In fünf Schritten zum passgenauen Steg

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1 CAD/CAM-Technologie In fünf Schritten zum passgenauen Steg Josef Schweiger, PD. Dr. Florian Beuer, Martin Huber B. Sc., Dr. Michael Stimmelmayr Das Anfertigen von spannungsfreien und passgenauen Stegen war in der Zahntechnik bisher eine große Herausforderung und meist mit hohem Aufwand verbunden. Mit moderner CAD/CAM-Technologie ist es inzwischen möglich, hier präzise Ergebnisse zu erzielen vorausgesetzt, im Workflow werden fünf Schritte eingehalten. Indizes: CAD/CAM-Fertigung, digitaler Workflow, Scanabutments, Stegversorgung Die Versorgung des unbezahnten Unterkiefers stellt eine der großen Herausforderungen für den Zahnarzt und Zahntechniker dar [2]. Der Einsatz von Implantaten zur stabilen Verankerung der Unterkieferprothese bietet hier sicherlich gute Möglichkeiten. Mittlerweile werden verschiedene Ansätze genutzt, wobei deren Einsatz einerseits von den anatomischen Gegebenheiten aber auch von den finanziellen Möglichkeiten des Patienten abhängen. Eine kostengünstige, implantatgestützte Lösung bietet hier die Verwendung von zwei Implantaten im Bereich der 3-er, die mit zwei Locatoren oder zwei Kugelknopfankern versehen werden [8]. Stegretinierte Versorgungen zeigen einen höheren Herstellungsaufwand, da diese im Unterkiefer idealerweise auf vier intraforaminär gesetzten Implantaten gefertigt werden. In der Vergangenheit wurden derartige Stege entweder aus konfektionierten Einzelteilen zusammengeschweißt beziehungsweise gelötet, oder als Steggeschiebe im Einstückguss gefertigt. Die Herausforderung für den Zahntechniker bestand in der spannungsfreien Passung, die meist nur mit einem erheblichen Aufwand zu erreichen war [1]. Oftmals musste der Steg wieder auseinandergeschnitten und erneut gelasert oder gelötet werden. Deshalb wurden Versorgungen mit Kugelknopf oder Locatoren den stegretinierten Unterkieferversorgungen in der Vergangenheit vorgezogen. Der Einsatz der CAD/CAM-Technologie bietet inzwischen die Möglichkeit, passgenaue und spannungsfreie Primärstege auf Implantaten herzustellen [3,7]. Um diese Präzision erreichen zu können, müssen sowohl in der zahnärztlichen Praxis, im zahntechnischen Labor und im CAD/CAM-Fertigungszentrum eine Reihe von grundsätzlichen Vorgaben beachtet werden. Wichtig sind dabei folgende fünf Schritte im Workflow: 1. Die Abformung der Implantatpfosten in der zahnärztlichen Praxis 2. Die Kieferrelationsbestimmung 3. Der Scankörper (= Scanbody = Scanpfosten) und das 3D-Matching 4. Die optische dreidimensionale Vermessung 5. Die 5-Achs HSC-Bearbeitung Um die Folgen der stets vorhandenen Fehleraddition zu minimieren, ist es wichtig, die Einzelfehler dieser fünf Schritte so klein wie möglich zu halten. Die Wahrscheinlichkeit, dass nachfolgende Fehler einen vorausgegangenen Fehler kompensieren, ist sehr gering, insbesondere dann, wenn mehrere Bearbeitungsschritte aufeinander folgen. 1. Die Abformung: geschlossen und offen kombiniert Die Basis des präzisen implantatgetragenen Steges bildet die Abformung der Mundsituation in zwei Schritten (Abb. 1). In der ersten Sitzung wird dabei mit einem Konfektionsabformlöffel geschlossen abgeformt ( gesnapte Abformung) (Abb. 2 bis 4). Beim zweiten Termin wird ein individueller Löffel 270 Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12

2 Abb.1 Die Ausgangsituation: Unterkiefer mit vier intra - foraminär gesetzten Implantaten Abb. 2 bis 4 Vorbereitung für die geschlossene ( gesnapte ) Primärabformung, welche mit einem Konfektions - abformlöffel erfolgt Abb. 5 bis 7 Die Verblockung der Abformpfosten mittels Modellierkunststoff für die verschraubte Sekundärabformung erfolgt auf dem Primärmodell. Die Einzelsegmente werden mittels einer dünnen Trennscheibe separiert zusammen mit verschraubten Abformpfosten ein - gesetzt. Nach der ersten Abformung erfolgt im zahntechnischen Labor die Herstellung des Im - plantat-primärmodells, auf dem eine Verblockung der Abformpfosten für die Sekundärabformung mittels Modellierkunststoff folgt (Abb. 5 bis 7). Diese Verblockung wird nach dem Aushärten mit einer feinen Trennscheibe separiert, sodass vor der Sekundär abformung jeder Abformpfosten (mit Verblockungs anteil) separat auf die Implantate im Mund aufgeschraubt werden kann. Danach erfolgt die intraorale Verblockung aller verschraubten Abformposten mithilfe von Modellierkunststoff (Abb. 8 bis 10). Da die Spalten zwischen den ein zelnen Segmenten auf den verschraubten Abformpfosten sehr gering sind, wirkt sich eine eventuelle Polymerisationsschrumpfung nicht auf die Genauigkeit der Ver blockung aus [9]. Die Se - kundär abformung über die Verblockung erfolgt mithilfe eines offenen, in dividuellen Abformlöffels (Abb. 11). Bei diesem Vorgehen ist erfahrungs - gemäß auch bei stark divergierenden Pfeilern eine exakte Positionsgenauigkeit der Implantatpfosten gegeben [5]. Die Ab formungen sollten erst nach der Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12 271

3 Abb. 8 bis 11 Intraorale Verblockung mit Modellierkunststoff und Abformung mit einem individuellen Abformlöffel Abb. 12 bis 16 Es hat sich bewährt, Kunststoffbasen herzustellen, die mit den Implantaten im Modell verschraubt werden können Rückstellphase des Abformmaterials ausgegossen werden. Hierbei sind die Angaben der Hersteller zu beachten [6]. 2. Die Kieferrelationsbestimmung Es hat sich als äußerst hilfreich erwiesen, für die Bissnahme, aber auch für die spätere Wachs - aufstellung, Kunststoffbasen herzustellen, die mit den Implantaten im Modell verschraubt werden können (Abb. 12 bis 16). Falls die einzelnen Implantate stark divergieren, können auch wenige Implantate, die die gleiche Einschubrichtung aufweisen, für die Verschraubung verwendet werden. Als Gegenlager in den Kunststoffbasen können eingekürzte Abformposten verwendet werden. Das gewährleistet den präzisen Sitz der Bissschablone und der Wachsaufstellung (Abb. 17 und 18). Damit ist die Grundlage für eine exakte Dimensionierung des CAD/ CAM-Implantatstegs gegeben. 272 Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12

4 Abb. 17 und 18 Passgenauer Sitz der Wachsaufstellung auf dem Meistermodell Abb. 19 und 20 Scankörper der Firma, welcher sowohl eine patentierte Geometrie als auch eine patentierte Oberflächenbeschichtung aufweist 3. Der Scankörper und das 3D-Matching Die Gestaltung der Scankörper sowie das für die Scankörper verwendete Material, bilden eine wesentliche Schlüsselstelle zum passgenauen CAD/ CAM-Implantatsteg. Dazu wurde von der Firma CAD-Star ein spezieller Scankörper entwickelt, der sowohl eine patentierte Geometrie als auch eine patentierte Oberflächenbeschichtung aufweist [10] (Abb. 19 und 20). Ein Scanabutment sollte folgende Anforderungen erfüllen: Formstabilität des Materials diffuse Oberflächenstruktur keine scharfen Kanten Rotationsschutz für Einzelzahnrestaurationen hohe Diversität an Oberflächennormalen Auf eine hohe Diversität an Oberflächennormalen zur Unterstützung von Fit-Algorithmen wurde bisher wenig Rücksicht genommen. Gewöhnlich kommen kegelförmige Scanabutments zum Einsatz. Diese weisen die Form eines Stumpfes mit einem Kegelwinkel von 87 Grad auf. Weil die Geometrie der Scanabutments in okklusaler Richtung keine Struktur aufweist, ist die genaue Lokalisierung der okklusalen Position des Scanabutments in Z-Richtung schwierig (Abb. 21). Der neu entwickelte Scankörper bietet durch seine spezielle Außengeometrie eine verbesserte Grundlage für die nachfolgenden mathematischen Matching-Algorithmen. Die Geometrie des Scanabutments, wurde unter Berücksichtigung der Iteratedclosest-point Algorithmus-Theorie entwickelt und garantiert damit ein wesentlich exakteres Matching- Ergebnis. Die Scanabutments sind in Z-Richtung strukturiert. Messpunkte in den oberen Bereichen der Kugeln (als Detailansicht A in Abb. 22 gekennzeichnet) erlauben es den Kugeln beim Matching nicht, nach okklusal auszuweichen, ohne dass das Fehlermaß im Fit-Algorithmus reagiert. Messungen des Herstellers zeigen eine gemittelte Positionsgenauigkeit von 16 µm und eine Rotationsgenauigkeit von 0,13 Grad (Abb. 23). 4. Die optische dreidimensionale Vermessung Die Genauigkeit der dreidimensionalen Erfassung der Scanabutments sowie der gesamten Spannweite des Kiefermodells spielen eine wesentliche Rolle in Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12 273

5 Abb. 21 Beim Einsatz kegelförmiger Scanabutments ist das Datensatzmatching zwischen dem Scandatensatz des Scanabutments und dem in der Software hinterlegten Datensatz des Scanabutments in Z- Richtung sehr schwierig Abb. 22 Die Scanabutments sind in Z-Richtung strukturiert, sodass ein exaktes Datensatz-Matching in allen drei Raumrichtungen möglich ist Abb. 23 Messungen des Herstellers zeigen eine gemittelte Positionsgenauigkeit von 16 µm und eine Rotationsgenauigkeit von 0,13 Grad Abb. 24 und 25 Streifenweißlichtscanner, wie beispielsweise der CS1-Scanner von, arbeiten mit großen Messfeldern (vier Scanfelder für einen Gesamtkiefer), sodass Matchingfehler nur geringfügig seriell addiert werden Abb. 26 bis 28 Die CAD-Konstruktion des implantatgetragenen Stegs der Präzisionsanalyse dieses Workflows. Streifenweißlichtscanner (Abb. 24) bieten hier gegenüber Scannern mit Laserlichtschnittverfahren den Vorteil, dass große Messfelder möglich sind (Abb. 25). Damit addieren sich die Matchingfehler nur geringfügig. Allerdings dauert beim Streifenweißlichtverfahren der Scanvorgang etwas länger, zudem ist die eingesetzte Technologie aufwändiger. 5. Die 5-Achs HSC-Bearbeitung Einen wesentlichen Aspekt bei der Herstellung von CAD/CAM-gefertigten Stegen bildet die CNC-Fräsmaschine. Aus den mittels CAD erzeugten Stegkonstruktionen (Abb. 26 bis 28) werden mithilfe der CAM-Software die Fräs - bahnen berechnet. Da in der Regel die Einschubachse des Steges von den Achsen der Implantate abweicht, ist die Verwendung von 5-Achs-Fräs - maschinen notwendig (Abb. 29). Dabei sollten ausreichende Maschinenverfahrwege in den Li - nearachsen sowie genügend große Schwenkbe - reiche in den Rotationsachsen vorhanden sein. Nur so können auch schwierige Achslagen der Implantate in die Stegkonstruktion umgesetzt werden. 274 Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12

6 Abb. 29 Aufgrund des Unterschiedes zwischen der Stegeinschubachse und den Implantatachsen ist die Bearbeitung mit einer 5-Achs- Maschine notwendig Abb. 30 Verschleiß an der Schneide eines Kugelradiusfräsers: Die unterschiedlichen Abnützungen der Schneidgeometrien der Fräser sollten durch ein intelligentes Vermessungssystem während des Fräsprozesses kontinuierlich erfasst werden Abb. 31 und 32 Der fertig polierte CAD/CAM-gefertigte Implantatsteg sitzt spannungsfrei auf dem Meistermodell Die Steifigkeit einer Maschine entsteht nicht nur durch die hohe Masse, sondern vor allem durch die richtige Verteilung: Ideal ist eine schwere, hochsteife Auslegung aller starren Massen und eine Optimierung von Masse und Steifigkeit der bewegten Bauteile. Zudem sollten die Führungen ausreichend dimensioniert sein: Rollenführungen sind beispielsweise deutlich steifer als Kugelführungen. Ein Linearmotor verbindet im Idealfall Steifigkeit und Dynamik mit geringen Betriebskosten. Hohe Zerspankräfte und starke Brems- und Beschleunigungswege belasten die Maschine. Je stärker die Belastung, desto höher muss die Steifigkeit der Maschine sein. Fehlt diese Steifigkeit, kann sich die Maschine verbiegen und verliert an Genauigkeit. Zudem entstehen Schwingungen, die die Lebensdauer und Zerspanleistung der Werkzeuge dramatisch reduzieren können (Abb. 30). Die HSC-Bearbeitung (= High Speed Cutting = Hoch geschwindigkeitsbearbeitung) bietet den wesentlichen Vorteil, dass beim Fräsvorgang die entstehende Wärme mit dem Frässpan abgeführt wird, sodass weder das Werkstück noch der Fräser überhitzt werden. Aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Fräsers ist die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr über den wegfliegenden Span größer als die Wärmeleitgeschwindigkeit. Industrielle HSC-Bearbeitungszentren zeigen sehr hohe Genauigkeiten in den Linear- und Rotationsachsen. Hochpräzise Werkzeugaufnahmen, wie beispielsweise das Tribos-System, ermöglichen ein Einspannen der Werkzeuge mit hoher Rundlaufgenauigkeit. Folgende Werte können für 5-Achs- HSC-Bearbeitungsmaschinen als Richtgröße angegeben werden: +/- 2µm Toleranz in der CAM-Software +/- 1µm Positionsgenauigkeit der Achsen +/- 6µm Gesamtmaschinengenauigkeit +/- 3µm Werkzeugtoleranz Aus den angegebenen Werten resultiert eine Gesamtgenauigkeit von +/- 12µm für die CNC-Bearbeitung. Schlussfolgerungen Die Herstellung von passgenauen, passiv sitzenden Stegkonstruktionen auf Implantaten (Abb. 31 bis 35) mittels CAD/CAM-Verfahren funktioniert nur dann präzise und zuverlässig, wenn alle beschriebenen Schritte des Workflows exakt eingehalten werden [4]. Kompromisse in nur einem Schritt können zu einem Ausfall des Gesamtergebnisses führen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Fehler aus Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12 275

7 Abb. 33 Der Sekundärsteg auf dem Meistermodell Abb. 34 Um die Haltekraft der Stegkonstruktion steuern zu können, wurden je zwei vertikale und zwei horizontale Friktionselemente eingebaut Abb. 35 Die Einprobe des Steges im Mund zeigt einen spanungsfreien Sitz sowohl der Primär- als auch Sekundärkonstruktion Abb. 36 und 37 Die fertige Arbeit PRODUKTLISTE Abb. 38 Das postoperative Röntgenbild INDIKATION Abformmaterial Fertigungszentrum Implantatsystem Implantatsystem Scankörper Scanner Stegmaterial NAME Impregum Bone Level Xive Starcone CS1 Titan 5-ELI HERSTELLER/VERTRIEB 3M Espe Straumann Dentsply Implants den Einzelschritten seriell aufaddieren ist um ein Vielfaches höher, als die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Fehler zufällig gegenseitig aufheben. Sowohl der Zahnarzt, als auch der Zahntechniker und ins besondere das Fertigungszentrum müssen auf - einander eingespielt sein und die jeweiligen Schritte präzise im Workflow ausführen. Dann gelingt es, exakt passende, implantatgestützte Stege mit einem überschaubaren Aufwand anzufertigen. KORRESPONDENZADRESSE Josef Schweiger, PD Dr. Florian Beuer Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik Klinikum Innenstadt der Universität München Goethestraße München ABSTRACT The fabrication of bars with a precise passive fit has always been a great challenge to dental technicians, usually also associated with high costs. Advanced CAD/CAM technology now gives us the opportunity to obtain highly accurate results. To reliably and accurately produce precision-fitting, passively seated, implant- and bar-supported restorations using CAD/CAM methods, each step of the workflow must be performed meticulously and in the right order. Compromising just one little step may utterly compromise the overall outcome. The probability that random errors accumulate from step to step is many times greater than the probability that they cancel each other s effects. Both the dentist and the dental technician and especially the production centre must be finely attuned to each other and execute all steps of the workflow to perfection. Once this is ensured, implant-supported bridges with a perfect fit can be produced at reasonable cost. 276 Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12

8 Die perfekte Lösung für die externe Sinusbodenelevation: VITA Josef Schweiger Josef Schweiger absolvierte 1988 die Ausbildung zum Zahntechniker und war von 1989 bis 1999 bei verschiedenen Dentallabors tätig. Seit 1999 ist er Leiter des zahntechnischen Labors an der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU). Josef Schweiger begleitet mehrere Studien zu vollkeramischen Systemen im Bereich der Glaskeramiken sowie der oxidischen Hochleistungskeramiken. Er veröffentlichte viele Fachbeiträge zum Thema CAD/CAM und Hochleistungskeramiken in der dentalen Anwendung, unter anderem in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Daniel Edelhoff (LMU), OA Dr. Florian Beuer (LMU) und Professor Dr. Peter Pospiech (Universität des Saarlands). Seit 2008 ist er Mitglied der CAD 4 practice Expertengruppe (LMU München und teamwork media GmbH), 2009 Jahr wurde er Ressortleiter der Rubrik Digitale Zahntechnik (ehemals CAD 4 practice) im dental dialogue und 2010 trat er das Amt des Fortbildungsreferenten der Fachgesellschaft für Digitale Zahntechnik (FDZt) an. Priv.-Doz. Dr. Florian Beuer Priv.-Doz. Dr. Florian Beuer stu dierte von 1994 bis 1999 Zahnheilkunde an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU). Danach war er bis 2001 als Assistenzarzt in einer Zahnarztpraxis tätig. Seit 2002 ist Florian Beuer Mitarbeiter an der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der LMU. Im selben Jahr promovierte er im Themenbereich Vollkeramische Versorgungen trat er die Tätigkeit als Oberarzt an. Seit 2005 ist Dr. Beuer zertifizierter Implantologe und 2008 war er als Visiting Professor am Pacific Dental Institute (PDI), Oregon/USA (Director: John Sorensen, DMD, PhD) tätig. Seit April 2009 ist Dr. Beuer Privatdozent an der LMU München und Leiter der Vorklinischen Ausbildung. Seine klinischen und wissenschaftlichen Schwerpunkte sind Vollkeramik, CAD/CAM-gefertigter Zahnersatz, Zirkonoxid und Implantologie. Dr. Beuer ist unter anderem Mitglied der DGI, DGZMK, AG-Keramik, IADR, Mitinitiator der Arbeitsgruppe Vollkeramik München sowie Mitinitiator des Curriculum CAD/CAM (CAD/CAM- Führerschein). Sinusbodenelevation in Perfektion Innovatives atraumatisches Bohrerdesign Einfaches und sicheres Anheben des Sinusbodens Zuverlässiges Bohrer-Stopp-System Hervorragendes Schneidevermögen Weitere Informationen zum Sinuslift und unseren Produkten erhalten Sie unter Die perfekte Lösung für die interne Sinusbodenelevation: Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/ OSSTEM Germany GmbH Mergenthalerallee Eschborn Tel germany@osstem.de

9 VITA Martin Huber B.Sc. Martin Huber B.Sc. ist Technischer Leiter bei und für den Bereich Innovation und Entwicklung verantwortlich. Sein Hauptaugenmerk gilt dabei der Implantat-Prothetik. Das Unternehmen ist ein herstellerunabhängiges Full-Service-Zentrum für digitale Zahntechnik und bewährter Partner von über tausend Laboren. Dr. Michael Stimmelmayr Dr. Michael Stimmelmayr absolvierte sein Studium der Zahnheilkunde in den Jahren 1985 bis 1990 in Regensburg. Nach einer halbjährlichen Assistenzzeit in einer freien Praxis war er von 1991 bis 1994 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für zahnärztliche Prothetik der LMU München unter Prof. Dr. Dr. h. c. W. Gernet tätig. Anschließend arbeitete er drei Jahre als Weiterbildungsassistent bei Prof. Dr. Dr. G. W. Paulus in München erhielt Dr. Stimmelmayr die Zusatzbezeichnung Zahnarzt/ Oralchirurgie. Nachdem er ein Jahr als Funktionsoberarzt am Lehrstuhl für zahnärztliche Prothetik der LMU München unter Prof. Dr. Dr. h. c. W. Gernet tätig gewesen war, bildete er sich 1998 während eines viermonatigen Studienaufenthalts in San Francisco, Kalifornien/USA bei Bob Lamb D.D.S, M.S.D. weiter. Von 1999 bis 2000 war er niedergelassen in der Gemeinschaftspraxis mit Dr. Ulrich Zimmermann in Regensburg. Seit 2000 ist Dr. Stimmelmayr in eigener zahnmedizinischer Praxis in Cham mit Schwerpunkt Implantologie und Parodontologie tätig. Im Jahr 2001 qualifizierte er sich für den Tätigkeitsschwerpunkt Implantologie (BdiZ) und im Jahr 2002 absolvierte der die Weiterbildung zum Spezialisten für Parodontologie der EDA. Seit 2005 ist Dr. Stimmelmayr als zertifizierter Referent der DGI und APW tätig und seit 2010 als Gastzahnarzt an der Poliklinik für Prothetik der LMU München. LITERATURVERZEICHNIS [1] Abduo J, Lyons K, Bennani V et al. Fit of screw-retained fixed implant frameworks fabricated by different methods: a systematic review. The International journal of prosthodontics 2011; 24: [2] Berglundh T, Persson L, Klinge B. A systematic review of the incidence of biological and technical complications in implant dentistry reported in prospective longitudinal studies of at least 5 years. J Clin Periodontol 2002; 29 Suppl 3: ; discussion [3] Beuer F, Schweiger J, Edelhoff D. Digital dentistry: an overview of recent developments for CAD/CAM generated restorations. British dental journal 2008; 204: [4] Harder S, Kern M. Survival and complications of computer aided-designing and computer-aided manufacturing vs. conventionally fabricated implant-supported reconstructions: a systematic review. Clin Oral Implants Res 2009; 20 Suppl 4: [5] Kwon JH, Son YH, Han CH et al. Accuracy of implant impressions without impression copings: a threedimensional analysis. The Journal of prosthetic dentistry 2011; 105: [6] Lee H, So JS, Hochstedler JL et al. The accuracy of implant impressions: a systematic review. J Prosthet Dent 2008; 100: [7] Miyazaki T, Hotta Y. CAD/CAM systems available for the fabrication of crown and bridge restorations. Australian dental journal 2011; 56 Suppl 1: [8] Schley JS, Wolfart S. Welche prothetischen Behandlungsoptionen stellen ein evidenzbasiertes Konzept für die Versorgung des zahnlosen Oberkiefers, bezogen auf Anzahl und Positionen von Zahnimplantaten, dar? Eur J Oral Implantol 2011; 4: Suppl [9] Stimmelmayr M, Erdelt K, Guth JF et al. Evaluation of impression accuracy for a four-implant mandibular model-a digital approach. Clinical oral investigations [10] Stimmelmayr M, Guth JF, Erdelt K et al. Digital evaluation of the reproducibility of implant scanbody fitan in vitro study. Clinical oral investigations Z Oral Implant, 8. Jahrgang 4/12