Die Additive Fertigung mit Edelmetallpulvern ist ein wichtiger Fortschritt in der Dentaltechnologie, denn damit gehen wichtige Vorteile einher, die die Verarbeitung der Zahnversorgung aus Edelmetall wesentlich vereinfachen. Wir haben uns bereits in früheren Blogbeiträgen mit der „Additive Fertigung mit Edelmetallpulvern in der Dentaltechnologie“ sowie der „Machbarkeitsanalyse“ auseinandergesetzt. Dieses Mal geht es um eine konkrete Produktherstellung, um den sogenannten markttauglichen 3D-gedruckten Goldzahn.

 Kurz zum Hintergrund

Die Additive Fertigung in Edelmetall befindet sich im Gegensatz zum Nicht-Edelmetall noch in den Anfängen der Markteinführung. Wir haben mit Pilotkunden unterschiedlichste Projekte gestartet, um das Verfahren marktreif zu entwickeln und die Abwicklung für den Zahntechniker zu optimieren. Die Zusammenarbeit mit unseren Partnern entwickelt sich sehr positiv und innerhalb kürzester Zeit konnten hervorragende, marktreife Ergebnisse erzielt werden.

Goldzahn drucken lassen: Das sind die wichtigsten Faktoren

Bei der additiven Fertigung, in unserem Fall präzisier als LPBF (Laser Powder Bed Fusion) zu bezeichnen, entsteht das Bauteil durch wiederholtes Auftragen und Verschmelzen von Pulverschichten. Dabei müssen wichtige Faktoren berücksichtigt werden:

• Gold als Ausgangsmaterial:

Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Reflexion und Leitfähigkeit eignet sich Gold nur unter bestimmten Voraussetzungen für die additive Fertigung. Die hohe Dichte von Gold und die Reflexion des roten Lasers erfordern einen hohen Energieeintrag, um die erforderliche Energie in das Material zu bringen. Die gute Leitfähigkeit von Gold führt die Energie jedoch sehr schnell ab.

Das bedeutet, dass die sogenannten Belichtungsparameter sehr gut auf das Material abgestimmt werden müssen. Ziel ist es, die aufgetragenen Pulverschichten fehlerfrei miteinander zu verschweißen und somit ein dichtes Bauteil zu erzeugen.

• Wirtschaftlicher Faktor:

Um dentale Zahnversorgungteile additiv fertigen zu können, bedarf es hoher Investitionen. Zum einen für den 3D-Drucker, zum anderen für das Edelmetallpulver. Wir haben bei C.HAFNER technologisch einzigartige Möglichkeiten auf den gesamten Materialkreislauf bis hin zur Pulververdüsung zurückzugreifen. Zudem ermöglicht unsere hauseigene Analytik ein schnelles Iterieren. Wir nutzen also unsere bereits vorhandenen Fähigkeiten, um die additive Fertigung im Dentalbereich voranzubringen.

• Lieferschnelligkeit:

Mit der additiven Fertigung kann der Herstellungsprozess wesentlich schneller vorangetrieben werden. Einzige Voraussetzung dafür ist, dass die Fertigung jeder Geometrie auf Anhieb funktionieren muss, was nur über praxisbewährte Prozessparameter sichergestellt werden kann.

Schritt für Schritt zum gedruckten Goldzahn

1. Damit mit dem LPBF-Verfahren problemlos gefertigt werden kann, muss das Pulver fließfähig sein. Die Pulverpartikel müssen eine sphärische Form aufweisen.

2. Nach Auswahl geeigneter Parameterkombinationen werden kleine Würfel als Volumenkörper hergestellt. Hierbei muss ein geeigneter Abstand der Laserbahnen gewählt werden, welcher sich an der resultierenden Spurbreite orientiert.

Die Volumenkörper werden in einem metallografischen Schliff senkrecht zu Schichtebene analysiert. Für die Qualität des Bauteils ist zunächst ein perfekter Verbund der Schichten und Schmelzbahnen zu gewährleisten. Das Porenbild verrät, welcher Parameter angepasst werden muss.

Um ansprechende Oberflächen zu gewährleisten, werden Konturparameter Entwickelt. Abhängig vom Winkel der Oberfläche zur Aufbaurichtung können die Konturen individuell parametrisiert werden. Für jeden Winkel wird der beste Parametersatz ausgewählt, bezüglich Dichte und Wandstärke angepasst und im Parametersatz hinterlegt. Abschließend kommen die Up-skins, welche bereits an dentalen Strukturen untersucht werden. Um eine glatte Oberfläche zu erhalten, können dicke Schmelzspuren eng nebeneinandergelegt werden. Somit wird die Welligkeit reduziert. Doch Vorsicht! Heißrisse: Durch das darunterliegende Bauteil wird die Wärme gut abgeführt, das Schmelzbad erstarrt schnell und hinterlässt einen feinen Riss im Bauteil. Prozessbedingt sind Kronenränder nach oben orientiert, da hier die Wiedergabegenauigkeit am höchsten ist. Hier greift der Up-skin Parameter und soll filigrane Kronenrändern erzeugen. Entsprechend muss der perfekte Kompromiss aus Oberflächengüte, Wiedergabegenauigkeit und Bauteilqualität gefunden werden.

3. Als Ergebnis lassen sich Einzelkäppchen bis zur 14-gliedrigen Brücke präsentieren, aus welchen alle Gerüste gefertigt werden können. Ferner sind sehr filigrane Strukturen wie beispielsweise Retainer oder Retentionen mit dieser Technologie realisierbar. Somit konnten wir mit viel Forschung festhalten, dass wir bei C.HAFNER mit dem 3D-Druck seiner dentalen Typ 4 Goldlegierung Orplid CF ein technisch ausgereiftes Produkt für den Dentalmarkt entwickeln konnten, welches von unseren Pilotkunden positiv bestätigt wurde.

Wir sind gespannt auf die Zukunft!

Manuel Schroth