Gepresste Glaskeramik

Der Ablauf beim Pressen ist dabei bis auf einige Optimierungen in den einzelnen Schritten relativ unverändert geblieben. So gab es beispielsweise anfangs Modelle aus Gips, die heute auf der Basis eines intraoralen Scans auch aus Kunststoff gedruckt werden können. Dann wurde mit einem im Bunsenbrenner erhitzten Modellierinstrument die Restauration aus Wachs aufgebaut. Mit einer digitalen Abformung bzw. dem Scan eines Modells können die Restaurationen heute auch virtuell konstruiert und dann aus Wachs oder speziellen Kunststoffen gefräst werden. Die Liste möglicher Fertigungsvarianten könnte man noch weiterführen. Trotzdem ist der eigentliche Ablauf des Pressens relativ gleich geblieben.

Lithiumdisilikat-Keramik – ein klinisch bewährtes Pressmaterial

Abb. 1: VITA Ambria (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen, Deutschland).

Das am häufigsten zum Pressen eingesetzte Material ist die sogenannte Lithiumdisilikat-Glaskeramik (Abb. 1). Eine Glaskeramik entsteht aus einer Glasschmelze, in der man gezielt ein Kristallwachstum fördert. Um dieses gezielte Kristallwachstum zu erreichen, werden verschiedene Oxide bei sehr hoher Temperatur geschmolzen und homogen vermischt. Nach dem Mischen der Komponenten wird die flüssige Schmelze in eine Form aus Platin gegossen und erkaltet.

Nach diesem Produktionsschritt wird eine sogenannte Vorkristallisation durchgeführt, welche das spätere Verkaufsprodukt, den Pellet oder auch das Ingot, darstellt. Eine mögliche Zusammensetzung einer solchen Lithiumdisilikat-Glaskeramik zeigt die Tabelle 1.

Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von VITA Ambria.

Abb. 2: Struktur eines gepressten Pellets aus VITA Ambria bei 20.000-facher Vergrößerung.

Beim eigentlichen Pressvorgang lässt man die nadelförmigen Kristallite dann so wachsen, dass sie schließlich bis zu 95 Gewichtsprozent des Produktes ausmachen. Der Rest der Matrix bleibt amorph, also glasartig. Durch diesen definierten Herstellungsprozess ist der gesamte Aufbau der Glaskeramiken, im Gegensatz zu Sinterkeramiken oder Verblendkeramiken, unabhängig von der Formgebung und Verdichtung komplett steuerbar. Eine beispielhafte Struktur für die nadelförmigen Kristalle einer Lithiumdisilikat-Glaskeramik unter einem Rasterelektronenmikroskop sieht folgendermaßen aus (Abb. 2).

Die Frage stellt sich natürlich, warum sich gerade diese Art der Glaskeramiken aus Lithiumdisilikat in den letzten Jahren durchgesetzt hat und immer noch sehr gerne und häufig zum Pressen eingesetzt wird. Dies liegt zum Großteil an den sehr guten Materialeigenschaften (Tab. 2).

Tab. 2: Materialeigenschaften von VITA Ambria (interne Tests).

Ein riesiger Vorteil dieser Art Glaskeramiken ist die relativ hohe Biegefestigkeit, die es dem Behandler erlaubt, Restaurationen aus diesem Material konventionell und nicht wie klassische Silikatkeramiken zwingend adhäsiv zu befestigen (nach DIN EN ISO 6872). Bei der konventionellen Zementierung muss nicht absolut trockengelegt werden, was gerade in der Molarenregion teilweise sehr schwer zu bewerkstelligen ist.

Die hohe Festigkeit von VITA Ambria (VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen), die mit ca. 400 MPa der einer normalen dentalen Glaskeramik aus Lithiumdisilikat entspricht, kann mit einem zusätzlichen speziellen Brennprogramm auf ca. 550 MPa erhöht werden, was dann sogar an die Festigkeit von Zirkonoxiden mit 5 mol-% Yttriumoxid (z.B. VITA YZ XT, VITA Zahnfabrik) herankommt und ohne weiteres dreigliedrige Brücken sowie Maryland-Brücken im Frontzahnbereich ermöglicht. Dieser spezielle Brand kann zeitgleich mit dem Glanzbrand durchgeführt werden und ermöglicht so eine deutlich höhere Festigkeit ohne nennenswerten Zeitverlust.

Das Wachs oder auch der Kunststoff, welcher für das Einbetten und Ausbrennen eingesetzt wird, sollte für das Pressverfahren geeignet sein. Ungeeignete Materialien können den ganzen Prozess negativ beeinflussen, da die Präzision fehlt oder die Muffel platzt usw. und von Neuem begonnen werden muss. Wenn die Modellation steht, muss diese – ähnlich wie beim Gießen von Legierungen – angestiftet werden. Die Modellation darf dabei nicht mittig positioniert werden, sollte einen gewissen Abstand zum Muffelrand und der Presskanal eine bestimmte Dicke haben usw. Dies ist abhängig von dem System bzw. der Glaskeramik, die eingesetzt wird.

VITA Ambria – wesentliche Schritte des zahntechnischen Vorgehens

Abb. 3: Presskanal mit „verlorenem Kopf“.

Bei VITA Ambria hat es sich z.B. gezeigt, dass beim Pressen von Brückenrestaurationen ein einzelner Kanal mit „verlorenem Kopf“ die besten Ergebnisse liefert (Abb. 3). Dieses Prinzip ist ähnlich der Gusstechnik nach Sabbath [1,2]. Eine solche Methode des Anstiftens verhindert eine extreme Scherwirkung beim „Einpressen“ dieser sehr viskosen Glaskeramik. Zusätzlich werden Verwirbelungen verursacht, die mögliche optische Effekte verhindern, durch welche die fertige Restauration Fehlstellen zu haben scheint, die durch die Fließ- bzw. Pressspuren entstehen können.

Im nächsten Schritt wird dann das Muffelsystem, welches bei Glaskeramiken einen 13 mm großen Kanaldurchschnitt hat, mit der Einbettmasse gefüllt. 13 mm Durchmesserdicke stellt damit einen Unterschied zu Presskeramiken auf Silikatkeramik-Basis dar, welche meist mit einem kleineren Durchmesser von etwa 11 mm gepresst werden.

Die Einbettmasse sollte – wie auch das Wachs – eine für das Pressen geeignete Einbettmasse sein. Wenn diese Einbettmassen auf das Pressen mit einem speziellen Material abgestimmt sind, passt die Expansion perfekt und auch die Reaktionsschicht kann so gering wie möglich gehalten werden. Andere Presseinbettmassen können stärker mit der Glaskeramik reagieren und auch eine etwas andere Wärmeausdehnung haben. Eine stärkere Reaktionsschicht würde dann einen Mehraufwand für den Zahntechniker bedeuten, allerdings die Glaskeramik selbst nicht schädigen. Eine Schädigung bzw. ein Passungsproblem käme dann nur durch das notwendige Sandstrahlen auf. Eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der Presseinbettmasse könnte dagegen in Passungsproblemen sowie sogar Rissen resultieren.

Warum 2 Pelletgrößen?

Für die Herstellung von Kronen und Brücken sind zwei verschiedene Pellets in den Größen S (small) und L (large) vorgesehen. Dies hat einen werkstoffkundlichen und keinen kaufmännischen Grund: Wollte man für eine Brücke zwei kleine Pellets verwenden, besteht die Gefahr, dass beim Aufschmelzprozess Luftblasen in der Schmelze entstehen können, da es nicht zu einer Verflüssigung der Pellets, sondern nur zu einem viskosen Aufschmelzen kommt. Diese Luftblasen sind dann Fehlstellen in der Konstruktion, die zu subkritischem Risswachstum und damit auch zur Frakturgefahr führen.

Abb. 4: 4 Kronen aus VITA Ambria – gepresst mit einem L-Pellet.

Ab 0,75 g Wachsgewicht der modellierten Restaurationen – inkl. dem Gewicht des angeschwemmten Presskanals – muss deshalb zwingend ein Pellet der Größe L eingesetzt werden, um eine vollständige und fehlerfreie Pressung zu garantieren. Abbildung 4 zeigt zum Beispiel 4 Kronen, welche mit dem L-Pellet gepresst wurden.

Mögliche Pressfehler können nur noch dann entstehen, wenn der Rand des Wachs- bzw. Kunststoffmodelles zu scharf ausmodelliert wurde. Hier gilt, wie bei früheren Metallgusstechniken auch, dass etwas dicker modelliert werden sollte, um eine Ausfließ- und Ausarbeitungsreserve zu haben.

Der Pressvorgang verläuft dann bekanntermaßen. Die Muffel kommt in einen Vorwärmofen und das Wachs wird ausgetrieben. Danach wird die Muffel mit dem kalten Pellet und dem kalten Pressstempel gefüllt, wie in Abbildung 5 zu sehen ist. Die Erfahrung hat gerade im Falle von VITA Ambria gezeigt, dass die Pressstempel nicht nur kalt sein sollten, sondern auch Einmalpressstempel verwendet werden müssen.

Abb. 5a): Füllen des Pellets in die Muffel.

Abb. 5b): Füllen des Pellets in die Muffel.

Mehrfachpressstempel verursachen eine andere Wärmeverteilung im Pressprozess. Durch die oftmals aus Aluminiumoxid bestehenden Mehrfachpressstempel wird die Hitzeverteilung im Pressobjekt verändert. Aluminiumoxid hat eine gegenüber der Einbettmasse höhere Wärmeleitfähigkeit. Dies kann einen Wärmegradienten im Pellet zur Folge haben, da die Hitze nicht gleichmäßig verteilt wird. Ein solcher Wärmegradient könnte die eigentlich gleichmäßige Viskosität des Materials im Pressvorgang verhindern und daraus würden Fehlpressungen durch unterschiedlich heiße Bereiche resultieren, was beispielsweise opake Bereiche oder inkomplettes Ausfließen der Restauration bedeuten könnte.

Ofenkalibrierung

Da jeder Pressofen einen unterschiedlichen Aufbau, Schließmechanismus, Pressvorgang usw. aufweist, empfiehlt es sich, im Vorfeld einen sogenannten Presstest durchzuführen. Dadurch weiß man, wie der eigene Ofen mit einem glaskeramischen Material beim Pressen agiert. Durch einen solchen Test kann man das Fließ- bzw. Pressverhalten des Materials überprüfen und bekommt außerdem ein Gefühl für die Reaktion mit der eingesetzten Presseinbettmasse.

Am einfachsten verwendet man für eine Probepressung standardisierte Prüfkörper, die man immer wieder bei wiederholten Prüfungen vergleichen kann: Empfohlen werden eine Standardkrone mit dünnen (Kronenrand) und dicken Bereichen (Inzisalkante) und ein Gitter, welches aus der Modellgusstechnik bekannt ist. In Abbildung 6 ist deutlich zu sehen, dass das Gitter in der Mitte (b) komplett und ideal ausgeflossen ist, das linke Gitter (a) nicht. Während normale Kronen auch bei einer Unterschreitung der idealen Presstemperatur von bis zu 20°C noch komplett ausfließen können, macht sich eine höhere Viskosität bei zu geringer Presstemperatur am Beispiel der Gitter deutlich bemerkbar. Ein zu großes Überschreiten der optimalen Temperatur hingegen wäre an einer stärker ausgebildeten Reaktionsschicht mit der Einbettmasse zu erkennen, was man an der rechten Testpressung (c) der Abbildung 6 sehen kann.

Abb. 6a): Ofentest mit Gitter und Krone. Presstemperatur zu niedrig.

Abb. 6b): Ofentest mit Gitter und Krone. Presstemperatur perfekt.

Abb. 6c): Ofentest mit Gitter und Krone. Presstemperatur zu hoch.

Eine korrekte Ofeneinstellung, die durch diesen Test erreicht werden kann, hat zusätzlich einen direkten Einfluss auf die richtige Farbe einer Restauration. In einem Bereich von ± 10°C zur empfohlenen Presstemperatur gibt es zwar keine sichtbaren Farb- und Transluzenzunterschiede bei Glaskeramiken, wogegen unterbrannte Proben mit abnehmender Temperatur eine stark ansteigende Opazität zeigen. Das Überbrennen hingegen macht sich durch eine Steigerung der Transluzenz sowie eine deutliche Schwächung der Chroma bemerkbar.

Ausbetten und Fertigstellung

Wenn der Pressvorgang erfolgreich abgelaufen ist, wird die Restauration ausgebettet und bearbeitet. Beim Ausbetten aus der Einbettmasse ist darauf zu achten, dass der Rand der Restauration nicht zu stark beansprucht, sondern vorsichtig gesäubert wird. Aus diesem Grund sollte das abschließende Sandstrahlen gerade die Randbereiche der Restauration nicht zu stark beanspruchen, sondern mit einer niedrigen Korngröße (50 µm) Edelkorund und nur bei 2 bar Druck durchgeführt werden. Es empfiehlt sich auch die Bearbeitung mit diamantierten Schleifkörpern, wie sie bei allen keramischen Produkten eingesetzt werden.

Abb. 7: Mit VITA Akzent Plus leicht charakterisierte Frontzahnbrücke aus VITA Ambria.

Da es Verblend- und Glasurmaterialen gibt, die auf die glaskeramischen Pressmaterialien abgestimmt sind, können die gepressten Restaurationen noch individualisiert oder auch nur charakterisiert werden. Gerade in der exponierten ästhetischen Zone helfen diese Zusatzschritte, den Restzahnbestand absolut individuell zu imitieren. Abbildung 7 zeigt eine dreigliedrige Frontzahnbrücke, welche nur leicht mit dem Malfarbensystem VITA Akzent Plus individualisiert wurde.

Schlussfolgerungen

Lithiumdisilikat-Keramiken und die Presstechnologie haben sich seit 25 Jahren in der Zahnmedizin bewährt. Durch die gute Abstimmung von Transluzenz und Opazität ist jede ästhetische Aufgabe lösbar, sodass mit relativ geringem Aufwand ein sehr gutes Ergebnis erreicht werden kann.

Autoren:

Dr. Michael J. Tholey,
Andreas Buchheimer, Michael Gödiker
Literatur:
[1] Pingel E; Der dentale Guss bleibt zeitgemäß; ZAHNTECH MAG 14, 2010; 552–556
[2] The Bredent Casting Technique (According to Sabath) – Bredent Group GmbH; Senden, Deutschland

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