Dentale Fräsmaxchinen CAD/CAM

Dentale Fräsmaschinen – CAD/CAM-Fertigung im Dentallabor

Kategorie: Fräsmaschinen
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Rund um digitale Fertigung von Zahnersatz mit dentalen CAD/CAM-Fräsmaschinen gibt es viel zu wissen. Ob kleiner Alleskönner oder große dentale CNC-Maschine – erfahren Sie hier mehr über Einsatzbereiche, Funktionsweisen und Bauarten. 

Die Fertigung mit dentalen Schleif- und Fräsmaschinen hat sich in vielen Bereichen durchgesetzt. Aber Fräsmaschine ist nicht gleich Fräsmaschine. Dentale CAM-Maschinen unterscheiden sich in Anwendungsbereichen, Bauart, Frästechnologie und Preisstruktur. Der Anwender sollte Grundlagen der CAD/CAM-Technik sowie der Maschinentechnologie kennen. 

Das CAD/CAM-Fräsen ist ein spanabhebender, subtraktiver Prozess. Fräsmaschinen dienen in der Zahnmedizin für das Verarbeiten einer Vielzahl von Materialien. Metalllegierungen, Titan, Vollkeramiken, neue Zirkonoxide, polymerbasierte Materialien, PMMA … – fast alle Werkstoffe können umgesetzt werden. Die Vorteile gegenüber der konventionellen Verarbeitung durch die digitale Fertigung liegen ganz klar in der Präzision, Reproduzierbarkeit und Effizienz. 

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Automatisierte Fertigung ist ein zukunftsweisender Trend in der Zahntechnik. Aber wie kann im Dentallabor eine vollautomatisierte Fertigungskette gestaltet

Welche Arten von Fräsmaschinen in der Zahntechnik und Zahnmedizin gibt es?

Mit dem Automatisieren von Fertigungsabläufen kann zusätzlich zum breiten Materialangebot eine gleichbleibend hohe Qualität erzielt werden. Dies macht CAD/CAM-Systeme für Zahnmedizin und Zahntechnik interessant. Grundsätzlich wird jede Art der digital gestützten Fertigung als CAD/CAM-Technologie bezeichnet. Die digitale Konstruktion (CAD) wird mittels Maschine (CAM) in ein Objekt umgesetzt. Der Fertigungsweg erfolgt subtraktiv (Fräs- und Schleifmaschinen) oder additiv (dentale 3D-Drucker).

Für die digitale Fertigung von Zahnersatz bedarf es zunächst einer dreidimensionalen Erfassung des präparierten Stumpfes bzw. der Zahnsituation. Hierfür stehen Intraoralkameras oder Laborscanner zur Verfügung. Es folgen die digitale Datenaufbereitung und Weiterverarbeitung. Idealerweise laufen alle Schritte von der 3D-Datenerfassung, über die Erstellung und Aufbereitung des Datensatzes bis zur Fertigung (Fräsen, Drucken) vollautomatisch ab.

Ort der CAD/CAM-Fertigung - Chairside oder Labside? 

Früher wurden CAD/CAM-Fräsmaschinen in Chairside-Systeme und in Labside-Systeme eingeteilt, wobei Chairside, also die Fertigung innerhalb der Zahnarztpraxis, häufig gleichgesetzt wurde mit dem marktbeherrschenden CEREC-System. Heute werden eigen sich verschiedene offene Systeme zur CAD/CAM-Fertigung sowohl für Dentallabore, als auch für das Praxislabor. Systemen werden die Präparationen intraoral gescannt und die Restauration direkt in der Zahnarztpraxis hergestellt.

Bei Labside-Systemen werden sowohl Daten aus intraoralen Scans als auch Daten von Modellscannern verarbeitet. Bei der Labside-Fertigung wird die hohe Kompetenz des Zahntechnikers mit digitalen Technologien vereint, was anders als bei der Fertigung in der Praxis auch komplexere Indikationen und mehrgliedrige Restaurationen ermöglicht.

Die erste dentale CAD/CAM-Fräsmaschine (CEREC) für den Einsatz in der Praxis kam im Jahr 1988 auf den Markt. Wenige Jahre später kamen verschiedene Fräsmaschinen speziell für den Einsatz im Dentallabor auf den Markt. Zunächst waren CAD/CAM-Fräsmaschinen in der Zahntechnik in erster Linie für die Fertigung von Zirkoniumdioxidgerüsten gedacht, schnell wurde aber das Potential der Technologie auch für andere Materialien erkannt. Seither ist viel passiert und es ist viel Entwicklungsarbeit in Maschinen, Software und Materialien geflossen. 

Art des CAD/CAM-Fertigungssystems - offen oder geschlossen?

Eine weitere Gliederung von CAD/CAM-Fräsmaschinen kann nach Produktionsart und Schnittstellen erfolgen. Es gibt offene und geschlossene Systeme.

Beide Varianten haben Vor- aber auch Nachteile. Bei einem CAD/CAM-System mit offenen Schnittstellen arbeitet der Anwender mit Materialien und Fertigungsstrategien verschiedener Anbieter. Geschlossene Systeme sind in der Regel auf bestimmte Materialien beschränkt.

Im Sinne einer hohen Flexibilität scheinen offen konzipierte Systeme zukunftssicherer zu sein. Durch Zugriff auf ein breites Feld an Materialien stehen dem Anwender verschiedene Welten offen. Aber auch geschlossene Systeme bieten eine immens große Materialvielfalt. Vorteil ist: Die Materialien sind perfekt auf die Maschinenparameter angepasst, was eine hohe Sicherheit mitbringt und einen reibungslosen Workflow verspricht.

Beispiele für ein innovatives offenes System sind die neuen druckluftfreien Fräsmaschinen vhf E5, vhf E4 und vhf E3.

Technik der dentale Fräsmaschinen: Fräsen oder Schleifen? Nass oder trocken? 

CAD/CAM-Fräsmaschinen sind modifizierte industrielle Werkzeugmaschinen für das zerspanende Abtragen von Metallen. Auch in Zahnmedizin und Zahntechnik werden Metalllegierungen (NEM, Titan) gefräst. Viele vollkeramische oder polymerbasierte Materialien hingegen werden mit hohen Drehzahlen geschliffen. Daher wird im Sprachgebrauch zwischen dem Fräsen und dem Schleifen differenziert. 

Bei der Entscheidung für die passende CAD/CAM-Fertigung steht man deshalb auch vor der Wahl zwischen einer Maschine zum Nassschleifen oder Trockenfräsen. 

Das Nassschleifen kommt u. a. für glaskeramische Materialien wie Lithiumdisilikat (z. B. IPS e.max, Ivoclar Vivadent) oder Lithiumsilikat (z. B. Celtra, Dentsply Sirona) zur Anwendung. Auch sogenannte Hybridkeramiken werden nass geschliffen.  

Eine moderne Maschine zum Nassschleifen ist die vhf Z4+. Durch feingewuchtete Hochfrequenzspindeln erreicht diese Maschine ein hohes Niveau in der Nassbearbeitung. Ob Glaskeramik, PMMA oder Komposit – mit der Maschine können viele Indikationen abgedeckt werden (Kronen, Inlays / Onlays, Veneers, kleine Brücken oder Bohrschablonen).

Hingegen wird das Trockenfräsen in der Regel bei Zirkonoxid (z. B. Zirlux, Henry Schein) oder bei Kobalt-Chrom-Legierungen angewandt.

Viele moderne Maschinen kombinieren das Nass- und Trockenschleifen in einem Gerät. Einen innovativen Ansatz hierfür zeigt die vhf R5. Im Gegensatz zu anderen Maschinen ist bei der R5 kein zusätzliches Nassschleifmodul notwendig. Der Flüssigkeitskreislauf ist in der Maschine verbaut. Die DirectCleanTechnology für Nass- und Trockenbearbeitung sorgt für die Selbstreinigung und Trocknung. 

Eine Maschine mit Trocken-Nass-Kombination ist für die Chairside-Bearbeitung die CEREC Primemill, als offenes System überzeugt die Nass- Trockenmaschine vhf E5. Auf Laborseite gibt es unter anderem die inLab MC x5 (Dentsply Sirona). Verarbeitet werden können Keramiken (Glas- und Hybridkeramiken, Zirkonoxid), Kunststoffe/Komposite, Sintermetall, Titan und Wachs. Als offenes 5-Achs-System kann die Maschine flexibel und ohne Zusatzkosten an offene CAD-Systeme angeschlossen werden. Besonders clever ist das „Easy-Clean-Konzept“: Glatte Oberflächen und fließende Kanten gewährleisten eine einfache Reinigung der Maschine. Ein intelligentes Absaugkonzept und abdeckbare Werkzeuge unterstützen den Reinigungsprozess und ermöglichen so einen schnellen Materialwechsel.

Anzahl der Achsen einer dentalen Fräsmaschine: 3-Achs-, 4-Achs- oder 5-Achs-Gerät?

Wie viele Achsen die CAD/CAM-Fräsmaschine haben sollte, ist keine Glaubensfrage, sondern obliegt den Fakten. Aus der Vielseitigkeit der Zahnformen resultieren geometrisch komplexe Flächen, sogenannte Freiformflächen. Um diese Flächen aus dem Rohling auszufräsen oder zu schleifen, bedarf es verschiedener Achsen.  

Achsen einer dentalen Fräsmaschine 

Differenziert werden: 

  • Linearachsen (X-, Y-, Z-Achsen) und 
  • Rotationsachsen (A-, B-, C-Achsen) 

Die Arbeit einer Fräsmaschine basiert auf einer numerischen Steuerung der Maschinenbewegung. Zur Programmierung werden der Maschine Koordinaten des Werkstücks angegeben. Um die Bewegungsrichtung der Maschine festzulegen, sind für die Fahrwege bestimmte Koordinatenachsen definiert: Die X-, Y- und Z-Achsen. Die X-Achse verläuft waagerecht zur Aufspannfläche, die Y-Achse senkrecht und die Z-Achse parallel zur Achsspindel. Neben drei translatorischen Achsen werden bei 5-Achs-Fräsmaschinen zusätzlich zwei rotatorische Achsen angesteuert. 

Vereinfacht gesagt: Betrachtet man ein Koordinatensystem zweidimensional, sind die X- und die Y-Achse sichtbar. Doch die Wirklichkeit ist dreidimensional. Jedes Werkstück hat neben Länge und Breite auch eine Höhe. Daher wird zusätzlich zur X- und Y-Koordinate die Z-Koordinate angegeben. Die Z-Achse steht senkrecht auf der X- und Y-Achse.  

Dentale CAD/CAM-Fräsmaschinen - Achsen

Rechte-Hand-Regel 

Die Rechte-Hand-Regel ist eine schöne Merkhilfe für die Verteilung der Achsen einer CAD/CAM-Fräsmaschine. 

  • Daumen nach rechts: X+ 
  • Zeigefinger nach vorne: Y+ 
  • Mittelfinger nach oben: Z+

Das Ausarbeiten von komplexen Zahnflächen aus einem Rohling kann mit 3-, 4- oder 5-Achs-Fräsen vorgenommen werden. Theoretisch können Restaurationen ohne komplexe Kauflächengestaltung dreiachsig gefertigt werden. Bei der 3-Achs-Bearbeitung bewegt sich das Fräs- bzw. Schleifwerkzeug quer zu den drei linearen Achsen (X, Y, Z). Um ein Bearbeiten von allen Seiten zu ermöglichen, müssen die Objekte in Geräten mit nur 3 Achsen gedreht bzw. neu positioniert werden. 

Dentale Fräsmaschinen im Überblick

Wie viele Achsen die CAD/CAM-Fräsmaschine haben sollte, ist keine Glaubensfrage, sondern obliegt den Fakten. Aus der Vielseitigkeit der Zahnformen resultieren geometrisch komplexe Flächen, sogenannte Freiformflächen. Um diese Flächen aus dem Rohling auszufräsen oder zu schleifen, bedarf es verschiedener Achsen.  

Dentale 5-Achs-Fräsmaschinen  - Halb-geschlossenes System

Flaggschiff bei Ivoclar Vivadent ist die große PrograMill 7 (PM 7), die ebenfalls auf fünf Achsen im Hybrid-Betrieb mit automatischem Wechsel zwischen Nass- und Trockenbearbeitung läuft. Das leistungsfähige 5-Achs-Modell hat nicht nur die Abläufe, sondern auch die Werkzeugwechsel, Materialverwaltung und Reinigung automatisiert. Die Fräsmaschine eignet sich besonders für die effiziente Fertigung großer Mengen und fertigt auch digitale Totalprothesen. Neben den systemeigenen "CAM5"-CAD-Daten (PrograMill CAD-Ausgabeformat) können auch offene STL-Daten importiert werden.

Bei den Materialien bleibt das Labor auf die CAD/CAM-Ronden und -Blöcke von Ivoclar Digital beschränkt. Vorteil ist aber, dass die Frässtrategien optimal auf die Eigenschaften der Maschinen, Werkzeuge und Materialien von Ivoclar Digital abgestimmt sind.

Mehr über diese 5-Achs-Fräsmaschinen und den abgestimmten Ivoclar Digital Workflow erfahren Sie hier:

Dentale 4- und 5-Achs-Fräsmaschinen  - Offenes System

Um präzise komplexere Strukturen fertigen zu können, bearbeiten moderne CAD/CAM-Fräsmaschinen die Objekte auf einer oder sogar zwei zusätzlichen Achsen.

Die vierte und fünfte Achse (A- und C-Achse) stellt jeweils eine Rotation um die Hauptachse dar. Wird von 5-Achs-Fräsen gesprochen, rotiert z. B. die A-Achse um die X-Achse.

Eine moderne 4-Achs-Fräsmaschine ist z. B. die vhf Z4+. Für diese kompakte, hochpräzise Maschine ist keinerlei zusätzliches Equipment (z. B. Kompressor, Absaugung) notwendig. Lediglich ein Stromanschluss und eine WLAN-Verbindung werden benötigt.

Ein weiteres Beispiel für eine 4-Achs-Fräsmaschine von vhf ist die N4+ zum Schleifen von Glaskeramik- und Komposit-Blöcken sowie für das Fräsen von Titan. Das Besondere: Sie ist das kleinste Modell unter den Tischfräsmaschinen.

Eine 5-Achs-Simultanbearbeitung erlaubt dem Anwender das direkte Generieren von 5-Achsen-Fräsbahnen. Bei der Simultanbearbeitung bewegen sich alle fünf Achsen gleichzeitig. Eine 5-Achs-Maschine hat viele Vorteile. Es können komplexe Strukturen, z. B. mit Querbohrungen und Hinterschnitten, hergestellt werden. Außerdem werden Bearbeitungsabläufe zum Teil erheblich abgekürzt und bessere Oberflächen erzielt. 

Ein Beispiel für eine innovative 5-Achs-Fräsmaschine ist die vhf R5. Die DirectDiscTechnology sorgt zudem für den schnellen Wechsel zwischen Nass- und Trockenbearbeitung. Weiteres Novum ist die integrierte Wasserkühlung, welche die Wärmeausdehnung von Spindel und Z-Achse deutlich minimiert.

Außerdem im Sortiment von vhf ist der smarte 5-Achser K5+. Diese Tischfräsmaschine ist u. a. für dicke Blanks (bis zu 40 mm) konzipiert. Dank des großen Schwenkbereichs (+/- 35 Grad) können auch Modellgüsse oder Schienen umgesetzt werden.

Auch die vielseitige Fräsmaschine vhf S5 hat fünf simultan arbeitende Achsen, besitzt einen Blankwechsler für 16 Rohlinge und ist sowohl für die Trocken- als auch die Nassbearbeitung ausgelegt. Die S5 ist für den Anschluss eines Nassschleifmoduls vorbereitet. 

Einen übersichtlichen Vergleich der dentalen 4- und 5-Achs-Fräsmaschinen von vhf finden Sie hier:

Die Zukunft dentaler Fräsmaschinen 

CAD/CAM-Fräsen ist gängiger Alltag in Dentallaboren sowie vielen Zahnarztpraxen und hat einen hohen Anteil am Zahnersatz-Gesamtmarkt übernommen. Es ist zu erwarten, dass trotz des bereits hohen Niveaus die Maschinen technisch noch weiter verfeinert werden. So könnte zukünftig die künstliche Intelligenz (KI) Einfluss auf Fräsprozesse, Strategien und auch die CAD-Konstruktion nehmen.

Schnelle Hilfe bei CAD/CAM-Problemen in Praxis und Labor

Wenn dentale Fräsmaschinen plötzlich streiken, sind die Experten des ConnectDental Service Centers zur Stelle. Mit einer Fernwartungssoftware können die erfahrenen Spezialisten direkt auf das System des Kunden zugreifen und die Fehlerquelle rasch ausmachen. Im Ergebnis lassen sich über 90 Prozent der Fälle per Telefon lösen, und der Zahntechniker kann seine Behandlung fortsetzen. Andernfalls kommt ein Techniker in das Labor.

Auch bei Fragen oder Unklarheiten während der Arbeit können sich Praxis- und Laborinhaber telefonisch an das ConnectDental Service Center wenden, wenn schnelle Hilfe gefragt ist. Denn moderne CAD/CAM-Geräte bieten viele Möglichkeiten - sie alle zu beherrschen, effizient zu bedienen und optimal in die Abläufe einzubinden, ist nicht immer einfach. Die CAD/CAM-Experten sind dann der zentrale Ansprechpartner und unterstützen die Anwender in allen Belangen – von Schwierigkeiten bei der Geräteanwendung über Softwarefehler bis hin zu IT- und Netzwerkfragen.

Bei Bedarf organisiert das ConnectDental Service Center auch individuelle Online-Schulungen. Das ist empfehlenswert, wenn ein Zahntechniker oder Zahnarzt bereits ein CAD/CAM-System integriert hat und das Anwendungsgebiet erweitern möchte. Auch zu Softwarethemen können Schulungen nützlich sein. Auf Basis der Ausgangslage vermitteln die Spezialisten in maximal 60 Minuten die wichtigsten Kenntnisse zum Thema.

Zahn
Ihr Draht zum ConnectDental Service Center

Unsere Kunden erreichen die CAD/CAM-Experten des ConnectDental Servoce Centers unter 0800 - 17 00 077.  Die Beratung im Rahmen der Produktgewährleistung ist kostenfrei. Andernfalls fällt eine Gebühr für die Beratung über eine Remote-Software an. Für besonders eilige Fällen gibt es eine kostenpflichtige Priority-Hotline (09001- 237 323).

Für schnellstmöglichen Support, optimale technische Betreuung  empfiehlt sich der Abschluss des Servicevertrags CAD/CAM - auf Wunsch sogar inklusive Leihgeräteservice um im Falle eines Defekts keine Ausfälle zu riskieren.

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vom 20.10.2022
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