Dentalbranche boomt

Die Dentaltechnik setzt zunehmend auf moderne computerunterstütze Technologien zur Fertigung von individuellen Zahnersatz. Dabei verspricht die CAD/CAM Technologie eine werkstoffgerechte Verarbeitung von industriell hergestellten Materialrohlingen. Gerade bei der gusstechnischen Verarbeitung von Metallen ist das Beherrschen des Prozesses unabdingbar. Die Beherrschung des Gussprozesses beeinflusst direkt die Materialqualität und damit die klinischen Erfolgschancen. Mögliche Fehler im Gussprozess, wie Gashohlräume, Schülpen, Lunker und Gussspannungen führen zu einer wesentlichen Verschlechterung der Werkstoffqualität. Mit der industriellen Herstellung von Materialrohlingen in Rondenform (Blank) und deren frästechnischen Bearbeitung wollte man dieser Problematik entgehen. Doch gerade die Zerspanung von schwer zerspanbaren Materialien wie Kobalt-Chrom-Legierungen, stellt hier neue Herausforderungen.
Durch zunehmenden Kostendruck in der Fertigung von Zahnersatz werden die Frästechnologieanwender gezwungen,  Fräszeiten zu reduzieren und Werkzeugstandzeiten zu verlängern. Um dies zu ermöglichen, wurden am Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung in Zusammenarbeit mit einem KMU aus der Region zerspanungstechnische Untersuchungen zur Ermittlung eines möglichst optimalen Zerspanprozesses durchgeführt. Im ersten Schritt wurden die vorwiegend auf dem deutschen Markt verwendeten Kobalt-Chrom-Legierungen einer EDX- und Kristallstrukturanalyse sowie einer Makro- und Mikrohärtemessung unterzogen. Durch werkstofftechnische Untersuchungen konnte trotz annähernd gleicher chemischer Zusammensetzung der verwendeten CoCr-Ronden eine erheblich unterschiedliche Gefügeausprägung des Dreistoffsystems CoCrMo bzw. CoCrW festgestellt werden. Insgesamt entsprechen die Legierungen jedoch den in der Literatur beschriebenen heterogenen CoCr-Dentallegierungen mit zwei bzw. drei Gefügephasen.
Im weiteren Verlauf wurde ermittelt, wie sich Werkzeuge, Zustellungen, Schnittgeschwindigkeiten sowie die verwendete Kobalt-Chrom-Legierung auf die Fertigung und auf die Materialqualität der Gerüste nach der Bearbeitung auswirken. Die Untersuchung stellte sich grundlegenden Fragestellungen zur Prozesssicherheit, zum Zeitspanvolumen sowie zum Werkzeugverschleiß. Dabei wurden Zerspanversuche durchgeführt um festzustellen, welchen Einfluss unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen haben und wie diese den Fräsprozess beeinflussen.
Die Fräsversuche wurden auf einer Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine Mikron HSM 700 durchgeführt. Der Bearbeitungsprozess wurde mit dem CAD-CAM-System Cimatron projektiert. Als Fräswerkzeug wurde für jeden Werkstoff ein fabrikneues Fräswerkzeug verwendet. Dabei handelte es sich um ein typisch für die dentale CAD-CAM-Prozesskette verwendetes Fräswerkzeug, mit einem Kugelkopfdurchmesser von 3mm, des Herstellers Mitsubishi. Das Werkzeug besteht aus Ultrafeinstkornhartmetall und ist mit einer TiAlN-Beschichtung versehen.
Die Parameter wurden für jeden Fräsversuch konstant gehalten. Nach jeweilig 2 gefrästen Zähnen erfolgte eine Messung der Verschleissmarkenbreite an den Schneiden des Kugelkopffräswerkzeuges. Bei Überschreitung der Verschleißmarkenbreite von 0,15 mm wurde das Standzeitkriterium zum Abbruch der Versuche erreicht.


Bild:    CoCr-Ronden nach durchgeführten Zerspanungsversuchen
 
Das Ergebnis der durchgeführten Zerspanungsuntersuchungen ist in Bild dargestellt. Die Ergebnisse und Zusammenfassungen liegen in der Kontaktelle des WFQ für weitere Beratungen von interessierten KMU vor.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Florian Welzel
Universitätsplatz 2
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