Fügetechnologien


Laserschweißen in der Welt des CAD/CAM

Die Biokompatibilität, Punktgenauigkeit beim Arbeiten und Haltbarkeit der Versorgung verleihen dem Laserschweißen gegenüber dem Löten Vorteile. Dass diese Metall-Fügetechnik auch in Zeiten von CAD/CAM ihre Berechtigung hat, zeigen hier Jürg und Jonas Hostettler, eidgenössisch diplomierte Zahntechniker. In ihrem Labor wird viel Titan verarbeitet – v. a. werden Klammern angelasert, und auch für Reparaturen ist der Laser zuständig.

Vor 26 Jahren, als wir uns Titan zuwendeten, haben wir diesen Werkstoff selbstverständlich im Gießverfahren verarbeitet. In den ersten Jahren mussten wir viele Gussteile korrigieren, das kennen viele andere Labore ebenso. Zur Behebung von Verzügen trat bei uns schnell das Laserschweißgerät hinzu. Denn durch die geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Laserstrahlabsorption bringt Titan besonders gute Voraussetzungen zum Laserschweißen mit. Diese Eigenschaften schätzen wir auch heute, wo wir unsere Modellgussgerüste und KFO-Objekte CAD/CAMgestützt aus industriell gefertigten Titan-Rohlingen gewinnen. Das Aufgabenfeld „Verzüge korrigieren“ ist weggefallen, aber der Laser kommt weiterhin regelmäßig zum Einsatz (Abb. 1-4). Unsere wichtigste Schweiß-Arbeit: Klammern lassen wir nicht mitfräsen, sondern fügen sie per Laser an. Das ist aus unserer Erfahrung heraus die präziseste Methode – mit spannungsfreien Ergebnissen – und wir halten diesen kombinierten Weg der Herstellung für den effizientesten. Auch ist es ohne großen Aufwand möglich, bereits Kunststoff-verblendete Arbeiten mittels punktgenauer Laserschweißung zu fügen, wenn es während der Mundverweildauer zum Bruch gekommen ist. Eine sehr sichere Technik, außerdem immer lunkerfrei und homogen. Eine kontinuierlich tiefe Naht bringt die benötigte Stabilität. Andere Einsatzgebiete finden sich z. B. bei Geschiebearbeiten und Teleskopprothesen, wenn im Laufe der Tragedauer die Friktion nachgelassen hat.

  • Abb. 1: Klammern anfügen – erste glänzende Präzisionslaserpunkte gleich neben Kunststoff.
  • Abb. 2: Fertige Schweißung.
  • Abb. 1: Klammern anfügen – erste glänzende Präzisionslaserpunkte gleich neben Kunststoff.
  • Abb. 2: Fertige Schweißung.

  • Abb. 3: Vorbereitung zum Präzisionsschweißen.
  • Abb. 4: Fertige Schweißnaht zwischen einer Titan-Wurzelstiftkappe und anodisiertem Kugelanker-Element.
  • Abb. 3: Vorbereitung zum Präzisionsschweißen.
  • Abb. 4: Fertige Schweißnaht zwischen einer Titan-Wurzelstiftkappe und anodisiertem Kugelanker-Element.

Das Lasern lernen

Wie bei jeder Technik ist der Umgang mit dem Dentallaser eine Übungssache, wenn auch keine wirklich großartige. Es ist wichtig, sich mit der Metallurgie auseinanderzusetzen, denn nur so können wir für das Laserschweißen die korrekten Parameter einstellen – vor allem der Fleckdurchmesser (Fokus), die Spannung (als Volt oder Ampere angezeigt) und die Impulsdauer (in Millisekunden). Man muss wissen, dass nur die Energie, die vom Metall absorbiert wird, zur Aufheizung führt, der reflektierte Anteil geht verloren.

Ein wesentlicher Unterschied zum Löten, wenn man vom einen zum anderen Fügeverfahren umsteigt, liegt in der zugeführten Temperatur und den Zulegematerialien. Das Laserschweißen bewirkt bei Legierungen das Schmelzen innerhalb des Schmelzintervalls oder beim Schmelzpunkt eines reinen Metalls – beim Löten erreicht man diese Temperatur nicht, es werden werkstückfremde Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Die Lötfuge beim Löten ist am besten parallelwandig, die Schweißnaht beim Laserschweißen mit Zusatzwerkstoff wird X- oder V-förmig angelegt.

Eine gute Titanschweißnaht muss glänzend sein und darf keine bläulichen Stellen aufweisen. Glänzt sie nicht, hat das Material zu viel Sauerstoff und Kohlenstoff aufgenommen. Um dies zu verhindern, muss das Schweißen von Titan zwingend unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgen. Sonst wäre Sprödigkeit die Folge und das Objekt nicht mehr brauchbar. Die Laserschweißgeräte sind darauf eingestellt und einfach handhabbar. Was man reproduzierbar lernen muss, ist das überlappende Setzen der Laserpunkte. Ein Fadenkreuz beim Blick durch das Stereomikroskop gibt die nötige Orientierung.

Fügetechniken gestern und heute aktuell ... und morgen?

Mit wachsender Erfahrung beim Titanschweißen haben wir gleichzeitig auch gelernt, andere Metalle zu fügen, wie Gold und Kobalt-Chrom-Legierungen. Am Anfang haben wir uns aus den Materialien, die wir lasern wollten, Drähte ziehen lassen. Aber bald konnten wir einfach den benötigten Laserschweißdraht zusammen mit den Legierungsplättchen oder Rohlingen bestellen. Auf das Löten haben wir, seit es Dentallaser gibt, verzichtet, obwohl diese Methode früher große Geltung besaß. Heute, mit anderen Optionen, wollen wir aber der Korrosionsgefahr im Patientenmund, die sich bei unterschiedlichen Metallen nebeneinander ergibt, aus dem Weg gehen.

Sicher werden sich in Zukunft noch ganz andere Füge- Möglichkeiten auftun. Es befinden sich ja bereits echte 3D-Metalldrucker in der Pipeline, die anders als das Laserschmelzen funktionieren und auch für die Zahntechnik einsetzbar gemacht werden. Ist es nicht vorstellbar, eines Tages im Drucker Metallobjekte zusammenzufügen? Die Entwicklung zeigt uns schließlich, dass moderne Systeme durch Vernetzung zusammenwachsen. Schon wird daran gearbeitet, die Fräs- und Drucktechnik durch Software zu vereinen. In der Konsequenz könnte etwa in der einen Maschine gefräst werden, die andere fügt durch Drucken eine kompliziertere oder grazilere Geometrie an. Außerdem erleben wir: Die digitalen Prozesse schreiten nicht nur verfahrens-, sondern auch materialübergreifend fort. Das zeigt sich im Bereich der Fügetechnik durch das bereits realisierte Zirkoniumdioxid-Löten. Die Fügetechnik war in der Zahntechnik schon immer ein wichtiger Faktor – seien wir auf das Kommende gespannt! 

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Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Jürg Hostettler - Jonas Hostettler


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