Entwicklung von Methoden zur Herstellung und automatisierten Bearbeitung schädigungstoleranter, gehipter Zr02-Keramiken für Dentalanwendungen (T05#)

• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2013 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5485789

Dentalrestaurationen aus biologisch verträglichen Vollkeramiken werden bis heute in einem Zahntechniklabor sowohl manuell als auch computergestützt aus einem Keramikrohling spanend gefertigt. Die Rohling-Herstellung erfolgt dabei durch einen Keramikhersteller. Da Labore aus Kostengründen keinen kostenintensiven HIP-Prozess (heißisostatisches Pressen) zur Materialverdichtung sowie die daran folgende Hartbearbeitung gehipter Oxidkeramiken durchführen und Keramikhersteller derzeit keine kundespezifisch gefertigten Restaurationen anbieten können, verlängert sich die Prozesskette im Vergleich zur orthopädischen Implantattechnik. Gehipte Oxidkeramiken verfügen über hervorragende mechanische Eigenschaften mit einer geringen Porosität, sodass sie für den Einsatz als Krone oder Brücke geeignet sind [SCH00, TIN01]. Allerdings müssen diese Keramiken derzeit noch zusätzlich mit einer Glaskeramik verblendet werden, da sonst die hohe Härte der Keramik zu einer Schädigung des Antagonisten führt [DEN10]. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 599 wurde eine Prozesskette für die automatisierte Bearbeitung keramischer Freiformflächen am Beispiel eines Kniegelenkimplantats entwickelt. In diesem Forschungsprojekt wurde fundiertes Grundlagenwissen bezüglich der Schleif- und Polierbearbeitung von gehipten Oxidkeramiken erarbeitet. Die Umsetzung der im SFB 599 D4 erarbeiteten Prozessschritte stößt aufgrund der Herausforderung, große, komplexe, vollkeramische Implantatrohlinge zu sintern an ihre industriellen Grenzen. Zwar existieren erste Ansätze, Spritzgießverfahren für keramische Schlickermassen zu nutzen, jedoch sind dies bisher nur prototypische Verfahren und nicht industriell nutzbar. Die Umsetzung der entwickelten Prozesskette mit zunächst kleineren vollkeramischen Bauteilen würde die Übertragung in die Praxis und die Verifikation der Grundlagenerkenntnisse beschleunigen. Ziel des hier beantragten Transferprojekts ist es daher, das Grundlagenwissen aus dem Teilprojekt D4 des SFB 599 in ein Anwendungsszenario zu überführen und damit auch hinsichtlich Anwendbarkeit und Reproduzierbarkeit an einem vollkeramischen Medizinprodukt zu verifizieren. Das Anwendungsszenario stellt die automatisierte Bearbeitung von Dentalanwendungen dar. Hierfür wird zunächst vom Projektpartner CeramTec in Zusammenarbeit mit dem IFW eine geeignete, hipbare Zirkonoxidkeramik entwickelt, welche in einem breiten Prozessparameterfeld schädigungsfrei hartbearbeitbar ist und ohne zusätzliche Verblendung für Dentalrestauration eingesetzt werden kann. Die Erkenntnisse dieser Werkstoffentwicklung sowie die Schleif- und Polieruntersuchungen dienen als Wissensgrundlage für die Entwicklung einer automatisierten Bearbeitungskette von Dentalanwendungen, welche anhand eines Demonstratorbauteils prototypisch umgesetzt wird. Damit steht eine, im Vergleich zum Stand der Technik in der Dentalindustrie, neuartige und verkürzte Prozesskette bereit, welche die Herstellung von Dentalrestaurationen mit optimalen mechanischen Eigenschaften schädigungsfrei ermöglicht. Ferner wird im Rahmen dieses Projektes eine Methodik zur fertigungstechnologischen Charakterisierung von Dentalkeramiken entwickelt, die dem Projektpartner und der Industrie im Allgemeinen zukünftig ermöglichen, autark eine neu entwickelte Rezeptur fertigungstechnisch zu bewerten. Dies stellt einen direkten Wissenstransfer in Form einer Methodik von der Forschung in die Industrie dar und bedeutet für den Industriepartner einen deutlichen Wettbewerbsvorteil.

• DFG Programme: Collaborative Research Centres (Transfer Project)
• Subproject of: SFB 599: Sustainable Bioresorbable and Permanent Implants of Metallic and Ceramic Materials
• Applicant Institution: Medizinische Hochschule Hannover
• Project Head: Dr.-Ing. Jens Köhler