Modellguss

Konventionell versus digital

Modellguss: Bereit für die Zukunft?

Fertiggestellte Modellgusskonstruktion.
Fertiggestellte Modellgusskonstruktion.

Zeit ist relativ; manchmal vergeht sie wie im Flug, ein anderes Mal scheint es kaum vorwärts zu gehen. Das hat Michelle Wegerle sehr deutlich erlebt, als sie ihre Gesellenprüfung zur Zahntechnikerin absolvierte. Damit brach in vielerlei Hinsicht eine neue Zeit an – mehr Verantwortung, selbstständigeres Arbeiten und zusätzliche Herausforderungen. Hier beschreibt die frisch gebackene Jungtechnikerin, wie sie sich den digitalen Bereich erobert hat.

Gerade befand ich mich noch mitten im Arbeitsalltag und Prüfungsstress, dann kam das Warten auf die Ergebnisse und die Tage zogen sich zäh hin wie Silikon im Abformlöffel. Schließlich aber war die „Schonfrist“ als Lehrling vorbei und es kamen neue Aufgaben. Denn ausgelernt hat man ja nie und dazu gehört, sich weiter auf neue Ideen, Arbeitsweisen und Innovationen einzulassen. So führte mein Weg auch in die CAD/CAM-Abteilung ...

Die CAD/CAM-Abteilung unseres Labors ist technisch sehr gut aufgestellt. Es werden verschiedene CAD-Programme, mehrere Scanner (taktil und optisch) sowie diverse Produktionssysteme für die unterschiedlichen Materialien eingesetzt. Es ist interessant zu verfolgen, was alles bereits möglich ist und wohin uns dieser Weg wohl führen wird. In Bezug auf Modellgussarbeiten stand ich der digitalen Konstruktion allerdings zunächst eher skeptisch gegenüber; ich wachse einfach sehr gerne händisch auf. Auch das CAD/CAM-Prüfungsstück im Rahmen der Gesellenprüfung – ein Teleskop auf Zahn 14 – hatte bei mir keine Begeisterung für die virtuelle Modellation auslösen können*. In der Brücken- und Kronentechnik ist das Designen am Computer in zahlreichen Laboren zwar schon Standard, aber in Bezug auf den Modellguss stellte sich mir die Frage, wie praktikabel die digitale Technik hier überhaupt ist. Welche Voraussetzungen müssen erfüllt, welche Mittel eingesetzt werden, um sinnvoll eine ebenso funktionale wie auch ästhetische Modellguss-Versorgung computergestützt herzustellen?

Dieser hier vorliegende Beitrag ist als Erfahrungsbericht meiner Expedition in die Welt der Einsen und Nullen zu verstehen. Dabei wird ein Vergleich mit dem traditionell analogen Weg aufgestellt. Bis zu einem gewissen Punkt ist die Vorgehensweise zumeist identisch. Zwar kann theoretisch bereits in vielen Fällen ein volldigitaler Workflow erfolgen, gebräuchlich ist jedoch nach wie vor ein kombiniert analog-digitales Verfahren („print & cast“). Dabei bildet in aller Regel immer noch die Abformung mittels klassischer Silikonabformung den ersten Arbeitsschritt. Wie gewohnt wird diese ausgegossen und das Gipsmodell dann einartikuliert; die meisten heute angebotenen Gipssorten sind scanfähig. Dann aber trennen sich die Wege.

Konventionelle Modellvorbereitung

Bei vollkommen konventioneller Modellguss-Herstellung vermisst der Zahntechniker nun die einzelnen Klammerzähne und zeichnet Klammern sowie die späteren Verbinder am einartikulierten Modellpaar an. Es folgen das Ausblocken und Vorbereiten des Modells zum Dublieren. Die später zu unterfütternde Sattelregion wird entsprechend mit Kunststoff aufgebaut, die Aufgänge an den Zähnen und alle hohlzulegenden Bereiche müssen ausreichend ausgeblockt werden. Außerdem sollten unbedingt alle untersichgehenden Bereiche ausgeblockt werden, damit diese nach dem Dublieren nicht abbrechen. Schließlich wird das Modell mit Silikon dubliert und aus dem Negativ ein Einbettmassemodell hergestellt.

Mögliche Fehlerquellen sind hierbei weniger der Technik an sich als dem Faktor Mensch und einem etwaigen Mangel an Routine und Erfahrung geschuldet: Kommt es beim Anzeichnen zu Fehlern, hat das eigentlich immer ein Abdampfen zur Folge und dies wiederum kann bei wiederholter Durchführung die Expansion des Gipsmodells verfälschen. Beim Ausblocken könnte die Stärke der Wachsschicht falsch eingeschätzt werden, Hohllegungen könnten zu dick oder dünn geraten. Und beim Dublieren besteht immer die Gefahr, das Modell zu beschädigen. Auch kann u. U. die gewünschte Expansion des Einbettmassemodells durch äußere Faktoren (z. B. verunreinigte Arbeitsgeräte, Temperatur, Luftfeuchtigkeit) gestört werden. Werden Arbeitsschutzrichtlinien nicht eingehalten, könnte es insbesondere durch den lungengängigen Quarzstaub in der Einbettmasse ggf. zu einer Gesundheitsbelastung kommen.

Der Verbrauch an Ressourcen wie Wachs, Silikon und Einbettmasse, die am Ende des Prozesses zu entsorgen sind, stellt einen grundsätzlichen Nachteil dar. Vorteilhaft ist jedoch der relativ geringe Zeitaufwand. Die Wartezeiten im Prozess verlängern zwar die Gesamtzeit bis zur Modellation erheblich, lassen sich jedoch für andere Arbeiten nutzen. Erfahrene Zahntechniker können außerdem gezielt in den Prozess eingreifen, um beispielsweise die Expansion anzupassen. Ich persönlich habe anfangs als besonders positiv empfunden, dass bereits auf dem Einbettmassemodell ausgeblockte Bereiche deutlich sichtbar sind und sich Abschlusskanten und Hohllegungen gut kontrollieren lassen.

Computergestützte Modellvorbereitung

Bei der computergestützten Herstellung wird zunächst ein Patientenfall in der CAD-Software angelegt und das zugehörige Modellpaar dann mittels Scanner digitalisiert. Daten des Gegenkiefers sind nicht zwingend notwendig, aber durchaus sinnvoll, wenn z. B. wenig Platz in der Okklusion vorhanden ist. Der Scanvorgang besteht zumeist aus einem groben Vorscan in geringer Auflösung zum Erfassen der Situation und einem detaillierten Hauptscan des gesamten Modells. Zeigt das virtuelle Modell Verzerrungen oder Datenlöcher, können diese oft mit einem weiteren gezielt räumlich eingegrenzten Detailscan behoben werden. Der Zeitaufwand für den Scanvorgang beträgt oft ca. 10 Minuten, variiert aber abhängig von Datenmenge, Anzahl der Einzelscans und Bearbeitungsbzw. Speicherzeiten. Ist das Modell digitalisiert, kann sogleich mit der Konstruktion des Modellgusses begonnen werden – die Vorbereitungszeit ist also minimal. Der Verbrauch an Ressourcen beschränkt sich auf die Herstellung eines Modells. Wurde statt einer Abformung ein Intraoralscan erstellt, kann ggf. komplett auf die Anfertigung eines physischen Modells verzichtet werden – dann entfällt der gesamte Zeit- und Materialaufwand im Zusammenhang mit der Modellherstellung.


Ein physisches Modell – oder geht’s auch ohne?

Es gibt schon heute die Möglichkeit, einen Modellguss komplett ohne Modell her- und auch fertigzustellen. Dabei werden der Sattel und die Kunststoffzähne ebenfalls aus Kunststoff gefräst und später mittels Stecksystem zusammengebaut sowie danach verklebt. Durch den Intraoralscan ist z. B. der Gingivalbereich so gut abgeformt, dass dies möglich ist. Kleinere Aufpassungen erfolgen dann direkt am Patientenstuhl.

Für mich sieht es so aus, dass das Arbeiten ohne Modelle wohl in einigen Jahren für viele Arbeiten der Alltag sein wird. Meine Anmerkung: Wir allerdings arbeiten immer noch auf den Modellen weiter. Dies lässt sich einfach besser in den Arbeitsalltag integrieren (auch von den Kosten und dem Zeitaufwand her) und es kommen noch immer Ergebnisse heraus, die schneller zufriedenstellen, als dies ohne Prüfung auf dem physischen Modell der Fall ist.


Konventionelle Modellation

Nach dem Übertragen der Anzeichnungen auf das Einbettmassemodell wird das Prothesengerüst vollständig Stück für Stück mit Wachs aufgebaut. Abschließend wird visuell geprüft und bei Bedarf nachgebessert. Diese „alte Handwerkskunst“ geht dem gut ausgebildeten und routinierten Anwender leicht von der Hand – fertig dimensionierte Wachsprofile und passende Verarbeitungsanleitungen unterstützen die Durchführung. Fehlt es jedoch an Erfahrung, kann die optische Einschätzung von Wachsstärken und der Ausdehnung der Profile sowie von Auf- und Übergängen schwierig sein. 0,5 mm sollten auch bei den Übergängen nie unterschritten werden, damit die Schmelze beim Gießen ausreichend Raum erhält und keine Sollbruchstellen im Metall entstehen. Die Bereiche unter der Klammerschulter müssen ebenfalls gut mit einem Tropfen Wachs aufgefüllt sein. Die fertiggestellte Wachsmodellation bietet einen Ausblick auf den späteren Modellguss. Um ein gutes Verständnis für solche Arbeiten zu entwickeln und Grundlagenwissen zu vertiefen, ist die klassische, händische Modellation meiner Meinung nach optimal geeignet.

Computergestützte Modellation

Für die Konstruktion am Computer steht mittlerweile eine große Auswahl an Programmen zur Verfügung. Ich habe für mein digitales Prothesengerüst die Software DentalDesigner von 3Shape verwendet, die u. a. das Modul Modellguss Designer umfasst (Abb. 1–9). Während der Scan des Modells meist auch beim ungeübten Anwender nur wenige Minuten dauert, ist der Zeitaufwand für die Konstruktion selbst – wie bei der Wachsmodellation – abhängig von Vorwissen und Routine. Bei einem gut eingearbeiteten Techniker kann das Konstruieren nach dem, was ich gesehen habe, aber um einiges schneller erfolgen als das klassische Modellieren.

  • Abb. 1: Einschubrichtung festlegen.
  • Abb. 2: Untersichgehende Bereiche ausblocken.
  • Abb. 1: Einschubrichtung festlegen.
  • Abb. 2: Untersichgehende Bereiche ausblocken.

  • Abb. 3: Im Sattelbereich Retentionsgitter legen.
  • Abb. 4: Sublingualbügel auswählen und mit Retentionsgittern verbinden.
  • Abb. 3: Im Sattelbereich Retentionsgitter legen.
  • Abb. 4: Sublingualbügel auswählen und mit Retentionsgittern verbinden.

  • Abb. 5a u. b: Aufl agen und Klammerarme entsprechend dem Unterschnitt gestalten.
  • Abb. 6: Individuelle Bearbeitung der Modellgusskonstruktion.
  • Abb. 5a u. b: Aufl agen und Klammerarme entsprechend dem Unterschnitt gestalten.
  • Abb. 6: Individuelle Bearbeitung der Modellgusskonstruktion.

  • Abb. 7: Gingivalansicht der Konstruktion.
  • Abb. 8: Legen der Abschlusskanten.
  • Abb. 7: Gingivalansicht der Konstruktion.
  • Abb. 8: Legen der Abschlusskanten.

  • Abb. 9a u. b: Fertiggestellte Modellgusskonstruktion.
  • Abb. 9a u. b: Fertiggestellte Modellgusskonstruktion.

Praktisch bei der Arbeit am Computer ist die perfekte Wiedergabe der Modelle auf dem Bildschirm mit allen Feinheiten. Das Einrichten der Einschubrichtung sowie das Ausblocken von Unterschnitten sind dank der optischen Darstellung von Unterschnitten leicht umzusetzen. Zudem verfügen die meisten Programme über umfassend bestückte Bibliotheken, in denen viele Klammerprofile, Retentionsgitter, Transversalbänder und Sublingualbügel in den gängigen Varianten hinterlegt sind. Die einzelnen Profile lassen sich einfach individuell anpassen. Am Ende kann der Modellguss virtuell vom Modell gehoben und von allen Seiten betrachtet werden. Es ist möglich, zu den verschiedenen Konstruktionsschritten zurückzuspringen, um ggf. noch Verbesserungen durchzuführen, ohne dass die übrigen Schritte dadurch gelöscht werden. Die Dicke und Breite der einzelnen Bestandteile kann jederzeit numerisch angezeigt und ebenfalls bei Bedarf geändert werden. Es wird kein zusätzliches Einbettmassemodell benötigt, die Passung auf dem Originalmodell ist ideal und das Prothesengerüst kann später leicht aufgepasst werden; meist sind nur noch wenige Handgriffe erforderlich.

Gießkunst

  • Tabelle

  • Tabelle
    © Wegerle
Auch die Gusstechnik hat mit der Zeit einige Modernisierungen erlebt. Die korrekte Durchführung bleibt zwar eine Herausforderung – gerade auch für mich als Jungtechnikerin –, stellt für den erfahrenen Zahntechniker, der um die Unterschiede zwischen den Gießgeräten, den Metalllegierungen etc. weiß, aber i. d. R. keine Schwierigkeit dar. Sind die Gießbedingungen optimal, kann eine sehr gute Gussqualität frei von Lunkern erzielt werden. Insgesamt erfordert der Herstellungsprozess jedoch relativ viele Einzelschritte und entsprechend viel Zeit. Der Aufwand beim Ausarbeiten des gegossenen Modellgusses ist umso geringer, je besser vorgearbeitet wurde – wurde sauber und ordentlich modelliert, lässt sich der Modellguss relativ schnell ausarbeiten und aufpassen. Wurde die Expansion der Einbettmasse richtig abgestimmt, liegen alle Klammern ausreichend gut an und es besteht eine angemessene Retention. Sorgfalt walten lassen sollte man auch beim Gummieren und Polieren, damit wirklich alle Bereiche und noch so kleinen Ecken final hochglänzend sind. Mit ein wenig Zeit und Einsatz entsteht eine ansprechende Arbeit (Tabelle).

Laserschmelzen

Soll ein Gerüst komplett im computergestützten Workflow entstehen, wendet sich unser Labor an einen Dienstleister. Dort wird das konstruierte Prothesengerüst mittels Selective Laser Melting (SLM) umgesetzt. Hierzu wird die Konstruktion zunächst von einer speziellen Software in horizontale Schichten mit definierter Schichtdicke zerlegt (Slicen). In der Fertigungseinheit wird dann eine Bauplattform mit Metallpulver bedeckt und das Pulver selektiv gemäß der Konstruktionsgeometrie mittels Laser aufgeschmolzen. Beim Erstarren verbinden sich die Pulverpartikel zu einer zusammenhängenden Struktur. Dann wird die Plattform um die zuvor definierte Schichtdicke abgesenkt und der Vorgang für die nächste Schicht wiederholt – bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Daneben gibt es auch die Möglichkeit des Lasersinterns (Selective Laser Sintering): Der Prozess ist sehr ähnlich, aber hier werden nicht die gesamten Partikel aufgeschmolzen, sondern die Temperatur bleibt niedriger als die Schmelztemperatur der Hauptkomponenten (Liquidus). Das lose Pulvermaterial wird verbacken, die Porenräume füllen sich auf und es kommt auch zur Verdichtung des Materials. Wenn unser Labor die STL-Daten an den externen Dienstleister gesendet hat, wird die Konstruktion zum einen gesliced und zum anderen in einer CAM-Software zusammen mit anderen Konstruktionen virtuell auf der Bauplattform genestet – ähnlich dem Nesten von Konstruktionen in einem virtuellen Fräsblank. Während beim subtraktiven Verfahren Haltestege angelegt werden müssen, sind für das additive SLM-Verfahren Stützstrukturen erforderlich. Wie viele Einheiten sich schließlich in einem Durchgang fertigen lassen und wie lange der Durchgang dauert, hängt von dem verwendeten System, von Volumen und Komplexität der Konstruktionen und der Größe der Bauplattform ab. Das Unternehmen EOS, Hersteller von Lasersinteranlagen, gibt beispielsweise an, dass mit der EOSINT M 270 (Bauvolumen 250 mm × 250 mm × 215 mm; inkl. Bauplattform) innerhalb von 24 Stunden bis zu 450 Einheiten gleichzeitig gebaut werden können. Die Fertigungskapazität für Prothesengerüste soll bis zu 35–40 Einheiten pro Bauauftrag betragen.

Das automatisierte Verfahren sorgt für eine gleichbleibende Bauteilqualität. Am Ende des Bauvorgangs werden die Teile abgebürstet, um loses Pulver grob zu entfernen, und dann, während sie weiterhin von den Stützkonstruktionen fixiert sind, einer Wärmebehandlung (Tempern) unterzogen, um Spannungen abzubauen und die mechanischen Eigenschaften positiv zu beeinflussen. Anschließend werden – ähnlich wie bei der Frästechnik die Haltestege abgetrennt und verschliffen werden müssen – die Stützstrukturen entfernt. Manche Dienstleister lassen ihren Kunden die Wahl, ob die Bauteile mit lediglich abgebrochenen Supports oder bereits zusätzlich manuell verschliffen geliefert werden sollen. Wir nutzen letztere Variante: Rund drei Tage nach Übermittlung unserer Konstruktionsdatei erhalten wir die Arbeit beschliffen, gummiert und poliert zur Weiterverarbeitung zurück; die Oberfläche ist meistens sehr glatt und gleichmäßig, die Passung oft perfekt.

Laut unserer Erfahrung sind durch das Laserschmelzen gewonnene Modellgüsse allerdings nicht ganz so federnd und neigen eher zum Brechen als die durch die konventionelle Gusstechnik hergestellten. Dem müssen wir folglich konstruktiv entgegenwirken. Trotzdem kann schon jetzt eine deutliche positive Entwicklung verzeichnet werden, mit der Tendenz, dass der Unterschied bald kaum noch festzustellen ist. Ein definitiver Nachteil liegt in der langen Wartezeit bis zum Eintreffen des Objekts im Labor. Was weiter den Zeitfaktor angeht, ist für uns der geringe Nachbearbeitungsbedarf von Vorteil und der also entsprechend geringe Zeitanfall.

Ob Gusstechnik oder Laserschmelzen: Die Fertigstellung der Prothese erfolgt dann wieder auf traditionellem Wege.

Mein Fazit

Beide vorgestellten Verfahren haben sicherlich ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Von grundsätzlich besser oder schlechter kann nicht gesprochen werden. Die klassische konventionelle Herstellung von Modellgussarbeiten gibt nach wie vor das Basiswissen für Zahntechniker vor. Aber ein Wandel ist zu spüren, denn die CAD/CAM-Technologie ist eindeutig unsere Zukunft, wie auch ich sie erfahre. Meiner Meinung nach ist es immer noch sinnvoll, beide Fertigungswege zu erlernen – danach kann jeder individuell entscheiden, welchen Weg er bevorzugt. In jedem Fall gilt: Aller Anfang ist schwer, Erfahrung bringt die nötige Routine und ohne solides Fachwissen ist – auch bei noch so vielfältigen technischen Möglichkeiten – eine sinnvolle und ästhetische Arbeit niemals möglich. Mir selbst hat es viel Spaß gemacht, in die Weiten der digitalen Zahntechnik vorzudringen, und ich bin überzeugt davon, dass die computergestützte Konstruktion und Fertigung von Prothesengerüsten die konventionelle Technik irgendwann komplett ablösen wird. Meine Empfehlung lautet deshalb: Immer offen sein für Neues, das Beste herausfiltern und mit dem bestehenden Wissensschatz verbinden.

* Siehe auch: Wegerle M. Der Weg zum Ziel – meine Teilnahme am Gysi-Wettbewerb für Azubis. Zahntech Mag 23, 6:430–437; abrufbar unter www.ztm-aktuell.de/wegerle

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Michelle Wegerle


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