Direktbearbeitung von Zahnersatz aus hochfester Keramik durch Wasserstrahlfräsen - "dentalJET"

Abstract

Ziel des Projekts »dentalJET« war die Entwicklung eines Verfahrens zur Direktbearbeitung von endgesinterten Zirkonoxid-Dentalkeramiken mittels Wasserstrahlfräsen. Hierdurch sollten eine Verkürzung der Prozesskette, die Reduktion von Nachbearbeitungsschritten sowie eine Verbesserung der Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität erzielt werden. Das Projekt umfasste die Entwicklung des Bearbeitungsverfahrens, die softwaretechnische Werkzeugbahnplanung, die Konstruktion eines geeigneten Maschinensystems sowie die Bewertung verschiedener Keramikmaterialien.

Die konventionelle Herstellung von keramischem Zahnersatz erfolgt überwiegend durch Schleif- und Fräsprozesse an teilgesinterten Werkstoffen, die anschließend in einem Hochtemperaturprozess endgesintert werden. Dabei treten Maßänderungen auf, die vor der Bearbeitung kompensiert werden müssen. Kritischer sind jedoch die mit dem Sinterschwund einhergehenden Spannungen, welche für die prozesssichere Herstellung von filigranen Strukturen oder mehrgliedrigen Brücken herausfordernd sind. Zudem steigen Prozessrisiken und Qualitätsverluste insbesondere bei jüngsten Trends hin zu hoch transluzenten Keramikgenerationen. Die direkte Bearbeitung im Endzustand würde diese Prozessketten verkürzen, wirtschaftlich war dies bisher jedoch aufgrund der Härte und Sprödigkeit der Materialien sowie der begrenzten Werkzeugstandzeit nicht realisierbar.

Das Wasserstrahlfräsen bietet hier ein mechanisch kontaktfreies Strahlverfahren mit geringer thermischer und mechanischer Belastung der Werkstoffoberfläche. Der Materialabtrag erfolgt durch kinetische Wechselwirkung eines abrasiven Hochgeschwindigkeitswasserstrahls.