Die medizinische Zahnersatzfertigung zeichnet sich durch hohe Qualitätsanforderungen, hohe Fertigungskosten und kleine Losgrößen aus. Um in diesem Umfeld kompetitiv zu bleiben ist eine effiziente Prozesskette zur Fertigung dieser Bauteil notwendig. Ein hybrider Lösungsansatz, bestehend aus additiven und subtraktiven Fertigungstechnologien ist hierbei der nächste sinnvolle Schritt. Additive Fertigungstechnologien erlauben den schichtweisen Aufbau von Bauteilen auf Basis von CAD-Daten, konventionelle Bearbeitung wird anschließend genutzt, um die gewünschte Formgenauigkeit und Oberflächenqualität zu realisieren. Dadurch werden gezielt die Vorteile jeder Bearbeitungstechnologie ausgeschöpft: Additive Fertigung eignet sich insbesondere bei komplexen Geometrien mit kleinen individuellen Losgrößen, erreicht jedoch im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung, wie bspw. Fräsen geringere Oberflächenqualitäten und Formgenauigkeiten. Konventionelle bzw. subtraktive Bearbeitungstechnologien realisieren im Vergleich zu additiven Fertigungsprozessen eine geringere Geometrievielfalt und mit steigender Bauteilkomplexität steigen in der Regel auch Zeit und Kosten der Bearbeitung. Eine Kombination beider Fertigungstechnologien entsprechend der jeweiligen Stärken erlaubt die Umsetzung einer effizienten Prozesskette und erlaubt darüber hinaus bspw. die Integration von fälschungssicheren Produktmerkmalen in das Innere des Zahnersatzes und sorgt so für den Schutz des Patienten vor Produktfälschungen. Die effiziente Umsetzung einer solch komplexen Prozesskette (Vermessung, additive und konventionelle Fertigung) mit kleinen Losgrößen erfordert die Unterstützung durch eine ganzheitliche CAx-Lösung, welche den Benutzer befähigt mit geringem Programmier- und Planungsaufwand Prozessketten für individuelle Bauteile umzusetzen.
Highlights
- Hybrider Prozess: Additive Fertigung zur Erzeugung der Bauteilgeometrie, subtraktive Fertigung zur Realisierung der notwendigen Formgenauigkeit und Oberflächenqualität
- Einsatz der Fertigungstechnologien entsprechend ihrer Vorteile
- Feature-basierte Fertigung
Vorteile
- Effizienter Prozess
- Reduzierte Fertigungskosten und Zeitaufwand
- Qualitativ hochwertige Bauteile
- Verbesserte Materialeigenschaften
- Kapselung von Prozess- und Designwissen
- Hohe Benutzerfreundlichkeit
Förderprogramm
Das “MedProd”-Projekt wird durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Ministeriums für Wirstschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert. (BMWi)
(Förderkennzeichen: ZU 4668202HB9)
AiF Projekt GmbH
Tschaikowskistrasse 49
13156 Berlin
E-Mail zim@aif-projekt-gmbh.de
Übersicht
Highlights
- Hybrider Prozess: Additive Fertigung zur Erzeugung der Bauteilgeometrie, subtraktive Fertigung zur Realisierung der notwendigen Formgenauigkeit und Oberflächenqualität
- Einsatz der Fertigungstechnologien entsprechend ihrer Vorteile
- Feature-basierte Fertigung
Vorteile
- Effizienter Prozess
- Reduzierte Fertigungskosten und Zeitaufwand
- Qualitativ hochwertige Bauteile
- Verbesserte Materialeigenschaften
- Kapselung von Prozess- und Designwissen
- Hohe Benutzerfreundlichkeit
Aktuelle Entwicklungen in der additiven Fertigung (AM) haben die Bandbreite an einsetzbaren Materialien vergrößert und deren Materialeigenschaften bspw. in pulverbettbasierten Prozessen verbessert. Durch aktuelle Standardisierungsbemühungen und die hohe Marktnachfrage sind Material und Maschinenkosten auf der anderen Seite stetig gesunken. Dadurch rückt die additive Fertigung immer mehr in den Fokus der medizinischen Industrie gerückt. 3D-Drucker stellen bereits Operationshilfen, kieferorthopädische Klammern und Spangen, Zahnersätze, Aufbissschienen und sogar Kronen und Brücken aus Metall (CoCr oder Titan). Additive Fertigung erlaubt in diesem Zusammenhang eine Erhöhung der Effizienz insbesondere bei der Generierung von individuellen Bauteilen und ergänzt konventionelle Bearbeitungsprozesse und eröffnet neue Möglichkeiten und Geschäftsmodelle.
Zahnersatz ist ein essenzieller Teil bei der Wiederherstellung eines funktionsfähigen Gebisses, welches bspw. durch Krankheit, Unfälle oder andere Gründe in seiner Funktion beeinträchtigt ist. Traditionell ist die Herstellung von Zahnersatz durch den Einsatz von entsprechenden Formen auf Basis von Fräsprozessen geprägt. Durch die geringen Losgrößen und die hohen Ansprüche an Qualität und Materialeigenschaften ist die Herstellung von Zahnersatz in der Regel sehr kostspielig. Die bei Premet entwickelte und bei Dart eingesetzte Prozesskette basiert auf einem hybriden Prozessansatz. Die realisierte Prozesskette erlaubt einen hohen Grad an Flexibilität und Kontrolle über den Fertigungsprozess. Nichtdestotrotz ist der Prozess geprägt von einem erhöhen manuellen Planungsaufwand und setzt einen hohen Grad an Prozesswissen voraus. Insbesondere die Integration von neuen komplexeren Implantant- und Ambutmentmodellen stellt einen erhöhten Arbeitsaufwand dar und erhöht somit Kosten und Zeitaufwand der Fertigung. Um das vorhandene Potential weiter auszuschöpfen, ist eine intensive Kapselung von Prozess- und Designwissen in Form von entsprechenden CAx-Softwarelösungen notwendig, so dass eine breite und abdeckende Anwendbarkeit geschaffen werden kann. Aktuelle wird die unten abgebildete sint&mill Prozesskette beim Endanwender umgesetzt:
AixPath entwickelt in diesem Projekt eine Softwarelösung, welche es erlaubt die involvierten Prozessschritte der Vermessung, additiven Fertigung und konventionellen Nachbearbeitung ganzheitlich abzudecken. Dabei wird ein erhöhter Fokus auf die Kapselung von Wissen und Wiederverwendung von standardisierten Bauteilen mittels feature-basierten Designs gelegt. Zusammen mit einer automatisierten Behandlung und Verarbeitung von Messdaten wird eine Basis geschaffen, die es erlaubt den Zeitaufwand bei der Auslegung der Prozesskette für konkrete Bearbeitungsfälle stark zu reduzieren. Der gewählte Lösungsansatz vergrößert die Bandbreite verwendbarer Standardbauteile und erlaubt die Wiederverwendung etablierter Prozesskonfigurationen für jeden Fertigungsauftrag. Die adressierte Softwarelösung bietet zusammengefasst somit folgende Vorteile:
- Kapselung von Prozesswissen
- Feature-basierte Prozessauslegung
- Breite Anwendbarkeit im Sinne von standarisierten Bauteilen
- Nutzung und Austauschbarkeit verschiedenen Maschinenequipments durch generischen und einfach konfigurierbaren Postprozessor
Zeitplan des Projekts
Projektende - Juni 2021
Partners
Das Projekt wird in Kooperation mit folgenden Partnern realisiert:
Dent-Art-Technik Ltd. ist ein medizinisches Labor, spezialisiert auf die Fertigung und den Verkauf von modernster medizinischer Ausrüstung mit einem Fokus auf Dentaltechnik seit mehr als 25 Jahren. Dent-Art stellt im Projekt das notwendige Wissen über die Fertigung von Zahnersätzen. Darüber hinaus haben Sie Erfahrung im Bereich der additiven Fertigung von Dentalimplantaten sowie deren Materialeigenschaften.
Premet Ltd. stellt im Projekt das Wissen und die Maschinen bereits, die notwendig sind, die adressierten Bauteile additiv schichtweise mittels eines pulverbettbasierten Prozesses aufzubauen sowie durch konventionelle Bearbeitung nachzubearbeiten. Premet als Endanwender definiert im Projekt die Demonstratoren und stellt den Industriebezug im Projekt dar.