CAM-Programmiersystem bietet Automatisierung

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1 CAM-Programmiersystem bietet Automatisierung und Flexibilität ZTM Reinhard Sroka Das Unternehmen OPEN MIND Technologies (D-Weßling) ist Entwickler und Anbieter von CAD/CAM-Software für unterschiedlichste Industriezweige wie beispielsweise die Automobilindustrie, die Flug- und Raumfahrtindustrie sowie die Medizintechnik. In der Dentalbranche wurde die Technologie des Unternehmens bislang vor allem von Implantatherstellern genutzt, um Implantate und präfabrizierte Abutments zu fertigen. Zudem sind die Fräszyklen von OPEN MIND Bestandteil einiger geschlossener dentaler CAD/CAM-Prozessketten. Auf der IDS 2009 präsentierte das Unternehmen nun erstmalig hyperdent, ein vollautomatisches, speziell für die Zahnheilkunde entwickeltes CAM-Programmiersystem. Prozessketten können mit hyperdent die entsprechenden Daten ausgelesen werden. hyperdent bietet darüber hinaus auch definierte Schnittstellen zu diversen CAD-Softwarelösungen an. Die in diesen Programmen generierten Daten, wie z. B. der Verlauf der Präparationsgrenze, werden von hyperdent automatisch übernommen. Im Falle einer vollständigen Bearbeitung mit einer CAD-Softwarelösung beschränkt sich der Bearbeitungsaufwand im CAM-Programmiersystem bei einer Standardbearbeitung auf die richtige Platzierung des Objekts im Rohteil (Abb. 2). So ist eine sehr schnelle und damit ökonomische Arbeitsweise gewährleistet. Mit der Entwicklung der Software, die als Basissowie als Expert-Version erhältlich ist, verfolgt das Unternehmen das Ziel, dem Anwender eine Lösung zu bieten, die durch offene Schnittstellen in nahezu allen dentalen Produktionsumgebungen einsetzbar ist. Zudem wurde bei der Entwicklung ein Schwerpunkt auf einen hohen Automatisierungsgrad gelegt. Dank der Möglichkeit des manuellen Eingreifens in den Arbeitsablauf stehen dem Anwender gleichzeitig viele verschiedene Optionen offen. Die Expert-Version erlaubt es zusätzlich, die Bearbeitungsvorlagen zu konfigurieren. Abb. 1: CAD-Daten aus verschiedensten Systemen können in die Software hyperdent übertragen werden. Offene Schnittstellen Um eine hohe Flexibilität zu gewährleisten, weist hyperdent offene Schnittstellen auf. So kann das CAM-Programmiersystem alle STL-basierten Datensätze aus vorgelagerten Scan- und CAD-Modulen beziehen (Abb. 1) und ohne Zusatzinformationen weiterverarbeiten. Selbst aus einigen geschlossenen Abb. 2: Die konstruierten Gerüste werden im virtuellen Rohling platziert. 70

2 Nach erfolgter Generierung des Werkzeugwegs kann im Zusammenspiel mit der entsprechenden Postprozessor-Technologie (OPEN MIND) nahezu jede angebotene Fräsmaschine angesteuert werden. Auch solche, die Teil einer bestehenden geschlossenen Prozesskette sind. Durch die offene Architektur von hyperdent können Anwender auf eine große Anzahl von Materialien für die Verarbeitung zugreifen. Die CAM-Software bietet so die Möglichkeit, die Wahl der Materialien sowie Formate und Größen der Rohlinge auf die vorliegende zahntechnische Arbeit abzustimmen und durch den hyperdent Konfigurator selbstständig in das System einzupflegen (Abb. 3). Zudem erlaubt hyperdent eine flexible, präzise auf die vorliegende Aufgabenstellung im Fräszentrum oder Dentallabor zugeschnittene Auswahl an Bearbeitungswerkzeugen, die individuell im Konfigurator definiert werden können (Abb. 4). Abb. 3: Im hyperdent Konfigurator können Material und Rohlingsformat angegeben werden. Abb. 4: Definition des Werkzeugtyps im Konfigurator. Wenn offene Systemketten angesprochen werden, so wird oft die Frage nach der Sicherheit des Systems sowie nach automatischen Arbeitsabläufen gestellt. Selbstverständlich ist der Einsatz einer Systemlösung mit offenen Schnittstellen auch damit verbunden, dass der Anwender mit neuen Problemstellungen konfrontiert wird und sich neues Know-how aneignen muss. Um die Arbeitsschritte mit hyperdent einfach und effizient zu gestalten, wurde die CAM-Software so entwickelt, dass ein hoher Automatisierungsgrad möglich ist und sie nach einer kurzen Einarbeitungszeit auch als One-Button-Lösung genutzt werden kann. Workflow-Manager Anwender können optional mit einem Workflow-Manager, auch Wizard genannt, arbeiten, der sie automatisch durch die gesamten Arbeitsschritte für die Programmierung führt. Die Arbeit im Workflow-Manager beginnt mit der Auswahl des Rohlings und dem Laden des Objekts in die Software. Danach erfolgt eine Ausrichtung der zu bearbeitenden Werkstücke. Dieser Arbeitsschritt wird durch die Option, Hinterschnitte am Objekt grafisch darzustellen und die virtuelle Konstruktion manuell nachzujustieren, erleichtert. Anschließend werden die Objekteigenschaften bestimmt. hyper- DENT erkennt beispielsweise die Präparationsgrenze automatisch, wenn diese Information nicht zuvor durch das CAD-System übermittelt wurde. Die nachfolgende Platzierung des Objekts im Rohling kann per Mausklick durch den Anwender vorgenommen werden. Wenn die virtuelle Konstruktion nicht vollständig im Rohling platziert wurde (Abb. 5) oder Überschneidungen der Fräsbereichsgrenzen unterschiedlicher Objekte vorliegen (Abb. 6), wird zur Sicherheit eine Warnmeldung ausgegeben (Abb. 7). Automatisierung der Arbeitsabläufe Abb. 5: Ist ein Objekt nicht fehlerfrei im Rohling platziert 71

3 Abb. 6: oder treten Überschneidungen der Fräsbereichsgrenzen auf, der Platzbedarf minimiert wird und die Bearbeitung unter einem gekippten Winkel erfolgt (Abb. 10). Der Winkelbereich und die Drehachsen für die Kippung können so vorgewählt werden, dass die kinematischen Möglichkeiten der Fräseinheit Berücksichtigung finden. Bei einer angestellten Bearbeitung ist die Wahlfreiheit gegeben, entweder die gesamte Bearbeitungsachse zu drehen oder aber nur die Kappeninnenbereiche angestellt und die restlichen Bereiche orthogonal zum Rohling zu bearbeiten (Abb. 11). Abb. 7: so erscheint eine Warnmeldung. Optional kann anstelle der Warnmeldung auch eine Berechnungssperre eingeschaltet werden. Abb. 10: um den Platzbedarf zu minimieren. Für das bekannte Problem, dass mehrgliedrige Brücken mit einer ungünstigen Einschubrichtung einen sehr hohen Rohling benötigen würden (Abb. 8), wurde eine Funktion entwickelt, welche die Brücke vollautomatisch im Rohling so eindreht (Abb. 9), dass Abb. 11: Der Anwender kann auswählen, ob die Kappeninnenbereiche angestellt und die weiteren Bereiche orthogonal zum Rohling bearbeitet werden. Abb. 8: Wenn eine mehrgliedrige Brücke aufgrund einer ungünstigen Einschubrichtung aus einem Rohling herausragt, Abb. 9: wird die Brücke automatisch im Rohling eingedreht, Nach der optimalen Platzierung im Rohling erfolgt die Auswahl der Frässtrategie. Diese ist für einen bestimmten Objekt- und Materialtyp, beispielsweise eine vollanatomische Krone aus NEM, in der CAM- Software hinterlegt und wird automatisch angeboten sowie zur Bearbeitung zugewiesen. Folgende Materialien werden derzeit mit hinterlegten Frässtrategien unterstützt: Zirkoniumdioxid, Cobalt-Chrom, PMMA und Titan. Glaskeramik soll in Kürze folgen. Ist die Frässtrategie festgelegt, schlägt hyperdent die Position der Konnektoren und gegebenenfalls 72

4 der Sinterpins material- und objektbezogen vor. Bei Verwendung des Workflow-Managers werden diese vollautomatisch, auf Wunsch auch per Mausklick, gesetzt. Die anschließende Berechnung der Werkzeugwege ist nur möglich, wenn alle Arbeitsschritte korrekt abgearbeitet sind. Eine Fehlermeldung zeigt eventuelle unlogische oder fehlerhafte Parametrisierungen an. Automatisierte Generierung von Hilfsgeometrien Als offenes System bietet hyperdent auch eine automatisierte Generierung von sicherheits- und qualitätssichernden Hilfsgeometrien. Hilfsgeometrien zur Optimierung der Werkzeugwege Beispielsweise können in der Software alle Werkzeugwege optional unter qxd voller Kollisionskontrolle 11:57 Seite MüSic-Inserat.qxd:dekema_inserat 1 generiert werden. Dabei werden Werkzeug, Werkzeughalter und Rohlinghalter berücksichtigt und bei einer bestehenden Kollisionsgefahr wird vollautomatisch nach kollisionsfreien Alternativen für diesen Bearbeitungsbereich gesucht. Zudem kann zur Steigerung der Prozesssicherheit die äußerste Begrenzung des Fräsbereichs angewinkelt generiert werden. Besonders bei Materialien wie NEM oder Titan wird dadurch eine werkzeugschonende Bearbeitungsstrategie gesichert, da so das Werkzeug immer exakt mit der Schneide am Material steht und Vibrationen vermieden werden. Die Generierung der Z-Level-Begrenzungsfläche, also der Fläche, welche die Bearbeitungsbereiche jeweils von der Kavitäten- und der Okklusalseite begrenzt, erfolgt orientiert am Äquator, der stärksten Stelle des Objektes (Abb. 12). Da der Äquator häufig sehr unregelmäßig verläuft (Abb. 13), wird die Begrenzungsfläche automatisch geglättet. Der Überschneidungsbereich wird individuell an die Werkzeuggröße angepasst. AuStromAt µsic Werden Sie bloß nicht kreativ! Sinterzeiten unter 90 Minuten* Präzise Trockenphasen vor dem Sintern Sintern in 3 Ebenen mit bis zu 80 Einheiten Robuste SiC Heizelemente keine Verfärbungen Fernüberwachung über X-DREaM Software Standardisierte Schnittstelle zur Einbindung an ERP Systeme (OPC-Server optional) JaVa Technologie für Bedienung über IE6, Firefox, Opera, Safari etc. DHCP; FTP Client/Server *bei einer Haltezeit von ca. 45 Minuten bei Endtemperatur auf der untersten Ebene DEkEMa Dental-keramiköfen DIGITAL_DENTAL.NEWS GmbH Industriestraße 3. Jahrgang Juni D Freilassing Fon +49 (0) / Fax +49 (0) / info@dekema.com 73

5 sogenannten Schruppzyklus mit einer speziellen Randbearbeitung fortzufahren. Nach Abschluss dieser Bearbeitung wird der empfindliche Randbereich bei allen weiteren Bearbeitungsschritten automatisch geschützt. Das Risiko eines Ausbruchs wird in diesem Bereich damit minimiert. Abb. 12: Festlegung der Z-Level-Begrenzungsfläche von der Kavitätenseite. Ein weiteres wichtiges Instrument zur Sicherung einer gleichbleibend hohen Qualität ist die Möglichkeit, eine Mindestwandstärke im Randbereich vordefinieren zu können. Das bedeutet in der Praxis, dass alle Datensätze, die z. B. 0,2 mm im Randbereich unterschreiten, automatisch verstärkt werden können (Abb. 14). Nur so kann gewährleistet werden, dass die einjustierte Prozesskette im Fräszentrum nicht mit Kronenrändern konfrontiert wird, die in diesem System nicht mehr zu realisieren sind. Abb. 13: Verlauf der Z-Level-Begrenzungsfläche von Okklusal- und Kavitätenseite. Durch diese Optimierung der Werkzeugwege kann sichergestellt werden, dass die Bearbeitung von beiden Seiten ohne unnötige Leerwege des Werkzeugs erfolgt. Um eine ökonomische Bearbeitung zu unterstützen und die Fräszeit zu verkürzen, ist es mit hyperdent zudem möglich, Sinterpins nach dem ersten Fräszyklus auf der Okklusalseite (Schruppen) bei allen weiteren Bearbeitungen zu übergehen. Hilfsgeometrien für die Bearbeitung der Ränder Anwender erwarten besonders für Zirkoniumdioxid dünne Kronenränder, die keine manuelle Nachbearbeitung benötigen. Deshalb wurden bei OPEN MIND Mechanismen entwickelt, die es auch auf mechanisch weniger qualifizierten Fräseinheiten erlauben, prozesssicher dünne Ränder zu erzeugen. Beispielsweise besteht die Option, sofort nach grobem Freiräumen an der Kavitätenseite durch einen Abb. 14: Brückengerüst aus Zirkoniumdioxid mit vordefinierter Mindestwandstärke im Randbereich. Flexibilität durch manuelles Eingreifen im Workflow Zusätzlich zu den hoch automatisierten Abläufen bietet hyperdent dem Anwender auch die Möglichkeit, in automatische Arbeitsschritte manuell einzugreifen. Jeder bereits abgearbeitete Schritt kann nachträglich geändert werden. Alle nachgelagerten notwendigen Anpassungen führt das System selbstständig aus. Beispielsweise können Konnektoren, die automatisch gesetzt wurden, jederzeit in Position, Form und Stärke individuell angepasst sowie selektiv gelöscht werden. Dank dieser Flexibilität ist es z. B. möglich, Rohlinge höchst ökonomisch zu bestücken (Abb. 15). Die Trennschnitte, mit denen die Konnektoren optional nach dem Fräsvorgang durchtrennt werden, können selektiv oder übergreifend mit 74

6 verschiedenen Parametern, wie beispielsweise der Distanz des Schnitts zur Kappe oder einer nur teilweisen Durchtrennung, gesetzt werden (Abb. 16). Auch wenn ein Rohling bereits voll bestückt ist, stellt ein Materialwechsel kein Hindernis dar, denn alle Parameter bis hin zum Schrumpfungsfaktor werden vollautomatisch dynamisch angepasst. Für fortgeschrittene Anwender bietet hyper- DENT in der Expert-Version die Option, die Bearbeitungsvorlage (Template) (Abb. 17) frei zu konfigurieren, das heißt, für jeden Bereich der Bearbeitung eine individuelle Programmierung vorzunehmen. Dafür stehen derzeit über zehn Fräszyklen sowohl für die 3- als auch die 5-Achs-Simultanbearbeitung zur Verfügung. Dies erlaubt es dem Anwender, sinnvolle Strategien zu programmieren, die Bearbeitungsreihenfolge zu bestimmen (Abb. 18) und die Fräszeiten zu optimieren. Selbst für neu auf dem Markt erscheinende Materialien können so sinnvolle Bearbeitungsstrategien selbstständig konfiguriert werden. Abb. 15: Ökonomische Platzierung der Objekte im Rohling. Abb. 17: Die zur Verfügung stehenden Bearbeitungsvorlagen können verändert Abb. 18: und die Bearbeitungsabfolge frei gewählt werden. Abb. 16: Setzen des Trennschnitts an einem Konnektor. Zudem können Sinterpins auch bei zylindrisch geformten Rohlingen bei Bedarf an jede beliebige Stelle auf das Objekt gesetzt und nachträglich bearbeitet werden. Wird das Objekt nachträglich im Rohling verschoben, passen sich die Pins automatisch an. Konfigurieren der Bearbeitungsvorlage in der Expert- Version Individuelle Einstellung der Kronenrandbearbeitung Ein Beispiel für die individuelle Programmierung in der Expert-Version der Software ist die Einstellung zur Bearbeitung des Kronenrandes. Diese kann ab der Präparationsgrenze in der Kavität so gesteuert werden, dass nur der direkt auf dem Stumpf aufliegende Teil extrem fein, also mit kleinem Werkzeug und feinem Bahnabstand, bearbeitet wird (Abb. 19). Der darauffolgende Kappenbereich mit Zementspalt kann den Anforderungen entsprechend weniger präzise bearbeitet werden. Durch diese Möglichkeit der selektiven Programmierung kann u. a. die Bearbeitungszeit bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung gesenkt werden. 75

7 Einheit (Abb. 21). Gerade bei weitspannigen Brücken besteht häufig das Problem, dass aufgrund divergierender Stümpfe unterschiedliche Einschubrichtungen notwendig wären. Bisher wurde dieses Problem mithilfe der CAD-Software ein wenig kaschiert, indem die Stümpfe teilweise ausgeblockt wurden. Schwierigere Fälle waren nur in Handarbeit herzustellen. Abb. 19: Die Bearbeitung des Kronenrandes ist individuell programmierbar. Zur Bearbeitung von Inlay-, Onlay- und Marylandbrücken bietet hyperdent die Option, die Fräsbereiche innerhalb der Präparationsgrenzen separat zu definieren. Kappen können mit einer Kappenstrategie und anschließendem Finishing der Präparationsgrenze bearbeitet werden (Abb. 20). Die Inlay-Anteile der Brücke können zur Verbesserung der Qualität beispielsweise mit Hinterschnittbearbeitung angesteuert werden. Abb. 20: Der Anwender kann die Fräsbereiche innerhalb der Präparationsgrenzen separat definieren. Programmierung der Hinterschnittbearbeitung Ein weiteres Beispiel für eine individuelle Anpassung in der Expert-Version ist die Option, jeden Bereich einer Krone oder Brücke mit Hinterschnittbearbeitung zu programmieren. Dies ist besonders für die qualifizierte Bearbeitung vollanatomischer Kronen und Brücken mit 5-Achs-Simultanbearbeitung von Bedeutung. Anpassungen im Template bezüglich neuer oder alternativer Materialien und Werkzeuge können jederzeit abgestimmt auf die eigenen Präferenzen durch den Anwender vorgenommen werden. Individuelle Anstellung der Bearbeitungsebene Zusätzlich zu den beschriebenen Funktionen bietet hyperdent ein Instrument der optionalen Anstellung der Bearbeitungsebene für jede einzelne Abb. 21: Für jede einzelne Einheit kann die Bearbeitungsebene individuell festgelegt werden. Selbst eine 5-Achs-Simultanbearbeitung stieß in diesen Fällen bisher an ihre Grenzen, da die Restmaterialsituation nach dem Schrupp-Zyklus besonders bei Verwendung schwer zerspanbarer Materialien in der Kappe unberechenbar war. hyperdent löst dieses Problem der Bearbeitung: Die CAM-Software ist mit wenigen Mausklicks so programmierbar, dass die Kappeninnenseite beim ersten Ausräumen verschlossen bleibt, während danach alle weiteren Bearbeitungen aus der jeweils idealen kappenspezifischen Anstellung heraus erfolgen. Fazit Zusammenfassend ist festzustellen, dass Dentallabore und Fräszentren durch eine offene Prozesskette in der Lage sind, flexibel auf das Marktgeschehen zu reagieren. hyperdent ist so weit automatisiert, dass es sowohl im kleineren Labor als auch in einem hoch qualifizierten Fräszentrum mit mehreren Fräseinheiten, ökonomisch und prozesssicher einsetzbar ist. In der Expert-Version ist hyperdent aufgrund der konfigurierbaren Bearbeitungsvorlage und der frei wählbaren kappenspezifischen Bearbeitungsrichtung eine High-End Softwarelösung, die dadurch die Möglichkeit anbietet, neue Bereiche des Marktes zu erschließen. 76