DE19548655A1 - Mineralischer Modellwerkstoff auf der Basis von Gips für die optische Vermessung mit Infrarot-Laser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mineralischen Werkstoff auf der Basis von α- Gips, daß heißt α-Calciumsulfat-Halbhydrat zur handwerklichen Herstellung von individuellen Arbeitsmodellen, die sich mit Infrarot-Lasern derart räumlich vermessen lassen, daß mit Hilfe eines CAD-/CAM-Systems durch abtragende Fertigung Werkstücke hergestellt werden können, die entweder das Gipsmodell in verändertem Maßstab reproduzieren oder je nach Programmierung das Gipsmodell durch geometrisch zu ihm passende Bauteile komplettieren oder erweitern.

Es ist in der Fertigungstechnik in vielen Fällen üblich, aus niedrigschmelzenden Legierungen, aus polymerisierenden Kunststoffen, vorzugsweise aber aus Gips Modelle herzustellen, die dann als Arbeitsgrundlage für die weitere Fertigung dienen. Ein wichtiges Einsatzgebiet ist die Zahntechnik, wo über 95% aller Modelle aus α-Hartgips hergestellt werden. Solche Modelle können handwerklich sehr einfach aber arbeitsintensiv weiterverarbeitet werden. Es können ergänzende Teile, z. B. durch leicht manipulierbare Wachse oder Kunststoffe oder auch durch Galvanoplastik in das Modell eingefügt werden. Das Modell kann dann mit oder ohne solche Ergänzungsstücke ganz oder teilweise durch Abformung mit gummielastischen Hilfsstoffen reproduziert werden. Die Umsetzung der Modellgeometrie in andere Werkstoffe und/oder andere geometrische Dimensionen kann aber auch durch mechanisches Abtasten nach Art konventioneller Kopierfräs- oder -schleifverfahren erfolgen. Das optische Abtasten mit Lasergeräten ist ebenfalls möglich, stößt jedoch speziell bei α-Hartgips als dem wohl häufigsten Modellwerkstoff bei handelsüblichen Produkten auf erhebliche Schwierigkeiten.

Üblicherweise haben α-Hartgips-Typen folgende Zusammensetzung:

70-95% α-Calciumsulfat-Halbhydrat als Grundsubstanz
0-25% β-Calciumsulfat-Halbhydrat, Calciumsulfat-Dihydrat, Calciumsulfat- Anhydrid und Calciumoxid als herstellungs- oder roh­ stoffbedingte Verunreinigung
0-2% Calciumsulfat-Dihydrat als Keimbildner
0-30% Füllstoffe wie Kalk und Siliziumdioxid zur Senkung der Abbindeexpansion
0,5-2% wasserlösliche Salze wie Kaliumsulfat, Kalium-Natrium-Tartrat und Natriumcitrat als Stellmittel zur Beeinflussung der Abbindege­ schwindigkeit sowie Senkung des Wasser-Gips-Wertes und der Abbindeexpansion
0,2-3% organische Bestandteile wie vor allem Melaminharze zur Beein­ flussung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere Verringerung der Sprödigkeit und Glättung der Oberfläche
0-1% anorganische und/oder organische Farbstoffe zur farblichen Kennzeichnung verschiedener Produktionsvarianten bzw. auch zur Erhöhung des Kontrastes, wenn z. B. auf dem Gipsmodell mit farbigen Wachsen oder Kunststoffen gearbeitet werden soll.

Hartgipse dieser Zusammensetzung sind zur optischen Abtastung und Vermessung speziell dann ungeeignet, wenn mit Infrarot-Lasern z. B. bei 820 nm gearbeitet wird. Die Gipsmodelloberfläche reagiert nicht wie notwendig gemäß dem Lambertschen Gesetz, sondern erzeugt äußerst störende Lichtreflexe. Außerdem reflektiert die Oberfläche je nach Wellenlängenbereich teilweise weniger als zwanzig Prozent des eingestrahlten Infrarotlichtes.

Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gipszusammensetzung zu finden, die speziell im nahen Infrarotbereich mehr als 50% des eingestrahlten Lichtes reflektiert, ohne dabei störende Lichtreflexe zu erzeugen. Dabei war zu berücksichtigen, daß die übrigen Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften des Gipses nicht beeinträchtigt werden durften. Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Gips in hoher Konzentration eine Kombination von anorganischen Pigmenten zugesetzt wurde, deren Reflexionsmaximum im nahen Infrarotbereich zwischen 800 und 1800 nm über 50%, im Durchschnitt sogar mehr als 60% beträgt. Die Bildung störender Lichtreflexe konnte dadurch beseitigt werden, daß als anorganische Pigmente speziell solche verwendet wurden, deren Berechnungsindexe mindestens 2,5 beträgt und damit deutlich über Gips mit 1,56 liegt.

Derartige Gipsprodukte haben folgende Zusammensetzungen:

85-95% α-Calciumsulfat-Halbhydrat als Grundsubstanz
0,5-2% Calciumsulfat-Dihydrat
0,5-2% wasserlösliche Salze wie Kaliumsulfat, Kalium-Natrium-Tartrat, Natriumcitrat
0,2-2% organische Bestandteile wie Melaminharz
2-10% anorganische Pigmente wie Titandioxid, Chrom-III-Oxid, α-Eisen-III-Oxid.

Besonders bewährt haben sich folgende Zusammensetzungen:

90-95% α-Calciumsulfat-Halbhydrat
0,5-1,5% Calciumsulfat-Dihydrat
0,5-1,0% Kaliumsulfat
0,2-0,5% Kalium-Natrium-Tartrat
0,05-0,1% Natriumcitrat
0,2-1% Melaminharz
2-3% Titandioxid
0,5-1,5% Chrom-III, Oxid
0,5-1% α-Eisen-III, Oxid.

Dieser Werkstoff besitzt nur noch eine Abbindeexpansion von weniger als 0,1%, eine Vickershärte von etwa 30HV10. Er reflektiert im nahen Infrarotbereich zwischen 800 und 1800 nm mehr als 60% des einfallenden Infrarotlichtes und erzeugt trotz glatter Oberfläche speziell in diesem Spektralbereich keine die optische Vermessung störenden Lichtreflexe mehr.

Claims (2)

1. Mineralischer Modellwerkstoff auf der Basis von α- Calciumsulfat-Halbhydrat mit lichtreflexfreier Oberfläche und mehr als 50% Reflexion im Bereich zwischen 800 und 1800 nm zur optischen Vermessung und Abtastung der Modelle mittels Infrarot-Laser, dadurch gekennzeichnet,
daß er sich zusammensetzt aus: 70-95% α-Calciumsulfat-Halbhydrat
0-20% rohstoffbedingter Beimengen wie β-Calcium-Sulfat-Halbhydrat, Calciumsulfat-Anhydrid und Calciumoxid
0,5-2% wasserlösliche Salze wie Kaliumsulfat, Kalium-Natrium-Tartrat, Natriumcitrat
0,5-2% Calciumsulfat-Dihydrat
0-30% Füllstoffe wie Calciumcarbonat oder Siliziumdioxid
0,2-3% organische Bestandteile wie Melaminharze
2-10% anorganische Pigmente mit einem Brechungsindex von mindestens 2,5 wie Titandioxid, Chrom-III-oxid, α-Eisen-III-oxid.

2. Mineralischer Modellwerkstoff nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß er sich zusammensetzt aus: 90-95% α-Calciumsulfat-Halbhydrat
0,5-1,5% Calciumsulfat-Dihydrat
0,5-1,0% Kaliumsulfat
0,2-0,5% Kalium-Natrium-Tartrat
0,05-0,1% Natriumcitrat
0,2-1,0% Melaminharz
2,0-3,0% Titandioxid
0,5-1,5% Chrom-III-Oxid
0,5-1,0% α-Eisen-III-Oxid