CAD/CAM

Der Drang zum Fräsen oder Schleifen treibt dabei mitunter sonderbare Blüten, wie unlängst berichtet wurde [1]. Oftmals ist es deshalb sinnvoller, die Gießtechnik beizubehalten, denn spezielle Legierungs-Wünsche oder -Erfordernisse lassen sich derzeit frästechnisch nur eingeschränkt umsetzen oder sind, z.B. im Edelmetallbereich, unwirtschaftlich. Aber auch eine Symbiose zwischen innovativer CAD-Technologie und moderner Gießtechnik ist möglich durch die Einbindung und Nutzung innovativer Arbeitswerkzeuge vor dem Guß:
Eine CAD-Konstruktion anstelle der handwerklichen zahntechnischen Wachsmodellation ist genauso möglich wie eine CAM-basierte Modellherstellung. Mittels eines 3D-Wachsprinters (Abb. 2) kann z.B. eine Wachsmodellation für den Feinguß erstellt werden oder mittels CAM-Fräsen ein ausbrennbares Kunststoffmodell, das vom Behandler („chairside“) vor dem Guß auf Passung geprüft werden kann.Als Vorteile eines solchen Vorgehens werden Zeitgewinn und Ersparnis an Arbeitsmaterial (Goldabschliff) ebenso genannt wie die Möglichkeit, die Modellation unter Beibehaltung der Präzision ersetzen zu können sowie eine einfachere Bearbeitung, da das Beschleifen des Kunststoffgerüsts einfacher als das des Metallgerüsts ist [2].

Einbettmassen für festsitzenden Zahnersatz und Modellguß im Vergleich

Einbettmassen sind Werkstoffe zur Erzielung eines perfektes (Guß)-Ergebnisses. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, müssen sie indikationsspezifische Eigenschaften aufweisen. Tabelle 1 zeigt, welche technisch definierbaren Unterschiede es bei Einbettmassen für unterschiedliche Indikationen und verwendete Prothetik-Werkstoffe gibt. Daraus wird bereits ersichtlich, daß der Wunsch nach einer universell verwendbaren Einbettmasse zwar verständlich, aber nicht sinnvoll realisierbar ist. Die indikationsspezifische Vielfältigkeit der verschiedenen Einbettmassen dient somit der erforderlichen Arbeitspräzision. Speziell auf die werkstoffbedingten Expansionserfordernisse beim festsitzenden Zahnersatz wird der Beitrag detaillierter eingehen.

Speed-Einbettmassen

Diese sind für festsitzenden Zahnersatz ebenso wie die für Schnellvorwärmung geeigneten Modellgußeinbettmassen grundsätzlich mit den entsprechenden konventionellen, phosphatgebunden Einbettmassen vergleichbar, unterliegen aber ebenso einer höheren Beanspruchung. Entsprechende rezepturmäßige Anpassungsmaßnahmen wie z.B. eine höher konzentrierte Anmischflüssigkeit und Modifikationen der Binderkomponenten Magnesium-Oxid (MgO) und Monoammonium-Phosphat (MAP) sind grundsätzlich vergleichbar wie bei den Modellgußeinbettmassen beschrieben (siehe Teil 2, ZTM März).
Noch kritischer ist im Bereich des festsitzenden Zahnersatzes jedoch die Paßgenauigkeit, da die hier eingesetzten Einbettmassen eine höhere Expansion als im Modellgußbereich aufweisen. Deshalb ist hier mit noch größerem Nachdruck darauf hinzuweisen, daß Speedeinbettmassen nur bei strenger Beachtung der Gebrauchsanweisung zufriedenstellende Gußergebnisse erbringen (Abb. 3).
Enorm wichtig ist die Beachtung der Abbindezeit bis zum Einsetzen in den Ofen. Diese liegt in einer Spanne von etwa 15 bis 40 Minuten, wobei der zulässige Spielraum oftmals sehr klein ist. Grund dafür ist, daß bei Nutzen des Speed-Verfahrens die Einbettmasse unbedingt vor Ende der Abbindereaktion in den Ofen gesetzt werden muß. Nur dann kann überschüssiges Wasser noch entweichen, ohne die Muffel durch entweichenden Wasserdampf zu zerreissen. Da der zeitliche Verlauf der Abbindeexpansion bei verschiedenen Einbettmassen sehr unterschiedlich ist, resultieren daraus die unterschiedlichen Vorgaben der Hersteller in den Gebrauchsanweisungen. Durch die exotherme Abbindereaktion ist die Muffel auch noch warm und die Wachsmodellation unempfindlich. Ein Anschleifen der Muffeln und Einsetzen mit dem Eingußtrichter nach unten erleichtert das Entweichen des Wasserdampfs und das Entwachsen und trägt so zu einer besseren Stabilität bei.
Unmittelbar nach dem Einsetzen der Muffeln in den Vorwärmofen besteht beim Speedbetrieb auch die Gefahr, daß sich die Wachsdämpfe entzünden. Deshalb ist die Ofentür die ersten 15 Minuten unbedingt geschlossen zu halten.

Guß und Paßgenauigkeit

Modellation: Der Grundstein für Qualität und Präzision des Gußobjekts wird bereits vor dem Einbetten gelegt: Unumgängliche Voraussetzungen für ein präzise passendes Gerüst sind dabei [3]:

• Gute zahnärztliche Abformung mit Bißregistrierung,
• Modell mit herausnehmbaren Stümpfen aus einem Typ-4-Gips,
• Mindestens der Einsatz eines Mittelwert- Artikulators,
• Eindeutige, klare Erkennbarkeit und deutliche Markierung der Präparationsgrenzen am Zahnstumpf (Abb. 4).

Die Tatsache, daß diese Voraussetzungen auch für die CAD/CAM-Technik gelten, sollte zu denken geben, denn gerade die Präparationsgrenze ist bei manchem Scanner eine Problemzone. Gleiches gilt für die anatomisch verkleinerte Gestaltung des Gerüsts, die dem Zahntechniker mittels Wachs und Artikulator vielfach besser gelingt (Abb. 5). Die exakte Modellation der Gußobjekte gelingt am besten durch Einsatz von Wachsen mit geringer Schrumpfung und hoher Elastizität.

Expansion: Einbettmassen für festsitzenden Zahnersatz benötigen ganz allgemein für einen präzisen Guß eine höhere Expansion als solche für den Modellguß. Abhängig von der Gußlegierung im jeweiligen Legierungssystem (Edelmetall, Edelmetallfrei)  ergeben sich wiederum spezifische Expansionsanforderungen, um die Abkühlkontraktion der jeweiligen Legierung zu kompensieren. Die zu kompensierende, feste Schwindung für Edelmetall-Legierungen beträgt dabei etwa 1,3 bis 1,7% und für edelmetallfreie Legierungen 2,3 bis 2,6% [4]. Die erforderliche Gesamtexpansion setzt sich dabei systembedingt aus der Summe von Abbinde- und thermischer Expansion zusammen (Abb. 6).
Die Messung der Expansion erfolgt an standardisierten Probekörpern und die ermittelten Werte haben deshalb nur eine sehr begrenzte Aussagekraft für die Vorgänge in einer realen Gußmuffel. Zudem sind für die Paßgenauigkeit noch weitere Parameter von Bedeutung. Die Empfehlungen der Hersteller für Pulver-Flüssigkeits-Verhältnisse und die Konzentrationen der Anmischflüssigkeit beruhen deshalb stets auf zusätzlichen praktischen Tests an zahntechnisch relevanten Gußobjekten unter praxisartigen Bedingungen.
Für den praktisch tätigen Zahntechniker lassen sich aus dieser Situation einige Regeln zur Verarbeitung ableiten: Grundsätzlich ist präzises Arbeiten nach der Gebrauchsanweisung des Einbettmassen-Herstellers hilfreich zur Erzielung konstant guter, reproduzierbarer Gußergebnisse. Welchen Einfluß z. B. Temperatur auf die Abbindexpansion und die Verarbeitungszeit hat, zeigen die Abbildungen 7 und 8. Daraus ist erkenntlich, daß Verarbeitungstemperaturen konstant eingehalten werden sollten (Einsatz von Klimaschrank und/oder Thermometer) (Abb. 9). Auch das Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis hat einen Einfluß auf die Abbindeexpansion (Abb. 10). Genaues Abmessen von Pulver und Flüssigkeit und Einhalten vorgegebener Mischungsverhältnisse sind deshalb wichtig (Abb.11). Die Beachtung konstanter Rührzeiten führt zu homogener Durchmischung und gleichmäßiger Aktivierung (Abb. 12).
Da edelmetallfreie Legierungen für festsitzenden Zahnersatz einen höheren Expansionsbedarf als die Edelmetalllegierungen haben (s.o.) ist die erforderliche Gesamtexpansion für die hier verwendeten Einbettmassen höher. Da die thermische Expansion nicht unbegrenzt erhöht werden kann, wird die Abbindeexpansion entsprechend angepaßt. Für das Giessen der edelmetallfreien Legierungen sind die o.g. Regeln zum reproduzierbaren Arbeiten deshalb noch wichtiger als im Edelmetallbereich.

Abbindeexpansion: Während des Reaktionsablaufs bei einer phosphatgebundenen Einbettmasse reagiert das Magnesiumoxid (MgO) im wässrigen Medium mit dem in Lösung gegangenen Monoammoniumphosphat (MAP). Dabei kommt es zur Ausbildung eines multimolekularen Netzwerkes von Magnesiumammoniumphosphat. Die Bildung von Magnesiumammoniumphosphat reagiert dabei sehr sensibel auf verschiedene Parameter. Die Abbindeexpansion ist damit eine im Vergleich zur thermischen Expansion mehr beeinflußbare Eigenschaft, die man zielgerichtet dazu nutzen kann, eine hohe Präzision zu erzielen.
In der Regel wird die Abbindeexpansion über die Anmischflüssigkeit gesteuert (siehe Abb. 6). Die Anmischflüssigkeit bei den phosphatgebundenen Einbettmassen ist eine wässrige kolloidale Kieselsollösung. Die Konzentration, i.e. der Kieselsolgehalt, ist bestimmend für die Abbindeexpansion. Der reine Abbindeprozeß des Phosphatbindersystems kann auch durch reines Wasser erzielt werden, allerdings ist die erzielbare Abbinde-Expansion für die Anwendungen im festsitzenden Zahnersatz zu gering. Eine höhere Konzentration des Kieselsol-Gehalts führt zu höheren Abbindeexpansionen, weil die ausgelierten und kristallisierten Kieselsolpartikel sich als volumenbeanspruchender Füllstoff einlagern, somit in den Abbindeprozeß eingebunden werden und auch nach Abschluß des Abbindeprozesses und dem Entweichen des überschüssigen Wassers in der Einbettmasse vorhanden sind. Darüber hinaus wird die Festigkeit der Einbettmasse beim bzw. nach dem Vorwärmen durch Sintervorgänge im auskristallisierten Kieselsol erhöht. Der Zahntechniker weiß, daß eine Muffel leichter (weicher) auszubetten ist, wenn sie nur mit Wasser angemischt ist, als eine mit Anmischflüssigkeit angemischte Muffel (Abb. 13).
Verdünnt werden darf nur mit destilliertem Wasser oder VE-Wasser (voll entsalztes Wasser, aqua deionata). Nur so ist sichergestellt, daß die Verdünnung des Kieselsäure-Sols pH-neutral erfolgt und die Abbindung bzw. Gelierung des Sols ungestört ablaufen kann. Im Winter ist es wichtig, daß die Anmischflüssigkeit nicht gefroren ist. Manche Hersteller fügen dem Kieselsol Frostschutzmittel (z.B. Glycol) zu. Chemische Reaktionen in der Einbettmasse können dadurch jedoch beeinflußt werden [5].
Bei Einsatz von Metallmuffelringen ermöglicht die Verwendung von keramischen Einlegestreifen eine ausreichende Expansion nicht nur in der Höhe, sondern auch in Querrichtung der Muffel (Abb. 14).

Gleichzeitig wird eine Überexpansion vermieden. Die unterschiedlichen Muffelgrößen erfordern verschiedene Einlagendicken. Die Vlieseinlage soll dabei immer bis zur Oberkante des Muffelringes gezogen werden, um eine Expansionsbehinderung durch direkten Kontakt zwischen Einbettmasse und Metallmuffelring zu vermeiden! In der Regel sollen die Muffelringeinlagen trocken verwendet werden. So wird ein definierter, reproduzierbarer Zustand geschaffen, wohingegen eine Empfehlung, die Einlage feucht oder naß zu verwenden, einen Ermessensspielraum mit entsprechenden Unwägbarkeiten läßt. Zusätzliche Feuchtigkeit führt zudem zu einer zusätzlichen hygroskopischen Expansion, die sich überproportional in axialer Richtung auswirken würde [5]. Eine unerwünschte, ungleichmäßige, in Muffelhöhe überproportionale Expansion wäre die Konsequenz.

Thermische Expansion: Die thermische Ausdehnung einer phosphatgebundenen Einbettmasse erfolgt hauptsächlich durch Strukturumwandlungen von Quarz und Cristobalit. Sie ist, im Gegensatz zur Abbinde-Expansion, kaum durch Umgebungsbedingungen beim Abbindevorgang zu beeinflussen. Die thermische Expansion ist auch von der Konzentration der Anmischflüssigkeit nur gering abhängig (siehe Abb. 6). Unerwünschte Nebeneffekte der thermischen Expansion sind Rißbildungen bis zum Extremfall des Platzens der Muffel. Ein Anschleifen oder Abschaben des Muffelbodens nach dem Abbinden verbessert die Gasdurchlässigkeit und erhöht die Stabilität. Eine gleichmäßige Durchwärmung der Muffel(n) während des Vorwärmens reduziert Spannungen und ermöglicht exakt steuerbare thermische Expansionswerte. Deshalb erleichtern z.B. vierseitig beheizte Öfen mit Umluft die reproduzierbare Arbeit (Abb. 15 a, b).

Spezielle zahntechnische Aspekte (Abb.16)

Eine besondere Herausforderung an die Paßgenauigkeit von Gußobjekten wird in der Teleskoptechnik gestellt. Die Expansion der Einbettmasse muß haargenau auf die Bedürfnisse einer teleskopierenden Passung eingestellt werden. Dies wird nicht nur für die traditionell in Edelmetall gefertigten Teleskope, sondern heute auch zunehmend für edelmetallfreie Legierungen gefordert (Abb. 17, Abb. 18).

Dabei spielt auch die Herstellung der Sekundärteile zumeist aus Modellierkunststoff eine größere Rolle. Zu beachten ist hier, daß der Kunststoff die Abbindeexpansion hemmt und somit der Einbettmasse eine größere Gesamtexpansion abverlangt wird. Seitens der Industrie werden deshalb sehr hoch expandierende Einbettmasssen zur Verfügung gestellt, die auch den Bedürfnissen der EMF-Legierungen Rechnung tragen. Zu beachten ist allerdings hier immer eine größere Sensibilität gegenüber Fremdeinflüssen, die ein exaktes Vorgehen bei der Verarbeitung verlangen. Trotz dieser geringen Toleranzen kann der Zahntechniker mit entsprechenden Materialien und Know-how sehr hochwertige Ergebnisse mit genau definierter Friktion erreichen. Als Beispiel für dieses Zusammenspiel kann die Realisierung einer Riegelarbeit in höchster Präzision rein aus einer CoCr-Aufbrennlegierung herangezogen werden [6] (Abb. 19).

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