DE19901777B4

DE19901777B4 - Verfahren zur Herstellung endodontischer Instrumente mittels Lasereinsatz

Info

Publication number: DE19901777B4
Application number: DE19901777A
Authority: DE
Inventors: Ingo Wagner
Original assignee: 3M Espe AG
Current assignee: 3M Deutschland GmbH
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: DE19901777A1

Abstract

Verfahren zur Bearbeitung und Fertigung endodontischer Instrumente, deren Werkstoff eine superelastische Nickel-Titan-Legierung ist, und in die eine Wendelnut einbringen ist, dadurch gekennzeichnet,
– dass zur Formgebung ein Laserstrahl-Formabtragverfahren eingesetzt wird, wobei der zu entfernende Tei des Werkstoffs verdampft wird, und
– dass das zur Formgebung verwendete Laserstrahl-Formabtragverfahren die Nut sekantenförmig abträgt.

Description

Anwendungsgebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen endodontischer Instrumente mittels Einsatz von Laserstrahlen.
Bei einer dentalen Wurzelkanalbehandlung werden zur Aufbereitung des erkrankten Wurzelkanals diverse Instrumente, z.B. kleine Räumer, Bohrer und Feilen, in unterschiedlichsten geometrischen Formen und Ausführungen eingesetzt.
Stand der Technik:
Die Herstellung dieser Instrumente ist relativ komplex und derzeit nur durch aufwendige spanabhebende Verfahren möglich. Es wird versucht über Drehen und Schleifen mit speziell definierten Parametern zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Eine besonders für den dentalen Gebrauch der Instrumente geeignete Metallegierung aus Nickel- und Titananteilen findet als Werkstoff hierfür immer breitere Verwendung. Dem Vorteil der leichteren Anwendung durch den Zahnarzt stehen hier bei spanabhebenden Fertigungsverfahren aufgrund der speziellen Werkstoffeigenschaften besonders große Schwierigkeiten gegenüber. Teilweise ist eine wirtschaftliche Bearbeitung aus zeitlichen und technischen Gründen nur schwer möglich. Auch ist die Qualität der Instrumente durch den Eintrag von Mikrorissen während der Bearbeitung sowohl hinsichtlich der Exaktheit der Schneidkanten und damit der Schärfe als auch der Lebensdauer und Schneidleistung vermindert. Diese Mikrorisse werden durch die Superelastizität und damit verbundene schlechte Spanbarkeit dieser Nickel-Titan-Legierungen verursacht.

Aus der EP 0 856 296 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zahnbohrern aus einer Nickel-Titan-Legierung bekannt, wobei ein zylindrischer Rohling vor einer rotierenden Diamantschleifscheibe bewegt wird und die Zuführungsgeschwindigkeit und die Materialabtragsgeschwindigkeit genau festgelegt sind.

Aus der zeitlich davor liegenden DE 195 10 962 C2 ist ein Gerät für die medizinische Endoskopie bekannt, bei der eine Zugstange aus einer superelastischen Legierung vorgesehen ist und am Ende der Zugstange Kupplungsstellen in Form von Gewindegängen ausgebildet sind. Die Gewindegänge werden durch einen auf die Oberfläche der Zugstange gerichteten fokussierten Laserstrahl hergestellt, der eine kurzfristige Materialverdampfung bewirkt. Der Laserstrahl ist dabei radial auf die Oberfläche der Zugstange gerichtet. Neben der Zugstange, die Teil der Bewegungssteuerung eines Scherengriffs ist, ist als weiteres Werkstück das Rohr einer Endoskopoptik mit einer Länge von 40 cm und einem Außendurchmesser von 3 mm genannt.

Aus der DE-OS 29 37 918 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wendelnuten in der Oberfläche eines zylindrischen Werkstücks bekannt, wobei ein Laserstrahl sekantenartig auf die Oberfläche gerichtet wird. Es werden dabei in erster Linie Werkstücke aus Polyurethanschaum in Betracht gezogen. Als weitere Materialien sind Kunststoffe, Gummi und Holz genannt. Derartige Werkstücke haben üblicherweise Durchmesser im Bereich von einigen Zentimetern.

Die Bearbeitung von Metallen und Legierungen mittels Laser ist auf anderen Gebieten der Technik bekannt.

Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, endodontische Instrumente hoher Qualität in wirtschaftlicher Weise aus Nickel-Titan-Legierungen herzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Durch Laserstrahl-Formabtrag lassen sich in die Oberflächen der Instrumentenrohlinge kleine exakte Wendelnuten einbringen. Der Materialabtrag erfolgt durch ein Verdampfen sehr kleiner Werkstoffbereiche mittels eines hochfokussiertenl eines Laserstrahls Nd:YAG-Lasers oder CO2-Lasers. Der Abtrag wird durch ein linienartiges Abrastern längs der in der Rohlingsoberfläche herzustellenden Nut erreicht, wobei durch ein mehrmaliges Wiederholen des Vorganges der Abtrag bis zu der gewünschten Tiefe erfolgt. Der Laserstrahl ist dabei sekantial zum Rohling orientiert.

Die Wendelnut des Instruments wird durch ein über dem Kreisquerschnitt sekantenartiges schräges Ansetzen des Laserstrahls erzielt, wodurch jeweils das Volumen oberhalb der Sekante während der rotierenden Vorschubbewegung abgetragen wird.

Die geometrische Form und die Steigung der Wendelnut können durch einen rotierenden Vorschub beliebig gestaltet werden. Durch die Einstellung der Laserfokussierung läßt sich die Feinheit und die laterale Auflösung der gewünschten Strukturen beeinflussen. Vorzugsweise werden die Abtragsraten so niedrig eingestellt, daß der Werkstoff nicht wesentlich thermisch oder mechanisch belastet wird. Die Auswirkungen auf die Werkstoffeigenschaften der Instrumente sind damit vernachlässigbar, so daß die Superelastizität der Nickel-Titan-Legierungen keine Schwierigkeiten bereitet und die innere Struktur nicht durch Mikrorisse geschädigt wird. Vorzugsweise wird daher ein gepulster Nd:YAG- oder CO2-Lasers mit einer Leistung P_av = 10 W – 2 kW eingesetzt.

Da das verdampfende Material radial vom Rohling weg entweicht, ergeben sich in der Regel leicht konische Wände, wodurch die Formgebung halbrunder Materialabtransportnuten und die Ausbildung gleichmäßiger und exakter Schneidkanten unterstützt wird. Die Freiheit bezüglich der exakten Geometrie und die hohe Qualität durch das vollständige Vermeiden von mechanischen Spannungen sind die Vorteile des Laserverfahrens gegenüber Verfahren der mechanischen Feinbearbeitung bei der Herstellung von Wurzelkanalinstrumenten.

Ausführungsbeispiel:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer räumlichen Darstellung die Bearbeitung eines Rohlings mittels eines sekantial orientierten Laserstrahls;
2 die Anordnung von 1 in einer Ansicht radial zum Rohling und senkrecht zum Laserstrahl und
3 die Anordnung von 1 im Schnitt längs der Linie A-A von 2.
Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein stabförmiger Rohling 10 aus einer superelastischen Nickel-Titan-Legierung mittels eines Laserstrahls 12 bearbeitet, wobei eine Wendelnut 14 in der Oberfläche des Rohlings 10 hergestellt wird. Der Laserstrahl 12 ist unter einem Winkel α (2) zur Längsachse 16 des Rohlings 10 orientiert, wobei der Winkel α dem Steigungswinkel der Wendelnut 14 entspricht. Der Abstand des Laserstrahls 12 von der Längsachse 16 des Rohlings 10 ist etwas kleiner als der Radius des Rohlings 10.
Der Laserstrahl 12 wird zur Bearbeitung in Richtung des Pfeils 18 vorgeschoben, und gleichzeitig wird der Rohling 10 in Richtung des Pfeils 20 gedreht. Beide Bewegungen sind so aufeinander abgestimmt, daß sich eine der herzustellenden Wendelnut 14 entsprechende Schraubenbewegung des Rohlings 10 gegenüber dem Laserstrahl 12 ergibt. Der Laserstrahl 12 ist auf die Stelle des kleinsten Abstandes von der Längsachse 16 des Rohlings 10 fokussiert, und an dieser Stelle erfolgt durch Verdampfen der Materialabtrag. Die Bearbeitung des Rohlings 10 erfolgt in mehreren Durchgängen, wobei die Breite der Wendelnut 14 durch kleine Längsversetzungen des Laserstrahls 12 gegenüber dem Rohling 10 zwischen aufeinander folgenden Durchgängen gesteuert wird. Die Tiefe der Wendelnut 14 wird durch Verkleinern des Abstandes des Laserstrahls 12 von der Längsachse 16 des Rohlings 10 von Durchgang zu Durchgang gesteuert.

Claims

Verfahren zur Bearbeitung und Fertigung endodontischer Instrumente, deren Werkstoff eine superelastische Nickel-Titan-Legierung ist, und in die eine Wendelnut einbringen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass zur Formgebung ein Laserstrahl-Formabtragverfahren eingesetzt wird, wobei der zu entfernende Tei des Werkstoffs verdampft wird, und – dass das zur Formgebung verwendete Laserstrahl-Formabtragverfahren die Nut sekantenförmig abträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gepulster Nd:YAG- oder CO2-Laser mit P_av = 10 W – 2 kW eingesetzt wird.