CAD/CAM-Technologie: In fünf Schritten zum passgenauen Steg. ZTM Josef Schweiger, PD Dr. Florian Beuer, Martin Huber B.Sc., Dr. Michael Stimmelmayr

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1 Technik «CAD/CAM-Technologie: In fünf Schritten zum passgenauen Steg ZTM 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, beim Workflow werden fünf Schritte eingehalten. Die Versorgung des unbezahnten Unterkiefers stellt sicherlich eine der großen Herausforderungen für Zahnarzt und Zahntechniker dar. Der Einsatz von Implantaten zur stabilen Verankerung der Unterkieferprothese bietet hier gute Möglichkeiten. Verschiedenste Ansätze werden mittlerweile genutzt, wobei deren Einsatz einerseits von den anatomischen Gegebenheiten, andererseits auch von den finanziellen Möglichkeiten des Patienten abhängt. Die kostengünstigste implantatgetragene Lösung bietet hier die Verwendung von zwei Implantaten im Bereich der 3er, die mit zwei Locatoren oder zwei Kugelknopfankern versehen werden. Stegretinierte Versorgungen erfordern 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 bzw. -gelötet oder als Steggeschiebe im Einstückguss hergestellt. Die Spannungsfreiheit war dabei meist nur mit einem erheblichen Aufwand zu erreichen und stellte für den Zahntechniker immer eine große Herausforderung dar. Oftmals musste der Steg wieder auseinandergeschnitten werden, um diesen dann erneut zu lasern oder zu löten. Aufgrund dieser Tatsachen 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. Um diese Präzision erreichen zu können, muss sowohl in der zahnärztlichen Praxis als auch im zahntechnischen Labor und im CAD/CAM-Fertigungszentrum eine Reihe von grundsätzlichen Vorgaben beachtet werden. Wichtig sind dabei folgende fünf Schritte im Workflow: 335

2 » Technik 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 also 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 wenn mehr Bearbeitungsschritte aufeinanderfolgen. 1. Die Abformung geschlossen und offen kombiniert Die Basis des präzisen implantatgetragenen Steges bildet eine zweischrittige Abformung der Mundsituation (Abb. 1). In der ersten Abformsitzung wird dabei mit einem Konfektionsabformlöffel geschlossen abgeformt ( gesnapte Abformung) (Abb. 2 4), während bei der zweiten Sitzung ein individueller Löffel zusammen mit verschraubten Abformpfosten eingesetzt wird. Nach der ersten Abformung erfolgt im zahntechnischen Labor die Herstellung des Implantat-Primärmodells, auf dem die Abformpfosten für die Sekundärabformung mittels Modellierkunststoff verblockt werden (Abb. 5 7). Diese Verblockung wird nach dem Aushärten mit einer feinen Trennscheibe separiert, sodass vor der Sekundärabformung jeder Abformpfosten (mit Verblockungsanteil) separat auf die Implantate im Mund aufgeschraubt werden kann. Danach erfolgt die intraorale Verblockung aller verschraubten Abform- Abb. 1: Die Ausgangsituation: Unterkiefer mit vier intraforaminär gesetzten Implantaten. Abb. 2 4: Vorbereitung für die geschlossene ( gesnapte ) Primärabformung, welche mit einem Konfektionsabformlöffel erfolgt. 336 Abb. 5 7: Die Verblockung der Abformpfosten mittels Modellierkunststoff für die verschraubte Sekundärabformung erfolgt auf dem Primärmodell. Die Einzelsegmente werden mittels einer dünnen Trennscheibe separiert.

3 » Technik pfosten mithilfe von Modellierkunststoff (Abb. 8 10). Da die Spalten zwischen den einzelnen Segmenten auf den verschraubten Abformpfosten sehr gering sind, wirkt sich eine eventuelle Polymerisationsschrumpfung nicht auf die Genauigkeit der Verblockung aus. Die Sekundärabformung über die Verblockung erfolgt mithilfe eines offenen individuellen Abformlöffels (Abb. 11). Bei derartigem Vorgehen ist erfahrungsgemäß selbst bei stark divergierenden Pfeilern eine exakte Positionsgenauigkeit der Implan- Abb. 8 11: Intraorale Verblockung mit Modellierkunststoff und Abformung mit individuellem Abformlöffel. 338 Abb : Es hat sich bewährt, Kunststoffbasen herzustellen, welche mit den Implantaten im Modell verschraubt werden können.

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5 » Technik 3. Der Scankörper und das 3D-Matching Die Gestaltung der Scankörper sowie das für die Scankörper verwendete Material bilden wesentliche Schlüsselstellen zum passgenauen CAD/CAM-Implantatsteg. Von der Firma CADstar wurde ein spezieller Scankörper entwickelt, der sowohl eine patentierte Geometrie als auch eine patentierte Oberflächenbeschichtung aufweist (Abb. 19 u. 20). Abb. 23: Messungen des Herstellers zeigen eine gemittelte Positionsgenauigkeit von 16 µm und eine Rotationsgenauigkeit von 0,13 Grad. Abb. 19 u. 20: Scankörper der Firma CADstar mit patentierter Geometrie sowie patentierter Oberflächenbeschichtung. 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 Datensatzmatching in allen drei Raumrichtungen möglich ist. 340 Abb. 24 u. 25: Streifenweißlichtscanner, wie beispielsweise der CS1-Scanner von CADstar, arbeiten mit großen Messfeldern (vier Scanfelder für einen Gesamtkiefer), sodass nur eine geringe serielle Addition von Matchingfehlern auftritt.

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7 » Technik struktionen (Abb ) werden mithilfe der CAMSoftware die Fräsbahnen berechnet. Da in der Regel die Einschubachse des Steges von den Achsen der Implantate abweicht, ist die Verwendung von 5-AchsFräsmaschinen notwendig (Abb. 29). Dabei sollten ausreichende Maschinenverfahrwege in den Linearachsen sowie genügend große Schwenkbereiche in den Rotationsachsen vorhanden sein. Nur so können auch schwierige Achslagen der Implantate in die Stegkonstruktion umgesetzt werden. 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 bei geringen Betriebskosten. Hohe Zerspankräfte sowie starke Brems- und Beschleunigungswege belasten die Maschine. Je stärker die Belastung, desto höher muss die Steifigkeit der Maschine sein. Fehlt diese Steifigkeit, dann kann sich die Maschine verbiegen und verliert an Genauigkeit. Zudem entstehen Schwingungen, die die Lebensdauer und Zerspanleistung der Werkzeuge dramatisch reduzieren können (Abb. 30). Abb : Die CAD-Konstruktion des implantatgetragenen Steges. Abb. 29: Aufgrund des Unterschiedes zwischen der Stegeinschubachse und den Implantatachsen ist die Bearbeitung mit einer 5-Achs-Maschine notwendig. Die HSC-Bearbeitung (= High Speed Cutting, Hochgeschwindigkeitsbearbeitung) bietet den wesentlichen Vorteil, dass die beim Fräsvorgang entstehende Wärme mit dem Frässpan abgeführt wird, sodass weder das Werkstück noch der Fräser überhitzt wird. Aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Fräsers ist die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr über den wegfliegenden Span größer als die Wärme- Abb. 30: Verschleiß an der Schneide eines Kugelradiusfräsers: Die unterschiedlichen Abnutzungen der Schneidgeometrien der Fräser sollten durch ein intelligentes Vermessungssystem während des Fräsprozesses kontinuierlich erfasst werden. Abb. 31 u. 32: Der fertig polierte CAD/CAM-gefertigte Implantatsteg sitzt absolut spannungsfrei auf dem Meistermodell. 342

8 Technik «Abb. 33: Der Sekundärsteg auf dem Meistermodell. leitgeschwindigkeit. 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 höchster Rundlaufgenauigkeit. Folgende Werte können für 5-Achs-HSC-Bearbeitungsmaschinen als Richtgröße angegeben werden: ± 2 µm Toleranz in der CAM-Software ± 1 µm Positionsgenauigkeit der Achsen ± 6 µm Gesamtmaschinengenauigkeit ± 3 µm Werkzeugtoleranz Aus den angegebenen Werten resultiert eine Gesamtgenauigkeit von ± 12 µm für die CNC-Bearbeitung. Schlussfolgerungen 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 absolut spanungsfreien Sitz sowohl der Primär- als auch Sekundärkonstruktion. Die Herstellung von passgenauen, passiv sitzenden Stegkonstruktionen auf Implantaten (Abb ) mittels CAD/CAM-Verfahren funktioniert nur dann präzise und zuverlässig, wenn alle beschriebenen Schritte des Workflows exakt eingehalten werden. Kompromisse in nur einem Schritt können zu einem Ausfall des Gesamtergebnisses führen. Die Wahrscheinlichkeit des seriellen Aufaddierens von Fehlern aus den Einzelschritten ist um ein Vielfaches höher als die Wahrscheinlichkeit des zufälligen, gegenseitigen Aufhebens von Fehlern. Sowohl der Zahnarzt als auch der Zahntechniker und insbesondere das Fertigungszentrum müssen aufeinander eingespielt sein und die jeweiligen Schritte im Workflow in Perfektion ausführen. Dann aber ist es möglich, exakt passende, implantatgetragene Stege mit einem überschaubaren Aufwand anzufertigen. ZTM JOSEF SCHWEIGER Laborleiter an der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik (Direktor: Prof. Dr. Dr. h.c. Wolfgang Gernet) PD DR. FLORIAN BEUER Oberarzt an der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik Klinikum Innenstadt der Universität München Goethestraße München MARTIN HUBER B.Sc. Martin Huber ist Technischer Leiter bei CADstar (AT-Bischofshofen), einem herstellerunabhängigen Full-Service- Zentrum für digitale Zahntechnik. Abb. 36 u. 37: Die fertig gestellte Arbeit. DR. MICHAEL STIMMELMAYR Zahnarzt und Oralchirurg 343