DE10065971A1 - Verfahren zur Herstellung keramischen Zahnersatzes und danach hergestellter hochfester keramischer Zahnersatz - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung aller Arten von Zahnersatz aus Hochleistungskeramik zu schaffen, bei welchem unter Vermeidung der Hartbearbeitung mit einem Minimum an Verfahrensschritten auch weitere Nachteile des Standes der Technik, wie beispielsweise eine komplizierte Folge vieler Verfahrensschritte oder Einschränkung hinsichtlich der Gestalt bearbeitbarer Formen, behoben werden. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die der Mundhöhle zugewandte Außenform des Zahnersatzes bei der Urformung des aus durchgehend der gleichen hochfesten Keramik bestehenden Zahnersatzes in ihrer endgültigen Form unter Berücksichtigung der Sinterschwindung gefertigt wird. DOLLAR A Die Erfindung ist zur Herstellung aller Arten keramischen Zahnersatzes, wie beispielsweise Inlays, Onlays, Teilkronen, Kronen, Brücken sowie Inplantat-Suprastrukturen, anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischen Zahnersatzes, wie beispielsweise Inlays, Onlays, Teilkronen, Kronen, Brücken und Implantat- Suprastrukturen, sowie einen danach hergestellten hochfesten Zahnersatz. Ke­ ramik ist als Material für Zahnersatz aller Art wegen ihres Aussehens und ihrer Festigkeit, welche den Eigenschaften natürlicher Zähne nahekommen, in ver­ schiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei richtiger Wahl des Werkstoffes ist Keramik zugleich physiologisch unbedenklich. Dabei ist weniger das Material an sich als vielmehr die erforderliche genaue End-Formgebung ein beträchtlicher Kostenfaktor, wobei die gewünschte hohe Festigkeit des Zahnersatzes und eine Finish-Bearbeitbarkeit desselben im Zustand gebrannter Keramik einander zuwi­ derlaufen.

Es ist auch allgemein bekannt, Zahnersatz aus speziellen Metall-Legierungen zu gießen, wobei beispielsweise die einem Zahnstumpf entsprechende Innenform über einen Abdruck gewonnen wird. Diese Verfahrensweise ist auf gießbare Me­ tall-Legierungen beschränkt.

Weiter ist es bekannt, ein zuvor gefertigtes Modell des Zahnersatzes zu kopieren, indem ein Taststift auf dem Modell entlanggeführt wird, durch welchen synchron zu dessen Bewegung eine Schleifscheibe bzw. ein Schleifkörper zur Bearbeitung eines Zahnersatzrohlings geführt wird (EP 0 267 227 B2). Prinzipiell sind dadurch Werkstoffe mit nahezu beliebiger Härte und Festigkeit, wie beispielsweise auch Keramik bearbeitbar. Dies erfordert jedoch einen sehr komplizierten Mechanis­ mus, und dennoch sind der Bearbeitung von feinen Details, insbesondere im Falle von Vertiefungen und von Hinterschneidungen, durch die endlichen Abmessungen der Schleifscheibe bzw. des Schleifkörpers Grenzen gesetzt.

Ebenfalls bekannt sind CAD-CAM-Verfahren zum dreidimensionalen Fräsen hart­ gebrannten keramischen Vollmaterials zur Herstellung von Zahnersatz, bei denen zum Teil sogar patientenbezogene Informationen, wie Farbe, Material und Bißre­ gistrierung, in den Rechner eingegeben und am Bildschirm bearbeitet werden sowie aus in einer Datenbank enthaltenen "Kronenmodellen" am Bildschirm eine Auswahl und "Modellierung" erfolgt (Aufsatz von A. Schmidt, M. Walter, K. Böning "CAD/CAM/CIM-Systeme in der restaurativen Zahnmedizin", Quintessenz 49, 11, S. 1111-1122 (1998)). Wenn auch hier gegenüber dem zuvor besprochenen Stand der Technik eine größere Formenvielfalt und größere Detailtreue möglich sind, ohne daß zwingend Modelle angefertigt werden müssen, so verbleibt als Nachteil doch der hohe Aufwand für die Bearbeitung harter (gebrannter) Keramik.

Harte Zahnersatzrohlinge lassen sich auch durch Erosionsverfahren, wie Ultra­ schall- oder Elektro-Erosion in die endgültige gewünschte Form bringen, wobei zuvor die Bearbeitungswerkzeuge, wie Sonotroden bzw. Elektro-Erosions-Elektroden, aus Abdrücken bzw. von Modellen als genaues komplementäres Ab­ bild der gewünschten Form hergestellt werden. Das Verfahren der Elektro-Erosion ist prinzipiell auf elektrisch leitfähige Werkstoffe beschränkt, während die Ultra­ schall-Erosion diese Beschränkung nicht aufweist und ausdrücklich auch bei ke­ ramischen Werkstoffen angewandt wird. Durch eine Teilung entlang des soge­ nannten "Äquators" können sowohl die zervikale (dem Kiefer zugewandte) Seite als auch die okklusale bzw. die inzisale (der Mundhöhle zugewandte) Seite bear­ beitet werden (EP 0 645 195 A1). Eine Kombination beider Erosions-Prinzipien gestattet nach einer ausgeklügelten Verfahrensweise die paßgenaue Herstellung einer keramischen Zahnersatzes oder auch einer Metallkrone, wobei durch gal­ vanische Auftragung auf zuvor gefertigte Modelle sogar ein Satz von Schrupp-(Grob-) und Feinbearbeitungswerkzeugen herstellbar ist und bisherige Verfäl­ schungen der Paßgenauigkeit überwunden werden sollen (EP 0 614 344 B1). Der Verfahrensablauf wird danach differenziert, ob Keramik oder Metall bearbeitet werden soll, wobei die Anwendung der Funkenerosion ein Formwerkzeug in die­ sem Falle aus Graphit erfordert. Es bleiben als Nachteile dieser Verfahren die langen Bearbeitungszeiten und vor allem bei der Verfahrensweise nach der an zweiter Stelle genannten Veröffentlichung die Vielzahl verschiedener aufeinander folgender und aufeinander abzustimmender Verfahrensschritte.

Zur Herstellung sogenannter Jacket-Kronen ist es bekannt, eine zuvor gefertigte, flexible Keramikfolie im plastischen Rohzustand isostatisch auf ein Gipsmodell der Innenform zu pressen, welches zuvor computergestützt entsprechend der Form des Zahnstumpfes unter Berücksichtigung eines Aufmaßes für die Sinterschwin­ dung der Keramik geformt wurde (EP 0 826 642 A1). Da die Folie in einer be­ stimmten Dicke hergestellt wird, welche bei der Umformung am Modell nur wenig verformt werden kann, ohne zu reißen, ist dieses Verfahren auf die Anfertigung von Kronengerüsten beschränkt und nicht auf andere Formen des Zahnersatzes übertragbar. Auf jeden Fall ist hierbei eine Nachbearbeitung erforderlich.

Schließlich ist es bekannt, die zervikale Form eines auf eine oder mehrere vorbe­ reite Zahnstumpfflächen oder künstliche Halteteile aufzusetzenden Zahnersatzes, dessen okklusale Form mit aufgebranntem Dentalporzellan verblendet wird, durch Trockenpressen oder auch durch Schlickergießen auf einem Modell beispielswei­ se aus Gips herzustellen, welches zuvor mittels einer computergesteuerten Fräs­ maschine entsprechend einer dreidimensionalen Abtastung direkt im Munde oder an einem Abgußmodell unter der späteren Sinterschwindung und eines Spaltes für den Zement zu Befestigung hergestellt worden war (EP 0 580 565 B1 ent­ spricht DE 693 20 563 T2, WO 94/27 517 A1). Bezüglich der okklusalen Form des Zahnersatzes ist lediglich gesagt, daß die äußere Oberfläche des auf diese Weise hergestellten Kernes des Zahnersatzes eine Form "nahe der erwünschten Größe" haben soll, die Kauflächen nach diesem Verfahren also nicht direkt herstellbar sind, sondern einer Nachbearbeitung im gebrannten Zustand bedürfen. Dazu sind jedenfalls weitere Verfahrensschritte mit mindestens den gleichen Anforderungen an Paßgenauigkeit sowie an Aussehen und Detailtreue erforderlich, welche den Bearbeitungsaufwand insgesamt zumindest verdoppeln. Das Trockenpressen von Teilen aus Hochleistungskeramik weist den Nachteil ungleichmäßiger Verdichtung bei der Formgebung auf, wodurch nach dem Brennen bzw. Sintern Defekte in Gestalt eines teilweise porösen Gefüges zurückbleiben.

Eine weitere bekannte, sehr komplizierte und materialaufwendige Verfahrenswei­ se zur Herstellung keramischen Zahnersatzes soll die eingangs geschilderte und insbesondere wegen des Werkzeugverschleißes problematische End-Formge­ bung im fertiggesinterten (harten) Zustand vermeiden und zugleich das Problem lösen, daß dünne Randbereiche des Zahnersatzes sich beim Sintern infolge der Sinterschrumpfung verziehen oder brüchig werden. Dazu werden die negative Außen- und Innenform des Zahnersatzes aus einem kaltverdichteten oder teil­ gesinterten Form-Rohling unter Berücksichtigung der Sinterschwindung heraus­ gearbeitet und aus den Bearbeitungsspänen oder einem gleichartigen Material der Zahnersatz in dieser, noch mit einem Trennmittel behandelten Form geformt und fertig gesintert wird (WO 96/29951 A2). Dabei kann auch auf die Herstellung eines Wachs- oder Kunststoffmodelles verzichtet werden, indem die Inlayaußenform sowie die Kavitätsform bzw. die Form des präparierten Zahnstumpfes für die computergestützte Herstellung der Form direkt durch Abtastung im Mund des Pa­ tienten erfaßt werden. Die Mängel dieser technischen Lösung liegen sicherlich nicht in der Qualität des solcherart hergestellten Zahnersatzes sondern in der lan­ gen Dauer der Herstellungsverfahrens sowie im dazu erforderlichen Aufwand.

Zahnersatz aus Aluminiumoxid, ggf. mit Zusatzstoffen, sowie aus Zirkonoxid ist unabhängig von einem bestimmten Herstellungsverfahren desselben bekannt (EP 0 826 642 A2).

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstel­ lung aller Arten von Zahnersatz aus Hochleistungskeramik zu schaffen, bei wel­ chem unter Vermeidung der Hartbearbeitung mit einem Minimum an Verfahrens­ schritten auch die weiteren oben genannten Nachteile des Standes der Technik behoben werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Durch die Anwendung der Erfindung ist eine prinzipiell kostengünstigere Formge­ bung des Zahnersatzes möglich, indem die spanende Formgebung von der Hart­ bearbeitung der Keramik auf den wesentlich weicheren Werkstoff der Form zur Urformung, wie beispielsweise Gips, verlagert wird. Dabei ist zu bedenken, daß Zahnersatz mit dem Ziel der Rekonstruktion der okklusalen (Kau-)Flächen insbe­ sondere durch die vielfältige und komplexe Gestalt der Außenform gekennzeich­ net ist, während die bisher bereits CAD-gestützt hergestellte Innenform relativ einfach ist.

Der Zahnersatz wird unter Erhalt seiner werkstoffinhärenten Festigkeit ("as fired") realisiert.

Durch die Anwendung der Erfindung wird die Herstellung metallfreien Zahnersat­ zes, wie beispielsweise von Inlays, Onlays, Teilkronen, Kronen, Brücken und Im­ plantat-Suprastrukturen Kronen sowie von Brücken mit funktionellen Kauflächen möglich, welche ohne weitere Nachbearbeitung die ästhetischen und biologischen Anforderungen an die definitive prothetische Versorgung erfüllen.

Die Kette der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ermöglicht eine kostenmäßi­ ge Optimierung durch eine Aufteilung in solche Verfahrensschritte, die zentral und solche, die dezentral durchzuführen sind. Für mehrere Auftraggeber tätige CAD- CAM-Dienstleister bzw. spezialisierte Zahntechniker kooperieren beispielsweise in der folgenden günstigen aber naturgemäß nicht zwingend vorgeschriebenen Aufgliederung der Arbeitsgänge:

• - Herkömmliche dezentrale zahnärztliche Behandlung mit Präparation.
• - Abformung und Herstellung von Präzisionsmodellen und deren optische Digitali­ sierung bzw. direkte intraorale Digitalisierung.
• - Zentrale Berechnung der geometrischen Gestalt der Form für das Schlickergießen unter Berücksichtigung des simulierten Schwindungsverhaltens.
• - Zentrale Erstellung des CNC-Programmes zur Bearbeitung der individuellen Form für das Schlickergießen sowie Herstellung derselben.
• - Zentrales Gießen und Sintern des Zahnersatzes.
• - Erforderlichenfalls dezentrale ästhetische Individualisierung des Zahnersatzes.

Die beigefügte Zeichnung zeigt diese Verfahrensweise in beispielhafter Weise und spricht weitgehend für sich selbst.

Die Erfindung wird weiterhin an Hand von zwei Ausführungsbeispielen bezüglich des Materials weiter erläutert:

Ausführungsbeispiel 1

500 g Aluminiumoxid mit einer Korngröße von d₅₀ = 0,2 µm werden zusammen mit 0,05 Masse% Magnesiumcarbonat, 1,5 Masse% eines zur Bereitung von Gieß­ schlickern bekannten Verflüssigers sowie Wasser in eine Trommelmühle gege­ ben. Das Masseverhältnis von Mahlgut : Mahlkörpern beträgt 1 : 6. Nach einer Mahldauer von 24 Stunden wird der Schlicker entnommen. Sein Feststoffgehalt beträgt 71,0 Masse%. Dieser Schlicker wird zur Herstellung einer Krone in die nach dem Schema der Abbildung hergestellte Gießform gefüllt. Nach einer Stand­ zeit von etwa 30 Minuten wird die Krone entformt und nach entsprechender Trocknung mit einer Haltezeit von 2 Stunden bei 1350°C gebrannt.

Ausführungsbeispiel 2

500 eines Versatzes aus 80 Masse% Aluminiumoxid und 20 Masse% teilstabili­ siertem Zirkonoxid mit einer Korngröße von d₅₀ = 0,3 µm werden analog Ausfüh­ rungsbeispiel 1 verarbeitet, dem einzigen Unterschied, daß die Sinterung bei 1400°C erfolgt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung keramischen Zahnersatzes, dadurch gekennzeichnet, daß Restaurationen, wie Inlays, Onlays, Teilkronen, Kronen, Brücken und Implantat-Suprastrukturen, ausgehend von Daten, vorzugsweise gewonnen durch optische und/oder mechanische Digitalisierung von Zahnstümpfen und/oder Zähnen eines Kiefers oder beider Kiefer intraoral oder von Kiefermodellen oder Teilmodellen eines Kiefers oder beider Kiefer extraoral mit nachfolgender CAD-Konstruktion der vorher­ genannten Restaurationen in der Weise hergestellt werden, daß eine der Mundhöh­ le zugewandte Außenform bei der Urformung des aus durchgehend der gleichen hochfesten Keramik bestehenden Zahnersatzes in ihrer endgültigen Form unter Be­ rücksichtigung der Sinterschwindung gefertigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenform anstel­ le der CAD-Konstruktion nach Verfahren der konventionellen zahntechnischen Her­ stellung mit nachfolgender Digitalisierung und anschließender rechnergesteuerter Bearbeitung hergestellt wird.

3. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Schlickergießen als Urformverfahren eine Reproduktion physiologischer, na­ türlicher Kauflächen mit entsprechender Fisurentiefe erfolgt.

4. Verfahren nach einer der bisherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Außenform um den Anteil der Verblendkeramik reduziert wird.

5. Verfahren nach einer der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfeste Keramik mittels Dotanten im ppm-Bereich mit dem Ziel der Simulation der Farbgebung des natürlichen Zahnes unterschiedlich eingefärbt wird.

6. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine hochfeste Keramik mit transparenten Eigenschaften Anwendung findet.

7. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zahnersatz bei der Urformung auch die dem Kiefer bzw. dem Zahnstumpf zuge­ wandten, in der Regel durch einen Abdruck gewonnene endgültige Innenform unter Berücksichtigung der Schichtstärken zahnärztlicher Befestigungswerkstoffe gegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung der Innenform spanabtragend, beispielsweise durch Erodieren oder spanabhebend, beispielsweise durch Schleifen oder Fräsen am Grünling, Braunling oder im gesin­ terten Zustand erfolgt.

9. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche außer Anspruch 3 und von die­ sem abhängige Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Urformung durch ke­ ramisches Spritzgießen erfolgt.

10. Hochfester keramischer Zahnersatz, der nach Anspruch 1 bis 9 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfeste Keramik im wesentlichen aus Al₂O₃ (≧99,9 ma%) besteht und die mittlere Korngröße im Gefüge ≦2 µm beträgt.

11. Hochfester keramischer Zahnersatz, der nach Anspruch 1 bis 9 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfeste Keramik aus einer Dispersionskeramik bestehend mit ≦80 ma% Al₂O₃ und ≧20 ma% teilstabilisiertem ZrO₂ besteht und die mittlere Korngröße im Gefüge ≦1 µm ist.

12. Hochfester keramischer Zahnersatz, der nach Anspruch 1 bis 9 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfeste Keramik aus teilstabilisiertem ZrO₂ be­ steht und die mittlere Korngröße im Gefüge ≦1 µm ist.

13. Hochfester keramischer Zahnersatz nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen keramischen Gradientenwerkstoff mit ange­ paßten optischen und/oder mechanischen Eigenschaften enthält oder aus diesem besteht.

14. Hochfester keramischer Zahnersatz nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er einen mehrschichtigen keramischen Gradientenwerkstoff mit ange­ paßten optischen und/oder mechanischen Eigenschaften enthält oder aus diesem besteht.