DE69002965T2

DE69002965T2 - Verfahren zur Herstellung einer keramischen Einheit.

Info

Publication number: DE69002965T2
Application number: DE90850070T
Authority: DE
Inventors: Matts Andersson
Original assignee: Nobelpharma AB
Current assignee: Nobel Biocare AB
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2010-02-17
Also published as: CA2010595C; JP3130028B2; CA2010595A1; ES2043346T3; EP0384908B1; JPH02265544A; SE8900620L; SE463800B; ATE93706T1; DK0384908T3; SE8900620D0; EP0384908A2; EP0384908A3; DE69002965D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Einheit, welche aus kerainischem Material besteht und ausgeformt ist, verlorene Substanz oder Gewebe in einem menschlichen Körper zu ersetzen. Das Verfahren beruht auf der Übertragung der äußeren Form von einem Vorbereitungsmodell auf ein Werkzeug.

Stand der Technik

Verschiedene Verfahren sind bereits bekannt zur Ersetzung verlorener Substanz, z.B. Zahnsubstanz oder Gewebe, durch eine Einheit aus keramischem Material. In diesem Zusammenhang kann die Ersetzung vollständig sein, in der sogenannten Kronenbehandlung, oder teilweise, in der sogenannten Füllungsbehandlung. Keramisches Material wird aus vielen Gründen vorgezogen. Unter anderem hat es einen hohen bioligischen Verträglichkeitsgrad und bietet die Möglichkeit einer natürlichen Nachbildung der Farbe, des Glanzes und der Erscheinung. Darüber hinaus hat es eine sehr große Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Einwirkungfaktoren.

Beschreibung der Erfindung

Technisches Problem

Die keramischen Einheiten (Artikel), die derzeit auf diesem Gebiet erhältlich sind, haben den großen Nachteil, daß sie nicht hinreichend hart sind, sondern während des Betriebs brechen. Biegungswiderstand hat sich insbesondere als schwer erfüllbar erwiesen. Zusätzlich beruhen die Verfahren, nach denen die Einheit hergestellt wird, im wesentlichen auf Handarbeit, was großes handwerkliches Geschick verlangt. Die keramischen Einheiten müssen in den meisten Fällen mit großer Genauigkeit gefertigt werden, z.B. mit einer Toleranz von 0,01 mm oder weniger.
Es ist bekannt, siehe EP-A-0 107 476, ein keramisches Knochentransplantat oder dgl. in einer Gußform mit einem Formhohlraum, der ähnlich ist zu dem Teil des Knochens, welches das Transplantat ersetzen soll, herzustellen.
Es ist jedoch nicht offenbart, wie eine keramische Einheit mit einer Außenform, die der Außenform der verlorenen Substanz mit großer Genauigkeit entspricht, wie Zahnkronen oder dgl., herzustellen ist.

Lösung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Einheit zu schaffen, wobei das Verfahren eines oder mehrere der erwähnten Probleme löst. Die Merkmale, welche hauptsächlich als wesentlich für die Erfindung betrachtet werden können, bestehen darin, daß sowohl das Vorbereitungsmodell als auch der Rohling, aus dem ein Werkzeugteil hergestellt wird, in einer Werkzeugmaschine angeordnet werden, die ein Fühlelement aufweist zur Messung der Außenkontur des Modells und zur Übertragung der Außenform in linearer Vergrößerung auf den Rohling, daß ein Werkzeugteil in der Kopiermaschine aus dem Rohling gebildet wird, wobei das Werkzeugteil eine Außenkontur hat, die der linear vergrößerten Kontur entspricht, und daß ein keramisches Ausgangsmaterial in die linear vergrößerte Kontur eingebracht und in ihr verdichtet wird. Die so hergestellte Einheit wird dann entfernt und einem oder mehreren Sintervorgängen unterzogen, wobei lineares Schrumpfen erfolgt, bis die Außenform, welche durch das Werkzeugteil bestimmt ist, im wesentlichen dieselbe Größe wie die Modellaußenform hat. In einer Ausführungsform wird ein Formhohlraum mit dem Werkzeugteil gebildet. Das Ausgangsmaterial wird in den Hohlraum eingebracht und unterliegt dort einer Kompressionskraft.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei verschiedene Sinterstufen benutzt, ein Vorsinterung und eine Endsinterung. Nach dem Vorsintern wird dem Artikel die gewünschte Außenform durch maschinelle Bearbeitung verliehen, z.B. durch Schleifen. Nach dem Endsintern wird der Artikel individualisiert, z.B. durch Anbringen von Prozellan auf den Artikel und Brennen zur gewünschten Außenform und Farbe.
In einer vorgeschlagenen Ausführungsform wird die jeweilige Kontur zwischen 16 und 25%, vorzugsweise 20%, vergrößert und mittels des Sintervorgangs wird der Artikel um einen entsprechenden Prozentsatz geschrumpft. Das keramische Material, welches in den Formhohlraum eingeführt wird, wird isostatisch oder automatisch mit einer hohen Druckkraft, z.B. etwa 2000 MPa (ca. 200 kp/mm²) gepreßt. Das Vorsintern wird bei einer Temperatur von 800-1300ºC durchgeftihrt, während das Endsintern bei einer Temperatur von 1100-1600ºC durchgeführt wird.

Vorteile

Die obigen Vorschläge schaffen ein Verfahren, welches eine wirtschaftliche Herstellung von individuell geformten, vollständig keramischen Einheiten/Artikeln mit deutlich höheren Härteeigenschaften, insbesondere höheren Biegungswiderstandeigenschaften als heutige keramische Einheiten/Artikel erlaubt. Um ein Beispiel zu geben, die neuen Artikel überstehen Zugbelastungen einer Größenordnung, die drei- bis viermal größer ist, als die, die mit heutigen Artikeln und Verfahren erreichbar sind.
Das neue Verfahren macht es möglich, in einer wirtschaftlichen Art individuelle keramische Einheiten zur Befestigung an einer vorbereiteten Unterlage herzustellen. Durch lineares Vergrößern des Modells oder der vorbereiteten Unterlage und in dem man die vergrößerte Kopie (Werkzeug/Werkzeugteil) als Ausgangsmodell für eine nachfolgende Herstellung verwendet, ist es möglich, ein vollständiges oder sehr langes Sintern der keramischen Einheit zu erreichen, was die erwähnten verbesserten Biegungswiderstandseigenschaften schafft. Dies war bis heute nicht möglich.

Beschreibung der Zeichnungen

Eine vorgeschlagene Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer keramischen Einheit wird im weiteren unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigt:
Fig. 1 eine senkrechte Ansicht eines benutzten Modells in Bezug zur linearen Vergrößerung, welche auf ein Preßwerkzeugteil zu übertragen ist;
Fig. 2 in einem senkrechten Schnitt Teile des Preßwerkzeuges, mit einerseits dem Preßwerkzeugteil mit der vergrößerten Außenform und andererseits einem Formhohlraum, der durch das Preßwerkzeugteil definiert ist;
Fig. 3 in einem vertikalen Schnitt und im Prinzip den Sintervorgang für die keramische Einheit;
Fig. 4 in einem vertikalen Schnitt die Bearbeitung der Außenkontur einer Einheit, hergestellt und vergrößert in dem Preßwerkzeug zeigt, und
Fig. 5 einen horizontalen Abschnitt der Kopiermaschine, mit der die Form/Außenform des Modells linear vergrößert aus das Preßwerkzeugteil übertragen werden kann, zeigt.

Bevorzugte Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein Ausgangsmodell (Vorbereitungsmodell) 1 mit einer Kontur 2 (z.B. eine äußere Form), an welche die herzustellende Einheit mit großer Genauigkeit, z.B. 0,01 mm oder weniger, angepaßt werden soll. Der Massenschwerpunkt des Artikels wird mit 3 bezeichnet, und ein vorgegebener Abstand von der Kontur 2 ist mit a bezeichnet. Die lineare Vergrößerung f, die auf die Modellknotur 2 erfindungsgemäß angewendet werden muß, bedeutet, daß der Abstand b, der den Abstand a im vergrößerten Zustand zugeordnet ist, einen Wert nach der Gleichung
b = a f
haben wird, wobei f der Vergrößerungsfaktor ist.
Diese Vergrößerungsbeziehung gilt für alle Abstände zwischen dem Massenschwerpunkt 3 und der Außenform 2.
Im Einklang mit dem weiter unten ausgeführten wird die linear vergrößerte Kontur 2' auf ein Preßwerkzeugteil 4 übertragen, welches einen Formhohlraum 5 in einem Preßwerkzeug 6 definiert. Keramisches Ausgangsmaterial, z.B. Aluminiumoxid, wird in den Hohlraum eingebracht und mit hohem Druck, z.B. 2000 MPa, zusammengepreßt. Preßverfahren an sich bekannter Art können in diesem Fall benutzt werden, z.B. isostatisches Pressen oder automatisches Pressen. Alternativ dazu kann Gleitgießen, Druckgießen, Spritzgießen oder ein anderes Verdichtungsverfahren benutzt werden.
Die so hergestellte Einheit 7 wird aus dem Werkzeug herausgenommen oder entfernt und in einem Ofen 8 bei etwa 800-1300ºC vorgesintert. Der Artikel 7 wird dann zur gewünschten Außenform bearbeitet. Die Bearbeitung kann mit der Hand, z.B. mit einer Schleifmaschine 9 oder einer anderen Bearbeitungsvorrichtung (z.B. Laser) durchgeführt werden. Nach dem Bearbeiten wird eine Endsinterung in einem Ofen 8 bei einer Temperatur von 1100-1600ºC durchgeführt. Das Sinterverfahren/die Sinterverfahren ist/sind an sich bekannt und ist/sind von der Art, bei welcher das Schrumpfen der Einheit genau gesteuert wird, so daß eine Abmessung erreicht wird, bei der die äußere Kontur 2" mit einem hohen Grad an Genauigkeit zur Größe und Form der Kontur 2 des Modells 1 paßt. Nach Überprüfen kann die Einheit/Haube/Kappe durch Einbrennen gewöhnlichen Porzellans (Zahnporzellan) in einer bekannten Art individualisiert werden, um die richtige äußere Form und richtige Farbe zu erhalten.
Fig. 3 zeigt den vergrößerten Abstand b zwischen dem Massenschwerpunkt 3' und dem relevanten Punkt auf der inneren Oberfläche der Einheit 7. In Fig. 4 wird der geschrumpfte Abstand a zwischen dem Massenschwerpunkt 3" und dem relevanten Punkt auf der inneren Wand wie folgt erhalten:
a = b (1 - α)
wobei a der Schrumpfungsfaktor ist.
Die Herstellung des Werkzeugteils mit gleichzeitiger Übertragung der Modellaußenform 2 auf einen linear vergrößerten Zustand 2' kann erreicht werden durch Benutzen einer abgeänderten Ausführungsform der Kopiermaschine nach dem schwedischen Patent 8601870-2. Die abgeänderten Teile der Maschine ergeben sich aus Fig. 5. In der bekannten Maschine ist ein Paar von ersten und zweiten Einheiten, 10 bzw. 11 drehbar angebracht in einem Gehäuse angeordnet, welches beweglich in der Längsrichtung der Einheiten angeordnet ist. Die erste Einheit 10 trägt das Modell 1, und die zweite Einheit 11 trägt in entsprechender Weise den Rohling (nicht gezeigt in Fig. 5), aus welchem das Werkzeugteil 4 (siehe Fig. 2) hergestellt werden soll. Die Kopiermaschine enthält ebenfalls ein zweites Paar von Einheiten, die hier als dritte und vierte Einheit 13 und 14 bezeichnet werden. Die dritte Einheit besteht aus einer Detektiervorrichtung/einer Nadel 13a, welche die Außenform des Modells 12 abtastet. Die vierte Einheit trägt ein Schneidwerkzeug oder ein anderes Werkzeug zur Formung des an der Einheit 11 befestigten Rohlings.
Das erste und zweite Paar von Einheiten sind so konstruiert, daß sie in ihrer Längsrichtung longitudinal aufeinander und voneinander weg verschiebbar sind. In der bekannten Maschine sind diese Bewegungen, hier erste longitudinale Bewegungen genannt, gleich groß für die Einheiten in jedem Paar. Gemäß der vorliegenden Modifikation sollen die Einheiten in jedem Paar von Einheiten außerdem gegenseitig sein, so daß während des Kopierens die eine Einheit eine zweite Bewegung oder zusätzliche Bewegung zusätzlich zur ersten Bewegung durchführt. Diese zweite Bewegung oder zusätzliche Bewegung gibt die lineare Vergrößerung beim Kopieren. Die Einheiten 10, 11 in dem ersten Paar bewirken die Vergrößerung in der longitudinalen Richtung des Modells und die Einheiten 13, 14 in dem zweiten Paar führen zur Vergrößerung in der radialen Richtung des Modells. In dem Ausführungsbeispiel ist die Einheit 10 im Bezug zur Einheit 11 beweglich, und die Einheit 14 ist beweglich in Bezug auf die Einheit 13.
In dem gezeigten Fall, werden die zusätzlichen Bewegungen mittels eines ersten Verbindungsgestänges 15 für die Einheiten des ersten Paares und eines zweiten Verbindungsgestänges 16 für die Einheiten des zweiten Paares erreicht. Jedes Verbindungssystem ist so ausgebildet, daß das prozentuale Ausmaß der Vergrößerung in jedem Fall einstellbar ist.
Die erste Verbindung enthält Verbindungsarme 15a und 15b. Verbindungsarm 15a ist drehbar am Punkt 15c befestigt, und die Verbindungsarme sind in Bezug aufeinander am Punkt 15d drehbar befestigt. Der Verbindungsarm 15b erstreckt sich quer über die parallelen Einheiten 10, 11 zu einer Konsole 17, die der ersten longitudinalen Bewegung der Einheit 10 folgt. Die Bewegung der Konsole wird auf das Ende des Verbindungsarmes 15b übertragen, und der Verbindungsarm 15b seinerseits überträgt die Bewegung auf die Einheit 10, welche beweglich in Bezug zu der Einheit 11, in einer nicht speziell gezeigten Weise, befestigt ist. Die Übertragung zur Einheit 10 findet am Punkt 18 statt. Zwei Abstände A und B sind gezeigt. A ist identisch zu dem Abstand zwischen dem Stützpunkt 15d und einem Punkt 19, an welchem die Übertragung der Bewegung der Konsole auf den Verbindungsarm 15b stattfindet. B ist der Abstand zwischen dem Lagerpunkt 15b und dem Arbeitspunkt 18. Die zusätzliche Bewegung der Einheit 11 relativ zu der Einheit 10 wird durch das Verhältnis A/B bestimmt. Die Bewegung der Einheit 10 relativ zur Einheit 11 wird mittels des Kupplungsgestänges gebremst. Der Punkt 19 ist in Längsrichtung des Verbindungsarmes 15b so verschiebbar, daß eine Veränderung des Abstandes A erreicht werden kann.
Das zweite Verbindungsgestänge 16 enthält einen Verbindungsarm 20, der sich quer zu den parallelen Einheiten 13 und 14 erstreckt. Verbindungsarme 21 und 22 sind ebenfalls vorgesehen. Das Element 13a in der Einheit 13 ist longitudinal beweglich in dem Gehäuse der Einheit, wo es auf einen entsprechend longitudinal beweglichen Servokolben 13b wirkt. Letzterer trägt ein Stützteil 13c für die Einheit 14, welches ein Spindelgehäuse 14a, fest verbunden mit der Stütze 13c, enthält. Dieses Spindelgehäuse trägt eine Spindelmutter, die relativ zum Spindelgehäuse in der Drehrichtung fest ist, aber longitudinal relativ zum Spindelgehäuse beweglich ist. Eine Spindel 14b, die ein Werkzeug 14c trägt, ist drehbar in der Mutter gelagert, aber in Bezug auf die letztere gegen longitudinale Bewegungen festgelegt.
Den Lenkern 20, 21 und 22 sind Positionierungsschrauben oder Lagerpunkte 23, 24, 25, 27 und 28 zugeordnet. Schraube 25 ist im Lenker 21 gelagert aber fest an 13c verschraubt. Schraube 28 ist am Lenker 22 gelagert und fest mit Lenker 20 verschraubt. Die Schraube 28 kann an jeder gewählten Position in der Nut 30 im Lenker 20 festgeschraubt werden. Die Schraube 27 ist am Lenker 22 gelagert und ist fest mit einer Einheit 26 verschraubt, welche fest an die oben erwähnten Mutter geklammert ist. Die Bewegung vom Element 13a aus geschieht somit entlang des durch die Pfeile P gezeigten Weges.
Wenn sich 13c über eine bestimmte Strecke bewegt, bewegt sich der Punkt 24 ebenfalls. Der Lenker 20 bewegt sich dann um eine gewisse, definierte Winkelstrecke um das Lager 23. Der Punkt 28 bewegt sich dann um eine Strecke, die um C/D größer ist, als der Abstand um den sich 24 bewegt. Der Vergrößerungsfaktor fist somit C/D. Die Einstellung der Vergrößerung wird durch Festziehen der Schraube 28 in der gewählten Position erreicht.
Die zusätzliche Bewegung für jede Einheit in jedem Paar von Einheiten kann durchgeführt werden unter Benutzung von Elementen, die zusätzliche Bewegungen ausführen und andere sind, als die mechanisch arbeitenden Verbindungsgestänge, z.B. elektrische Motoren, hydraulische Zylinder, usw.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben als Beispiele gezeigten Ausführungsformen, sondern kann stattdessen Veränderungen im Rahmen der folgenden Patenansprüche unterzogen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Einheit (7) aus keramischem Material für den Ersatz von verlorener Substanz oder Gewebe im menschlichen Körper, bei dem die Kontur der Einheit von einem dazu verwendeten Ausgangsmodell (1), das die Kontur der herzustellenden Einheit (7) aufweist, übertragen wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, daß das Ausgangsmodell (3) und ein Rohling, aus dem ein Werkzeugteil (4) herzustellen ist, in eine Kopiermaschine eingesetzt werden, die ein Detektorelement (13a) zum Erfassen der Kontur (2) des Modells und zum Übertragen der Kontur (2) in linearer Vergrößerung (2') auf den Rohling aufweist, daß das Werkzeugteil (4) in der Kopiermaschine aus dem Rohling gefertigt wird, wobei das Werkzeugteil eine der linear vergrößerten Kontur (2') entsprechende Kontur aufweist, daß ein keramischer Werkstoff auf die linear vergrößerte Kontur (2') aufgebracht und verdichtet wird, und daß die auf diese Weise hergestellte Einheit (7) abgenommen und in einem oder mehreren Sintervorgängen behandelt wird, bei denen sie einer linearen Schrumpfung unterliegt, bis die von dem Werkzeugteil definierte Kontur (2") im wesentlichen die gleiche Größe wie die Modellkontur (2) hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formhohlraum (5) mittels des Werkzeugteils (4) mit der vergrößerten Kontur (2") gebildet wird und daß der keramische Werkstoff in den Formhohlraum eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entnehmen des Artikels aus dem Preßwerkzeugteil (4), aber vor dem nachstehend als Endsintern bezeichneten Sintervorgang, die Einheit vorgesintert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einheit nach dem Vorsintern eine gewünschte äußere Form, beispielsweise durch Schleifen von Hand, gegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Endsintern die Einheit individualisiert wird durch Aufbringen von Porzellan auf die Einheit und Brennen, um die gewünschte Außenkontur und Farbe zu erhalten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modellkontur zwischen 16-25%, vorzugsweise um etwa 20% vergrößert wird, und daß die entsprechende Schrumpfung in dem Endsinterungsvorgang durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das in den Formhohlraum eingebrachte keramische Material isostatisch oder automatisch mit hoher Kompressionskraft, z.B. 2000 MPa, gepreßt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsintern für eine Temperatur zwischen 800-1300ºC durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Endsintern bei einer Temperatur von 1100-1600ºC durchgeführt wird.