Aufbau eines CAD/CAM-Systems (CAM-Modell)
Einleitung
Die CAD/CAM-Technik verändert zur Zeit die Arbeitsabläufe in der Zahntechnik tiefgreifend und rasant. Viele Kronen und Brücken werden mittlerweile mit dieser Technik hergestellt. Implantataufbauten werden immer häufiger so gefertigt, aber auch Partielle Prothesen können schon damit konstruiert und gefertigt werden. In Zukunft wir auch die Totalprothetik davon betroffen sein.
Mit der Verbreitung von Intraoralscannern werden zukünftig immmer häufiger "nur" Dateien statt Abformungen im Labor ankommen, aus denen dann mit Hilfe der CAD/CAM-Technik Modelle gefertigt werden müssen.
Hier werden nur die Schritte des digitalen Workflows gezeigt und Begriffe sowie Abkürzungen übersetzt. Die genaue Erarbeitung der einzelnen Phasen erfolgt später in den einzelnen Lernsituationen!
Idealerweise sollte dein Lehrer oder deine Lehrerin dir jetzt mal zeigen, wie der digitale Workflow zur Herstellung eines solchen CAM-Modells (man könnte auch digitales Modell oder CAD/CAM-Modell sagen) praktisch abläuft. Sollte das nicht möglich sein oder ergänzend zu der Vorführung helfen dir die folgenden Beschreibungen, den Workflow kennen zu lernen.
Der digitale Workflow
Digitalisierung
Bei der Verwendung von CAD/CAM-Systemen reicht natürlich die "Anwesenheit" eines Sägemodelles nicht aus. Das Modell muss in den Computer. Stellt der Zahnarzt eine gewöhnliche Abformung her, wird daraus klassisch ein Sägemodell hergestellt. Das wird dann anschließend mit einem 3D-Scanner im Labor digitalisiert (Digitalisierung lab-side). Das Ergebnis ist eine Datei, die die 3D-Daten enthält und an die CAD-Software weitergegeben werden kann. Hat der Zahnarzt statt der Abformung einen Intraoralscanner verwendet (Digitalisierung chair-side), kann aus diesen Daten direkt mit einer CAD-Software ein Sägemodell konstruiert werden (Pins, Löcher für Pins, Sockel, Sägeschnitte je nach System). In diesem Unterrichstprojekt gehen wir davon aus, dass der Zahnarzt uns die Daten eines Intraoralscans geschickt hat! Im digitalen Workflow nennt man dieses Verfahren auch CAI (Computer Aided Impressioning - Computerunterstütze Abformung)
Dieses Video zeigt die intraorale Digitalisierung zweier Kiefer eines nicht ganz unbekannten Patienten ;-):
Schnittstelle zwischen Digitalisierung und Konstruktion
Die Daten werden nun in speziellen Dateiformaten an die Konstruktionssoftware weitergegeben. Dabei kommen manchmal "geheime" Formate spezieller Hersteller zum Einsatz. Bei solchen "geschlossenen Systemen" ist ein Datenaustausch mit Produkten anderer Hersteller für den Zahntechniker leider nicht möglich.
Meist werden die Daten mittlerweile im STL-Format "transportiert". Die Surface Tesselation Language (Sprache zur Beschreibung von Oberflächen durch Kachelung) stellt die Oberfläche in Dreiecken dar.
Konstruktion
Aus den importierten STL-Daten der Digitalisierung (wir gehen im Projekt von offenen Systemen aus) wird nun mit Hilfe einer CAD-Software (Computer Aided Design - Computerunterstützte Konstruktion) ein richtiges Modell konstruiert. Die Vorgehensweise ähnelt durchaus der manuellen Herstellung eines Sägemodells. Diese Webseite zeigt Video-Demos zur Modell-Konstruktion mit Hilfe des Model-Builders der Firma 3Shape:
Schnittstelle zwischen Konstruktion und CAM-Software
Erneut werden die Daten der Konstruktion im STL-Format weitergereicht.
CAM-Software
Die erste Phase des Computer Aided Manufacturing (CAM - Computerunterstütze Fertigung) ist die Verwendung der CAM-Software. Mit ihrer Hilfe werden die importierten Daten der Konstruktion in schriftliche Befehle für die Fertigungsmaschine "übersetzt". Diese Befehle werden dann in Form von Textdateien als G-Code an die eigentliche Fertigungsmaschine übergeben.
Schnittstelle zwischen CAM-Software und Fertigung
Die Steuerungsbefehle für die CNC-Maschine werden, wie erwähnt, als G-Code im Textformat übergeben.
Fertigung
CNC-Maschinen (Computerized Numerical Control - computergestützte numerische Steuerung) sind Werkzeugmaschinen, die computerunterstützt durch textbasierte numerische Befehle gesteuert werden. In unserem Fall wäre das eine Fräsmaschine.
Fräsen eines komplexen Modells
Objekte können aber auch mit Generativen Fertigungstechniken hergestellt werden. Mit Hilfe der ebenfalls textbasierten numerischen Daten der CAM-Software werden aus Flüssigkeiten oder z.B. Kunstoffdrähten in physikalischen oder chemischen Prozessen Objekte direkt generiert (erzeugt). Dafür sind keine weiteren Werkzeuge (wie z.B. die Fräswerkzeuge beim Fräsen) notwendig.
Moderne stereolithografische Fertigung vom z.B. Modellen
Normales Lernen
Bearbeite nun im Anschluss an die Vorstellung des digitalen Workflows dieses Arbeitsblatt.
Weitere ergänzende Videos und Informationen zum digitalen Workflow der Modellherstellung:
Auf der Webseite der Firma Sirona kannst du den digitalen Workflow zur Modellherstellung mit einem Video prima nachvollziehen. Allerdings wird dort das Modell nicht im Labor sondern im Fertigungszentrum von Sirona gefertigt.
Der Worklow mit dem Cadent iTero aus zahntechnischer Sicht ist ein Artikel aus der Zeitschrift DigitalDentalNews macht den den digitalen Workflow sehr detailliert deutlich.
Der digitale Arbeitsablauf (neudeutsch: der digitale Workflow) kann je nach verwendeter Digitalisierungstechnik unterschiedlich aussehen. Die nebenstehende Grafik erläutert die verschiedenen Möglichkeiten am Beispiel einer Krone oder Brücke. Dabei kannst du dir auch die Verwendung bzw. Notwendigkeit von CAD/CAM-gefertigten Modellen deutlich machen.
Weiterführende detailliertere Informationen erhältst du z.B. unter www.computerzaehne.de/Was ist CAD/CAM? und www.computerzaehne.de/Wie funktioniert CAD/CAM?