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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines eine
Innen- und eine Außenkontur aufweisenden Formteils, insbesondere
dentalen Objekts wie Käppchen, Krone oder Brückengerüst,
wobei das Formteil aus einem Rohling spanend herausgearbeitet und
in zumindest zwei aufeinander folgenden Bearbeitungsschritten geschruppt
und geschlichtet wird.
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Aus
der
WO-A-2005/051220 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils wie dentales Objekt
bekannt, das aus einem Rohling durch spanende Bearbeitung herausgearbeitet
wird. Bis zur Erreichung der Endkontur des Formteils ist dieses
mit dem Restrohling über einen Steg oder eine membranartige
Verbindung verbunden. Zum Herausarbeiten ist eine Frässtrategie
mit einem Grobfräsen (Schruppen) von außen nach
innen und einem anschließenden Feinfräsen (Schlichten)
der Außenfläche und der Innenfläche vorgesehen.
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Ein
Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz nach der
EP-B-1 443 869 schlägt
die Verwendung eines Fräswerkzeuges mit einem Durchmesser zwischen
0,5 mm und 5 mm vor.
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Um
Formteile aus Keramik herzustellen, erfolgt ein Bearbeiten eines
Grünlings in mehreren Schritten, in denen jeweils bestimmte
Bereiche bearbeitet werden, wobei bereits bearbeitete Bereiche mit einer
Einbettmasse umgeben werden (
DE-A-199 30 564 ).
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Zur
Herstellung eines dentalen Objektes wird nach der
WO-A-02/45614 ein aus wenigstens
einem Metalloxid, insbesondere aus Al
2O
3, TiO
2, MgO, Y
2O
3 und/oder Zirkonoxid-Mischkristall
bestehender Rohling verwendet, der spanend bearbeitet wird. Der Rohling
selbst weist die Geometrie eines Zylinders auf.
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Um
einen Zahnersatz herzustellen, wird nach der
DE-B-101 07 451 ein vorgesinterter
Rohling aus Zirkonoxid-Keramik zunächst mit einem Werkzeug
mit einer Drehzahl zwischen 5.000 bis 40.000 Umdrehungen/min grob
bearbeitet und sodann bei einer Drehzahl zwischen 5.000 Umdrehungen/min und
50.000 Umdrehungen/min fein bearbeitet, wobei die Vorschubgeschwindigkeit
zwischen 20 mm/min und 5.000 mm/min liegt. Das Fräswerkzeug
weist einen Durchmesser zwischen 0,8 mm und 4 mm auf.
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Zur
Herstellung eines Zahnersatzteils wie Zahnkrone oder -brücke
erfolgt nach der
WO-A-99/47065 ein
Materialabtrag von einem Rohling aus wenigstens einem der Metalloxidpulver
der Gruppe bestehend aus Al
2O
3,
TiO
2, MgO, Y
2O
3 und Zirkonoxid-Mischkristall mit Fräswerkzeugen
bei Drehzahlen im Bereich zwischen 10.000 Umdrehungen/min und 50.000
Umdrehungen/min, einer Zustellung zwischen 1 mm und 15 mm und einer
Vorschubgeschwindigkeit zwischen 3,5 cm/sec und 10 cm/sec.
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Mit
einer Fräs-/Schleifmaschine nach der
EP-A-1 245 332 wird ein zahntechnisches
Werkstück wie Krone zuerst von seiner Innenseite durch Schruppen
und Schlichten und sodann von seiner Außenseite durch Schruppen
und Schlichten bearbeitet.
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Ein
Verfahren zur materialabtragenden Bearbeitung von Werkstücken
sieht nach der
DE-A-10 2005
001 600 die Verwendung eines zylindrischen bzw. kegelstumpfförmigen
rotierenden Werkzeuges vor, das sowohl stirnseitig als auch mantelseitig
mit dem Werkstück in Eingriff gebracht wird.
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Bei
den bekannten Verfahren, bei denen das Formteil zunächst
grob und sodann fein bearbeitet wird, d. h., in der Reihenfolge
Schruppen und Schlichten bearbeitet wird, zeigt sich grundsätzlich der
Nachteil, dass bei dünn auslaufenden Rändern von
z. B. Kronen oder Brückenpfeilern Randausbrüche
auftreten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zur Herstellung eines Formteils aus insbesondere einem
vorgesinterten Metalloxid wie Zirkonoxid-Mischkristall so weiterzubilden,
dass bei der spanabhebenden Bearbeitung insbesondere in einer CAM-Fräsanlage
bei hoher Vorschubgeschwindigkeit ein Formteil gewünschter
Endgeometrie hergestellt werden kann, ohne dass Beschädigungen
insbesondere im Randbereich wie Ausbrüche auftreten.
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Zur
Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen
vor, dass das Formteil in einem ersten Bearbeitungsschritt in einem
ersten Bereich geschruppt wird, dass das Formteil in einem zweiten Bearbeitungsschritt
in einem vom ersten Bereich abweichenden zweiten Bereich geschruppt
wird, dass in einem dritten Bearbeitungsschritt der zweite Bereich
geschlichtet wird und dass der erste Bereich in einem vierten Bearbeitungsschritt
vorgeschlichtet und sodann in einem fünften Bearbeitungsschritt
geschlichtet wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass als erster
Bereich Innenkonturbereich und als zweiter Bereich Außenkonturbereich
des Formteils ausgewählt werden.
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Erfindungsgemäß wird
eine Frässtrategie vorgeschlagen, bei der in Abkehr von
den vom Stand der Technik vorgegebenen Verfahren der Rohling zum
Herausarbeiten des Formteils nicht sukzessiv von grob nach fein
mit Fräswerkzeugen abnehmenden Durchmessers bearbeitet
wird, sondern zwischen dem Schruppen und Schlichten ein Verfahrensschritt
zwischengeschoben wird, bei dem der Rohling gröber als
beim Schlichten bearbeitet wird. Dieser Verfahrensschritt des Vorschlichtens
bedeutet, dass ein Restmaterialfräsen erfolgt, um Material, das
nach dem Schruppen über dem vorgegebenen Aufmaß vorsteht,
abzutragen. Durch die Grob-Fein-Grob-Bearbeitung ergibt sich überraschenderweise
der Vorteil, dass ein fehlerfreies Formteil hergestellt werden kann,
ohne dass Beschädigungen insbesondere im Randbereich auftreten.
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Mit
anderen Worten wurde überraschenderweise gefunden, dass
Fehlstellen dann nicht auftreten, wenn man – im Gegensatz
zum vom Fachmann üblicherweise gewählten Vorgehen –,
welches darin besteht, ausgehend von einem ersten groben Fräsgang
mit einem Fräser mit großem Durchmesser und bei
den folgenden Fräsgängen die Werkzeugdurchmesser
kontinuierlich zu verringern, bereits nach dem ersten Grobfräsgang
eine Bearbeitung mit einem Fräser mit dem kleinsten Durchmesser
einschiebt, bevor man die weitere Bearbeitung mit einem Werkzeug
größeren Durchmessers in gewohnter Weise mit abfallenden
Werkzeugdurchmessern fortsetzt und zu Ende führt.
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Durch
die erfindungsgemäße Frässtrategie kann
ein insbesondere vorgesinterter Keramikkörper schneller
und damit wirtschaftlicher bearbeitet werden, wobei gleichzeitig
die Oberflächenqualität, Randqualität
und Passgenauigkeit im Vergleich zu bekannten Verfahren beibehalten
bzw. verbessert wird.
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Im
ersten und zweiten Bearbeitungsschritt erfolgt durch Schruppen ein
Herausarbeiten des Formteils aus einem Rohling, wobei zumindest
ein Aufmaß in Bezug auf die zu erzielende Endkontur eingehalten
wird. Das Aufmaß kann im Bereich zwischen 0,1 mm bis 1
mm liegen. Dabei erfolgt das Grobbearbeiten mit dem gleichen Fräswerkzeug,
das z. B. einen Durchmesser zwischen 2 mm und 4 mm, insbesondere
im Bereich von 3 mm aufweist. Die Vorschubgeschwindigkeit kann zwischen
2 m/min und 6 m/min, insbesondere zwischen 2,5 m/min und 4 m/min
liegen.
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Ein
Herausarbeiten des Formteils aus dem Rohling erfolgt des Weiteren
derart, dass nach der Grobbearbeitung der Innen- und Außenkontur
das Formteil über einen umlaufenden Steg bzw. eine umlaufende
membranartige Verbindung mit dem Restrohling verbunden bleibt. Die
Dicke des Steges beläuft sich dabei zwischen 0,4 mm bis
2 mm, insbesondere auf 0,8 mm. Sodann erfolgt ein Schlichten der
Außenkontur, wobei gleichzeitig der umlaufende Steg bzw.
die membranartige Verbindung abschnittsweise durchtrennt wird. Insbesondere
ist vorgesehen, dass der umlaufende Steg in einem Abstand zwischen
5 mm und 30 mm und jeweils über eine Länge zwischen
1 mm und 5 mm durchtrennt wird.
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Unabhängig
hiervon sollte beim dritten Bearbeitungsschritt ein Fräswerkzeug
mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, insbesondere etwa
1 mm verwendet werden. Die Vorschubgeschwindigkeit sollte zwischen
1 m/min und 6 m/min, insbesondere zwischen 2 m/min und 6 m/min liegen.
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Sodann
wird zum Bearbeiten der Innenkontur ein Fräswerkzeug größeren
Durchmessers insbesondere zwischen 1,5 mm und 3 mm, vorzugsweise in
etwa 2 mm verwendet, um Restmaterial der Innenkontur abzufräsen,
wobei Restmaterial dasjenige ist, das über das gewünschte
Aufmaß vorsteht.
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Die
Vorschubgeschwindigkeit sollte bei diesem Bearbeitungsschritt zwischen
2 m/min und 6 m/min, vorzugsweise zwischen 2,5 m/min und 4 m/min
liegen.
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Schließlich
erfolgt das Schlichten der Innenkontur auf Endkonturmaß,
d. h., dass das Aufmaß abgetragen wird. Hierbei sollte
ein Fräswerkzeug mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm
und 1,5 mm, insbesondere mit einem Durchmesser von 1 mm sowie einer
Vorschubgeschwindigkeit zwischen 1 m/min und 6 m/min, insbesondere
zwischen 2 m/min und 4 m/min eingesetzt werden.
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Bei
den angegebenen Durchmessern ist selbstverständlich die
Nebenbedingung einzuhalten, dass die Durchmesser der verwendeten
Fräswerkzeuge beim ersten und zweiten Bearbeitungsschritt größer
als beim vierten Bearbeitungsschritt ist und dass das entsprechende
Werkzeug einen größeren Durchmesser als das beim
dritten und fünften Bearbeitungsschritt aufweist.
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Des
Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
dann, wenn sich zwischen dem umlaufenden Steg bzw. der umlaufenden
membranartigen Verbindung und Innenraum des Formteils begrenzendem
Rand ein Bereich der Außenkontur erstreckt, dieser im ersten
Bearbeitungsschritt nach dem Schruppen der Innenkontur bearbeitet,
d. h. geschruppt wird.
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Des
Weiteren wird der umlaufende Steg bzw. die membranartige Verbindung
aus dem Rohling derart herausgearbeitet, dass der Steg bzw. die
membranartige Verbindung im Bereich größten Umfangs, d.
h. maximaler Umfangslinie der Außenkontur verläuft,
betrachtet in Längsachsenrichtung des Rohlings bzw. dann,
wenn es sich hierbei um ein dentales Objekt handelt, in Einschubrichtung
von diesem.
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Unabhängig
hiervon sollte das Schruppen im ersten und/oder zweiten Bearbeitungsschritt
mit einem Fräswerkzeug mit einer Drehzahl zwischen 10.000
Umdrehungen/min und 25.000 Umdrehungen/min bzw. das Vorschlichten
im vierten Bearbeitungsschritt mit einer Drehzahl zwischen 20.000
Umdrehungen/min und 40.000 Umdrehungen/min und das Schlichten im
dritten und/oder fünften Bearbeitungsschritt mit einer
Drehzahl zwischen 25.000 Umdrehungen/min und 50.000 Umdrehungen/min durchgeführt
werden.
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Die
Zustellung des jeweils zum Einsatz gelangenden Fräswerkzeuges
sollte beim ersten und zweiten Bearbeitungsschritt, bei dem die
Innen- bzw. Außenkontur grob aus dem Rohling herausgearbeitet werden,
zwischen 1 mm und 9 mm liegen, wobei die Zustellung durch das gewünschte
Aufmaß von der Endkontur des Formteils begrenzt wird. Dieses
Aufmaß sollte zwischen 0,1 mm und 1 mm, vorzugsweise im
Bereich von 0,4 mm liegen.
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Die
Zustellung beim Vorschlichten entspricht einer Höhe, die
Höhe von Restmaterial über dem Aufmaß von
der Endkontur entspricht; denn beim Vorschlichten werden die beim
Schruppen nicht entfernten Bereiche abgefräst, die über
dem Aufmaß vorstehen.
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Beim
Schlichten erfolgt ein Zustellen über eine Höhe
entsprechend dem Aufmaß über der Endkontur.
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Bei
dem Werkzeug handelt es sich insbesondere um einen ein- oder zweischneidigen
Radienfräser.
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Als
Rohling wird insbesondere eine Scheibe mit einem Durchmesser zwischen
80 mm und 120 mm und einer Höhe von 15 mm bis 40 mm verwendet.
Bei dieser Dimensionierung ergibt sich der Vorteil, dass z. B. 20
dentale Objekte üblicher Größe herausgearbeitet
werden können.
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Bei
dem Grobfräsen, also dem Schruppen wird ein Z-Konstantfräsen
durchgeführt, wobei die Z-Achse in Richtung der Achse des
Rohlings verläuft. Das Fräswerkzeug wird durch
die Software der CAM-Fräsanlage in Ebenen gleicher Z-Koordinaten bewegt,
um Material des Rohlings abzutragen. Das Fräswerkzeug springt
dabei quasi von Ort zu Ort. Bei dem verfahrensgemäßen
Vorschlichten und Schlichten erfolgt ein zirkuläres Bearbeiten.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht
nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen
-für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden
Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Es
zeigen:
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1 einen
Ausschnitt aus einem Restrohling mit einem Formteil mit Aufmaß,
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2 eine
der 1 entsprechende Darstellung mit dem Formteil,
dessen Außenkontur abschnittsweise der Endkontur entspricht,
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3 das
Formteil mit Restrohling gemäß 2 in
Draufsicht und
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4 das
Formteil in Endkontur.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der Herstellung
eines dentalen Objekts in Form einer Krone 10 erläutert
werden, ohne dass die erfindungsgemäße Lehre hierdurch
eingeschränkt wird.
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Erfindungsgemäß wird
aus einem aus vorgesintertem, also noch nicht durchgesintertem Rohling, der
aus einem Metalloxid, insbesondere Zirkonoxid-Mischkristall besteht,
die Krone 10 spanend herausgearbeitet. Dabei weist die
herzustellende Krone 10 entsprechend der beim Durchsintern
auftretenden Schrumpfung dimensionsmäßig eine
diese kompensierende Vergrößerung im Vergleich
zu dem fertigen Zahnersatz auf.
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Der
Rohling weist bevorzugterweise eine Scheibenform mit einem Durchmesser
von 100 mm und einer Dicke von 20 mm auf, so dass gleichzeitig mehrere
Objekte in einer CAM-Fräsanlage aus dem Rohling herausgearbeitet
werden können.
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Prinzipielle
Verfahrensmaßnahmen zur Steuerung einer entsprechenden
CAM-Fräsanlage sind z. B. der
WO-A-90/15376 zu entnehmen,
so dass auf die diesbezügliche Offenbarung verwiesen wird.
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Um
das Formteil bzw. die Krone 10 aus dem Rohling fräsend
herauszuarbeiten, wird nachfolgende anhand der Figuren beschriebene
erfindungsgemäße Frässtrategie durchgeführt.
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So
wird in einem ersten Schritt die Innenseite 12 der Krone 10 mit
einem gewünschten Aufmaß durch Schruppen aus dem
Rohling herausgefräst. Das Aufmaß ist in 1 durch
den gepunkteten Bereich 14 dargestellt, wobei das Fräsaufmaß eine
Dicke von z. B. 0,4 mm aufweisen kann.
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Nach
dem Schruppen der Innenseite 12 wird die Außenseite 16 gleichfalls
durch Schruppen herausgearbeitet, wobei der gleiche Fräser
benutzt werden kann, der für die Innenkonturbereichsbearbeitung
benutzt wird. Das Schruppen der Außenseite 16 wird
entsprechend dem der Innenkontur 12 durchgeführt,
so dass sich im Vergleich zur Endkontur ein Aufmaß ergibt,
das durch den Bereich 18 symbolisiert ist. Beim Schruppen
der Innen- bzw. Außenseite 12
, 16 verbleibt
das Objekt mit dem verbleibenden Teil des Rohlings, also dem Restrohling 20 über
einen umlaufenden Steg 22 verbunden, wobei der Steg 22 im
Bereich maximaler Umfangslinie der herzustellenden Restauration,
also der Krone 10 verläuft, betrachtet in Einschubrichtung
des dentalen Objekts. Entsprechend der Innen- und Außenkontur,
die jeweils beim Schruppen ein Aufmaß (Bereiche 14, 18) aufweist,
beträgt die Dicke des umlaufenden Stegs 22 in
etwa 0,8 mm bei einer Dicke des Aufmaßes der Innen- bzw.
Außenkontur von jeweils 0,4 mm.
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Das
Schruppen wird z. B mit einem 2-schneidigen Radienfräser
mit einem Durchmesser von 3 mm sowie einer Vorschubgeschwindigkeit
von vorzugsweise 3 m/min durchgeführt.
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Die
Zustellung, also die Tiefe, mit der das Fräswerkzeug in
den Rohling eintaucht, sollte zwischen 1 mm und 9 mm liegen.
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Entsprechend
der 1 verläuft der umlaufende Steg 22 beabstandet
zur Präparationsgrenze, also unteren Rand 24 der
Krone 10. Daher wird der Außenkonturbereich 26,
der zwischen dem umlaufenden Steg 22 und dem die Kavität 28 der
Krone 10 begrenzenden Rand 24 nach dem Schruppen
des Innenkonturbereichs 12 grob bearbeitet (geschruppt) bevor
ein Grobfräsen des Außenkonturbereichs 16 erfolgt.
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Nach
den zuvor erläuterten ersten und zweiten Bearbeitungsschritten,
also in dem Schruppen des Innenkonturbereichs und des Außenkonturbereichs,
wird in einem nachfolgenden Fräsgang der Außenkonturbereich
bis zur Endaußenkontur 30 der Krone 10 geschlichtet,
und zwar der Bereich, der oberhalb des umlaufenden Stegs 22 verläuft.
Das Schlichten kann gleichfalls mit einem 2-schneidigen Radienfräser
durchgeführt werden, wobei Umdrehungszahlen pro Minute
zwischen 25.000 und 50.000 benutzt werden. Die Zustellung entspricht
der Höhe des Aufmaßes.
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Im
dritten Bearbeitungsschritt wird des Weiteren der umlaufende Steg 22 bereichsweise
durchtrennt, und zwar werden in einem Abstand von 5 mm bis 30 mm
Durchbrechungen 32, 34, 36 über
eine Länge von 1 mm bis 5 mm herausgearbeitet. Dies ergibt
sich aus der 3. Somit verbleiben stegartige Verbindungen 38, 40, 42 zwischen
dem herzustellenden Formteil und dem Restrohling 20.
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Abweichend
von bisherigen Techniken wird zur weiteren Bearbeitung des Innenkonturbereichs 12 sodann
ein Fräswerkzeug benutzt, das einen größeren
Durchmesser als das zum Schlichten der Außenkontur 30 besitzt,
um ein Vorschlichten des Innenkonturbereichs 12 durchzuführen,
bei dem Bereiche der Innenkontur abgefräst werden, die über
dem gewünschten Aufmaß vorstehen. Ein entsprechender
Bereich ist rein beispielhaft in 1 mit dem
Bezugszeichen 44 gekennzeichnet. Das Vorschlichten, also
das Restmaterialfräsen im Innenkonturbereich 12 kann
mit einem 2-schneidigen Radienfräser eines Durchmessers
von 2 mm durchgeführt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit
sollte im Bereich von 4 m/min liegen.
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Nach
dem Vorschlichten erfolgt ein Schlichten des Innenkonturbereichs 12 auf
Endmaß der Innenkontur 46. Die stegartigen Verbindungen 38, 40, 42 bleiben
bestehen. Das Schlichten auf Endmaß der Innenkontur 46 erfolgt
mit einem vorzugsweise 2-schneidigen Radienfräser mit einem
Durchmesser von 1 mm, wobei ein Vorschub von 3 m/min und Umdrehungszahlen
von 25.000 Umdrehungen/min bis 50.000 Umdrehungen/min zu bevorzugen
sind.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Lehre kann die Maschinendynamik
einer Fräsanlage optimal ausgenutzt werden, so dass wirtschaftliche
Bearbeitungszeiten erzielbar sind. Eine hohe Passgenauigkeit ungeachtet
verkürzter Bearbeitungszeit ist erzielbar. Insbesondere
ergibt sich eine sehr gute Qualität des Rands 24,
ohne dass Nacharbeiten erforderlich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/051220
A [0002]
- - EP 1443869 B [0003]
- - DE 19930564 A [0004]
- - WO 02/45614 A [0005]
- - DE 10107451 B [0006]
- - WO 99/47065 A [0007]
- - EP 1245332 A [0008]
- - DE 2005001600 [0009]
- - WO 90/15376 A [0041]