Vollautomatisierte Herstellung von CAD/CAM-Blöcken für kostengünstigen, hochwertigen Zahnersatz

Würzburg, (PresseBox) - In einer alternden Gesellschaft gewinnt eine gute und bezahlbare Gesundheitsversorgung immer mehr an Bedeutung. Dazu gehört auch ein möglichst langlebiger Zahnersatz, der für alle bezahlbar ist. Das Fraunhofer ISC hat nun ein automatisiertes kontinuierliches Verfahren für die Fertigung von qualitativ hochwertigen Kompositblöcken entwickelt, aus denen später finale Zahnkronen schon während der Behandlung des Patienten direkt in der Arztpraxis geformt werden können.

Unter einer Vielzahl von kommerziell verfügbaren CAD/CAM-Materialien für den hochwertigen Zahnersatz werden Komposite zunehmend beliebter. Sie weisen eine geringe Sprödigkeit auf und sind einfach zu bearbeiten. Aktuell ist ein Großteil der Kompositmaterialien jedoch nur für den provisorischen Einsatz geeignet, da in Kombination mit herkömmlichen Verarbeitungs- und Formgebungsverfahren das geforderte komplexe Eigenschaftsprofil nicht realisierbar ist. Nun hat das Fraunhofer ISC ein alternatives, automatisiertes Verfahren zur Fertigung von polymerbasierten Kompositen entwickelt.

Das Institut testet das Verfahren mit speziell modifizierten, monomerfreien anorganisch-organischen Hybridpolymeren, die mit anorganischen Füllstoffen zu Kompositen verarbeitet werden. Diese vom Fraunhofer ISC entwickelten biokompatiblen (Nano-)Hybridkomposite aus der Materialklasse der ORMOCER®e werden bereits seit Jahren erfolgreich in der restaurativen Zahnmedizin eingesetzt. Sie weisen eine hohe Biege-, Bruch- und Verschleißfestigkeit sowie eine entsprechende Härte auf. Zudem kann die Farbe und Transluzenz an die des natürlichen Zahns angepasst werden. Aufgrund dieses exzellenten Eigenschaftsprofils eignen sich die Hybridkomposite auch zur Herstellung von ausgehärteten Kompositblöcken. Darüber hinaus kann das Material computerunterstützt direkt in der Zahnarztpraxis im sogenannten Chairside-Verfahren geformt und dem Patienten in einer einzigen Sitzung eingesetzt werden.

Bisher wurden herkömmliche Komposite in separaten Mischgeräten hergestellt und die Kompositblöcke in Einzelformen manuell und somit arbeits-, zeit- und kostenintensiv gefertigt. Zusätzlich besteht die Gefahr der Blasenbildung im Material - der Kompositblock weist dann eine Fehlstelle auf und wird für die weitere Verarbeitung unbrauchbar. Problematisch wird dies insbesondere dann, wenn solche Mängel erst in der Zahnarztpraxis während der Behandlung erkannt werden.

Das neue Verfahren des Fraunhofer ISC schafft die Voraussetzungen für die vollautomatisierte Herstellung von hochwertigen Kompositblöcken, angefangen vom Ausgangsmaterial bis hin zu verkaufsfähigen Zahnblöcken. Der Vorteil des Verfahrens ist der Zusammenschluss der einzelnen Schritte zu einem kontinuierlichen Prozess ohne separate Mischeinheiten bzw. manuelle Formgebung. Dies beinhaltet das homogene Mischen der Füllstoffe mit den Hybridpolymeren zu einem Komposit, das blasenfreie Extrudieren des Komposits zu einem Strang in der gewünschten Grundgeometrie, die daran anschließende Vor- bzw. Endhärtung beispielsweise durch Belichtung und das automatisierte Zuschneiden des Kompositstrangs zu Einzelblöcken.

Durch hohe Durchsatzquoten und präzise Reproduzierbarkeit ist ein kostengünstiges, effizientes Herstellverfahren gegeben, das auch für andere Anwendungen wie etwa einfache Kompositformteile geeignet ist. Dafür könnte beispielsweise die Form der Austrittsdüse geändert werden, sodass andere Geometrien möglich sind. Neben der Herstellung von ausgehärteten Kompositblöcken kann das Verfahren auch zum Abfüllen der homogenen Komposite für spätere anderweitige Applikationen genutzt werden.

Im nächsten Schritt will das Fraunhofer ISC das Verfahren für kundenspezifische Kompositmaterialien optimieren und den Prozess für den Transfer in die industrielle Produktion hochskalieren.

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC unter der Leitung von Prof. Dr. Gerhard Sextl hat sich als eines der wichtigsten Zentren für Energie- und Ressourceneffizienz in Bayern etabliert. Rund 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Technikerinnen und Techniker forschen an innovativen Materialien für heutige und zukünftige Produkte. In seinem Mutterinstitut in Würzburg, seiner Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau und seinem Zentrum Hochtemperatur-Leichtbau HTL in Bayreuth vereint das Fraunhofer ISC umfassende Kompetenz in den Materialwissenschaften mit langjähriger Erfahrung in der Materialverarbeitung, der industriellen Anwendung und im Upscaling von Fertigungs- und Prozesstechnologien bis in den Pilotmaßstab sowie in der Analytik und Charakterisierung. Das Institut ist mit seiner Projektgruppe IWKS und dem Zentrum HTL ein starker Partner für Industrie und Wissenschaft für nachhaltige Forschung und Entwicklung.

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 67 Institute und Forschungseinrichtungen an Standorten in ganz Deutschland. 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erzielen das jährliche Forschungsvolumen von mehr als 2,1 Milliarden Euro. Davon fallen über 1,8 Milliarden Euro auf den Leistungsbereich Vertragsforschung. Über 70 Prozent dieses Leistungsbereichs erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten. Die internationale Zusammenarbeit wird durch Niederlassungen in Europa, Nord- und Südamerika sowie Asien gefördert.

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