DE10065971A1

DE10065971A1 - Process for the production of ceramic dentures and then high-strength ceramic dentures

Info

Publication number: DE10065971A1
Application number: DE10065971A
Authority: DE
Inventors: Volker Herold; Martina Johannes; Ralph Gunnar Luthardt; Olaf Sandkuhl
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Keramische Technologien und Systeme IKTS
Current assignee: Cenovation 07629 Hermsdorf De GmbH
Priority date: 2000-11-25
Filing date: 2000-11-25
Publication date: 2002-06-06

Abstract

Production of a ceramic dental prosthesis comprises obtaining data about restorations such as inlays, onlays, partial crowns, bridges and implants by optical and/or mechanical digitization of tooth stumps and/or teeth of one jaw or both jaws using CAD construction of the restorations. Preferred Features: An outer mold is produced in place of CAD construction using a conventional dental technical process with subsequent digitization and processing. A reproduction is produced by slip casting. A high strength ceramic is used to produce the prosthesis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischen Zahnersatzes, wie beispielsweise Inlays, Onlays, Teilkronen, Kronen, Brücken und Implantat- Suprastrukturen, sowie einen danach hergestellten hochfesten Zahnersatz. Ke ramik ist als Material für Zahnersatz aller Art wegen ihres Aussehens und ihrer Festigkeit, welche den Eigenschaften natürlicher Zähne nahekommen, in ver schiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei richtiger Wahl des Werkstoffes ist Keramik zugleich physiologisch unbedenklich. Dabei ist weniger das Material an sich als vielmehr die erforderliche genaue End-Formgebung ein beträchtlicher Kostenfaktor, wobei die gewünschte hohe Festigkeit des Zahnersatzes und eine Finish-Bearbeitbarkeit desselben im Zustand gebrannter Keramik einander zuwi derlaufen.The invention relates to a method for producing ceramic dentures, such as inlays, onlays, partial crowns, crowns, bridges and implant Suprastructures, as well as a high-strength denture manufactured afterwards. Ke ramik is a material for dentures of all kinds because of their appearance and their Strength that approximates the properties of natural teeth, in ver different embodiments known. With the right choice of material Ceramics are also physiologically harmless. The material is less on rather than the required precise final shaping a considerable Cost factor, the desired high strength of the dentures and a Finish machinability of the same in the state of fired ceramics derlaufen.

Es ist auch allgemein bekannt, Zahnersatz aus speziellen Metall-Legierungen zu gießen, wobei beispielsweise die einem Zahnstumpf entsprechende Innenform über einen Abdruck gewonnen wird. Diese Verfahrensweise ist auf gießbare Me tall-Legierungen beschränkt.It is also well known to make dentures out of special metal alloys pour, for example the inner shape corresponding to a tooth stump is obtained via an imprint. This procedure is based on pourable Me tall alloys limited.

Weiter ist es bekannt, ein zuvor gefertigtes Modell des Zahnersatzes zu kopieren, indem ein Taststift auf dem Modell entlanggeführt wird, durch welchen synchron zu dessen Bewegung eine Schleifscheibe bzw. ein Schleifkörper zur Bearbeitung eines Zahnersatzrohlings geführt wird (EP 0 267 227 B2). Prinzipiell sind dadurch Werkstoffe mit nahezu beliebiger Härte und Festigkeit, wie beispielsweise auch Keramik bearbeitbar. Dies erfordert jedoch einen sehr komplizierten Mechanis mus, und dennoch sind der Bearbeitung von feinen Details, insbesondere im Falle von Vertiefungen und von Hinterschneidungen, durch die endlichen Abmessungen der Schleifscheibe bzw. des Schleifkörpers Grenzen gesetzt.It is also known to copy a previously made model of the denture, by moving a stylus along the model, through which synchronously for its movement, a grinding wheel or a grinding wheel for processing a dental prosthesis blank is guided (EP 0 267 227 B2). In principle, are Materials with almost any hardness and strength, such as Ceramic workable. However, this requires a very complicated mechanism mus, and yet are processing fine details, especially in the case of indentations and of undercuts, due to the finite dimensions limits of the grinding wheel or the grinding wheel.

Ebenfalls bekannt sind CAD-CAM-Verfahren zum dreidimensionalen Fräsen hart gebrannten keramischen Vollmaterials zur Herstellung von Zahnersatz, bei denen zum Teil sogar patientenbezogene Informationen, wie Farbe, Material und Bißre gistrierung, in den Rechner eingegeben und am Bildschirm bearbeitet werden sowie aus in einer Datenbank enthaltenen "Kronenmodellen" am Bildschirm eine Auswahl und "Modellierung" erfolgt (Aufsatz von A. Schmidt, M. Walter, K. Böning "CAD/CAM/CIM-Systeme in der restaurativen Zahnmedizin", Quintessenz 49, 11, S. 1111-1122 (1998)). Wenn auch hier gegenüber dem zuvor besprochenen Stand der Technik eine größere Formenvielfalt und größere Detailtreue möglich sind, ohne daß zwingend Modelle angefertigt werden müssen, so verbleibt als Nachteil doch der hohe Aufwand für die Bearbeitung harter (gebrannter) Keramik.CAD-CAM methods for hard three-dimensional milling are also known fired ceramic solid material for the production of dentures in which sometimes even patient-related information such as color, material and bite registration, entered into the computer and edited on the screen as well as "crown models" contained in a database on the screen Selection and "modeling" takes place (essay by A. Schmidt, M. Walter, K. Böning "CAD / CAM / CIM systems in restorative dentistry", quintessence 49, 11, Pp. 1111-1122 (1998)). If here compared to the previously discussed State of the art a greater variety of shapes and greater detail possible are, without that models have to be made, remains as The disadvantage, however, is the high cost of processing hard (fired) ceramics.

Harte Zahnersatzrohlinge lassen sich auch durch Erosionsverfahren, wie Ultra schall- oder Elektro-Erosion in die endgültige gewünschte Form bringen, wobei zuvor die Bearbeitungswerkzeuge, wie Sonotroden bzw. Elektro-Erosions-Elektroden, aus Abdrücken bzw. von Modellen als genaues komplementäres Ab bild der gewünschten Form hergestellt werden. Das Verfahren der Elektro-Erosion ist prinzipiell auf elektrisch leitfähige Werkstoffe beschränkt, während die Ultra schall-Erosion diese Beschränkung nicht aufweist und ausdrücklich auch bei ke ramischen Werkstoffen angewandt wird. Durch eine Teilung entlang des soge nannten "Äquators" können sowohl die zervikale (dem Kiefer zugewandte) Seite als auch die okklusale bzw. die inzisale (der Mundhöhle zugewandte) Seite bear beitet werden (EP 0 645 195 A1). Eine Kombination beider Erosions-Prinzipien gestattet nach einer ausgeklügelten Verfahrensweise die paßgenaue Herstellung einer keramischen Zahnersatzes oder auch einer Metallkrone, wobei durch gal vanische Auftragung auf zuvor gefertigte Modelle sogar ein Satz von Schrupp-(Grob-) und Feinbearbeitungswerkzeugen herstellbar ist und bisherige Verfäl schungen der Paßgenauigkeit überwunden werden sollen (EP 0 614 344 B1). Der Verfahrensablauf wird danach differenziert, ob Keramik oder Metall bearbeitet werden soll, wobei die Anwendung der Funkenerosion ein Formwerkzeug in die sem Falle aus Graphit erfordert. Es bleiben als Nachteile dieser Verfahren die langen Bearbeitungszeiten und vor allem bei der Verfahrensweise nach der an zweiter Stelle genannten Veröffentlichung die Vielzahl verschiedener aufeinander folgender und aufeinander abzustimmender Verfahrensschritte.Hard denture blanks can also be eroded using processes such as Ultra Bring sound or electrical erosion to the final desired shape, where previously the processing tools, such as sonotrodes or electro-erosion electrodes, from impressions or from models as an exact complementary ab picture of the desired shape. The process of electrical erosion is principally limited to electrically conductive materials, while the Ultra Sound erosion does not have this limitation and expressly also for ke ramischen materials is applied. By dividing along the so-called called "equators" can be the cervical side (facing the jaw) as well as the occlusal or the incisal side (facing the oral cavity) be processed (EP 0 645 195 A1). A combination of both erosion principles allows a precisely fitting production according to a sophisticated procedure a ceramic denture or a metal crown, whereby by gal Vanic application to previously made models even a set of Roughing (rough) and finishing tools can be produced and previous falsification The accuracy of the fit should be overcome (EP 0 614 344 B1). The The process flow is differentiated according to whether ceramic or metal is processed should be, the application of spark erosion a mold in the case of graphite required. The disadvantages of these methods remain long processing times and especially the procedure according to the second mentioned publication the multitude of different one on top of the other following and coordinated process steps.

Zur Herstellung sogenannter Jacket-Kronen ist es bekannt, eine zuvor gefertigte, flexible Keramikfolie im plastischen Rohzustand isostatisch auf ein Gipsmodell der Innenform zu pressen, welches zuvor computergestützt entsprechend der Form des Zahnstumpfes unter Berücksichtigung eines Aufmaßes für die Sinterschwin dung der Keramik geformt wurde (EP 0 826 642 A1). Da die Folie in einer be stimmten Dicke hergestellt wird, welche bei der Umformung am Modell nur wenig verformt werden kann, ohne zu reißen, ist dieses Verfahren auf die Anfertigung von Kronengerüsten beschränkt und nicht auf andere Formen des Zahnersatzes übertragbar. Auf jeden Fall ist hierbei eine Nachbearbeitung erforderlich.For the production of so-called jacket crowns, it is known to use a previously manufactured flexible ceramic film in the plastic raw state isostatically on a plaster model of the Press the inner shape, which was previously computer-aided according to the shape of the tooth stump taking into account an allowance for the sintered swine the ceramic was formed (EP 0 826 642 A1). Since the film in a be certain thickness is produced, which is only a little when reshaping the model can be deformed without tearing, this process is based on the fabrication of crown frameworks and not to other forms of dentures transferable. In any case, post-processing is required.

Schließlich ist es bekannt, die zervikale Form eines auf eine oder mehrere vorbe reite Zahnstumpfflächen oder künstliche Halteteile aufzusetzenden Zahnersatzes, dessen okklusale Form mit aufgebranntem Dentalporzellan verblendet wird, durch Trockenpressen oder auch durch Schlickergießen auf einem Modell beispielswei se aus Gips herzustellen, welches zuvor mittels einer computergesteuerten Fräs maschine entsprechend einer dreidimensionalen Abtastung direkt im Munde oder an einem Abgußmodell unter der späteren Sinterschwindung und eines Spaltes für den Zement zu Befestigung hergestellt worden war (EP 0 580 565 B1 ent spricht DE 693 20 563 T2, WO 94/27 517 A1). Bezüglich der okklusalen Form des Zahnersatzes ist lediglich gesagt, daß die äußere Oberfläche des auf diese Weise hergestellten Kernes des Zahnersatzes eine Form "nahe der erwünschten Größe" haben soll, die Kauflächen nach diesem Verfahren also nicht direkt herstellbar sind, sondern einer Nachbearbeitung im gebrannten Zustand bedürfen. Dazu sind jedenfalls weitere Verfahrensschritte mit mindestens den gleichen Anforderungen an Paßgenauigkeit sowie an Aussehen und Detailtreue erforderlich, welche den Bearbeitungsaufwand insgesamt zumindest verdoppeln. Das Trockenpressen von Teilen aus Hochleistungskeramik weist den Nachteil ungleichmäßiger Verdichtung bei der Formgebung auf, wodurch nach dem Brennen bzw. Sintern Defekte in Gestalt eines teilweise porösen Gefüges zurückbleiben.Finally, it is known to preform the cervical shape on one or more riding tooth stump surfaces or artificial holding parts of dentures to be put on, whose occlusal shape is veneered with fired dental porcelain Dry pressing or slip casting on a model, for example se from gypsum, which previously by means of a computer-controlled milling machine according to a three-dimensional scan directly in the mouth or on a cast model under the later sintering shrinkage and a gap for cement for fastening had been made (EP 0 580 565 B1 ent speaks DE 693 20 563 T2, WO 94/27 517 A1). Regarding the occlusal form of the Dentures are only said to be the outer surface of this manufactured core of the denture a shape "close to the desired size" should have, so the occlusal surfaces can not be produced directly using this method are, but require post-processing in the fired state. To do this in any case, further procedural steps with at least the same requirements in accuracy of fit as well as in appearance and detail required, which the At least double the total processing effort. The dry pressing of Parts made of high-performance ceramics have the disadvantage of uneven compression in the shaping, causing defects in after firing or sintering Form of a partially porous structure.

Eine weitere bekannte, sehr komplizierte und materialaufwendige Verfahrenswei se zur Herstellung keramischen Zahnersatzes soll die eingangs geschilderte und insbesondere wegen des Werkzeugverschleißes problematische End-Formge bung im fertiggesinterten (harten) Zustand vermeiden und zugleich das Problem lösen, daß dünne Randbereiche des Zahnersatzes sich beim Sintern infolge der Sinterschrumpfung verziehen oder brüchig werden. Dazu werden die negative Außen- und Innenform des Zahnersatzes aus einem kaltverdichteten oder teil gesinterten Form-Rohling unter Berücksichtigung der Sinterschwindung heraus gearbeitet und aus den Bearbeitungsspänen oder einem gleichartigen Material der Zahnersatz in dieser, noch mit einem Trennmittel behandelten Form geformt und fertig gesintert wird (WO 96/29951 A2). Dabei kann auch auf die Herstellung eines Wachs- oder Kunststoffmodelles verzichtet werden, indem die Inlayaußenform sowie die Kavitätsform bzw. die Form des präparierten Zahnstumpfes für die computergestützte Herstellung der Form direkt durch Abtastung im Mund des Pa tienten erfaßt werden. Die Mängel dieser technischen Lösung liegen sicherlich nicht in der Qualität des solcherart hergestellten Zahnersatzes sondern in der lan gen Dauer der Herstellungsverfahrens sowie im dazu erforderlichen Aufwand.Another known, very complicated and material-consuming procedure For the manufacture of ceramic dentures, the above and problematic end mold especially due to tool wear Avoid exercise in the sintered (hard) state and at the same time the problem solve that thin edge areas of the dentures during sintering due to Warp sintering or become brittle. This will be the negative External and internal shape of the denture from a cold-compressed or part sintered form blank taking into account the sintering shrinkage worked and from the processing chips or a similar material Dentures in this shape, still treated with a release agent, and is completely sintered (WO 96/29951 A2). It can also be used to produce a Wax or plastic models can be dispensed with by the inlay outer shape as well as the cavity shape or the shape of the prepared tooth stump for the computer-aided production of the form directly by scanning in the mouth of the Pa patients are recorded. The deficiencies of this technical solution certainly lie not in the quality of the dentures produced in this way, but in the lan duration of the manufacturing process and the effort required.

Zahnersatz aus Aluminiumoxid, ggf. mit Zusatzstoffen, sowie aus Zirkonoxid ist unabhängig von einem bestimmten Herstellungsverfahren desselben bekannt (EP 0 826 642 A2).Dentures made of aluminum oxide, possibly with additives, as well as zirconium oxide regardless of a particular manufacturing process of the same (EP 0 826 642 A2).

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstel lung aller Arten von Zahnersatz aus Hochleistungskeramik zu schaffen, bei wel chem unter Vermeidung der Hartbearbeitung mit einem Minimum an Verfahrens schritten auch die weiteren oben genannten Nachteile des Standes der Technik behoben werden.The invention is therefore based on the object of a method of manufacture to create all types of dentures made of high-performance ceramics, at wel chem while avoiding hard machining with a minimum of process the other disadvantages of the prior art mentioned above also occurred be resolved.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention described in the claims solved.

Durch die Anwendung der Erfindung ist eine prinzipiell kostengünstigere Formge bung des Zahnersatzes möglich, indem die spanende Formgebung von der Hart bearbeitung der Keramik auf den wesentlich weicheren Werkstoff der Form zur Urformung, wie beispielsweise Gips, verlagert wird. Dabei ist zu bedenken, daß Zahnersatz mit dem Ziel der Rekonstruktion der okklusalen (Kau-)Flächen insbe sondere durch die vielfältige und komplexe Gestalt der Außenform gekennzeich net ist, während die bisher bereits CAD-gestützt hergestellte Innenform relativ einfach ist.Through the application of the invention, a mold is in principle less expensive Exercise of the dental prosthesis possible by cutting the shape of the hard Processing the ceramic on the much softer material of the form Original form, such as plaster, is shifted. It should be borne in mind that Dentures with the aim of reconstructing the occlusal (chewing) surfaces, in particular particularly characterized by the varied and complex shape of the outer shape is net, while the inner shape, which has already been produced using CAD, is relative is simple.

Der Zahnersatz wird unter Erhalt seiner werkstoffinhärenten Festigkeit ("as fired") realisiert.The denture is retained while maintaining its inherent strength ("as fired") realized.

Durch die Anwendung der Erfindung wird die Herstellung metallfreien Zahnersat zes, wie beispielsweise von Inlays, Onlays, Teilkronen, Kronen, Brücken und Im plantat-Suprastrukturen Kronen sowie von Brücken mit funktionellen Kauflächen möglich, welche ohne weitere Nachbearbeitung die ästhetischen und biologischen Anforderungen an die definitive prothetische Versorgung erfüllen.Through the application of the invention, the production of metal-free dentures zes, such as inlays, onlays, partial crowns, crowns, bridges and Im plantat superstructures crowns and bridges with functional occlusal surfaces possible, which the aesthetic and biological without further processing Fulfill requirements for the definitive prosthetic restoration.

Die Kette der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ermöglicht eine kostenmäßi ge Optimierung durch eine Aufteilung in solche Verfahrensschritte, die zentral und solche, die dezentral durchzuführen sind. Für mehrere Auftraggeber tätige CAD- CAM-Dienstleister bzw. spezialisierte Zahntechniker kooperieren beispielsweise in der folgenden günstigen aber naturgemäß nicht zwingend vorgeschriebenen Aufgliederung der Arbeitsgänge:
The chain of process steps according to the invention enables a cost-optimized optimization by dividing them into process steps that are central and those that are to be carried out decentrally. CAD-CAM service providers or specialized dental technicians working for several clients cooperate, for example, in the following inexpensive but naturally not mandatory breakdown of the work steps:

- Conventional decentralized dental treatment with preparation.
- Impression and production of precision models and their optical digitali or intraoral digitalization.
- Central calculation of the geometric shape of the mold for slip casting taking into account the simulated shrinkage behavior.
- Central creation of the CNC program for processing the individual Mold for slip casting and manufacture of the same.
- Central casting and sintering of the dentures.
- If necessary, decentralized aesthetic individualization of the denture.

Die beigefügte Zeichnung zeigt diese Verfahrensweise in beispielhafter Weise und spricht weitgehend für sich selbst.The attached drawing shows this procedure in an exemplary manner and speaks largely for itself.

Die Erfindung wird weiterhin an Hand von zwei Ausführungsbeispielen bezüglich des Materials weiter erläutert:The invention is further based on two exemplary embodiments of the material further explained:

Embodiment 1

500 g Aluminiumoxid mit einer Korngröße von d₅₀ = 0,2 µm werden zusammen mit 0,05 Masse% Magnesiumcarbonat, 1,5 Masse% eines zur Bereitung von Gieß schlickern bekannten Verflüssigers sowie Wasser in eine Trommelmühle gege ben. Das Masseverhältnis von Mahlgut : Mahlkörpern beträgt 1 : 6. Nach einer Mahldauer von 24 Stunden wird der Schlicker entnommen. Sein Feststoffgehalt beträgt 71,0 Masse%. Dieser Schlicker wird zur Herstellung einer Krone in die nach dem Schema der Abbildung hergestellte Gießform gefüllt. Nach einer Stand zeit von etwa 30 Minuten wird die Krone entformt und nach entsprechender Trocknung mit einer Haltezeit von 2 Stunden bei 1350°C gebrannt. 500 g of aluminum oxide with a grain size of d ₅₀ = 0.2 μm are placed in a drum mill together with 0.05% by mass of magnesium carbonate, 1.5% by mass of a liquefier known for the preparation of casting slip and water. The mass ratio of regrind: grinding media is 1: 6. After a milling time of 24 hours, the slip is removed. Its solids content is 71.0% by mass. To make a crown, this slip is filled into the casting mold made according to the diagram in the figure. After a standing time of about 30 minutes, the crown is removed from the mold and, after appropriate drying, fired at 1350 ° C with a holding time of 2 hours.

Embodiment 2

500 eines Versatzes aus 80 Masse% Aluminiumoxid und 20 Masse% teilstabili siertem Zirkonoxid mit einer Korngröße von d₅₀ = 0,3 µm werden analog Ausfüh rungsbeispiel 1 verarbeitet, dem einzigen Unterschied, daß die Sinterung bei 1400°C erfolgt.500 of a mixture of 80% by mass of aluminum oxide and 20% by mass of partially stabilized zirconium oxide with a grain size of d ₅₀ = 0.3 μm are processed analogously to exemplary embodiment 1, the only difference being that the sintering takes place at 1400 ° C.

Claims

1. A method for producing ceramic dentures, characterized in that restorations, such as inlays, onlays, partial crowns, crowns, bridges and implant superstructures, based on data, preferably obtained by optical and / or mechanical digitization of tooth stumps and / or teeth of a jaw or both jaws intraorally or of jaw models or partial models of a jaw or both jaws are made extraorally with subsequent CAD construction of the above-mentioned restorations in such a way that an outer shape facing the oral cavity le during the original shaping of the dentures made of the same high-strength ceramic throughout their final shape is made taking into account the sintering shrinkage.

2. The method according to claim 1, characterized in that the outer shape instead of le CAD design according to conventional dental technology position with subsequent digitization and subsequent computer-controlled Machining is made.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a reproduction of physiological, na door occlusal surfaces with a corresponding fisure depth.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer shape is reduced by the proportion of veneering ceramics.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the high-strength ceramic using dopants in the ppm range with the aim of simulation the coloring of the natural tooth is colored differently.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a high-strength ceramic with transparent properties is used.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the dentures during the primary shaping also the jaws or the tooth stump used, as a rule the final internal shape obtained from an impression Consideration of the layer thickness of dental fastening materials becomes.

8. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the shaping the inner shape is machined, for example by eroding or machining, for example by grinding or milling on the green body, brown body or in the whole tert state.

9. The method according to any one of the previous claims except claim 3 and by the dependent claims, characterized in that the original formation by ke Ram injection molding takes place.

10. High-strength ceramic dentures, which is made according to claim 1 to 9, characterized in that the high-strength ceramic consists essentially of Al ₂ O ₃ (≧ 99.9 ma%) and the average grain size in the structure is ≦ 2 microns.

11. High-strength ceramic dentures, which is produced according to claim 1 to 9, characterized in that the high-strength ceramic consists of a dispersion ceramic consisting of ≦ 80 ma% Al ₂ O ₃ and ≧ 20 ma% partially stabilized ZrO ₂ and the average grain size in the structure ≦ is 1 µm.

12. High-strength ceramic dentures, which is made according to claim 1 to 9, characterized in that the high-strength ceramic is made of partially stabilized ZrO ₂ and the average grain size in the structure is üge 1 µm.

13. High-strength ceramic dentures according to one of the previous claims, characterized in that it is a ceramic gradient material with contains suitable optical and / or mechanical properties or from this consists.

14. High-strength ceramic dentures according to claim 1 to 12, characterized records that he with a multilayer ceramic gradient material contains suitable optical and / or mechanical properties or from this consists.