Laborführung


Wie beeinflusst CAD/CAM die Laborstruktur?


Indizes: CAD/CAM, Software, Features, Fertigungssysteme

Die Nutzung von Maschinen zur Herstellung von Zahnersatz ist eigentlich nichts

Neues. Schrittweise wurden schon seit Jahrzehnten einzelne Arbeitsgänge durch effizientere ersetzt. Vom Schnitzen aus Elfenbein zum Hämmern von Metallblechen zur Einführung der Gusstechnik bis hin zur Fertigung mittels Fräsanlagen. Doch die Entwicklungsschritte der letzten Jahre führen schon jetzt zu einschneidenden Veränderungen vor allem im Labor. Wir stehen mitten in einem Prozess, der uns zum Umdenken und Handeln zwingt. Dabei könnten neue Lernfelder helfen, die beruflichen Perspektiven des Zahntechnikers wieder attraktiv zu gestalten.

Ob die neue Technik die ältere verdrängt, entscheidet sich über die Handhabung sowie deren Produktivität. Vereinfachte Handhabung ermöglicht zumeist eine größere Verbreitung. Die Möglichkeit, mehr in kürzerer Zeit zu produzieren, bedingt eine Effektivitätssteigerung. Kommen in einem Prozess beide Bedingungen zusammen, wird sich diese Entwicklung wohl zwangsläufig durchsetzen. Beziehen wir diese Abläufe auf die Situation in der heutigen Zahntechnik, wirft sich gleich die Frage auf, an welcher Stelle in der Entwicklung befinden wir uns gerade. Gibt es eine neue Fertigungstechnik? Ist diese in punkto Handhabung sowie Produktivität der älteren Methode überlegen? Hat die neue Technologie das Potential die ältere
abzulösen?

Automatische Features erleichtern die Bedienung

Die Frage, ob es neue Fertigungsmethoden gibt, kann wohl klar mit „ja“ beantwortet werden. Maschinen übernehmen computergesteuert oder handgeführt die Aufgabe von Gießanlagen, CADProgramme das Aufwachsen und Designen von Gerüsten. Eine neue Möglichkeit, Zahnersatz zu fertigen, ist also vorhanden. Allerdings steht für die Frage nach Vereinfachung der Handhabung sowie Produktivitätssteigerung gegenüber der herkömmlichen Technologie die Antwort noch aus. Die Handhabung war zu Beginn der CAD/CAM-Ära noch hochgradig komplex, so dass nur speziell ausgebildete Techniker diese Anlagen effektiv bedienen konnten. Die Bedingung nach vereinfachter Handhabung konnte hier noch nicht greifen. Analysiert man allerdings heutige CAD/CAM-Anwendungen, erkennt man sehr schnell die erhöhte Bedienerfreundlichkeit der Programme. Zum einen ist durch die Einführung von 3D-Grafikoberflächen die Konstruktion am Monitor erheblich vereinfacht worden (Abb. 1). Zum anderen werden jedoch auch immer mehr vollautomatische Funktionen in die Software integriert – vom Auffinden der Präparationsgrenze, über die Berechnung der Einschubrichtung bis hin zu einem berechneten Konstruktionsvorschlag der Gerüstform (Abb. 2 bis 5).

 

  • Abb. 1: 3D Softwareoberflächen ermöglichen eine einfache Handhabung.
  • Abb. 2: Automatische Präparationsgrenzenfindung an einer Inlaypräparation.
  • Abb. 1: 3D Softwareoberflächen ermöglichen eine einfache Handhabung.
  • Abb. 2: Automatische Präparationsgrenzenfindung an einer Inlaypräparation.

  • Abb. 3: Softwareseitiges auffinden der Einschubrichtung.
  • Abb. 4: Konstruktionsvorschlag von der Software generiert.
  • Abb. 3: Softwareseitiges auffinden der Einschubrichtung.
  • Abb. 4: Konstruktionsvorschlag von der Software generiert.

„Intelligente“ Bibliothekszähne positionieren sich selbst

Der Bediener hat nur noch die Aufgabe, zu individualisieren. Die Standardkonstruktion wird an die Besonderheiten des Patientenfalles angepasst. Die Einhaltung der werkstoffgerechten Individualisierung überwacht die Software und visualisiert etwaige Risikobereiche Auch hier geht die Entwicklung schon weiter. Um die Zeit für die Individualisierung durch den Techniker möglichst gering zu halten, entstehen zum einen Bibliotheken aus verschiedenen Zahnformen, aus denen dann die Zahnform mit der höchsten Übereinstimmung ausgewählt und „eingeschaukelt“ wird und zum anderen „intelligente“ Bibliothekszähne, die eine „Vorstellung“ von ihrem Fissurenverlauf, Äquator und Ihrer Zahnachsstellung aufweisen und somit nach einer Modellanalyse der Restbezahnung eine automatische Selbstpositionierung vornehmen können (Abb. 6 und 7).

Frässimulation visualisiert Fehler bevor sie auftreten

Im Bereich der Fertigung ermöglichen Softwareentwicklungen eine immer bedienerfreundlichere Anwendung. Berechnete Fräsbahnen können visualisiert werden. Somit sind Fehler beim Fräsvorgang bereits vor der eigentlichen Fertigung analysierbar und können vor dem Zerspanen eines teuren Rohlings behoben werden (Abb. 8). Aber auch hier gehen die Möglichkeiten weiter. Diese Software kann ebenso genutzt werden, um neue Fräsparameter oder Frässtrategien zu erarbeiten. Umdrehungszahl, erwartete Fräszeit, Oberflächengüte und Belastung des Werkzeuges können, ohne real gefräst zu haben, beurteilt und angepasst werden (Abb. 9). Weitere unterstützende Softwareanwendungen im Bereich der Fertigung sind zum Beispiel die Rohlingsverwaltung und die automatische Bestückung, Positionierung von Konstruktionen im Rohling oder auf der Basisplatte (Abb. 10 und 11). Das vollautomatische Setzen von Haltestegen und deren Geometrieoptimierung, um das spätere Abtrennen zu vereinfachen, ermöglichen schnellere Prozessabläufe (Abb. 12 und 13).

  • Abb. 5: Reduzierung der Vollkronen in Bezug auf den Antagonisten.
  • Abb. 6: „Intelligente“ Bibliotheken ermöglichen eine individuelle Adaption.
  • Abb. 5: Reduzierung der Vollkronen in Bezug auf den Antagonisten.
  • Abb. 6: „Intelligente“ Bibliotheken ermöglichen eine individuelle Adaption.

  • Abb. 7: Intergrierte Interkuspidation der Bibliothekszähne.
  • Abb. 8: Visuallisierung der berechneten Fräsbahnen.
  • Abb. 7: Intergrierte Interkuspidation der Bibliothekszähne.
  • Abb. 8: Visuallisierung der berechneten Fräsbahnen.

Zukunft Zahntechnik: Attraktiv durch neue Lernfelder?

Diese Handhabungsmöglichkeiten markieren eine Vereinfachung zum herkömmlichen Aufwachsen sowie zur Gusstechnik. Ob dies zu einem möglichen Umbruch ausreicht, entscheidet sich aber auch an der Motivation der jüngeren Techniker oder Azubis. Wie attraktiv sind die neuen Lernfelder CAD/CAM im Gegensatz zur herkömmlichen handwerklichen Ausbildung? Denn beide Techniken benötigen ausgebildetes Fachpersonal. Nur die Kernkompetenzen der Techniker unterscheiden sich erheblich.

Neue Möglichkeiten im Bereich der Fertigungssysteme

Um die Auswirkungen besser aufzeigen zu können, erfolgt hier nun eine Grobeinteilung der Systeme in drei Kategorien: Die erste Kategorie sind die manuellen Systeme. Das Entwicklungsziel der Geräte war die Herstellung kostengünstiger Hilfsmaschinen ohne oder mit geringem Softwareanteil. Diese Systeme sind zumeist auf ein Material festgelegt und der gesamte Ablauf oder zumindest Teilprozesse müssen manuell durchgeführt werden (Kopierfräsen, Elektrophorese). In der zweiten Kategorie befinden sich die semiprofessionellen Anlagen. Hier war das Entwicklungsziel, kostengünstige Maschinen zur Komplettbearbeitung herzustellen. Diese Maschinen sind softwaregesteuert und bedingen auch immer eine Scantechnologie (Digitalisiertechnologie). Diese Systeme haben zumeist ein eingeschränktes Materialspektrum. Sie ermöglichen die Komplettbearbeitung eines Gerüstes ohne aufwändige, manuelle Folgeprozesse (Desktopfräsmaschinen). Die dritte und letzte Kategorie sind die Industriesysteme. Dies sind qualitativ hochwertige Fertigungszentren, zur mannlosen 24-Stunden-Komplettbearbeitung. Hohe Produktivität, aber auch hohe Anschaffungskosten zeichnen diese Systeme aus.

  • Abb. 9: Beurteilung der Oberflächengüte mittels Softwareanalyse.
  • Abb. 10: Positionierung in einem Fräsrohling.
  • Abb. 9: Beurteilung der Oberflächengüte mittels Softwareanalyse.
  • Abb. 10: Positionierung in einem Fräsrohling.

  • Abb. 11: Automatische Positionierung für das Lasermelting Verfahren.
  • Abb. 12: Optimale Verbindung zum Aufbau der Gerüstgeometrie.
  • Abb. 11: Automatische Positionierung für das Lasermelting Verfahren.
  • Abb. 12: Optimale Verbindung zum Aufbau der Gerüstgeometrie.

  • Abb. 13: Nadelförmige Kontakte der Stützen zu den Gerüstoberflächen.
  • Abb. 14: Puder gegen Rohling. Ausgangsmaterialien für verschiedene Fertigungstechniken.
  • Abb. 13: Nadelförmige Kontakte der Stützen zu den Gerüstoberflächen.
  • Abb. 14: Puder gegen Rohling. Ausgangsmaterialien für verschiedene Fertigungstechniken.

Industrielle Fertigung führt zu strukturellen Änderungen

Betrachtet man die ersten zwei Kategorien etwas genauer, zeigt sich schnell, dass eine Auswirkung auf die Laborstruktur nur gering ausfällt. Hier wird nur eine Technik dazu genutzt, um ein zusätzliches Material verarbeiten zu können. Es ändert sich lediglich der Verarbeitungsablauf. Dies ergibt sich allerdings durch das Material, nicht aufgrund einer neuen Fertigungstechnologie, die einen alten Prozess aus Gründen der Effektivität ablösen soll. Der dritte Bereich birgt das Potenzial, auch strukturelle Änderungen zu bewirken. Die zentrale Fertigung ermöglicht den Einsatz von industriellen Fertigungsanlagen. Neben der Frästechnik kann hier auch auf Fertigungstechniken zurückgegriffen werden, die bei bestimmten Materialien noch effektiver, wirtschaftlicher produzieren. Das Lasermeltingverfahren ist für CoCr-Gerüste ein sehr anschauliches Beispiel [1] (Abb. 14).

Alle Prozesse greifen ineinander

Ob sich die Strukturen

  • Abb. 15: Intraorales Erfassen von einem kompletten Kiefer.

  • Abb. 15: Intraorales Erfassen von einem kompletten Kiefer.
wirklich verändern, bleibt abzuwarten. Allerdings werden auch neue Technologien diesen Wandel noch stark beeinflussen. Die Möglichkeit, intraoral Scandaten zu generieren, die auch größere Restaurationen ermöglichen, wird ebenso einen erheblichen Einfluss auf die Laborstruktur nehmen (Abb. 15). Keiner dieser Prozesse ist autark zu sehen. Alles spielt einander zu. Die Entwicklungsschritte, die in früheren Zeiten noch Jahrzehnte dauerten, erfolgen heute in wenigen Jahren. Die Hauptfrage bleibt aber immer noch bestehen: Welcher, der neuen Entwicklungen hat das Potenzial einer Strukturveränderung und beschreibt langfristig gesehen einen neuen Weg?

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZTM Ralph Riquier

Bilder soweit nicht anders deklariert: ZTM Ralph Riquier