DE102011119839A1

DE102011119839A1 - Herstellen von Suprakonstruktionen auf einer SLM-Anlage mit anschließender Fräsbearbeitung der Anschlussgeometrie

Info

Publication number: DE102011119839A1
Application number: DE102011119839A
Authority: DE
Inventors: Yohannes Woldegergis; Stefan Hormann
Original assignee: Heraeus Kulzer GmbH
Current assignee: Kulzer GmbH
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: ES2686431T3; AU2012343785A1; KR101553498B1; EP2785273A1; JP2015502793A; EP2599459B1; WO2013079723A1; ES2686431T5; KR20140098833A; AU2012343785B2; US10271930B2; DE102011119839B4; CN104271070B; JP5948431B2; CN104271070A; EP2599459B2; CA2855879A1; EP2599459A1; US20140342317A1; BR112014013273A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dentalen Suprastruktur, wobei die Suprastruktur einen Hauptkörper und wenigstens einen integrierten Abstandhalter aufweist, wobei die Suprastruktur ausgebildet ist, um den Hauptkörper über den wenigstens einen Abstandhalter mit einem osseointegrierten Zahnimplantat zu verbinden, und wobei das Verfahren die Beschaffung von Stereo-Daten in Bezug auf eine zahnmedizinische Situation eines Patienten umfasst, sowie die Spezifizierung von Informationen von Stereo-Daten in Form von Position, Maße, Winkel und/oder Form des wenigstens einen Abstandhalters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Suprastruktur sowie eine Suprastruktur.
Aus der WO 2008/024063 A1 ist eine Suprastruktur bekannt, die einen Hauptkörper umfasst, welcher über integrierte Abstandhalter mit Zahnimplantaten verbunden wird. Dabei sind die Zahnimplantate in den Kiefer eines Patienten integriert. Die beschriebene Suprastruktur wird aus einer Platte vollständig herausgefräst. Als nachteilig hat sich bei derartig produzierten Suprastruktur die aufwendige Produktion herausgestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Suprastruktur und eine Suprastruktur zu offenbaren, welche die oben genannten Nachteile überwinden. Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zur Herstellung einer Suprakonstruktion und eine Suprakonstruktion mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt. Merkmale und Details, die in Zusammenhang mit der Suprakonstruktion beschrieben werden, gelten dabei auch in Zusammenhang mit den Verfahren und jeweils umgekehrt.
Zusammenfassend werden folgende Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders bevorzugt vorgeschlagen:

Ausführungsform 1: Verfahren zur Herstellung einer dentalen Suprastruktur, wobei die Suprastruktur einen Hauptkörper und wenigstens einen integrierten Abstandhalter aufweist, wobei die Suprastruktur ausgebildet ist, um den Hauptkörper über den wenigstens einen Abstandhalter mit einem osseointegrierten Zahnimplantat zu verbinden, wobei das Verfahren die Beschaffung von Stereo-Daten in Bezug auf eine zahnmedizinische Situation eines Patienten umfasst, sowie die Spezifizierung von Informationen von Stereo-Daten in Form von Position, Maße, Winkel und/oder Form des wenigstens einen Abstandhalters, die Übermittlung der Informationen und/oder der Stereo-Daten an einen Computer und das Formen des Hauptkörpers und des wenigstens einen integrierten Abstandhalters, derart, dass der Hauptkörper und der wenigstens eine integrierte Abstandhalter in einem Materialstück enthalten sind, wobei die Suprastruktur zumindest partiell aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial mittels eines Laserschmelzverfahrens (SLM-Verfahren/Selective Laser Melting) erstellt wird und im Anschluss der wenigstens eine integrierte Abstandhalter zumindest partiell gefräst wird.
Ausführungsform 2: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abstandhalter ein gefräster Zylinder ist.
Ausführungsform 3: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Ausgangsmaterial eine erste und eine zweite Pulverfraktion aufweist, wobei wenigstens ein erster Teilbereich der Suprastruktur aus der ersten Pulverfraktion und ein zweiter Teil aus der zweiten Pulverfraktion erstellt wird.
Ausführungsform 4: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper aus der ersten Pulverfraktion und der wenigstens eine Abstandhalter aus der zweiten Pulverfraktion erstellt wird.
Ausführungsform 5: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Suprastruktur auf einer Grundplatte erstellt wird.
Ausführungsform 6: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial auf der Grundplatte wenigstens zwei Halteelemente erstellt werden, die stoffschlüssig mit der Suprastruktur verbunden sind.
Ausführungsform 7: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte und das pulverförmige Ausgangsmaterial materialeinheitlich sind.
Ausführungsform 8: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Suprastruktur partiell sowohl aus der Grundplatte als auch auf der Grundplatte erstellt wird.
Ausführungsform 9: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile des Hauptkörpers aus der Grundplatte gefräst werden.
Ausführungsform 10: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Suprastruktur derart auf der Grundplatte erstellt wird, dass der wenigstens eine Abstandhalter im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Ausführungsform 11: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter einen Schraubenkanal aufweist, der im Laserschmelzverfahren erstellt wird.
Ausführungsform 12: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der im Laserschmelzverfahren erstellte Schraubenkanal ausgefräst wird.
Ausführungsform 13: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandhalter einen Schraubenkanal aufweist, der beim Fräsen erstellt wird.
Ausführungsform 14: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte ein Markierungsmittel aufweist, um die Position der Suprastruktur von einem ersten System, auf welchem das Laserschmelzverfahren ausgeführt wird, auf ein zweites System, auf welchem das Fräsen ausgeführt wird, zu übertragen.
Ausführungsform 15: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionierungselement jeweils sowohl in das erste als auch das zweite System integriert ist.
Ausführungsform 16: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste System und das zweite System jeweils ein Positionierungselement aufweisen, welches mit dem Markierungsmittel zusammenwirkt.
Ausführungsform 17: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Markierungsmittel ein Stift und das Positionierungselement ein Nullpunktspannsystem ist.
Ausführungsform 18: Verfahren nach wenigstens einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Markierungsmittel wenigstens drei Referenzmittel sind, die kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit der Grundplatte verbunden sind, wobei das Positionierungselement ein Messtaster ist.
Ausführungsform 19: Ein computerlesbares Medium, das ein Computerprogramm für die Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorherigen Ausführungsformen enthält.

Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff Suprastruktur – oder auch Suprakonstruktion – einen durch Implantate getragenes Zahnersatz. Dabei wird mit Suprakonstruktion der Aufbau bezeichnet, der auf ein oder mehrere Zahnimplantate aufgesetzt wird. Das Spektrum reicht von der einzelnen implantatgetragenen künstlichen Zahnkrone bis hin zu aufwändigsten Brückenkonstruktionen, wie Stegprothesen oder Teleskopprothesen, die durch mehrere Implantate getragen werden. Ein Zahnimplantat wird als künstliche Zahnwurzel direkt in den Kieferknochen eingesetzt, wo es nach einer Einheilzeit fest mit dem Zahnhalteapparat verwächst. Das Zahnimplantat wird bei Einzelzahnersatz als Wurzel für eine künstliche Zahnkrone verwendet. Müssen mehrere Zähne ersetzt werden, können Zahnimplantate als Verankerung für eine Suprakonstruktion mit mehreren künstlichen Zahnkronen oder einer Zahnbrücke dienen. Die Verbindung zwischen Suprakonstruktion und dem Implantat erfolgt über Schraubverbindungen und Fassungen.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff Mukosa ein Profil des implantatumgebenden Weichgewebes, das in physiologischer und optischer Übereinstimmung zum Weichgewebeprofil des natürlichen Zahnes (Papillenform) auszuformen ist.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff Emergenzprofil einen Bereich der Suprakonstruktion, welches welcher im Kontakt mit dem Zahnfleisch (Ginival) ist und insbesondere die Ausbildung und den Erhalt des Gingivalsaums beeinflusst.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff Laserschmelzverfahren – oder auch Selective Laser Melting-Verfahren (im Folgenden auch SLM-Verfahren) – ein additives Fertigungsverfahren. Auf der Basis von CAD-Daten werden komplexe Bauteile direkt aus dem Metallpulver generiert. Das Verfahren wird zur Herstellung von Werkzeugen für den Kunststoffspritzguss und Druckguss genutzt. Wie hier beschrieben, können auch sehr filigrane Strukturen für Dental- und Humanimplantate gefertigt werden. Die erreichte Reproduzierbarkeit – also die Dimensionsvariationen zwischen mehreren Dentalimplantaten – liegt bei weniger als ±30 μm. Derzeit sind elf Werkstoffe für das Verfahren qualifiziert, ausgewählt aus der Gruppe Edelstähle, Titan-, Aluminium-, Kobalt-Chrom- und Nickelbasis-Legierungen mit Korngrößen zwischen 10 μm und 65 μm. Mit einem zwischen 300 und 500 W starken Laser sind Schichtdicken von 20 μm bis 100 μm herstellbar. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit liegt, abhängig von der Ausnutzung des Bauraums, bei 5–20 cm³/h. Die generierten Bauteile besitzen ein homogenes Gefüge und relative Dichten von nahezu 100%, insbesondere zwischen 95% bis 99,95%, besonders bevorzugt zwischen 97% und 99,5%. Aber nicht nur die physikalischen, auch die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Bauteile entsprechen denen gegossener Strukturen. Das SLM-Verfahren ermöglicht durch den schichtweisen Aufbau von Bauteilen die Fertigung von Hohlräumen und Hinterschnitten. Zudem können mehrere Funktionen im Bauteil integriert werden.
Basis für die Erstellung eines Bauteils mit dem SLM-Verfahren ist ein 3D-CAD-Modell. Dieses 3D-CAD-Modell enthält die Geometrieinformationen des zu fertigenden Bauteils. Dieses Modell wird in horizontale Schichten einer definierten Schichtdicke zerlegt (”Slicen”). Der eigentliche Fertigungsprozess besteht aus drei Prozessschritten: i) Auftragen einer Pulverschicht, ii) Selektive Belichtung durch den Laser, iii) Absenken der Bauplattform um den Betrag der im Slice-Prozess definierten Schichtdicke. Diese Schritte werden zyklisch wiederholt bis das Bauteil vollständig gefertigt ist.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine Kombination eines Laserschmelzverfahrens und eines Fräsens stattfindet. Dadurch können großtechnisch preiswerte dentale Suprastrukturen hergestellt werden, welche gleichzeitig die benötigte Qualität aufweisen. Die erfindungsgemäße Suprastruktur weist einen Hauptkörper und wenigstens einen integrierten Abstandhalter auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Suprastruktur wenigstens zwei integrierte Abstandhalter auf. Die integrierten Abstandhalter werden direkt kraft- und/oder formschlüssig, ggf. auch stoffschlüssig, mit dem Implantat verbunden. Vorzugsweise weist der Abstandhalter einen Schraubenkanal auf, durch welchen eine Schraube geführt werden kann, die dazu dient, die Suprastruktur mit dem Implantat zu verschrauben. Die Ausgestaltung des Abstandhalters ist derart, dass dieser die Mukosa überbrückt. Folglich weist der Abstandhalter auch ein Emergenzprofil auf, welches dazu dient, dass sich der Gingivalsaum daran anlegen kann.
Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Beschaffung von Stereodaten – auch als Scandaten bezeichnet – von einer zahnmedizinischen Situation eines Patienten. Dies kann etwa durch einen bekannten Interoralscanner geschehen. Ein solcher Interoralscanner wird in den Mund des Patienten eingeführt und erstellt ein digitales Abbild der Zahnsituation des Patienten. Dabei sind dem digitalen Abbild auch Informationen hinsichtlich der Ausgestaltung der Winkel und der Maße der vorhandenen Zähne und/oder der Implantate und/oder mit den Implantaten verbundenen Scanpfosten zu entnehmen. Dieses digitale Abbild wird an einen Computer weitergeleitet, mittels dessen der Hauptkörper sowie der wenigstens eine Abstandhalter der dentalen Superkonstruktion entworfen werden kann. Dazu können entsprechende Zahninformationen aus Datenbanken – auch als Bibliothek bezeichnet – geladen werden, die hinsichtlich der gewünschten Zahnform und/oder bekannter Zahnformen aufweisen und bei der Formung des Hauptkörpers der dentalen Suprastruktur von Hilfe sind. Dieses rechnergestützte Formen des Hauptkörpers mit dem wenigstens einen integrierten Abstandhalter dient dazu, die CAD-Datenbasis zu schaffen, mittels derer dann das eigentliche Erstellen der Suprastruktur im Rahmen des Laserschmelzverfahrens und des Fräsens ermöglicht wird.
In einer Ausführungsvariante ist der wenigstens eine Abstandshalter mit dem Hauptkörper einteilig, insbesondere einstückig und materialeinheitlich verbunden. insofern ist der Abstandhalter in den Hauptkörper integriert. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn sowohl Abstandhalter als auch Hauptkörper aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial mittels des Laserschmelzverfahrens erstellt werden. Erst im Anschluss daran findet das zumindest partielle Abfräsen des integrierten Abstandhalters statt. Insofern zeichnet sich eine besondere Ausführungsform dadurch aus, dass der wenigstens eine Abstandhalter ein gefräster Zylinder ist, Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Suprastruktur, insbesondere der Hauptkörper, aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterials mittels eines Laserschmelzverfahrens hergestellt wird. Das Laserschmelzverfahren ist ein schichtaufbauendes Verfahren, bei dem aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial durch einen Energieeintrag eines Lasers eine homogene, feste Struktur aufgebaut wird. Dieser Aufbauvorgang kann umfassen, dass mit dem Hauptkörper integrierte Abstandhalter erstellt werden. Die Reproduzierbarkeit bzw. Oberflächenrauigkeit derjenigen Teile, die mittels Laserschmelzverfahrens hergestellt worden sind, ist mehr als ausreichend für den Hauptkörper, auf welchen ggf. noch dentale Verkleidungen aufgebracht werden sollen. Allerdings hat sich herausgestellt, dass die Präzision nicht ausreicht, um eine dauerhafte und spielfreie Verbindung mit den Implantaten sicherzustellen. Aus diesem Grunde wird der wenigstens eine Abstandhalter im Rahmen eines Frässchrittes erstellt und/oder bearbeitet. Der Bearbeitungsschritt umfasst insbesondere jene Fläche, die vorgesehen ist, um im kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssigen Verbund mit den Implantaten gesetzt zu werden. Die dabei erreichten Präzisionen und/oder Reproduzierbarkeiten der Fräsmaschinen sind um Faktoren höher und ermöglichen so eine langfristige, stabile und fluiddichte Verbindung zwischen dem Abstandhalter und dem Implantat.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass eine wesentliche Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens darin besteht, die mittels einer Fräse erreichbaren, überdurchschnittlichen Reproduzierbarkeiten nur an jenen Stellen einzusetzen, an denen es tatsächlich für das Wohl des Patienten auch eine Rolle spielt. Durch das Ab- bzw. Anfräsen jener Flächen des integrierten Abstandhalters, die in direktem Kontakt mit der Gingiva und/oder dem Implantat kommen, ist sichergestellt, dass diese zentralen Flächen immer die optimale Präzision aufweisen. Hingegen sind die mittels Laserschmelzverfahrens erstellten Oberflächen rauer, was sich insbesondere bei der Verkleidung mit Dentalkeramik als vorteilhaft herausgestellt hat, Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine SLM-Maschine genutzt, in der das Laserschmelzverfahren ausgeführt werden kann. Diese weist eine Grundplatte aus einem rostfreien Material, insbesondere Edelstahl auf, welche als Grundlage für die Pulverfraktion bzw. den damit vorgesehenen Schmelzprozess bildet. Auf diese Grundplatte wird das pulverförmige Ausgangsmaterial aufgebracht. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Kobalt-Chrom oder Titanlegierungen. Wie dargelegt, findet dann ein schichtweises Erstellen der Suprastruktur mittels des Laserschmelzverfahrens statt. Im Anschluss daran wird die Suprastruktur aus dem nicht verschmolzenen Pulver entfernt. Durch ein Entspannungsglühen werden etwaige Spannungen aus der Suprastruktur entfernt. Im Anschluss daran folgt das zumindest partielle Fräsen bzw. äußere Abfräsen der Abstandhalter. Je nach Wunsch kann dabei nur eine Oxidschicht auf dem Abstandhalter abgenommen werden, oder eine stärkere Schicht abgetragen werden. Sollte Letzteres geschehen, muss im Rahmen der Erstellung des digitalen Abbildes der Suprastruktur auf dem Rechner im Vorhinein eine zusätzliche Materialschicht eingerechnet werden, die im Rahmen des Fräsvorganges abgetragen werden kann. Nur so ist sichergestellt, dass nach dem Fräsvorgang die Suprastruktur auch spielfrei mit den osseointegrierten Zahnimplantaten – hier auch Implantate – verbunden werden kann. Eine vorteilhafte Ausführungsvariante zeichnet sich dadurch aus, dass aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial auf der Grundplatte wenigstens zwei Halteelemente erstellt werden, die stoffschlüssig mit der Suprastruktur verbunden sind. Diese Halteelemente – auch als Supports bezeichnet – dienen zur Halterung der Suprastruktur im Raum oberhalb der Grundplatte. Erfahrungsgemäß weist die Suprastruktur eine im dreidimensionalen Raum gebogene Form auf. Insofern ist es häufig nicht möglich, die Suprastruktur direkt auf der Grundplatte aufzubauen. Um entsprechend Abstände von der Grundplatte einzuhalten und/oder besondere dreidimensionale Verläufe im Raum sicherzustellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenigstens zwei, im Allgemeinen aber deutlich mehr, Halteelemente zu nutzen. Entsprechende, auch als Supports bezeichnete Elemente sind im Allgemeinen hohl und aus demselben pulverförmigen Ausgangsmaterial erstellt, welches auch zur Herstellung von wenigstens Teilen der Suprastruktur dient. Nach dem Erstellen von zumindest Teilen der Suprastruktur in dem Laserschmelzverfahren können die Halteelemente mittels Drahterodieren oder sonstigen, dem Fachmann bekannten Verfahren, von der Suprastruktur getrennt werden. Etwaige überstehende Reste können dann abgeschliffen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Grundplatte aus einem Material aufgebaut ist, dass sich stoffschlüssig mit dem pulverförmige Ausgangsmaterial verbinden lässt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Grundplatte und das pulverförmige Ausgangsmaterial materialeinheitlich sind. In diesem Fall kann bei einer weiteren Ausführungsform zumindest ein Teil der dentalen Suprastruktur auch aus der Grundplatte herausgefräst werden. Insofern wird die Suprastruktur partiell sowohl auf, als auch aus der Grundplatte erstellt. So können insbesondere die Abstandhalter aus der Grundplatte gefräst werden. In diesem Falle wird der Hauptkörper aus pulverförmigem Material direkt auf der Grundplatte aufgebaut. Im anschließenden Verfahrensschritt kann dann mittels eines Fräsers aus der Grundplatte – insbesondere von einer Rückseite – der wenigstens eine integrierte Abstandhalter gefräst werden. Aufgrund der Materialeinheitlichkeit findet eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Grundplatte und dem pulverförmigen Ausgangsmaterial statt.
In einer weiteren Ausführungsform kann auch zumindest ein Teil des Hauptkörpers aus der Grundplatte gefräst werden. Auch hierbei wird ein erster Teil der dentalen Suprastruktur durch pulverförmiges Ausgangsmaterial auf der Grundplatte aufgebaut. In dieser Ausführungsvariante umfasst dieser erste Teil Teile des Hauptkörpers sowie den wenigstens einen integrierten Abstandhalter. In einem Frässchritt wird dann der integrierte Abstandhalter zumindest partiell be- oder gefräst und weiterhin der zweite Teil des Hauptkörpers aus der Grundplatte gefräst. Folglich besteht der Hauptkörper der dentalen Suprastruktur partiell aus einem Material, das mittels eines Laserschmelzverfahrens erstellt wurde und partiell aus dem Material der Grundplatte.
In einer weiteren Ausführungsform weist das pulverförmige Ausgangsmaterial eine erste und eine zweite Pulverfraktion auf. Es ist dabei vorgesehen, dass ein erster Teilbereich der Suprastruktur aus der ersten Pulverfraktion und ein zweiter Teilbereich aus der zweiten Pulverfraktion erstellt wird. Somit können unterschiedlichen mechanischen Einwirkungen in die dentale Suprastruktur durch die Auswahl der jeweils genutzten Pulverfraktion – und damit des erstellten Materials – Rechnung getragen werden. Denkbar ist weiterhin, dass der Hauptkörper aus der ersten Pulverfraktion und der wenigstens eine Abstandhalter aus der zweiten Pulverfraktion erstellt wird.
Erfindungsgemäß sollte die dentale Suprastruktur in den wenigstens einen integrierten Abstandhalter einen Schraubenkanal aufweisen, durch welchen ein Schraubenmittel eingeführt werden kann. Insofern muss der Schraubenkanal auch einen Schraubensitz aufweise, um eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen der Schraube und der Suprastruktur mit dem Implantat zu ermöglichen. Es gibt eine Mehrzahl von Möglichkeiten, diesen Schraubenkanal herzustellen. So kann in einer Ausführungsvariante der Schraubenkanal während des Laserschmelzverfahrens erstellt werden. Im Anschluss daran kann der Schraubenkanal dann ausgefräst werden. Alternativ ist es auch möglich, im Laserschmelzverfahren den Abstandhalter als Vollmaterial zu erstellen und den Schraubenkanal erst beim Fräsen zu fertigen. Um Letzteres zu ermöglichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, warm die Suprastruktur derart auf der Grundplatte erstellt wird, dass der wenigstens eine Abstandhalter im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Da die dentale Suprastruktur auf einer Grundplatte erstellt wird, kann der Zugriff des Fräsers durch diese Grundplatte behindert werden. Um ein entsprechendes Zugreifen zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Abstandhalter im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, was ein Einfahren des Fräskopfes, insbesondere einer Fünfachs-Fräsmaschine, an die Suprastruktur erleichtert.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Verwendung eines Laserschmelzverfahrens und eines Fräsverfahrens. Solche unterschiedlichen Verfahren werden insbesondere auf getrennten Maschinen ausgeübt. Von entscheidender Bedeutung ist aber, dass Informationen hinsichtlich der Position, des Maßes, des Winkels und/oder der Form der Suprastruktur, insbesondere des wenigstens einen Abstandhalters, von dem ersten System, auf welchem das Laserschmelzverfahren ausgeführt wird, auf ein zweites System, auf welchem das Fräsen ausgeführt wird, übertragen wird. Um dies zu ermöglichen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Grundplatte wenigstens ein Markierungsmittel aufweist, was bei der Übertragung der Position hilfreich ist. Dieses Markierungsmittel sollte dann mit wenigstens einem Positionierungsmittel zusammenwirken, das sowohl in dem ersten System, als auch in dem zweiten System integriert ist. Hier hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Markierungsmittel der Grundplatte ein Stift und/oder ein Zapfen und/oder ein Zylinder ist und das Positionierungselement in dem ersten und dem zweiten System ein Nullpunkt-Spannsystem. Durch ein Zusammenwirken des Markierungsmittels und der Positionierungselemente ist ein reproduzierbares, reversibel einsetzbares System geschaffen, mit dessen Hilfe sichergestellt werden kann, dass die Informationen hinsichtlich Formposition, Maß, Winkel, etc. der Suprastruktur von dem ersten System auf das zweite System bzw. in umgekehrter Reihenfolge übertragen werden können. Alternativ hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Markierungsmittel wenigstens drei Referenzmittel sind , die kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit der Grundplatte verbunden sind und mit einer Mehrzahl von Messtastern zusammenwirken, die sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten System integriert sind. So kann es sich bei den drei Referenzmitteln etwa um Blöcke und/oder Passstifte handeln, die auf und/oder in der Grundplatte angeordnet sind.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein computerlesbares Medium genutzt wird, welches ein Computerprogramm für die Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten enthält.
Die Erfindung beschreibt ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung einer dentalen Suprastruktur, insbesondere einer dentalen steg- und/oder teleskopretinierten Implantat-Suprakonstruktion und einteiligen Abstandselement (auch Abutment). Die CAD-Daten werden so aufgearbeitet, dass diese für das SLM-Verfahren und für das Fräsen verwendet werden können. Anschließend werden die Bauteile auf der SLM-Maschine aufgebaut. Danach wird an dem Abstandselement mittels des Fräsverfahren die Anschlussgeometrie nachgefräst.
Die Stereo-Daten in Bezug auf eine zahnmedizinische Situation eines Patienten kommen aus einem Interoral- oder einem 3D-Scanner. Für Ermittlung der Implantatrichtung werden auf dem Modell (Gipsmodell mit Laboranalogen) bzw. im Mund sogenannte Scanbodys verwendet. Die Stereo-Daten werden in einer CAD-Software zu einem Bauteil generiert. Die gewonnen CAD-Daten werden dahin modifiziert, dass aus einer Bibliothek heraus die Implantatanschlussgeometrie auf die Bauteile angepasst, ein Richtungsvektor ermittelt wird und ein Schichtaufmaß vorgesehen ist. Das Schichtaufmaß ist jene Materialstärke, die von dem lasergesinterten Abstandhalter abgefräst wird.
Im CAM-System werden die CAD-Daten auf Fehler überprüft und ggf. repariert. Die CAD-Daten werden auf der Bauplattform positioniert, gestützt (auch supportet) und die Daten werden anschließend zuerteilt (auch gesliced). Es können unterschiedlichste Bauplattformgeometrien verwendet werden, wie z. B. rund, rechteckig, quadratisch usw. Die angepasste Anschlussgeometrie wird positionsgenau verschoben und als STL-File mit dem Bauteil ausgegeben. Die Anschlussgeometrie ist für die Passgenauigkeit zum Implantat das wichtigste, daher kann mit dem gewonnenen positionsgenauen STL-File der Anschlussgeometrie eine nachträgliche Fräsbearbeitung realisieren. Es wurde in Versuchen ermittelt, dass auch ohne Aufmaß eine Spanabnahme auf der Fräsmaschine stattfand.
Die Fräsbearbeitung kann auf allen Flächen stattfinden, welche nicht mit Supports versehen sind. Bei den Suprakonstruktionen wird die Bauteilorientierung so gewählt, dass die Anschlussgeometrie ohne Support ist. Die angepassten (auch gematchte) STL-Datei (CAD-Datei + Anschlussgeometrie) wird separiert. Somit erhält man 2 STL-Dateien. Die gematchte Anschlussgeometrie und das Bauteil werden als separate Dateien ins CAM-Modul importiert und mit den passenden Schlicht-Frässtrategien programmiert. Dazu werden geometrieabhängig verschiedene Werkzeuge verwendet, wie Kugelfräser in verschiedenen Durchmessern und torische Fräser in verschieden Durchmessern. Der Schraubenkanal (auch Bohrkanal) ist mit den passenden Bohrern zu schlichten. Durch die gewonnen Vektoren kann eine automatische 5-Achs- oder 3-Achs-angestellte Bearbeitung stattfinden. Ohne die Richtungsvektoren der Implantate muss die Positionierung im CAM manuell durchgeführt werden.
Bei dem genannten Verfahren wird insbesondere eine Cobalt-Chrom(CoCr)-Legierung verwendet, welche den Dentalnormen entspricht und daher zugelassen ist. Die verwendete Korngröße des Ausgangspulvers ist zwischen 25–150 μm. Eine weitere Anforderung des Pulvers ist eine gute Rieselfähigkeit, um das Pulver gleichmäßig beschichten zu können. Es können sowohl CoCr- als auch Titan-Legierungen verwendet werden.
Das Nullpunktspannsystem in der SLM-Maschine ist das gleiche wie in der Fräsmaschine. Somit lässt sich die Bauplattformposition direkt übertragen. Lediglich die z-Höhe muss auf der Fräsmaschine über den Nullpunkt definiert werden. Bei den Referenzmarken kann zusätzlich noch der Nullpunkt in den drei Achsen geholt werden. Über die Referenzmarken und die Nestingposition der Bauteile kann die exakte Position durch Koordinatentransformation ermittelt werden. Die Korrektur der Bauteilposition in der SLM-Maschine erfolgt über das Vermessen der Referenzmarken in der Fräsmaschine.
Die Bearbeitung auf der SLM-Maschine erfolgt mit einer Laserintensität von 100 W–400 W.
Die Scangeschwindigkeit kann von 500 mm/s–5000 mm/s abhängig von Material, Laserleistung und Schichtstärke. Die Schichtstärke kann von 20 μm–80 μm eingestellt werden, Supports werden bevorzugt nur jede zweite Schicht belichtet, das hat den Vorteil der reduzierten Belichtungszeit.
Die Bauteile werden bevorzugt alternierend und rotierend belichtet. Das heißt, die zu belichtende Schicht wird im 90°-Versatz zur vorigen belichtet und nicht in der gleichen Reihenfolge. Das bringt den Vorteil, dass weniger Spannung in den Bauteile entstehen und eine bessere, stoffschlüssige Verbindung der einzelnen Schichten.
Die Nachbehandlung erfolgt in 2 Schritten:

1) Ein Spannungsarmglühen im Temperaturbereich von 400–1000°C unter Schutzgasatmosphäre, um die thermischen Spannungen aus dem Material zu bekommen und um einem Verzug der Bauteile entgegenzuwirken.
2) Im zweiten Schritt wird die Oberfläche gestrahlt, um die evtl. noch vorhandene Oxidschicht zu entfernen. Als Strahlmittel hat sich insbesondere Al3O2 mit einer Körnung von 50 μm–250 μm ausgezeichnet, wobei der der Druck zwischen 0,5 und 6 bar betragen sollte.

Die Bearbeitung erfolgt mit den passenden Fräswerkzeugen im Spindeldrehzahlbereich 10.000–40.000 U/min. Die Bearbeitung kann mit oder ohne Kühlung erfolgen. Abhängig von den eingesetzten Fräsern und Fräsmaschinentypen. Als Kühlung kann Luft, Emulsion oder Luft mit Minimalmengenschmierung. Die Vorschübe können zwischen 50–5000 mm/mm variieren.
Die Bauteile werden von der Bauplattform getrennt. Dies kann manuell oder maschinell geschehen, bevorzugt mit einer Bandsäge (horizontal oder vertikal) oder mit einer Drahterodiermaschine. Nach dem Abtrennen der Bauteile werden die Supports entfernt. Kontaktpunkte zwischen Support und Bauteil werden verschliffen, anschließend wird die Oberfläche durch Strahlen homogenisiert.
Die Geometrie der Supports ist konisch und hohl, der Mindestabstand einzelner Supports gegenüber dem nächsten Support soll 0–3 mm betragen. Der obere Durchmesser muss zwischen 0,4–1 mm und der untere Durchmesser 1–3 mm sein. Die Supports leiten die über den Laser eingebrachte Wärmeenergie über die Bauplattform ab. Sie sollen auch den thermischen Spannungen entgegenwirken und die Bauteile auf ihrer Position fixieren. Die Supportgeometrie kann frei gewählt werden, sie ist abhängig von Laserleistung, Bauteilgröße, Bauteilgeometrie, Schichtstärke und Material, sie kann zusammenhängend oder nicht zusammenhängend sein. Als Geometrien sind folgende auswählbar, Kreuz, Zylinder, Stege, Pyramiden, Stränge oder ähnliches. Die Supports können hohl wie auch voll gebaut werden. Der Winkel, ab dem kein Support erforderlich ist, liegt zwischen 45 und 90 Grad. Die Mindesthöhe des Supports ist zwischen 1 mm und 4 mm. Das obere Interface (Supportspitze, die ins Bauteil eindringt) ist zwischen 0,3 und 1 mm hoch. Die Eindringtiefe des oberen Interfaces im Bauteil beträgt zwischen 0,1 und 0,9 mm.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Suprastruktur,
2 eine Ausschnittsvergrößerung eines Supports,
3 eine Aufsicht auf eine Grundplatte und
4 eine weitere Ansicht einer Ausführungsvariante der Grundplatte.
Die 1 zeigt eine Suprastruktur 10 mit einen Hauptkörper 17, der aus einer Mehrzahl an Stegen 18 gebildet wird. Weiterhin weist die Suprastruktur 10 sechs integrierte Abstandhalter 15 auf. Die Abstandhalter 15 weisen Schraubenlöcher 16 bzw. Schraubensitze auf, die ausgebildet sind, um den Hauptkörper 17 über den Abstandhalter mit einem osseointegrierten Zahnimplantat zu verbinden.
Die 3 zeigt eine Grundplatte 50, auf welcher aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial die Suprastruktur 10 erstellt wird. Erfahrungsgemäß weist die Suprastruktur 10 eine im dreidimensionalen Raum gebogene Form auf. Insofern ist es häufig nicht möglich, die Suprastruktur 10 direkt auf der Grundplatte 50 aufzubauen. Um entsprechend Abstände von der Grundplatte 50 einzuhalten und/oder besondere dreidimensionale Verläufe im Raum sicherzustellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenigstens zwei, im Allgemeinen aber deutlich mehr, Halteelemente – auch als Supports 40 bezeichnet – zu nutzen. Die 2 zeigt ein Reihe von Supports sowie als Ausschnittsvergrößerung einen einzelnen Support 40. Die Supports 40 sind im Allgemeinen hohl, kegelförmig und aus demselben pulverförmigen Ausgangsmaterial erstellt, welches auch zur Herstellung von wenigstens Teilen der Suprastruktur 10 dient.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Grundplatte 50. Diese weist als Markierungsmittel drei Referenzmittel 51, 51', 51'' auf, die kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit der Grundplatte 50 verbunden sind. In der SLM Maschine sowie der Fräsmaschine sind eine Mehrzahl von Messtastern angeordnet, die mit den Referenzmittel 51, 51', 51'' zusammenwirken und so eine Übertragung einer absoluten Position der Suprastruktur auf der Grundplatte 50 von der SLM Maschine auf die Fräsmaschine und zurück wiederholbar erlauben. In dem gezeigten Beispiel handelt sich sich bei den drei Referenzmitteln 51, 51', 51'' um Blöcke, die auf der Grundplatte angeordnet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/024063 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer dentalen Suprastruktur, wobei die Suprastruktur einen Hauptkörper und wenigstens einen integrierten Abstandhalter aufweist, wobei die Suprastruktur ausgebildet ist, um den Hauptkörper über den wenigstens einen Abstandhalter mit einem osseointegrierten Zahnimplantat zu verbinden, wobei das Verfahren die Beschaffung von Stereo-Daten in Bezug auf eine zahnmedizinische Situation eines Patienten umfasst, sowie die Spezifizierung von Informationen von Stereo-Daten in Form von Position, Maße, Winkel und/oder Form des wenigstens einen Abstandhalters, die Übermittlung der Informationen und/oder der Stereo-Daten an einen Computer und das Formen des Hauptkörpers und des wenigstens einen integrierten Abstandhalters, derart dass der Hauptkörper und der wenigstens eine integrierte Abstandhalter in einem Materialstück enthalten sind, wobei die Suprastruktur zumindest partiell aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial mittels eines Laserschmelzverfahrens erstellt wird und im Anschluss der wenigstens eine integrierte Abstandhalter zumindest partiell gefräst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abstandhalter ein gefräster Zylinder ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmigen Ausgangsmaterial eine erste und eine zweite Pulverfraktion aufweist, wobei wenigstens ein erster Teilbereich der Suprastruktur aus der ersten Pulverfraktion und ein zweiter Teil aus der zweiten Pulverfraktion erstellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suprastruktur auf einer Grundplatte erstellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial auf der Grundplatte wenigstens zwei Halteelemente erstellt werden, die stoffschlüssig mit der Suprastruktur verbunden sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte ein Markierungsmittel aufweist, um die Position der Suprastruktur von einem ersten System, auf welchem das Laserschmelzverfahren ausgeführt wird, auf ein zweites System, auf welchem das Fräsen ausgeführt wird, zu übertragen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionierungselement jeweils sowohl in das erste als auch das zweite System integriert ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste System und das zweite System jeweils ein Positionierungselement aufweisen, welches mit dem Markierungsmittel zusammenwirkt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Markierungsmittel ein Stift und das Positionierungselement ein Nullpunktspannsystem ist.
Ein computerlesbares Medium, welches ein Computerprogramm für die Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche enthält.