Gießen, Fräsen und Lasersintern einer CoCrMo-Brücke

Indizes: Gusstechnik, Frästechnik, SLM (Selective-Laser-Melting), CoCrMo-Brücken

Lange wurden mit dem Begriff CAD/CAM in der Zahntechnik Keramikmaterialien wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid verbunden. Erst in den letzten drei Jahren werden durch die größere Akzeptanz von CAD/CAM-Systemen bei Zahntechnikern auch andere Materialien oder Fertigungsmethoden mit diesem Begriff in Zusammenhang gebracht. CoCrMo-Legierungen werden häufig im Labor gegossen, die Freunde der CAD/CAM-Technologie hingegen greifen bei steigendem Goldpreis immer mehr auf lasergesinterte oder gefräste Kronen und Brücken zurück. Da in unserem Labor gussund frästechnisches Know-how vorhanden ist, wollten wir beide Methoden mit lasergesinterten Brücken vergleichen. Der Test beinhaltet einen Vergleich hinsichtlich der Qualität, der Arbeitszeit und der Wirtschaftlichkeit.

Zur Überprüfung der Qualität wurde der Sitz des Gerüstes auf dem Modell verglichen. Jede Brücke wurde auf einem eigenen Modell angefertigt, damit es nicht aufgrund von Aufpassarbeiten mehrerer Brücken zu Modellverletzungen kommt. Zusätzlich wurden die Gerüste in einem Qualitätsmanagement-Scanner gescannt und mit dem Ausgangsdatensatz verglichen (3Shape Convince Analyzer). Die Arbeitszeitmessung erfolgte nach den Messmethoden einer Zeitstudie des VDZI, an der auch unser Labor teilgenommen hatte. Die Zeit wurde mit einer hundertstel Minute gemessen, da diese Zeiteinheit sich besser rechnet (siehe Zeittabellen nach Refa-Kriterien). Die Kosten und damit die Wirtschaftlichkeit kann über einen Stunden-Minutensatz ermittelt werden. Dies gestaltet sich in jedem Betrieb individuell und kann über eine Formel ermittelt werden, die am Ende des Beitrages vermerkt ist.

Aufgabenstellung und Vorbereitung der Testobjekte

Als Basis dieses Tests diente ein Gipsmodell mit sechs Zahnstümpfen und sechs Brückengliedern. Alle Kronen oder Brückenglieder sollten für eine volle Verblendung vorbereitet werden, nur die Zähne 16 und 26 sollten vollanatomisch gestaltet sein (Abb. 1).

Die gegossene Brücke

Für die Arbeitsvorbereitung, das Modellieren in Wachs und die Vorbereitung für den Guss wurden 3 h 11 min benötigt. Das Einbetten, der Guss, das Ausbetten und Abstrahlen wurden zeittechnisch nicht berücksichtigt, da die Gussbrücke mit den angelieferten CAD/CAM-Objekten verglichen wurde. Die Brücke passte im Wesentlichen auf dem Modell, nur Feinarbeit zum Aufpassen und Ausdünnen der Ränder war nötig. Eine Kontrolle mit dem Qualitätsmanagement-Scanner war nicht möglich, da kein Ausgangsdatensatz vorhanden war – die Brücke war ja modelliert. Ausarbeitung und Überschleifen für die Keramikvorbereitung dauerten 1 h 55 min. Daraus resultiert eine Gesamtzeit für die gegossene Brücke inclusive 25% Rüst- und Verteilzeiten von 6 h 24 min (Abb. 2 bis 4).

Die CAD/CAM-Brücke

Für die CAD/CAM-Brücken musste als erstes ein 3DDatensatz der Konstruktion programmiert werden. Die Scanzeit betrug 4 min 50 sec. Die Konstruktion im Dental-Designer dauerte 1 h 13 min (Abb. 5).

Testobjekte SLM-Brücken (Selecting-Laser-Melting)

Beim SLM-Verfahren wird der STL-Datensatz der Brücke mit spezieller Software für den Laserschmelzprozess aufbereitet. Hierbei müssen zum Beispiel Supports zum Aufbau der Brücke auf der Bauplatte generiert werden (Abb. 6 und 7). Der Prozess findet in einem mit Argongas gefluteten Arbeitsraum statt. Über eine Schütte wird immer wieder neues Metallpulver auf die Bauplatte aufgetragen und mittels Laser mit dem Untergrund verschmolzen (Abb. 8).

SLM-Testbrücke 1: Die Testbrücke des ersten Herstellers war von der Oberfläche die raueste. Das Randaufmaß ist ein generelles Problem von SLM-Kronenrändern. Hier belegte die Brücke Platz 3 der SLM-Brücken. Die Passung war die schlechteste, der Randspalt betrug teilweise 1,5 mm (Abb. 9 bis 11). Die Convince Analyzer Auswertung zeigt palatinal in den Kronen ein Aufmaß, bukkal ein Untermaß, das heißt, die Brücke ist zu eng (Abb.12). Trotz aufwändiger Aufpassarbeit war das Endergebnis mäßig (Abb. 13). Die Gesamtzeit ohne SLM-Prozess betrug 3 h 2 min.

SLM-Testbrücke 2: Die Oberfläche und Randaufmaße belegten unter den SLM-Brücken den besten Platz. Der Randspalt betrug zum Teil 0,5 mm. Die Convince Analyzer Auswertung zeigte ein bukkales Aufmaß in den Kroneninnenflächen (Abb. 14).Das führt zu einem Schaukeln der Brücke auf dem
Modell (Abb. 15). Dieser Verzug wurde mit dem Dental-Laser im Rahmen der Nacharbeit beseitigt Abb. 16). Die Gesamtzeit ohne SLM-Prozess betrug 2 h 46 min.

SLM-Testbrücke 3: Die Oberfläche dieser Brücke war leicht rau. Das Randaufmaß war das größte der SLM-Brücken und verursachte eine lange Nachbearbeitung. Die Kauflächen der Molaren sahen manuell stark nachgearbeitet aus und entsprachen nicht dem Datensatz (Abb. 17 und 18)! Die Randspalten der Brücke auf dem Modell waren sehr unterschiedlich (Abb. 19). Die Convince Analyzer Auswertung zeigte einen Verzug nach innen, der sich bei fast allen Kronen zeigt (Abb. 20). Die Gesamtzeit ohne SLM-Prozess betrug: 3 h 18 min (Abb. 21).

SLM-Testbrücke 4: Bei der Oberfläche dieser Brücke sah man noch massiv den Schichtaufbau durch den Laser – eine sehr schlechte Oberflächenstruktur (Abb. 22 und 23). Die Randspalten waren massiv - zirka 1 bis 2 mm (Abb. 24). Auch diese Kauflächen sahen vom Anbieter schon manuell stark nachgearbeitet aus. Das Randaufmaß war durchschnittlich. Die Convince Analyzer Auswertung zeigte Abweichungen im bukkalen Bereich von 11 und 13. Eine Erklärung hierfür liegt nicht vor (Abb. 25 und 26). Die Gesamtzeit ohne SLM-Prozess betrug 2 h 53 min.

Die CAD/CAM-gefräste Brücke: Die Oberfläche einer CAD/CAM-gefrästen Brücke hat die Güte eines industriell bearbeiteten Metallblanks. Ohne Lunker oder Rauigkeiten. Lediglich bei den Ansatzstellen, wo die Brücke am Blank befestigt war, ist ein Grad wegzunehmen. Die Kauflächen können schon nach minimaler Nacharbeit poliert werden (Abb. 27 und 28). Die Ränder sind in Endlänge und müssen im Verblendbereich etwas ausgedünnt werden. Ein Randaufmaß wie bei SLM gibt es nicht. Die Convince Analyzer Auswertung zeigt keinen Verzug nach außen oder innen. Lediglich die Fräserradiuskorrektur in den Stumpfspitzen ist zu sehen (Abb. 29). Die Gesamtzeit ohne Fräsprozess betrug 2 h 24 min und ist damit die kürzeste Gesamtzeit der Herstellung (Abb. 30).

Fazit: Immer den Fertigungsprozess insgesamt betrachten

Vergleicht man die drei Herstellungsmethoden aus qualitativer Sicht, gibt es mehrere Faktoren: Beurteilt man die Materialgüte, kommen der CoCrMo-Guss und das Laserschmelzen mit dem Industrieblank der Frästechnologie nicht mit. Lunker oder Poren gibt es beim Fräsen nicht. Dieses merkt man bei der mühelosen und schnellen Nachbearbeitung und der Politur. Auch die Oberflächen der gefrästen Brücken sind glatter, feiner und genauer. Die Kronenrandgestaltung geht über CAD-Software am genauesten. Ein Übermodellieren oder zu kurze Ränder werden verhindert. Bei guten Fräsmaschinen entspricht das gefräste Teil dem Datensatz. Einen Verzug der Brücke gibt es ebenfalls nicht. Schaut man sich die Arbeitszeitanalyse an, spart man beim SLM-Verfahren 51 % Arbeitszeit. Wählt man die Frästechnologie, spart man 64 %. und das bei guter Materialeigenschaft des CoCrMo. Es lohnt sich also nicht, billiges Rohmaterial einzukaufen, wenn dies eine höhere Arbeitszeit im Labor nach sich zieht. Man sollte immer den Fertigungsprozess insgesamt betrachten. Die Wirtschaftlichkeit kann über die Tabelle (Abb. 31) zur Ermittlung des Stundenkostensatzes und der Gesamtkosten individuell ermittelt werden.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: ZTM Andreas Klar - ZT Jan Illner - ZT Delf Monsees

Bilder soweit nicht anders deklariert: ZTM Andreas Klar , ZT Jan Illner , ZT Delf Monsees