Изготовление керамики
для машинной обработки

Изготовление блоков CAD\CAM

Тема компьютерного моделирования и машинного изготовления реставраций очень разносторонняя: это и спектр показаний для различных систем и точность фрезерования, и качество и целесообразность использования различных обрабатываемых материалов, будь то керамика из полевого шпата или диоксид циркония, - все активно обсуждается…А производители расхваливают преимущества фрезеровочных блоков. Но как они, собственно говоря, получаются? Фирма ВИТА (Бад Зэкинген, Германия) представляет обзор своих технологических процессов с этой точки зрения.

Опыт фирмы ВИТА в производстве керамических фрезеровочных блоков насчитывает уже более 20 лет. Когда в 1985 году в Цюрихском Университете проф.д-р Вернер Мерманн начал работы с компьютерной установкой CEREC I, он обратился на фирму ВИТА с просьбой о производстве соответствующего материала. Перед разработчиками встала важнейшая проблема: всякая обработка и, в особенности, скоростное фрезерование на базе микропроцессорного управления, неизбежно ведет к повреждению керамики. Поскольку уже имелся хороший опыт в шлифовании искусственных зубов минерального происхождения, то на базе этого материала начались первые исследования. Д-ру химических наук Норберту Тилю, который руководит отделом исследований и разработок в области неорганический химии и в производстве керамических материалов, удалось улучшить рецептуру и зернистость материала. Так возникла керамика Mark II, отличающаяся более удачными фрезеровочными свойствами и очень бережным взаимодействием с антагонистами.

Относительно формовки изделия было принято решение об экструзионном способе прессования, в настоящее время дополнительно используется также сухое прессование. На базе этих двух методов при соблюдении подобающих технологических условий можно получить хорошие результаты.

 

Изготовление порошка полевого шпата

Основой VITABLOCS® Mark II является мелкодисперсная керамика полевого шпата. Полевой шпат добывается на европейских и заокеанских месторождениях, он должен соответствовать особым требованиям относительно химического и минералогического состава. К примеру, очень важно, в каких соотношениях в сырье содержится бикарбонат натрия, калий и кальций, а также кварц. Полевой шпат вначале подвергается грубому измельчению до получения фракции 1-2 см3 и удалению примесей. Затем производится помол. Полученный порошок при добавлении воды и мелющих тел подвергается более мелкому помолу. Далее следует длительный процесс фильтрации, когда из порошка путем магнетической сепарации удаляются намагничивающиеся примеси. Во время многочасового этапа оседания порошок окончательно освобождается от воды и может отправляться на первый обжиг. Обжиг массы полевого шпата до состояния керамической фритты, промежуточного продукта из расплавленного сырья, также подлежащего помолу, длится два дня и происходит при температуре приблизительно 1500°С.

Затем фритта измельчается, и процесс повторяется многократно, пока физико-химические свойства базового материала не придут в соответствие с определенными требованиями. В порошок, к примеру, добавляется карбонат натрия (Na2CO3) или карбонат кальция (CaCO3) для того, чтобы получить особые свойства материала относительно точки размягчения, температуры обжига, коэффициента термического расширения (КТР) и прочности на изгиб. Чем чаще повторяется цикл обработки материала, тем целенаправленнее можно сформировать его свойства. Последний обжиг продолжается около 20 минут в вакуумной печи при температуре < 1000°С. Вакуум способствует удалению воздуха из структуры заготовки, вследствие чего значительно улучшаются свойства транслюценции фритты. Если бы проводился атмосферный обжиг, то имело бы место образование пузырьков воздуха в материале, а значит, материал был бы мутным. После последнего помола порошок полевого шпата имеет среднюю зернистость около 50 μm.

 

Цветные фритты

Цвет «черты» полевого шпата - белый. Чтобы получить порошок в цветах VITA SYSTEM 3D-MASTER и VITAPAN classical, изготавливаются так называемые цветные фритты. При этом используются неорганические пигменты, которые вводятся в стекломатрицу керамики. Отдельные цветовые нюансы достигаются путем добавления цветного фриттованного порошка к базовому белому фриттованному порошку. Смесительные устройства неравномерно и с переменной скоростью вращают емкости объемом до 80 кг, что способствует лучшему смешиванию порошка. Из каждой смеси берется проба, которая после обжига сравнивается с цветовым эталоном.

 

Экструзионный способ прессования

На смену мясорубке, использовавшейся во время первоначальных исследований, на производство пришел промышленный штранг-пресс. Способ производства похож на производство кирпича. В порошок в смесильной машине добавляются стандартные пластификаторы и вода. Пластифицированная керамическая масса направляется затем через подающий шнек в экструдер и выдавливается через сопло определенной формы. Форма и размер сопла определяют вид готового штранга. Так получаются штранги длиной от 40 до 50 см. Теоретически штранги могут быть бесконечной длины, но это было бы непрактично для производственного процесса. Чтобы при сушке штрангов не возникало трещин, этот процесс проходит под контролем в специальном помещении в течение нескольких дней.

Сушка штрангов происходит при контролируемом температурном режиме

Штранги распиливаются на блоки

 

После сушки штранги распиливаются на блоки , вручную заглаживаются наждачной бумагой и помещаются на обжиговый трегер, а затем обжигаются в вакуумной печи при температуре > 1000С.

  

 

Способ сухого прессования

Все последующие вариации блоков от фирмы ВИТА производятся способом сухого прессования. Сюда относятся VITA In-Ceram® SPINELL, ALUMINA, ZIR-CONIA, AL, YZ, а также VITABLOCS® TriLuxe и Tri-Luxe forte.Последние базируются на керамике полевого шпата Mark II.
В процессе формирования блоков униаксиальным способом сухого прессования гранулированный керамический порошок заполняется в форму и прессуется с помощью определенного штампа.

Порошок заполняется в форму.

Штамп прессует порошок.

Блок автоматически выталкивается из формы

Способ сухого прессования зарекомендовал себя, т.к. вследствие автоматизации результаты производственного процесса стандартны. Чтобы получить три или четыре степени интенсивности цвета в одном блоке VITABLOCS® TriLuxe и TriLuxe forte, в форму по очереди заполняются три или четыре порции порошка, каждая другой окраски. При заполнении они в пограничных участках смешиваются между собой автоматически. Кроме того, этот плавный цветовой переход поддерживается транслюценцией и выраженным эффектом «хамелеона».

Для производства блоков VITA In-Ceram® SPINELL берется не натуральное сырье, а синтетическое. Причина в том, что минеральные примеси в данном случае нежелательно сказались бы на свойствах готовой продукции. Синтетическая шпинель отличается напротив постоянной однородностью состава. Изготавливается она путем плавления оксида алюминия (Al2O3) и оксида магнезия (MgO) электрической дугой (электрический разряд в газе между двух электродов). Фирма ВИТА не производит шпинель на своем производстве, а использует продукцию соответствующего производителя. То же самое касается и необходимого для производства блоков VITA In-Ceram® ALUMINA корунда (оксида алюминия), а также порошка диоксида циркония для блоков VITA In-Ceram® ZIRCONIA. Для последних применяется диоксид циркония (ZrO2), стабилизированный оксидом церия (IV) (CeO2).

Производится жидкостным химическим методом путем совместного осаждения и кальцинирования. Этот материал, как и стабилизированный оксидом иттрия (III) (Y2O3) диоксид циркония, обладает феноменом усиления трансформации. Благодаря оксиду церия (IV) достигается более высокая вязкость разрушения, а благодаря оксиду иттрия (III) - более высокая прочность на изгиб.

 

Варианты обработки

Пять видов оксидационной керамики набора VITA In-Ceram® подразделяются на группу стекло-инфильтрационной керамики и группу агломерационной керамики (VITA In-Ceram® AL и YZ). Поэтому материалы VITA In-Ceram® ZIRCONIA и VITA In-Ceram® YZ различаются между собой. В последнем случае используется усиленный оксидом иттрия диоксид циркония.

Диоксид циркония HIP фирма ВИТА не продает. Предприятие выбрало производство Gruenlinge, т.к. они легче поддаются обработке и при фрезеровании в микропроцессорных установках и при последующей ручной доводке, которую осуществляет зубной техник. Для необожженного материала обработка более благоприятна. Блоки подвергаются обжигу до получения пористого состояния, причем следует обратить внимание, что материал тем легче обрабатывается, чем больше у него пор. Пористость, однако, влечет за собой фактор усадки, который нужно учитывать при окончательной синтеризации. При стекло-инфильтрации усадки нет, поэтому эти материалы позволяют получить более точную припасовку.

 

Полимеры для машинной обработки

Помимо керамических блоков производятся также и полимерные блоки, например, VITA CAD-Temp. Материал представляет собой акрилатный полимер с микронаполнителем (композит), который в аналогичном виде используется для производства зубов для частичных и полных протезов. ВИТА применяет здесь способ допрессовки. Т.е. масса сначала подвергается отвердению в ходе полимеризации под давлением и при температуре > 120°С. Так как процесс охлаждения также проходит под давлением, во время дальнейшей обработки полимеризационная усадка сводится практически к нулю. Благодаря промышленному изготовлению остаточные мономеры в материале исключены.
Для производства VITA CAD-Waxx, который используется вместо моделировочного воска, отливаются листы полиметилметакрилата (PMMA), распиливаются на штранги и затем - на блоки. Пилы для всех видов разделения штрангов на блоки являются собственной разработкой фирмы ВИТА.

 

Аттачмены и маркировка

На завершающем этапе в ходе автоматизированного процесса на всех блоках устанавливается аттачмен (держатель для зажима в микропроцессорной фрезерной установке) и производится маркировка. Для этого на фирме существуют две специальные машины.

     

Аттачмены приклеиваются специальным клеем, которые по своим свойствам соответствует технологическим процессам.

Например, он высыхает в течение нескольких минут. Еще лет десять тому назад аттачмены приклеивались вручную. Маркировка блока несет информацию о названии изделия, а также о размере и цвете, кроме того имеется маркировка Европейского Союза (CE0124) и номер партии. Штрих-код на блоках VITA In-Ceram® YZ и AL содержит информацию о факторе усадки. Штрих-код считывается сканером компьютерной установки, и информация автоматически учитывается во время фрезерования.

 

Гарантия качества

Д-р Роберт Раутер, Технический директор фирмы ВИТА: «Сами по себе способы производства керамических блоков для механической обработки с микропроцессорным управлением являются одним и тем же, будь то экструзионное или сухое прессование. В настоящее время эти способы на вооружении и у наших конкурентов. Мы у себя на фирме очень большое внимание уделяем контролю качества. Он начинается уже в момент поступления сырья. Сырье проверяется, например, на радиоактивность, зернистость и химический состав. Далее следует минералогический анализ. Во время производственных процессов продукция постоянно проверяется работниками.

Блоки перед обжигом очищаются кисточкой.

Перед загрузкой в сборочную машину проводится отбраковка блоков.

Работники проверяют готовые блоки на соответствие цвета.

Блоки с примесями сразу же отбраковываются. Хотя, может быть, здесь имеет место чисто визуальный недостаток, не влекущий за собой ухудшение свойств изделия.

Среди готовых изделий проводятся выборочные проверки физико-механических свойств. В этих рамках делается среди прочего анализ структуры с помощью электронного микроскопа.

Последующие проверки с помощью компьютерного томографа (СТ) и рентгено-дифрактометра.

   

Компьютерная томография позволяет определить образование трещин в материале, с помощью рентгено-дифрактометра определяются кристаллические компоненты. В лаборатории качества, например, отдельные блоки распиливаются алмазно-проволочной пилой на изгибные стержни и подвергаются классическому трехточечному тесту на изгиб в универсальной испытательной машине.

    

Кроме того, проводится, например, термоанализ для проверки КТР.

Все эти мероприятия требуют, разумеется, дополнительных затрат в ходе технологического процесса. Но только таким образом мы в состоянии предложить нашим клиентам продукцию высокого качества.»

 

Перспективы

В будущем пользователям In-Ceram® YZ будут предложены блоки больших размеров, подготовительная работа в этом направлении уже началась. Кроме того, постоянно изыскиваются возможности совершенствования компьютерных технологий для эстетического протезирования.

Полезная информация

 

 

 

 
 
На главную | О фирме | Новости | Каталог | Торговля | Обучение | Литератур

www.dentalinfo.com.ua

61023, Харьков, ул. Сумская, д. 126

Тел +380 57 7149091, +380 57 7179090; Факс +380 57 7174166