Da dieses Verfahren nur mit Kunststoffen durchzuführen ist, können damit keine Zahngerüste hergestellt werden, die größere Festigkeitseigenschaften aufweisen müssen.The DE 101 14 290 B4 teaches a method of manufacturing dental parts using a three-dimensional plot technique. Since this process can only be carried out with plastics, it is therefore not possible to produce toothed scaffolds which must have greater strength properties.

Die US 2003/0222366 A1 lehrt ein Freiformverfahren zur Herstellung von Zahnteilen auf der Basis der Stereolithographie. Wie bei der vorliegenden Erfindung wird die Form des Zahnteils zunächst gescannt. Bei der Herstellung von vollkeramischen Zahnteilen ist es bei diesem Verfahren erforderlich, dass das Keramikpulver, beispielsweise Aluminapulver, mit einem lichthärtbaren Kunststoff gemischt ist, wobei das volumenmäßige Mischungsverhältnis bei Alumina etwa 1/1 beträgt. Es kann also kein reiner Keramikschlicker eingesetzt werden. Dieses Verfahren erfordert zumindest auch eine Teilhärtung jeder aufgetragenen Schicht, um die Stabilität zu gewährleisten, was der Arbeitsgeschwindigkeit sehr abträglich ist. Schließlich müssen sehr hohe Sintertemperaturen dafür sorgen, dass der Kunststoff aus dem Gefüge ausgebrannt wird. Das entstehende Zahnteil ist dadurch naturgemäß sehr porös.The US 2003/0222366 A1 teaches a free-form process for the production of tooth parts based on stereolithography. As in the present invention, the shape of the tooth part is first scanned. In the production of all-ceramic tooth parts, this method requires that the ceramic powder, for example, aluminum powder, be mixed with a photocurable plastic, wherein the volume mixing ratio of alumina is about 1/1. So it can not be used pure ceramic slip. This method requires at least partial hardening of each applied layer to ensure stability, which is very detrimental to the working speed. Finally, very high sintering temperatures must ensure that the plastic is burned out of the structure. The resulting tooth part is naturally very porous.

Es ist daher Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Zahnteilen aus Keramik oder Metall auf der Basis der Scannertechnologie anzugeben, das wesentlich einfacher und schneller als die bekannten Scannerverfahren ist und für jedes Material geeignet ist, wobei die notwendige Maßgenauigkeit gewährleistet ist.It is therefore an object of the invention specified in claim 1, a method for the production of tooth parts made of ceramic or metal based on Specify scanner technology that much easier and faster as the known scanner method is and is suitable for any material, being the necessary dimensional accuracy guaranteed is.

Diese Aufgebe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These Spend is inventively by the Characteristics of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims 2 to 10.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:following is an embodiment of Invention with reference to the drawing explained. It demonstrate:

1 das Prinzip einer Maschine zur Durchführung des Verfahrens; 1 the principle of a machine for carrying out the method;

2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1. 2 an enlarged section 1 ,

In 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.In 1 is with 1 a computer which controls a CAD / CAM machine according to a scanned-in spatial form. Corresponding machines that allow a 3 to 5-axis movement course are already state of the art and need not be explained in detail here.

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.On a table 2 is a substrate 3 to see in this case the skeleton of a tripartite bridge, that of three pens 4 will be carried. These pins can be part of the table or electrophoretically applied. The table 2 can be moved by up to 5 axes.

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.Above the table 2 there is a Schlickerzuführeinrichtung 5 placed in a pointed feeder 6 for the slip 7 ends. As this is very suitable a hollow needle has been found, as they are used in medicine as injection needles. Also, the slip over the surface of a pointed Zuführorgans 6 be supplied. In this procedure, it is recommended that the surface of the feed is provided with Längsprofilierungen. Important for an exact work is first that the end of the feeder does not have a wide area.

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.Another advantage could be achieved in that the Zuführorgan 6 slightly rotated. Here it can simultaneously exert a materializing function when its end is designed to be similar to a milling cutter.

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.The table 2 is with the plus pole of an electrophoresis control system 8th connected while the Schlickerzuführeinrichtung 5 at the negative terminal. To the Schlickerfluß in the needle 6 is facilitated by means of a printing device 9 a pressure on the slip 7 exercised. In the embodiment shown, a piston is used for this purpose. Also suitable would be a gas cushion with overpressure.

Wie insbesondere in 2 gezeigt, wird das teilweise schon hergestellte Gerüst 3 entsprechend dem eingescannten Programm an der Spitze der Nadel vorbeigeführt. Die entsprechende kinematische Umkehr wäre prinzipiell auch möglich, indem die Nadel 6 bewegt wird und das Substrat feststeht.As in particular in 2 shown is the partially already prepared scaffolding 3 passed the tip of the needle according to the scanned program. The corresponding kinematic reversal would in principle also be possible by the needle 6 is moved and the substrate is fixed.

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.In a conventional slurry, a voltage of about 40V is applied, resulting in a current of up to about 100 mA. In this case, an electrophoretic effect occurs, resulting in a precipitate of the solid just below the needle 6 is achieved. In principle, it can be said that working with aqueous slurry with low voltage because of the gas evolution, while in non-aqueous slurry a higher voltage range is indicated.

Am Ende des Niederschlagverfahrens hat der Rohling eine ausreichende Festigkeit, um nach den bekannten Verfahren gesintert und eventuell glasinfiltriert zu werden.At the End of the precipitation process, the blank has a sufficient Strength to sintered by the known methods and possibly glass-infiltrated to become.

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.The method according to the invention is also suitable for applying dentin or cutting material to a scaffold. For this purpose, the scaffolding only needs to be down with the recesses for the tooth stumps on the table 2 be fixed.

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.The device shown also still has a milling machine 10 on, which serves to rework the manufactured molding, if necessary. This is particularly the case when telescopic crowns or conical crowns are made, which must have a very smooth surface.

Mit der Erfindung wird folglich ein elektrophoretisches Freiformverfahren bereitgestellt, das allen Anforderungen genügt.With The invention thus relates to an electrophoretic free-form process provided that meets all requirements.

Claims

Process for the electrophoretic production of ceramic or metallic tooth parts, wherein a Slip ( 7 ) via a pointed feeder ( 6 ) on a substrate ( 3 ) and by applying a voltage between the slurry ( 7 ) and the substrate ( 3 ) on the substrate ( 3 ) a material precipitate is produced, wherein the substrate (to form a scanned spatial form) ( 3 ) controlled at the tip of the feeder ( 6 ) is passed.

Method according to claim 1, characterized in that the pointed supply element ( 6 ) is a hollow needle.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized that a metallic slip is used.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized that a ceramic slip is used.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the substrate ( 3 ) with up to 5 degrees of freedom at the tip of the feeder ( 6 ) is moved under control.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized through the production of scaffolding.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a sintering shrinkage by a computer program in the computer ( 1 ) is compensated.

Method according to claim 7, characterized in that that a Zirkonoxidschlicker is used.

Method according to one of claims 1, 2, 4 or 5, characterized characterized in that dentin and / or Cutting material is applied.

Method according to one of claims 2 to 9, characterized in that the slurry under pressure of the tip of the feed ( 6 ) is supplied.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that a pointed feed member ( 6 ) is used, which has profiles on the outside in the longitudinal direction.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the feed member ( 6 ) rotates when applying the slip.