DE102009044461A1

DE102009044461A1 - Verfahren zum dimensionstreuen Sintern eines Formteils

Info

Publication number: DE102009044461A1
Application number: DE102009044461A
Authority: DE
Inventors: Martin Kutzner; Sarah Tullney; Stefan Dipl.-Ing. Fecher; Elmar Hock
Original assignee: Degudent GmbH
Current assignee: Degudent GmbH
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-07
Also published as: DE102009044461B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dimensionstreuen Sintern eines aus einem Rohling herausgefrästen Formlings, wobei der Formling über erste stegartige Verbindungen mit einem zusammen mit dem Formling aus dem Rohling herausgearbeiteten Trägerkörper verbunden ist, der während des Sinterns auf einem Träger angeordnet wird. Um auch relativ große Formlinge dimensionstreu sintern zu können, wird vorgeschlagen, dass aus dem Rohling ein Formling mit bogenförmig verlaufender Geometrie herausgearbeitet wird, dass der Trägerkörper entlang konkaven Bereichs des Formlings derart herausgearbeitet wird, dass dieser in einer formlingseitig verlaufenden ersten Begrenzungsfläche eine bogenförmig verlaufende Geometrie und in einer in Bezug auf den Formling gegenüberliegenden Seite verlaufenden zweiten Begrenzungsfläche eine ebenförmig verlaufende Geometrie aufweist und dass während des Sinterns bzw. Durchsinterns die zweite Begrenzungsfläche auf dem eine starre Abstützung bildenen Träger angeordnet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dimensionstreuen Sintern bzw. Durchsintern eines aus einem Rohling wie Grünkörper oder vorgesinterten Rohlingkörper herausgearbeiteten wie herausgefrästen Formlings, insbesondere zahntechnische Rekonstruktion wie Brücke, wobei der Formling über erste stegartige Verbindungen mit einem zusammen mit dem Formling aus dem Rohling herausgearbeiteten Trägerkörper verbunden ist, der während des Sinterns bzw. Durchsinterns auf einem Träger angeordnet wird.
Ein entsprechendes Verfahren für Keramikmaterialien ist aus der EP-B-1 154 069 bekannt. Um zu verhindern, dass beim Sintern des Formteils, das aus einem keramischen Werkstoff besteht, aufgrund der auftretenden Volumenreduzierung, also des Schwunds, eine Geometrieveränderung durch Relativbewegung zwischen dem zu sinternden Formteil und einer dieses abstützenden Unterlage erfolgt, wird vorgeschlagen, dass das Formteil auf einem beweglichen Träger wie Haltesteg oder auf Rollen abgestützt wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, aus dem Rohling das Formteil zusammen mit einem quaderförmigen Trägerkörper herauszuarbeiten, der über Stege mit dem Formteil verbunden bleibt. Der Trägerkörper wird sodann auf eine rieselfähige Schüttung oder geeignet bewegliche Träger oder Stützen angeordnet.
Die WO-A-99/47065 und WO-A-02/45614 beziehen sich auf Zahnersatzteile, die aus porösem keramischen Material bestehenden Rohlingen durch Sintern hergestellt werden. Hierzu wird der Rohling von einem Rahmen aufgenommen, um durch fräsende Bearbeitung den Zahnersatz herzustellen. Der Zahnersatz wird dabei zunächst über Stege mit dem von dem Rohling verbleibenden Restrohling verbunden, die zum Schluss der Verarbeitung abgetrennt werden. Die Trennstellen werden sodann glatt geschliffen. Anschließend erfolgt das Sintern.
Aus der WO-A-2005/051220 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Käppchens als Formteil bekannt. Dabei wird das Formteil aus einem Rohling herausgearbeitet, wobei vor dem Lösen des Formteils aus dem Rohling dieser mit dem Restrohling über einen oder mehrere Stege verbunden bleibt, der bzw. die anschließend durchtrennt werden. Sodann erfolgt ein Durchsintern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit einfachen Verfahrensschritten und konstruktiv einfachen Maßnahmen sichergestellt ist, dass beim Sintern bzw. Durchsintern relativ großer Formkörper eine Geometrieveränderung unterbleibt, wobei aufwendige Abstützungen wie bewegliche Träger oder Rollen oder Schüttungen vermieden werden sollen.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass aus dem Rohling ein Formling mit bogenförmiger Geometrie herausgearbeitet wird, dass der Trägerkörper entlang konkaven Bereichs des Formlings derart herausgearbeitet wird, dass dieser in einer formlingseitig verlaufenden ersten Begrenzungsfläche eine bogenförmig verlaufende Geometrie und in einer in Bezug auf den Formling auf gegenüberliegender Seite verlaufenden zweiten Begrenzungsfläche eine ebenförmig verlaufende Geometrie aufweist und dass während des Sinterns bzw. Durchsinterns die zweite Begrenzungsfläche auf dem eine starre Abstützung bildenden und insbesondere aus einem durchgesinterten Keramikmaterial bestehenden Träger angeordnet wird.
Insbesondere wird als Formling eine zumindest siebengliedrige, vorzugsweise zumindest neungliedrige Brücke hergestellt.
Als Träger kommt jedwedes Material in Frage, das eine Verunreinigung des Materials beim Sintern ausschließt. Vorzugsweise wird als Trägermaterial durchgesintertes, nicht mehr schrumpfendes Keramikmaterial wie Aluminiumoxidmaterial oder Zirkonoxidmaterial verwendet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre kann mit konstruktiv einfachen Maßnahmen ein Sintern bzw. Durchsintern des Rohlings erfolgen, ohne dass Schüttungen oder bewegliche Träger wie bewegliche Stifte oder Rollen benötigt werden, die letztendlich zu einem erheblichen konstruktiven Aufwand, insbesondere beim Positionieren des Formlings im Sinterofen führen. Auch sind Schüttungen nicht erforderlich, die anderenfalls zusätzliche Schalen benötigten, damit diese in der erforderlichen Packungsdichte des Formlings den Formling beweglich abstützen.
Herstellungstechnisch ergibt sich der Vorteil, dass der von dem konkaven Bereich des Formlings umgebene Bereich des Rohlings als Trägerkörper benutzt wird, so dass eine optimale Ausnutzung des Rohlingmaterials erfolgt, insbesondere dann, wenn innerhalb des Trägerkörpers selbst mindestens ein weiterer zweiter Formling herausgearbeitet wird. Bezüglich zahntechnischer Konstruktionen wird dies üblicherweise ein Käppchen oder eine kleine Brücke sein.
Um insbesondere beim Aufheizen unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Formling und Trägerkörper auszuschließen, ist in hervorzuhebender Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Trägerkörper derart bearbeitet wird, dass dieser eine Masse M aufweist mit 10 M_F ≥ M ≥ 2 M_F mit M_F Masse des bogenförmigen Formlings.
Um die Masse des Trägerkörpers auf die des Formlings abzustimmen, ist es selbstverständlich nicht erforderlich, dass in dem Trägerkörper ein weiterer Formling herausgearbeitet wird. Ein Herausarbeiten von Material an sich würde auch ausreichend sein. So können in den Trägerkörper Löcher herausgefräst werden.
Unabhängig hiervon ist vorgesehen, dass die Dicke des Trägerkörpers weiterhin der Ursprungsdicke des Rohlings entspricht, um beim Sintern eine gute Standfestigkeit sicherzustellen.
Erfindungsgemäß wird der Formling derart aus dem Trägerkörper herausgearbeitet, dass sich eine Umfangsgeometrie ergibt, die sich aus einer die Abstützfläche bildenden Basis und einem von dieser ausgehenden Bogen zusammensetzt, der über die ersten stegartigen Verbindungen mit dem bogenförmigen Formling verbunden ist.
Mit anderen Worten wird der Trägerkörper derart aus dem Rohling herausgearbeitet, dass sich in Draufsicht eine Geometrie eines Abschnitts eines mit einer Ebenen geschnittenen kegelförmigen Körpers als der bogenförmige. Verlauf sowie diesen schneidenden Gerade ergibt, wobei selbstverständlich die entsprechenden Flächen arbeitsbedingt strukturiert sind. Man kann von einer Zungenform sprechen.
Um eine hinreichende Standfestigkeit des Trägerkörpers während des Sintervorgangs sicherzustellen, ist des Weiteren vorgesehen, dass die Abstützfläche nach dem Heraustrennen im Wesentlichen eben ist. Gegebenenfalls kann eine Begradigung mit z. B. mit einem Skalpell erfolgen.
Der bogenförmige Formling ist vor dem Heraustrennen aus dem Rohling über zweite stegartige Verbindungen mit dem Rohling verbunden, die durch insbesondere Materialabstrahlung durchtrennt werden sollten. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass als Strahlmaterial Keramikpartikel wie -kugeln wie Al₂O₃-Partikel bzw. Kugeln einer mittleren Korngröße zwischen 50 μm und 250 μm verwendet werden. Selbstverständlich kann ein Durchtrennen auch z. B. durch Fräsen erfolgen.
Die ersten stegförmigen Verbindungen, die zwischen dem Formling und dem Trägerkörper verlaufen, sowie Reste der zweiten stegförmigen Verbindungen werden nach dem Sintern bzw. Durchsintern insbesondere mittels eines wassergekühlten Diamantschleifers durchtrennt.
Als Rohling wird insbesondere ein solcher in Scheiben-, vorzugsweise Kreisscheibengeometrie benutzt. Andere Geometrien kommen gleichfalls in Frage wie eine Mehrkant- wie Vierkantsäule.
Herstellungstechnisch ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Rohling, bei dem es sich um einen Grünling oder einen vorgesinterten Körper aus einem porösen Keramikmaterial handeln kann, in eine Werkzeugmaschine eingespannt und sodann durch eine spanende Bearbeitung insbesondere durch Grob- und/oder Feinfräsen herausgearbeitet.
Als Rohling kommt auch ein Grünling aus einem metallischen Material wie Titan, Titanlegierung, CoCr-Legierung, NiCr-Legierung, Edelmetalldentalllegierung in Frage.
Bei dem Rohling kann es sich auch um einen solchen handeln, der aus einem Metalloxidpulver aus der. Gruppe Al₂O₃, TiO₂, MgO, Y₂O₃ und Zirkonoxidmischkristall Zr_1-xMe_xO₂(4n/2)_x besteht, wobei Me ein Metall ist, das in Oxidform als zwei-, drei- oder vierwertiges Kation vorliegt und die tetragonale und/oder die kubische Phase des Zirkonoxids stabilisiert. Bei der Formel für Zirkonmischoxidkristall ist n = 2, 3 oder 4. Ferner gilt 0 ≤ x ≤ 1.
Die zum Fräsen benötigten Daten werden über die Steuerelektronik der Werkzeugmaschine übertragen und davon geeignete Werkzeugwege abgeleitet. Zur Gewinnung der Signale wird üblicherweise zuvor ein Modell digitalisiert und/oder es werden Daten aus einer Bibliothek entnommen. Insoweit wird auf hinlänglich bekannte Techniken verwiesen, wie diese auch z. B. in der WO-A-1999/47065 oder der WO-A-2002/45614 beschrieben sind. Auf die diesbezügliche Offenbarung wird ausdrücklich verwiesen.
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 von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 einen Rohling in Draufsicht und
2 einen Träger mit Formling und Trägerkörper.
Anhand der Figuren soll verdeutlicht werden, dass beispielhaft aus einem scheibenförmigen Rohling 10 ein Formteil – im Ausführungsbeispiel eine 9gliedrige Brücke 12 – herstellbar ist, wobei das Formteil durchgesintert wird, ohne dass die Gefahr eines Verzugs auftritt.
Aus Gründen der Vereinfachung ist in der 1 allein die mehrgliedrige Brücke 12 herausgearbeitet, gleichwenn in der Praxis aus dem Rohling 10 mehrere Formlinge hergestellt werden.
Wie der Prinzipdarstellung zu entnehmen ist, weist die Brücke 12 einen bogenförmigen Verlauf auf, wobei innerhalb des lingualen bzw. palatinalen Bereichs ein beim Sintern als Trägerkörper 14 benutzter Abschnitt des Rohlings 10 verbleibt, der über erste Stege 16, 18 – auch Anstiftungen genannt – mit der Brücke 12 verbunden bleibt.
Während des Herausarbeitens der Brücke 12 – dies erfolgt üblicherweise durch Fräsen – ist die Brücke 12 über zweite Stege 20, 22 mit dem verbleibenden Randbereich des Rohlings 10 verbunden.
Der 1 ist des Weiteren zu entnehmen, dass in Draufsicht auf den Rohling 10 der Trägerkörper 14 brückenseitig in etwa die Geometrie eines Ellipsen- oder Parabelabschnitts aufweist. Der Trägerkörper 14 ist mittig gleichfalls bearbeitet, so dass ein weiteres Formteil in diesem genestet ist. Im Ausführungsbeispiel ist dies eine Kappe 24.
Nachdem in dem Rohling 10 die gewünschte Anzahl von Formlingen herausgearbeitet worden ist, werden die Formlinge herausgetrennt. Dies erfolgt üblicherweise durch Ausstrahlen mit einem Strahlmaterial wie Aluminiumoxidkörnern bzw. -kugeln einer mittleren Korngröße zwischen 50 μm und 250 μm. Hierzu kann der Rohling 10 in eine geometrisch angepasste topfförmige Ausstrahlhilfe eingebracht werden, die eine flächige Abstützung der Unter- bzw. Oberseite des Rohlings ermöglicht. Dabei liegt der Rohling 10 auf einer Durchbrechungen aufweisenden Fläche auf, die als Sieb bezeichnet werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sowohl das Abstrahlmaterial als auch die zu entfernenden Stege, und zwar in Bezug auf die Brücke 12, die labial bzw. bukkal verlaufenden zweiten Stege 20, 22, die auch als Anstiftung bezeichnet werden können, problemlos entfernt werden können, ohne dass diese im Bereich des Rohlings 10 verbleiben. Durch die flächige Abstützung des Rohlings 10 werden auch ungewollte Brüche oder sonstige Verletzungen der Arbeiten vermieden.
In Bezug auf die Brücke 12 wird diese zusammen mit dem Trägerkörper 14 aus dem Rohling 10 herausgelöst, also herausgestrahlt. Zuvor wird die Kappe 24 entfernt.
Nach dem Ausstrahlen steht folglich ein Formkörper zur Verfügung, wie dieser der 2 zu entnehmen und mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet ist. Der Formkörper 26 besteht folglich aus der Brücke 12 sowie dem zungenförmigen Trägerkörper 14 und den die Brücke 12 mit dem Trägerköper 14 verbindenden ersten Stegen 16, 18 oder Anstiftungen. Man erkennt, dass die dem konkaven Bereich der Brücke 12 zugewandten Begrenzungsfläche 28 des Trägerkörpers 14 einen konvexen Geometrieverlauf aufweist, wohingegen die zu der Brücke 12 fernliegende Begrenzungsfläche 30 einen ebenartigen Verlauf zeigt. Etwaige Grate oder sonstige Unebenheiten können z. B. mittels eines Skalpels oder eines anderen geeigneten Werkzeugs entfernt werden.
Die Unterseite, also die ebenförmig verlaufende Fläche 30 des Trägerkörpers 14 dient sodann als Abstützfläche und wird auf einem Träger 32 angeordnet, wie die 2 verdeutlicht. Der Träger 32 kann dabei aus einem topfförmigen Basiskörper 34 bestehen, der oberseitig eine Vertiefung aufweist, in dem z. B. ein quaderförmiger Körper 36 eingesetzt wird, auf den sich die Abstützfläche 30 des Trägerkörpers 14 abstützt. Dabei hat die Positionierung des Trägerkörpers 14 in Bezug auf den Körper 36 derart zu erfolgen, dass beim Schrumpfen des Trägerkörpers 14 eine Behinderung durch den Abstützkörper 36 nicht erfolgt; denn wie die Prinzipdarstellung verdeutlicht, erstrecken sich die Endbrückenglieder 40, 42 der Brücke 12 seitlich unterhalb der Abstützfläche 30.
Der Träger 32, also das Basisteil 34 und der Quaderkörper 36 sind starre Körper, die bei den auftretenden Sintertemperaturen eine Volumenreduzierung, also einen Schwund, nicht erfahren. Unberücksichtigt bleibt hierbei eine Ausdehnung, die durch die spezifische Wärmekapazität bedingt ist.
Insbesondere besteht der Träger 32 aus einem durchgesinterten Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid- bzw. Zirkonoxidmaterial.
Die 2 verdeutlicht des Weiteren, dass der Trägerkörper 14 mittig ausgenommen ist, also ein Loch aufweist. In diesem Bereich befand sich zuvor die Kappe 24. Aber auch dann, wenn in dem Trägerkörper 26 ein weiteres Formteil nicht herausgearbeitet werden sollte, wird vorzugsweise aus dem Trägerkörper 14 Material herausgerfräst, um eine Massenreduzierung zu erzielen. Dabei sollte die Masse des Trägerkörpers 14 auf die der Brücke 12 derart abgestimmt werden, dass beim Aufheizen die spezifischen Wärmekapazitäten nicht in einem Umfang Unterschiede aufweisen, dass Formveränderungen zwischen der Brücke 12 und dem Trägerkörper 14 derart erfolgen, dass ein Verzug auftreten kann. Insbesondere sollte die Masse des Trägerkörpers 14 im Bereich zwischen dem 10fachen und 2fachen der Masse der Brücke 12 liegen.
Unabhängig hiervon bleibt die Dicke des Trägerkörpers 14 unverändert, d. h., die Dicke ist gleich der Dicke des Rohlings 10.
Um eine eindeutige Positionierung des Trägerkörpers 14 auf dem Träger 32, d. h. im Ausführungsbeispiel auf den quaderförmigen Körper 36 sicherzustellen, kann dieser eine kanalartige Nut aufweisen, in die der Trägerkörper 14 einsetzbar ist. Die Breite der Nut ist dabei breiter als die des Trägerkörpers 14. Die Länge der Nut ist kürzer als die des Trägerkörpers 14, also der Abstützfläche 30, um beim Schrumpfen sicherzustellen, dass die Endbrückenglieder 40, 42 mit dem Quaderkörper 36 nicht kollidieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1154069 B [0002]
WO 99/47065 A [0003]
WO 02/45614 A [0003]
WO 2005/051220 A [0004]
WO 1999/47065 A [0023]
WO 2002/45614 A [0023]

Claims

Verfahren zum dimensionstreuen Sintern bzw. Durchsintern eines aus einem Rohling, wie Grünkörper oder vorgesinterten Rohlingkörper, herausgearbeiteten wie herausgefrästen Formlings, insbesondere zahntechnische Rekonstruktion wie Brücke, wobei der Formling über erste stegartige Verbindungen mit einem zusammen mit dem Formling aus dem Rohling herausgearbeiteten Trägerkörper verbunden ist, der während des Sinterns bzw. Durchsinterns auf einem Träger angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Rohling ein Formling mit bogenförmig verlaufender Geometrie herausgearbeitet wird, dass der Trägerkörper entlang konkaven Bereichs des Formlings derart herausgearbeitet wird, dass dieser in einer formlingseitig verlaufenden ersten Begrenzungsfläche eine bogenförmig verlaufende Geometrie und in einer in Bezug auf den Formling gegenüberliegender Seite verlaufenden zweiten Begrenzungsfläche eine ebenförmig verlaufende Geometrie aufweist und dass während des Sinterns bzw. Durchsinterns die zweite Begrenzungsfläche auf dem eine starre Abstützung bildenden Träger angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den als starre Abstützung ausgebildeten Träger ein durchgesintertes Keramikmaterial, insbesondere als durchgesintertes Keramikmaterial Aluminiumoxid oder Zirkonoxid oder dieses enthaltend verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Trägerkörper Material herausgearbeitet wird, bevor dieser auf dem Träger angeordnet wird, insbesondere dass aus dem Trägerkörper ein zweiter Formling herausgearbeitet wird, der umfangsseitig zumindest bereichsweise, vorzugsweise umlaufend von dem Trägerkörper umgeben ist, wobei der zweite Formling vor Anordnen des Trägerkörpers auf dem Träger aus dem Trägerkörper entfernt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper derart bearbeitet wird, dass dieser eine Masse M aufweist mit 10 M_F ≥ M ≥ 2 M_F mit M_F Masse des bogenförmigen Formlings.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper derart aus dem Rohling herausgearbeitet wird, dass sich eine Umfangsgeometrie ergibt, die sich aus einer die zweite Begrenzungsfläche bildenden Basis und einem von dieser ausgehenden Bogen zusammensetzt, der über die stegartigen ersten Verbindungen mit dem bogenförmigen Formling verbunden ist, wobei vorzugsweise die eine Standfläche bildende zweite Begrenzungsfläche nach Heraustrennen des Trägerkörpers aus dem Rohling begradigt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bogenförmige Formling vor dem Heraustrennen aus dem Rohling über zweite stegartige Verbindungen mit diesem verbunden ist, die durch insbesondere Materialstrahlen durchtrennt werden, wobei insbesondere als Strahlmaterial Keramikpartikel wie -kugeln wie Al₂O₃-Partikel bzw. -kugeln einer mittleren Korngröße zwischen 50 μm und 250 μm verwendet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper derart aus dem Rohling herausgearbeitet wird, dass sich in Draufsicht eine Geometrie eines Abschnittes eines mit in einer Ebene geschnittenen kegelförmigen Körpers und einer diesen schneidenden Gerade ergibt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohling ein solcher in Scheibenform, insbesondere Kreisscheibenform oder Mehrkantsäulenform verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten stegförmigen Verbindungen und ggfs. vorhandene Reste der zweiten stegförmigen Verbindungen nach dem Sintern bzw. Durchsintern mittels insbesondere eines wassergekühlten Diamantschleifers entfernt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper seitlich in dem Träger geführt wird, wobei insbesondere der Träger in seinem den Trägerkörper aufnehmenden Bereich einen nutartigen Kanal aufweist, in dem sich abschnittsweise der Trägerkörper erstreckt.