WO2003041606A2 - Verfahren zur herstellung von zahnersatz - Google Patents

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WO2003041606A2
WO2003041606A2 PCT/EP2002/012738 EP0212738W WO03041606A2 WO 2003041606 A2 WO2003041606 A2 WO 2003041606A2 EP 0212738 W EP0212738 W EP 0212738W WO 03041606 A2 WO03041606 A2 WO 03041606A2
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WO
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milling
workpiece
tool
carried out
milling tool
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Daniel Suttor
Thomas Sprengart
Michael Schaaf
Guenter Hertlein
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3M Deutschland GmbH
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3M Espe AG
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    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
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    • Y10T409/30—Milling
    • Y10T409/306664—Milling including means to infeed rotary cutter toward work
    • Y10T409/307224—Milling including means to infeed rotary cutter toward work with infeed control means energized in response to activator stimulated by condition sensor

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing dentures by milling a workpiece.
  • the relative speed between the milling tool and the workpiece is to be expected in a process section in which a change in the load on the workpiece or the milling tool or on both the workpiece and the milling tool is to be expected on the basis of calculations which were carried out before this milling operation was started changed.
  • Modern dental technology uses computer-controlled imaging and milling devices, so-called CAD / CAM systems, to process blanks.
  • CAD / CAM systems computer-controlled imaging and milling devices
  • either the tooth situation in the patient's mouth, an impression thereof or a model created with the aid of the impression is first scanned, so that the three-dimensional shape of the tooth situation is available as a numerical data record. This scanning takes place mechanically or optically.
  • the shape of the dental prosthesis to be produced can be determined numerically from the data determined in this way. In the event that teeth are missing in the tooth situation, for example, data for missing teeth must be added.
  • the shape can be milled out of a workpiece using a milling machine.
  • the final completion of the denture including any necessary finishing or veneering can finally be done by hand.
  • the blank is conventionally first roughly machined in a first milling step, the so-called roughing, and refined in a second milling step, the so-called finishing.
  • the milling path and the feed rate are regulated in the methods according to the prior art on the basis of the numerically available data set, as is disclosed, for example, in EP 1 066 801 AI.
  • the feed rate is the relative speed of the workpiece and the tool.
  • the control of the milling path or the feed rate which is described in the prior art, requires a high level of equipment.
  • the current load on the milling tool must be continuously determined during the entire milling process and the feed rate must be adjusted on the basis of the determined values.
  • the present invention thus enables a method which, compared to the method based on regulation, requires a significantly lower equipment and / or electronic outlay.
  • the present invention relates to a method for producing dental prostheses by milling a workpiece, which is characterized in that when a change in the load of the workpiece or the milling tool or both the workpiece and the milling tool ascertained before the beginning of the milling processing occurs during milling Relative speed between milling tool and workpiece is changed without the need for control technology.
  • these changes in the relative speed can take place one or more times depending on the number of load changes calculated in advance.
  • the feed rate can be varied in all conceivable directions in the process sections in which load changes are to be expected.
  • the feed rate can be increased or decreased .
  • the variation of the feed rate can be varied both continuously and discontinuously.
  • the load on the workpiece and / or the milling tool is given, inter alia, when the direction of rotation of the milling tool and the direction of movement of the workpiece relative to the milling tool are opposite at the point of engagement.
  • the load on the workpiece and / or the milling tool during milling and in particular during line milling increases with increasing angle between the surface to be generated and the milling tool axis. This applies in particular if the milling tool dips vertically into the material of the workpiece.
  • a reduction in the feed rate is used from a certain angle between the feed direction and the horizontal in order to avoid overloading the tool and / or material. This angle is generally greater than or equal to 1 °, preferably greater than or equal to 45 ° and particularly preferably greater than or equal to 60 ° to less than or equal to 90 °.
  • a high load on the workpiece and / or the milling tool during milling also occurs when the milling tool is surrounded by workpiece material in a large circumferential area, in particular in a circumferential area greater than or equal to 90 °, in particular at almost 180 °, for example with incisions in the three-dimensional shape to be produced occurs in circular milling.
  • the method according to the invention provides for such load peaks on the basis of the numerically available data record before the start of the milling. localize editing.
  • the method according to the invention provides that the feed rate is reduced at these points. If this load subsequently changes to lower values, the feed speed can be increased again according to the invention.
  • a further relief of the milling tool during the machining of workpieces is achieved in a likewise preferred embodiment of the method according to the invention in that the milling tool, for example in circular milling, is not immersed perpendicular to the depth of cut of the respective plane, but along a ramp that has an angle of generally less than 90 ° and preferably less than or equal to 89 ° with the workpiece surface.
  • angles in this regard are more preferably less than or equal to 45 °, preferably less than or equal to 10 °, more preferably less than or equal to 5 ° and particularly preferred Angles in the range of 1 to 2 °.
  • the milling tool can also describe a zigzag path, for example, in which it plunges forwards and backwards over several small ramps until the desired depth of cut is reached. As soon as the milling tool has reached the desired depth of cut, it runs through a complete circular path in the case of circular milling, the areas not initially milled by the ramp angle or angles being preferably also milled.
  • a further relief of the milling tool when machining workpieces is achieved in a likewise preferred embodiment of the method according to the invention in that the direction of rotation of the milling tool and the direction of movement of the workpiece are in synchronism with the milling tool when milling at the point of engagement.
  • the relative movement is selected such that it does not take place against the cutting edge of the milling tool.
  • the milling tool can be moved in one, two or three spatial axes.
  • the movement in FIG. 3 is preferred Spatial axes, these axes preferably being perpendicular to one another and more preferably representing linear axes.
  • the workpiece is machined by the milling tool both on the underside and on the top.
  • 2 axes are covered by the movement of the milling tool, the third axis by the movement of the workpiece.
  • All workpieces from which dentures can be produced can be used as workpieces in the method according to the invention.
  • Metals and non-metals are suitable as materials from which the workpieces are made.
  • Preferred metals here include titanium such as, for example, titanium grades 1 to 4, preferably grade 2, titanium alloys such as, for example, Ti-6AI-4V, noble metals or noble metal alloys.
  • the information on the titanium grade refers to ISO 5832-2 or ASTM F67.
  • the workpieces to be machined from metallic materials have cuboid geometry.
  • Cuboid geometries with a length of up to 100 mm, preferably up to 60 mm, more preferably between 15 mm and 60 mm, with a width of up to 100 mm, preferably up to 50 mm, further preferably from are preferred up to 25 mm and with a height of up to 50 mm, preferably up to 25 mm and more preferably up to 20 mm, with heights of 10 or 14 mm being particularly preferred.
  • Non-metallic materials include fiber-reinforced plastics or ceramics.
  • presintered ceramics so called green ceramics used.
  • green ceramics made of zirconium oxide or aluminum oxide or ceramics, as described for example in DE 199 04 522 AI, DE 199 04 523 AI, WO 00/46166 or WO 00/46168, these documents relating to this in Context of the present application are fully included.
  • the raw breaking strengths of the ceramic workpieces to be machined are preferably in the range of less than or equal to 50 MPa, more preferably in the range from 10 to 50 MPa, more preferably in the range from 31 to 50 MPa and particularly preferably in the range from 31 to 40 MPa.
  • Such ceramic workpieces are described in DE 101 07 451.4, which is fully incorporated in the context of the present application.
  • the raw breaking strength was based on EN ISO 6872, part
  • the workpieces to be machined from non-metallic materials have cuboid geometry or cylinder geometry.
  • the ceramics mentioned above is the cylinder geometry with a length of up to 100 mm, preferably between 15 mm and 60 mm, and a diameter of up to 50 mm and preferably up to 25 mm.
  • the cuboid geometry ceramic workpieces are preferably used which have a length of up to 150 mm, preferably of up to 100 mm, a width of up to 150 mm, preferably up to 100 mm and a height of up to 50 mm and preferably up to 25 mm.
  • the workpiece can be fastened in a special device.
  • a special device Such devices are described, for example, in EP 0 982 009 A2 and DE 298 15 486 UI, which are fully incorporated in this regard in the context of the present application.
  • devices are also conceivable which have a recess at least partially surrounding the workpiece and can be clamped with their outside in the processing machine, the workpiece being connected to only part of the recess, and as described in DE 100 37 531.6 or PCT / EP01 / 07050, which are fully incorporated in the context of the present application.
  • Another object of the present invention is that
  • Such lubricants are generally required for flushing and / or cooling the workpiece and / or the milling tool and / or for reducing the friction between the workpiece and the milling tool during milling.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that it is carried out without gush flushing.
  • One or more lubricants can be used in the method according to the invention. If two or more of these are used, they can be used simultaneously or in succession. If two or more of these are used at the same time, finished mixtures of two or more can be used or the individual lubricants can be used separately from one another.
  • Preferred lubricants include natural or synthetic oils or oil-based compositions such as oil-water emulsions. Synthetic oils are particularly preferred.
  • process hour refers to the time during which a workpiece is milled.
  • the present invention relates to a method as described above, which is characterized in that a quantity of lubricant of less than or equal to 50 ml is used per process hour.
  • the lubricants can be supplied from the outside, from the inside or both from the outside and from the inside.
  • the term “from the inside” is understood to mean processes in which a lubricant is supplied via the milling tool.
  • the term “from the outside” is understood to mean all other procedures. In the present case, the supply from the outside is particularly preferred.
  • the lubricants can also be supplied both permanently and in pulsed fashion. As part of a permanent supply, the amount of lubricant can be kept constant or varied over time. If the supply is pulsed, the pulses can have different lengths and the amount of lubricant supplied per pulse can change from pulse to pulse or be kept constant.
  • BESTATIGUNGSKOPIE Processes in which amounts of lubricant in the range from 1 to 50 ml per process hour and particularly preferably in the range from 1 to 10 ml per process hour are used are further preferred.
  • Processes are further preferred in which lubricants in the range of less than or equal to 1 ml per process hour, particularly preferably less than 1 ml per process hour, are used during the milling of the workpiece. In a further particularly preferred embodiment, no lubricant is used. This alternative is referred to as "dry processing" in the context of the present application.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that the milling of the workpiece is carried out dry.
  • Dry machining can basically be used for all workpiece materials described above. This machining is particularly preferred for non-metallic workpieces such as green ceramics.
  • the dry processing can be carried out with the supply of gas, the gases used being, inter alia, nitrogen, one or more noble gases, air or mixtures of two or more thereof. These gases can also be used as coolants.
  • the gas supply can take place continuously or / and discontinuously, such as in regular and / or irregular pulses.
  • the gases supplied can be suctioned off if this is necessary within the scope of the method according to the invention.
  • this suction can be carried out continuously or discontinuously, with continuous suction being preferred.
  • those process sections in the course of milling the workpiece in which load changes are to be expected are particularly preferred Embodiment not determined by control technology in the course of the method, as is done in the methods according to the prior art and is disclosed, for example, in EP 1 066 801 A1 and in which those data that are obtained during milling are used to change the Feed speed can be used.
  • the feed rate is therefore particularly preferably adapted to the load changes by control.
  • the load changes and the milling path are therefore determined before the start of milling on the basis of the numerically available data record and on this basis the respective feed rate is determined before the start of milling.
  • this data set is determined by a method comprising the following steps:
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that the relative movement between the milling tool and the workpiece is controlled.
  • the chips produced during milling are extracted indirectly or directly.
  • the suction takes place directly.
  • the direct suction is particularly preferably carried out via a circular orderly suction gap around the spindle or the milling tool.
  • the spindle here designates the drive and holding unit of the tool.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that either material machined by machining or lubricant used, or material machined by milling as well as lubricant used are removed by direct suction from the workpiece.
  • direct suction refers to procedures in which the suction takes place essentially directly at the cutting point.
  • indirect suction is understood to mean all those embodiments which are not covered by the “direct suction”.
  • a procedure is particularly preferred in which this suction is supported by permanent or interim blowing in of at least one gas or a gas mixture such as air.
  • the at least one gas can be blown in at one or more points.
  • this blowing-in takes place in a throttle-controlled manner, with pulse frequencies in the range from 1 to 60 per sec being preferred, frequencies in the range from 1 to 10 per sec being particularly preferred and frequencies in the range of in cases where the blowing-in is not permanent 1 to 5 per sec are further particularly preferred.
  • this pulse-like blowing can increase the efficiency of the suction by removing more machined material per unit of time compared to permanent blowing.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that, in at least one method step, by at least one gas or
  • BESTATIGUNGSKOPIE a gas mixture increases the efficiency of the extraction of machined material.
  • the pressures with which the air is blown in are preferably in the range of
  • the pressures can be kept constant in the course of processing or can be changed continuously or discontinuously.
  • the blowing is more preferably carried out in such a way that machined material is kept away from the machine guides.
  • Another advantage of blowing in can be seen in a further reduced load on the milling tool, in that loss of friction due to the interaction between the milling tool and the machined material is avoided.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that the milling of the
  • Workpiece is carried out in at least one process step by means of circular milling.
  • the workpiece can therefore be machined exclusively by circular milling or by combining circular milling with at least one other milling method, preferably either line milling or radial milling or line and radial milling.
  • a workpiece is machined, among other things, by circular milling, with at least one lubricant being supplied via surge flushing.
  • the roughing step is advantageously carried out by circular milling.
  • Circular milling generally creates staircase structures on the workpiece that can be removed in the subsequent finishing step.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that the milling process comprises a roughing step and a finishing step, with roughing Step and finishing step take place in different directions of the relative movements of the workpiece and tool.
  • the directions of the feeds are particularly preferably substantially different in the finishing step compared to the roughing step.
  • the finishing step is further particularly preferably carried out using a single milling tool or a plurality of identical or different milling tools.
  • All workpieces described above can be machined according to this method.
  • the method is particularly preferably used in the processing of workpieces made of non-metallic materials such as, for example, the ceramics mentioned above and in particular the green ceramics.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that a non-metallic workpiece is milled.
  • Another object on which the present invention is based is, in addition to changing the feed rate as a function of expected changes in load, to avoid that more workpiece material remains on the workpiece after the roughing step described above than for a subsequent finishing step is cheap.
  • the method according to the invention therefore provides an intermediate step between the roughing and finishing step.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that it comprises the following steps:
  • the present invention thus also includes the three-step method described with the surge flush already described above.
  • step (i) is carried out by circular milling, it being possible to carry out this using one milling tool or a plurality of identical or different milling tools.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that step (i) is carried out by means of circular milling.
  • intermediate step (ii) can be carried out in accordance with all suitable ones
  • the present invention also relates to a method as described above, characterized in that step (ii) is carried out by circular milling or row milling or radial milling or a combination of two or more of these milling types.
  • this step (ii) is preferably designed as a line milling process, and also as a radial milling process when producing crowns.
  • the present invention also relates to a method as described above, which is characterized in that a metallic workpiece is machined.
  • At least one further roughing step and / or at least one further intermediate step and / or at least one further finishing step can be provided.
  • Another object of the present invention is to ensure that the dentures to be manufactured fit into the workpiece to be machined. Therefore, at the beginning of the calculation, it is checked whether the dimensions of the dental prosthesis to be manufactured fit into the workpiece and, if necessary, if the workpiece fits into the device already described, taking into account the required machining space, in which the workpiece is fastened for better handling becomes. The dimensions of the workpieces to be machined and, if applicable, the devices in which they can be attached are stored and are used for the inspection.
  • the present invention also relates to a method for producing dental prostheses by milling a workpiece, in particular as described above, which is characterized in that it is checked before milling the workpiece whether the dental prosthesis to be manufactured by the milling machining has the outer dimensions of a preselected workpiece fits.
  • the workpiece to be machined appropriately on the basis of the existing data set from two or more workpieces which differ, for example, in the geometry or the composition, before the milling operation. It is also possible in combination with the embodiment described above to both check the workpiece to be machined and to select from two or more workpieces.
  • the present invention also relates to a method for the production of dentures by milling a workpiece, in particular as described above, which is characterized in that prior to milling from a pool comprising at least 2 workpieces with different external dimensions, in view of the to be produced Dentures optimal workpiece is selected, the selection is preferably made for example via the parameter "expected loss material".
  • the data record on which the milling path is based can be rotated in space in such a way that, if necessary, a smaller starting workpiece can be selected and thus less lost material is obtained.
  • This rotation expediently takes place only about an axis parallel to the axis of rotation of the milling tool. In principle, however, rotation around all spatial axes is possible.
  • the milling path is preferably designed in the method according to the invention such that after milling on the critical areas of the above-mentioned workpiece materials, such as the above-mentioned ceramics, an edge reinforcement in the range of less than or equal to 1 mm, preferably less than or equal to 500 ⁇ m, more preferably less than or equal to 300 ⁇ m, more preferably less than or equal to 200 ⁇ m, more preferably from 20 to 200 ⁇ m and particularly preferably in the range from 20 to 50 ⁇ m.
  • these edge reinforcements are preferably in the range of less than or equal to 200 ⁇ m, more preferably in the range from 20 to 200 ⁇ m and particularly preferably in the range from 20 to 50 ⁇ m.
  • edge reinforcement is understood to mean reinforcement of a preparation edge.
  • the geometry of the workpiece to be machined is used in the process Calculation of the path of movement of the milling tool also taken into account.
  • the workpiece to be machined such as preferably in the case of green ceramics, has a cylinder geometry, this avoids an idling of the milling tool in the edge regions of an imaginary cuboid surrounding the cylinder, in that when calculating the movement path it does not deviate from the geometrical one simpler shape of the cuboid, but based on the actual cylindrical shape.
  • milling tools can be used as milling tools in the context of the present application. If it is necessary, two or more milling tools can be used to machine the workpiece, with which the workpiece is milled simultaneously or in succession. Among other things, preference is given, for example, to milling tools made of hard metal, for example from the ISO range K05 to K50.
  • the milling tools can have one or more cutting edges.
  • the diameter of the milling tool is generally in the range from 0.5 to 5.0 mm, preferably in the range from 1.0 to 3.0 mm.
  • cantilever lengths which are at least seven times as large as the diameter of the respective milling tool are more preferably implemented with regard to the milling tools.
  • the number of revolutions of the milling tool within the scope of the method according to the invention is preferably in the range of less than or equal to 50,000 per minute, more preferably in the range of 1,000 to 50,000 per minute
  • BESTATIGUNGSKOPIE min. more preferably in the range of 2,000 to 50,000 per min. and particularly preferably in the range of 5,000 to 35,000 per minute.
  • tool life of the milling tool is achieved, which is preferably in the range from 10 to 500 m and more preferably in the range from 50 to 300 m.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention provides that the milling tool is changed during the machining of the workpiece, which is more preferably done automatically.
  • the latter embodiment is preferably achieved in such a way that the processing machine used has several milling tools of the same type. Procedures in which a milling tool is exchanged for a milling tool that differs therefrom are also included in the present invention.
  • a reclamping device is provided in the method according to the invention, by means of which different ratios of cantilever length to diameter can be realized in the course of the method, for example automatically.
  • first milling tool for example automatically, to exchange a first milling tool for another milling tool, which can be the same as or different from the first milling tool, and which is available in a tool pool comprising at least this tool.
  • Such an exchange can also take place several times during the milling of a workpiece.
  • the duration of the process for the production of the denture depends, among other things, on the type of denture to be manufactured and the type of material to be processed.
  • the processing times are preferably in the range from 15 minutes to 8 hours, more preferably in the range from 15 minutes to 4 hours, more preferably in the range from 15 minutes to 2 hours and particularly preferably in the range from 15 minutes to 1 hour.
  • the advantageous configurations described above achieve ratios of weight of the machined material to weight of the machined workpiece, which are generally in the range from 5 to 35, preferably in the range from 6 to 30, particularly preferably in the range from 7 to 25, more preferably in the range from 8 to 20 and very particularly preferably in the range from 9 to 15.
  • FIG. 1 shows a side view of a milling tool
  • FIG. FIG. 2 shows a schematic illustration for parallel and counter-milling
  • FIG. 3 shows a typical milling path in line milling
  • FIG. 4A shows a typical milling path in circular milling
  • FIG. 4B is a sectional view of the workpiece after circular milling.
  • FIG. 5 a typical milling path for radial milling.
  • FIG. 1 shows a milling tool 10 which is inserted in a tool holder 11 and has a milling tool axis A.
  • the cantilever length is given with L, the diameter with d and the length of the cutting area with
  • FIG. 2 shows two representations of the end face of the milling tool 10 in engagement with a blank 13.
  • the left sketch shows the direction of the feed speed Vf of the blank in synchronism with the direction of rotation n of the milling tool, while the right sketch shows milling in the opposite direction.
  • the force vector F c is associated with it
  • FIG. 3 schematically shows the xy-plane course of the milling path during line roughing, which inevitably alternates between parallel and counter-milling.
  • the distance between two lines is no greater than the milling tool diameter d.
  • the different depth feed in the z direction is not shown in the sketch.
  • FIG. 4A shows the course of the path in circular milling.
  • the milling tool is fed along a ramp 14 and then remains on the circular layer depth reached via a circular circulation of the piece of the remaining ramp part.
  • the milling tool then drives to the next path and rotates the three-dimensional shape to be produced on a second circular path which is at most one milling tool diameter d further inward.
  • FIG. 4B shows a sectional view of a circular milling machine
  • Stair shape 15 which approximates the three-dimensional shape 16 to be produced. It becomes clear that the three-dimensional shape cannot be approximated as precisely as in line milling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer vor Beginn der Fräsbearbeitung ermittelten, während der Fräsbearbeitung auftretenden Belastungsänderung des Werkstücks oder des Fräswerkzeugs oder von sowohl Werkstück als auch Fräswerkzeug die Relativgeschwindigkeit zwischen Fräswerkzeug und Werkstück unter Verzicht auf Regelungstechnik geändert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks. In diesem Verfahren wird in einem Verfahrensabschnitt, in dem eine Änderung der Belastung des Werk- Stücks oder des Fräswerkzeugs oder von sowohl Werkstück als auch Fräswerkzeug aufgrund von Berechnungen, die vor Beginn dieser Fräsbearbeitung angestellt wurden, zu erwarten ist, die Relativgeschwindigkeit zwischen Fräswerkzeug und Werkstück geändert.
Die moderne Zahntechnik verwendet zur Bearbeitung von Rohlingen compu- tergesteuerte Abbildungs- und Fräsvorrichtungen, so genannte CAD/CAM- Systeme. In diesen Systemen wird zunächst entweder die Zahnsituation im Mund des Patienten, ein Abdruck davon oder ein mit Hilfe des Abdrucks erstelltes Modell abgetastet, so dass die dreidimensionale Form der Zahnsituation als numerischer Datensatz vorliegt. Diese Abtastung erfolgt dabei me- chanisch oder optisch. Aus den so ermittelten Daten kann die Form des herzustellenden Zahnersatzes numerisch ermittelt werden. Im Fall, dass in der Zahnsituation beispielsweise Zähne fehlen, müssen beispielsweise Daten für fehlende Zähne ergänzt werden.
Auf Grundlage dieser Daten kann die Form mittels einer Fräsmaschine aus einem Werkstück herausgefräst werden. Die endgültige Fertigstellung des Zahnersatzes einschließlich gegebenenfalls notwendiger Feinbearbeitung oder Verblendung kann schließlich in Handarbeit erfolgen. Bei der Fräsbearbeitung wird der Rohling herkömmlich zunächst in einem ersten Frässchritt, dem so genannten Schruppen, grob bearbeitet und in einem zweiten Fräs- schritt, dem so genannten Schlichten, feiner nachbearbeitet. Die Fräsbahn und die Vorschubgeschwindigkeit werden in den Verfahren gemäß dem Stand der Technik anhand des numerisch vorliegenden Datensatzes geregelt, wie es beispielsweise in EP 1 066 801 AI offenbart ist. Als Vorschubgeschwindigkeit ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Relativge- schwindigkeit von Werkstück und Werkzeug zueinander zu verstehen. Die Regelung der Fräsbahn bzw. der Vorschubgeschwindigkeit, die im Stand der Technik beschrieben ist, setzt einen hohen apparativen Aufwand voraus. Insbesondere muss während der gesamten Fräsbearbeitung permanent die momentane Belastung des Fräswerkzeugs ermittelt und auf der Basis der ermittelten Werte die Vorschubgeschwindigkeit angepasst werden. Damit ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das im Vergleich zu den auf Regelung basierten Verfahren einen deutlich geringeren apparativen und/oder elektronischen Aufwand erfordert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren be- reitzustellen, das diesen hohen apparativen Aufwand nicht benötigt. Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass auch bei einem komplexen Fräsverfahren wie der diffizilen Herstellung von Zahnersatz, an den unter anderem die Anforderung nach hoher Passgenauigkeit gestellt wird, keine Regelung der Vorschubgeschwindigkeit erforderlich ist.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer vor Beginn der Fräsbearbeitung ermittelten, während der Fräsbearbeitung auftretenden Belastungsänderung des Werkstücks oder des Fräswerkzeugs oder von sowohl Werkstück als auch Fräs- Werkzeug die Relativgeschwindigkeit zwischen Fräswerkzeug und Werkstück unter Verzicht auf Regelungstechnik geändert wird.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können diese Änderungen der Relativgeschwindigkeit ein oder mehrere Male in Abhängigkeit von der Anzahl der im voraus berechneten Belastungsänderungen erfolgen.
Prinzipiell ist die Fräsbearbeitung des Werkstücks im erfindungsgemäßen
Verfahren mittels sämtlicher geeigneter Frässtrategien denkbar. Insbesondere sind das Zeilenfräsen, das Radialfräsen und das Zirkularfräsen bevorzugt, wobei auch zwei oder mehr dieser Frässtrategien miteinander kombiniert werden können.
BESTATIGUNGSKOPIE In den Verfahrensabschnitten, in denen Belastungsänderungen zu erwarten sind, kann die Vorschubgeschwindigkeit prinzipiell in alle denkbaren Richtungen variiert werden. In Abhängigkeit von beispielsweise der Art der Belastungsänderung, also der Tatsache, ob sich die Belastung erhöht oder er- niedrigt, dem Material des Werkstücks, der Geometrie des herzustellenden Zahnersatzes und/oder der Geometrie des Werkstücks im betreffenden Verfahrensabschnitt kann die Vorschubgeschwindigkeit erhöht oder erniedrigt werden. Die Variation der Vorschubgeschwindigkeit kann dabei sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich variiert werden.
Die Belastung des Werkstücks und/oder des Fräswerkzeugs ist unter anderem dann gegeben, wenn die Drehrichtung des Fräswerkzeugs und die Bewegungsrichtung des Werkstücks relativ zum Fräswerkzeug an der Eingriffsstelle entgegengesetzt sind.
Die Belastung des Werkstücks und/oder des Fräswerkzeugs beim Fräsen und insbesondere beim Zeilenfräsen steigt mit zunehmendem Winkel zwischen der zu erzeugenden Fläche und der Fräswerkzeugachse. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Fräswerkzeug senkrecht in das Material des Werkstücks eintaucht. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ab einem bestimmten Winkel zwischen der Vorschubrichtung und der Waagerechten auf eine Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit zurückgegriffen, um eine Überlastung von Werkzeug und/oder Material zu vermeiden. Dieser Winkel liegt im allgemeinen Bereich von größer oder gleich 1°, bevorzugt größer oder gleich 45° und besonders bevorzugt größer oder gleich 60° bis kleiner oder gleich 90°.
Eine hohe Belastung des Werkstücks und/oder des Fräswerkzeugs beim Fräsen tritt außerdem dann auf, wenn das Fräswerkzeug in einem großen Umfangsbereich, insbesondere in einem Umfangsbereich von größer oder gleich 90°, insbesondere bei nahezu 180°, von Werkstückmaterial umgeben ist, wie es beispielsweise bei Einschneidungen in der zu erzeugenden dreidi- mensionalen Form beim Zirkularfräsen auftritt. Wie bereits oben beschrieben, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, derartige Belastungsspitzen anhand des numerisch vorliegenden Datensatzes vor Beginn der Fräs- bearbeitung zu lokalisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer bevorzugten Ausführungsform vor, dass die Vorschubgeschwindigkeit an diesen Stellen reduziert wird. Ändert sich in der Folge diese Belastung wieder hin zu niedrigeren Werten, so kann erfindungsgemäß die Vorschubge- schwindigkeit wieder erhöht werden.
Eine weitere Entlastung des Fräswerkzeugs bei der Bearbeitung von Werkstücken wird in einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, dass das Fräswerkzeug beim beispielsweise Zirkularfräsen nicht senkrecht zur Schnitt-Tiefe der jeweili- gen Ebene eintaucht, sondern längs einer Rampe, die einen Winkel von im allgemeinen kleiner 90° und bevorzugt von kleiner oder gleich 89° mit der Werkstückoberfläche einschließt. Insbesondere bei der Bearbeitung von Werkstücken aus beispielsweise Titan oder anderen Metallen, wie sie untenstehend aufgeführt sind, sind diesbezüglich weiter bevorzugt Winkel von kleiner oder gleich 45°, bevorzugt von kleiner oder gleich 10°, weiter bevorzugt von kleiner oder gleich 5° und besonders bevorzugt Winkel im Bereich von 1 bis 2°. Statt einer einzigen Rampe kann das Fräswerkzeug auch beispielsweise eine Zickzackbahn beschreiben, bei der es vor- und rückwärts über mehrere kleine Rampen bis zum Erreichen der gewünschten Schnitt -Tiefe eintaucht. Sobald das Fräswerkzeug die gewünschte Schnitt- Tiefe erreicht hat, durchläuft es im Fall des Zirkularfräsens eine vollständige Zirkularbahn, wobei bevorzugt hierbei auch der durch den oder die Rampenwinkel zunächst nicht abgefrästen Bereiche abgefräst werden.
Eine weitere Entlastung des Fräswerkzeugs bei der Bearbeitung von Werkstücken wird in einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, dass sich die Drehrichtung des Fräswerkzeugs und die Bewegungsrichtung des Werkstücks relativ zum Fräswerkzeug beim Fräsen an der Eingriffsstelle in Gleichlauf befinden. Mit dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Relativbewegung so gewählt, dass sie nicht gegen die Schneidkante des Fräswerkzeugs erfolgt.
Die Bewegung des Fräswerkzeugs kann im erfindungsgemäßen Verfahren in einer, zwei oder drei Raumachsen erfolgen. Bevorzugt ist die Bewegung in 3 Raumachsen, wobei diese Achsen vorzugsweise senkrecht aufeinander stehen und weiter bevorzugt lineare Achsen darstellen. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkstück vom Fräswerkzeug sowohl an der Unterseite als auch an der O- berseite bearbeitet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden 2 Achsen durch die Bewegung des Fräswerkzeugs abgedeckt, die dritte Achse durch die Bewegung des Werkstückes.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es unter anderem möglich, Zahnersatz und Gerüste bis hin zu Gebissvollbögen herzustellen. Dem- gemäß sind auch Inlays, Onlays, Implantate oder Verblockungen herstellbar.
Als Werkstücke können im erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche Werkstücke verwendet werden, aus denen Zahnersatz hergestellt werden kann. Als Materialien, aus denen die Werkstücke gefertigt sind, sind Metalle und Nichtmetalle geeignet.
Bevorzugte Metalle sind hierbei unter anderem Titan wie beispielsweise Titan Grade 1 bis 4, bevorzugt Grade 2, Titan-Legierungen wie beispielsweise Ti-6AI-4V, Edelmetalle oder Edelmetall-Legierungen. Die Angaben zum Titan Grade beziehen sich hierbei auf ISO 5832-2 beziehungsweise auf ASTM F67.
Die zu bearbeitenden Werkstücke aus metallischen Materialien weisen in einer besonders bevorzugten Verfahrensführung Quadergeometrie auf. Weiter bevorzugt sind Quadergeometrien mit einer Länge von bis zu 100 mm, bevorzugt von bis zu 60 mm, weiter bevorzugt zwischen 15 mm und 60 mm, mit einer Breite von bis zu 100 mm, bevorzugt von bis zu 50 mm, wei- ter bevorzugt von bis zu 25 mm und mit einer Höhe von bis zu 50 mm, bevorzugt von bis zu 25 mm und weiter bevorzugt von bis zu 20 mm, wobei unter anderem Höhen von 10 oder 14 mm besonders bevorzugt sind.
Als nichtmetallische Materialien sind unter anderem faserverstärkte Kunststoffe oder Keramiken zu nennen. Hinsichtlich der Keramiken werden im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt vorgesinterte Keramiken, so ge- nannte Grünkeramiken eingesetzt. Wiederum bevorzugt sind hierbei Grünkeramiken aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid oder Keramiken, wie sie beispielsweise in der DE 199 04 522 AI, der DE 199 04 523 AI, der WO 00/46166 oder der WO 00/46168 beschrieben sind, wobei diese Schriften diesbezüglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich einbezogen werden.
Die Rohbruchfestigkeiten der zu bearbeitenden Keramikwerkstücke liegen bevorzugt im Bereich von kleiner oder gleich 50 MPa, weiter bevorzugt im Bereich von 10 bis 50 MPa, weiter bevorzugt im Bereich von 31 bis 50 MPa und besonders bevorzugt im Bereich von 31 bis 40 MPa. Solche Keramikwerkstücke sind in der DE 101 07 451.4 beschrieben, die diesbezüglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich einbezogen wird. Ebenfalls bevorzugt sind Rohbruchfestigkeiten der zu bearbeitenden Keramikwerkstücke im Bereich von kleiner oder gleich 50 MPa, weiter bevorzugt im Bereich von 10 bis 50 MPa, weiter bevorzugt im Bereich von 15 bis 30
MPa und besonders bevorzugt im Bereich von 23 bis 28 MPa. Solche Keramikwerkstücke sind in der PCT/EP00/07992 beschrieben, die diesbezüglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich einbezogen wird.
Die Rohbruchfestigkeit wurde dabei in Anlehnung an EN ISO 6872, Teil
8.3.2. ermittelt, wobei eine zylindrische Probe mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Dicke von 2 mm verwendet wird. Der Teilkreisdurchmesser der Probenauflage beträgt hierbei 14 mm und der Durchmesser des Stempels 3,6 mm.
Die zu bearbeitenden Werkstücke aus nichtmetallischen Materialien weisen in einer besonders bevorzugten Verfahrensführung Quadergeometrie oder Zylindergeometrie auf. Besonders bevorzugt hinsichtlich der oben erwähnten Keramiken ist die Zylindergeometrie mit einer Länge von bis zu 100 mm, bevorzugt zwischen 15 mm und 60 mm, und einem Durchmesser von bis zu 50 mm und bevorzugt von bis zu 25 mm. Hinsichtlich der Quadergeometrie werden bevorzugt Keramik-Werkstücke eingesetzt, die eine Länge von bis zu 150 mm, bevorzugt von bis zu 100 mm, eine Breite von bis zu 150 mm, bevorzugt von bis zu 100 mm und eine Höhe von bis zu 50 mm und bevorzugt von bis zu 25 mm aufweisen.
Zur Handhabung des Werkstücks vor, während und/oder nach der Fräsbearbeitung kann das Werkstück in einer speziellen Vorrichtung befestigt wer- den. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der EP 0 982 009 A2 und der DE 298 15 486 UI beschrieben, die diesbezüglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich einbezogen werden. Neben diesen Vorrichtungen sind auch Vorrichtungen denkbar, die eine das Werkstück mindestens teilweise umgebende Ausnehmung aufweisen und mit ihrer Au- ßenseite in die Bearbeitungsmaschine einspannbar sind, wobei das Werkstück nur mit einem Teil der Ausnehmung verbunden ist, und wie sie in der DE 100 37 531.6 oder der PCT/EP01/07050 beschrieben sind, die diesbezüglich in den Kontext der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich einbezogen werden.
Eine weitere Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist die
Vermeidung eines hohen Schmiermittelverbrauchs. Solche Schmiermittel werden im allgemeinen zur Spülung und/oder Kühlung des Werkstücks und/oder des Fräswerkzeugs und/oder zur Reibungsverminderung zwischen Werkstück und Fräswerkzeug bei der Fräsbearbeitung benötigt.
Im Vergleich zu den Verfahren gemäß dem Stand der Technik werden folglich nur die jeweils minimal erforderlichen Schmiermittelmengen eingesetzt. Insbesondere wird im vorliegenden Verfahren die Methode der Schwallspülung nicht eingesetzt, was vor allem im Hinblick auf Fräsbearbeitungen, bei denen beispielsweise nur bedingt umweltverträgliche Substanzen als Schmiermittel eingesetzt werden müssen, aus ökologischen Gründen vor-
• teilhaft ist. Ebenso sind ökonomische Vorteile durch den geringeren Schmiermittelverbrauch zu erwähnen.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es ohne Schwallspülung durchgeführt wird. Im erfindungsgemäßen Verfahren können ein oder mehrere Schmiermittel verwendet werden. Werden zwei oder mehr davon eingesetzt, so können diese gleichzeitig oder nacheinander zur Anwendung kommen. Werden zwei oder mehr davon gleichzeitig eingesetzt, so können fertige Mischungen aus zwei oder mehr verwendet werden oder die einzelnen Schmiermittel getrennt voneinander zur Anwendung kommen.
Als Schmiermittel sind unter anderem bevorzugt natürliche oder synthetische Öle oder ölbasierte Zusammensetzungen wie beispielsweise Öl- Wasser-Emulsionen. Besonders bevorzugt sind synthetische Öle.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, Schmiermittel in einer Menge von nicht mehr als 50 ml pro Prozessstunde einzusetzen. Der Begriff Prozessstunde bezeichnet hierbei diejenige Zeit, während der eine Fräsbearbeitung eines Werkstücks erfolgt.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, wie oben be- schrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Schmierstoff menge von kleiner oder gleich 50 ml pro Prozessstunde eingesetzt wird.
Die Schmiermittel können von außen, von innen oder sowohl von außen als auch von innen zugeführt werden. Unter dem Begriff "von innen" werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Verfahrensführungen verstanden, bei denen die Zufuhr eines Schmiermittels über das Fräswerkzeug erfolgt. Unter dem Begriff "von außen" werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sämtliche anderen Verfahrensführungen verstanden. Besonders bevorzugt ist vorliegend die Zufuhr von außen.
Weiter kann die Zufuhr der Schmiermittel sowohl permanent als auch ge- pulst erfolgen. Im Rahmen einer permanenten Zufuhr kann hierbei die Menge des Schmiermittels konstant gehalten werden oder über der Zeit variiert werden. Erfolgt die Zufuhr gepulst, so können die Pulse unterschiedliche Länge aufweisen und die Menge des pro Puls zugeführten Schmiermittels von Puls zu Puls sich ändern oder konstant gehalten werden.
BESTATIGUNGSKOPIE Weiter bevorzugt sind Verfahrensführungen, bei denen Schmierstoffmengen im Bereich von 1 bis 50 ml pro Prozessstunde und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 ml pro Prozessstunde eingesetzt werden.
Weiter bevorzugt sind Verfahrensführungen, bei denen während der Fräsbearbeitung des Werkstücks Schmierstoffe im Bereich von kleiner oder gleich 1 ml pro Prozessstunde, besonders bevorzugt von kleiner 1 ml pro Prozessstunde eingesetzt werden. In einer weiter besonders bevorzugten Ausführungsform wird kein Schmierstoff eingesetzt. Diese Alternative wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als „trockene Bearbeitung" bezeichnet.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fräsbearbeitung des Werkstücks trocken erfolgt.
Die trockene Bearbeitung kann grundsätzlich bei allen oben beschriebenen Werkstückmaterialien zur Anwendung kommen. Besonders bevorzugt ist diese Bearbeitung bei nicht-metallischen Werkstücken wie beispielsweise den Grünkeramiken.
Die Trockenbearbeitung kann in einer bevorzugten Ausführungsform unter Gaszufuhr erfolgen, wobei als Gase unter anderem Stickstoff, ein oder meh- rere Edelgase, Luft oder Gemische aus zwei oder mehr davon verwendet werden. Weiterhin sind diese Gase auch als Kühlmittel einsetzbar. Die Gaszufuhr kann hierbei kontinuierlich oder/und diskontinuierlich wie beispielsweise in regelmäßigen oder/und unregelmäßigen Pulsen erfolgen.
Die zugeführten Gase können, sollte dies im Rahmen des erfindungsgemä- ßen Verfahrens erforderlich sein, abgesaugt werden. Diese Absaugung kann prinzipiell kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen, wobei die kontinuierliche Absaugung bevorzugt ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden diejenigen Verfahrensabschnitte im Laufe der Fräsbearbeitung des Werkstücks, in denen Belas- tungsänderungen zu erwarten sind, in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform nicht durch Regelungstechnik im Lauf des Verfahrens ermittelt, wie dies in den Verfahren gemäß dem Stand der Technik erfolgt und beispielsweise in der EP 1 066 801 AI offenbart ist und bei denen diejenigen Daten, die während der Fräsbearbeitung gewonnen werden, zur Ände- rung der Vorschubgeschwindigkeit verwendet werden.
Besonders bevorzugt wird daher im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Vorschubgeschwindigkeit durch Steuerung den Belastungsänderungen angepasst. Die Belastungsänderungen und die Fräsbahn werden daher vor dem Beginn der Fräsbearbeitung anhand des numerisch vorliegen- den Datensatzes ermittelt und auf dieser Basis die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit vor dem Beginn der Fräsbearbeitung festgelegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser Datensatz durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte, bestimmt:
(a) Abtastung eines dreidimensionalen Modells einer Zahnsituation;
(b) Erzeugung eines Datensatzes aus diesen Abtastergebnissen;
(c) Berechnung der Fräsbahn auf der Basis dieses Datensatzes;
(d) Berechnung der Belastungsänderungen im Rahmen der Berechnung dieser Fräsbahn, wobei als zu berücksichtigende Parameter, neben der Fräsbahn, unter anderem die Art des Fräswerkzeugs und/oder die Geomet- rie und/oder das Material des Werkstücks eingehen.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Relativbewegung zwischen Fräswerkzeug und Werkstück gesteuert wird.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden die bei der Fräsbear- beitung entstehenden Späne indirekt oder direkt abgesaugt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Absaugung direkt. Besonders bevorzugt erfolgt die direkte Absaugung über einen zirkulär an- geordneten Absaugspalt um die Spindel beziehungsweise das Fräswerkzeug. Die Spindel bezeichnet hierbei die Antriebs- und Halteinheit des Werkzeugs.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass entweder durch die Fräsbearbeitung zerspantes Material oder eingesetzter Schmierstoff oder sowohl durch die Fräsbearbeitung zerspantes Material als auch eingesetzter Schmierstoff durch direkte Absaugung vom Werkstück entfernt werden.
Der Begriff "direkte Absaugung" bezeichnet in der vorliegenden Anmeldung Verfahrensführungen, bei denen die Absaugung im wesentlichen unmittelbar an der Zerspanstelle erfolgt. Unter dem Begriff "indirekte Absaugung" werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung all jene Ausführungsformen verstanden, die nicht von der "direkten Absaugung" umfasst sind.
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei der dieses Absaugen durch permanentes oder zwischenzeitliches Einblasen mindestens eines Ga- ses oder eines Gasgemisches wie beispielsweise Luft unterstützt wird. Das mindestens eine Gas kann hierbei an einer oder an mehreren Stellen eingeblasen werden. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt dieses Einblasen drosselgesteuert, wobei in Fällen, in denen das Einblasen nicht permanent erfolgt, Pulsfrequenzen im Bereich von 1 bis 60 pro sec bevorzugt, Frequenzen im Bereich von 1 bis 10 pro sec besonders bevorzugt und Frequenzen im Bereich von 1 bis 5 pro sec weiter besonders bevorzugt sind.
Überraschend wurde gefunden, dass durch dieses pulsartige Einblasen die Effizienz der Absaugung erhöht werden kann, indem im Vergleich zum per- manenten Einblasen mehr zerspantes Material pro Zeiteinheit entfernt werden kann.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in mindestens einem Verfahrensschritt durch pulsartiges Einblasen mindestens eines Gases oder
BESTATIGUNGSKOPIE eines Gasgemisches die Effizienz der Absaugung von zerspantem Material erhöht wird.
Bei der Bearbeitung von beispielsweise metallischen Werkstücken wie Titanwerkstücken erfolgt bevorzugt ein weitgehend permanentes Einblasen.
Die Drücke, mit denen eingeblasen wird, liegen bevorzugt im Bereich von
0,5 bis 5 bar, weiter bevorzugt im Bereich von 0,75 bis 4 bar und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 bar. Die Drücke können im Verlauf der Bearbeitung konstant gehalten werden oder kontinuierlich oder diskontinuierlich geändert werden.
Weiter bevorzugt wird das Einblasen so durchgeführt, dass zerspantes Material von den Maschinenführungen ferngehalten wird.
Ein weiterer Vorteil des Einblasens ist in einer weiter reduzierten Fräswerkzeugbelastung zu sehen, indem Verlustreibung aufgrund der Wechselwirkung zwischen Fräswerkzeug und zerspantem Material vermieden wird.
Wie bereits oben erwähnt, können im erfindungsgemäßen Verfahren unterschiedliche Fräsverfahren wie beispielsweise Zeilenfräsen, Radialfräsen oder Zirkularfräsen eingesetzt werden.
Beim Zeilenfräsen wird grundsätzlich jede zweite Zeile im Gegenlauf gefräst. Hierbei kann das Problem auftreten, dass das Fräswerkzeug beim Herausarbeiten von Tiefenstrukturen senkrecht zur Zeilenebene oft nahezu senkrecht ins Werkstückmaterial eintaucht und damit stirnseitig für einige Zeit ununterbrochen in vollem Eingriff mit dem Werkstückmaterial ist. In einem solchen "Bohrvorgang" werden Fräswerkzeug und Werkstück im allgemeinen starker mechanischer Belastung ausgesetzt.
Dieser Nachteil wird durch das Zirkularfräsen vermieden. In diesem Fräsverfahren wird die zu erzeugende dreidimensionale Form des Zahnersatzes schichtweise in zirkulären Bahnen umlaufen, so dass bis auf einen Eintauchvorgang zu Beginn jeder Bahn immer nur die Mantelfläche des Fräswerkzeugs in Eingriff mit dem Werkzeugmaterial ist. In einer bevorzugten Aus- führungsform wird daher das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass in mindestens einem Verfahrensabschnitt das Werkstück einer Zirkularfräsbearbeitung zugeführt wird.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fräsbearbeitung des
Werkstücks in mindestens einem Verfahrensschritt mittels Zirkularfräsen erfolgt.
Daher kann das Werkstück ausschließlich durch Zirkularfräsen oder aber durch Kombination von Zirkularfräsen mit mindestens einem anderen Fräs- verfahren, bevorzugt entweder Zeilenfräsen oder Radialfräsen oder Zeilen- und Radialfräsen, bearbeitet werden.
Demgemäß sind auch Verfahrensführungen denkbar, bei denen ein Werkstück unter anderem durch Zirkularfräsen bearbeitet wird, wobei mindestens ein Schmierstoff über Schwallspülung zugeführt wird.
Unter anderem bevorzugt sind daher im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens Ausführungsformen, bei denen das Werkstück in einem Schritt grob bearbeitet wird und in einem zweiten Schritt einer Feinbearbeitung unterworfen wird, wobei die Grobbearbeitung in einem Schrupp-Schritt und die Feinbearbeitung in einem Schlicht-Schritt erfolgt.
Dabei wird vorteilhafterweise der Schrupp-Schritt durch Zirkulärfräsen durchgeführt. Durch Zirkulärfräsen werden im allgemeinen Treppenstrukturen am Werkstück erzeugt, die in dem folgenden Schlicht-Schritt abgetragen werden können.
Weiter bevorzugt sind Verfahren, bei denen der Schrupp- und der Schlicht- Schritt in unterschiedlichen Richtungen der Relativbewegungen von Werkstück und Fräswerkzeug erfolgen.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fräsbearbeitung einen Schrupp-Schritt und einen Schlicht-Schritt umfasst, wobei Schrupp- Schritt und Schlicht-Schritt in unterschiedlichen Richtungen der Relativbewegungen von Werkstück und Werkzeug erfolgen.
Besonders bevorzugt sind beim Schlicht-Schritt im Vergleich zum Schrupp- Schritt die Richtungen der Vorschübe im wesentlichen verschieden.
Weiter besonders bevorzugt wird der Schlicht-Schritt mit einem einzigen Fräswerkzeug oder mehreren gleichen oder voneinander verschiedenen Fräswerkzeugen durchgeführt.
Gemäß dieses Verfahrens können sämtliche oben beschriebenen Werkstücke bearbeitet werden. Besonders bevorzugt wird das Verfahren bei der Be- arbeitung von Werkstücken aus nichtmetallischen Materialien wie beispielsweise den oben erwähnten Keramiken und insbesondere den Grünkeramiken eingesetzt.
Demgemäß betrifft die vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein nicht-metallisches Werkstück fräsbearbeitet wird.
Eine weitere Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist, es neben der Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von zu erwartenden Belastungsänderungen zu vermeiden, dass nach dem oben beschriebenen Schrupp-Schritt mehr Werkstückmaterial am Werkstück ver- bleibt als für einen folgenden Schlicht-Schritt günstig ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht diesbezüglich daher zwischen Schrupp- und Schlicht-Schritt einen Zwischenschritt vor.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Schritte um- fasst:
(i) Schruppen
(ii) Zwischenschritt
(iii) Schlichten Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Zwischenschritt, der sich an den Schrupp-Schritt anschließt, bei dem im allgemeinen die Struktur des herzustellenden Zahnersatzes grob angenähert wird, wird vor allem vermieden, dass im Schlicht-Schritt die Belastung des Fräswerkzeugs und/oder des Werkstücks zu groß wird.
Unter anderem umfasst die vorliegende Erfindung damit auch die beschriebenen Dreischrittverfahren mit der bereits oben beschriebenen Schwallspülung.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Schritt (i) durch Zirkular- fräsen, wobei dieser mit einem Fräswerkzeug oder mehreren gleichen oder voneinander verschiedenen Fräswerkzeugen durchgeführt werden kann.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (i) mittels Zirkularfräsen durchgeführt wird.
Der Zwischenschritt (ii) kann hierbei prinzipiell gemäß sämtlicher geeigneter
Fräsverfahren durchgeführt werden, wobei die bereits beschriebenen Verfahren bevorzugt sind.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (ii) durch Zirkular- fräsen oder Zeilenfräsen oder Radialfräsen oder einer Kombination aus zwei oder mehr dieser Fräsarten durchgeführt wird.
Unter anderem bevorzugt wird dieser Schritt (ii) als Zeilenfräsverfahren, bei der Herstellung von Kronen auch als Radialfräsverfahren ausgestaltet.
Gemäß dieses 3-Schritt-Verfahrens können sämtliche oben beschriebenen Werkstücke bearbeitet werden. Besonders bevorzugt wird das Verfahren bei der Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen Materialien wie beispielsweise Titan eingesetzt. Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches Werkstück fräsbearbeitet wird.
Selbstverständlich können neben den Schritten (i) bis (iii) mindestens ein weiterer Schrupp-Schritt und/oder mindestens ein weiterer Zwischen-Schritt und/oder mindestens ein weiterer Schlicht-Schritt vorgesehen werden.
Eine weitere Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist es, sicherzustellen, dass der zu fertigende Zahnersatz in das zu bearbeitende Werkstück passt. Deshalb wird zu Beginn der Berechnung geprüft, ob die Abmaße des zu fertigenden Zahnersatzes in das Werkstück und ob gegebenenfalls, falls dies erforderlich ist, das Werkstück unter Berücksichtigung des erforderlichen Bearbeitungsraumes in die bereits oben beschriebene Vorrichtung passt, in der das Werkstück zur besseren Handhabung befestigt wird. Die Abmaße der zu bearbeitenden Werkstücke und gegebenenfalls der Vorrichtungen, in denen diese befestigt werden können, sind hinterlegt und werden für die Überprüfung herangezogen.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass vor der Fräsbearbeitung des Werkstücks überprüft wird, ob der durch die Fräsbearbeitung herzustellende Zahnersatz in die äußeren Abmaße eines vorgewählten Werkstücks passt.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, vor der Fräsbearbeitung das zu bearbeitende Werkstück auf der Basis des vorlie- genden Datensatzes aus zwei oder mehr Werkstücken, die sich beispielsweise in der Geometrie oder der Zusammensetzung unterscheiden, geeignet auszuwählen. Dabei ist es auch möglich, in Kombination mit der oben beschriebenen Ausführungsform sowohl das zu bearbeitende Werkstück zu überprüfen als auch aus zwei oder mehreren Werkstücken auszuwählen.
BESTATIGUNGSKOPIE Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere wie oben beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass vor der Fräsbearbeitung aus einem Pool, umfassend mindestens 2 Werkstücke mit unterschiedlichen äußeren Abmaßen, das im Hinblick auf den herzustellenden Zahnersatz optimale Werkstück ausgewählt wird, wobei die Auswahl beispielsweise bevorzugt über den Parameter "zu erwartendes Verlustmaterial" erfolgt.
Der der Fräsbahn zugrunde liegende Datensatz kann gemäß des erfin- dungsgemäßen Verfahrens derart im Raum gedreht werden, dass gegebenenfalls ein kleineres Ausgangswerkstück gewählt werden kann und damit weniger Verlustmaterial anfällt. Diese Drehung erfolgt dabei zweckmäßigerweise nur um eine zur Drehachse des Fräswerkzeugs parallele Achse. Prinzipiell ist die Drehung aber um alle Raumachsen möglich.
Um während der Fräsbearbeitung Schädigungen an beispielsweise dünnen
Randbereichen der zu erzeugenden dreidimensionalen Form zu vermeiden, wird im erfindungsgemäßen Verfahren die Fräsbahn bevorzugt so ausgelegt, dass nach der Fräsbearbeitung an den kritischen Bereichen der oben erwähnten Werkstückmaterialien wie beispielsweise den oben erwähnten Ke- ramiken eine Randverstärkung im Bereich von kleiner oder gleich 1 mm, bevorzugt von kleiner oder gleich 500 μm, weiter bevorzugt von kleiner o- der gleich 300 μm, weiter bevorzugt von kleiner oder gleich 200 μm, weiter bevorzugt von 20 bis 200 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 50 μm verbleibt. Bei den oben erwähnten Metallen und/oder Metall- Legierungen liegen diese Randverstärkungen bevorzugt im Bereich von kleiner oder gleich 200 μm, weiter bevorzugt von 20 bis 200 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 50 μm.
Unter dem Begriff „Randverstärkung" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Verstärkung einer Präparationskante verstanden.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Geometrie des zu bearbeitenden Werkstücks bei der Berechnung der Bewegungsbahn des Fräswerkzeugs mit berücksichtigt. Dies vermeidet beispielsweise im Falle, dass das zu bearbeitende Werkstück, wie beispielsweise bevorzugt im Falle von Grünkeramiken, eine Zylindergeometrie aufweist, einen Leerlauf des Fräswerkzeugs in den Kanten- bereichen eines den Zylinder umgebenden gedachten Quaders, indem bei der Berechnung der Bewegungsbahn nicht von der geometrisch einfacheren Form des Quaders, sondern von der tatsächlichen Zylinderform ausgegangen wird.
Als Fräswerkzeug können im Rahmen der vorliegenden Anmeldung grund- sätzlich alle geeigneten Werkzeuge eingesetzt werden. Sollte es erforderlich sein, können zur Bearbeitung des Werkstücks auch zwei oder mehr Fräswerkzeuge verwendet werden, mit denen das Werkstück gleichzeitig oder nacheinander fräsbearbeitet wird. Unter anderem bevorzugt sind beispielsweise Fräswerkzeuge aus Hartmetall wie beispielsweise aus dem ISO- Bereich K05 bis K50. Die Fräswerkzeuge können eine oder mehrere Schneiden aufweisen. Der Durchmesser des Fräswerkzeugs liegt im allgemeinen im Bereich von 0,5 bis 5,0 mm, bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 3,0 mm.
Weiter bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren hinsichtlich der Fräswerkzeuge Auskraglängen realisiert, die mindestens siebenmal so groß sind wie der Durchmesser des jeweiligen Fräswerkzeugs.
Ebenfalls bevorzugt, insbesondere für das Ausfräsen von tiefen Taschen, sind Verfahrensführungen, bei denen der Zylinderschaft des Fräserwerkzeugs in einem Bereich oberhalb des Fräserschneidenbereichs so freigeschliffen wird, dass dieser nicht größer ist als der Durchmesser im Fräs- werkzeugschneidbereich. Dadurch lässt sich vermeiden, dass das Fräswerkzeug beim Herausarbeiten tiefer Taschen oberhalb seines Schneidbereichs an das Werkstück anstößt.
Die Umdrehungszahlen des Fräswerkzeugs liegen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt im Bereich von kleiner oder gleich 50.000 pro min, weiter bevorzugt im Bereich von 1.000 bis 50.000 pro
BESTATIGUNGSKOPIE min., weiter bevorzugt im Bereich von 2.000 bis 50.000 pro min. und besonders bevorzugt im Bereich von 5.000 bis 35.000 pro min.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Standwege des Fräswerkzeugs erreicht, die bevorzugt im Bereich von 10 bis 500 m und weiter bevorzugt im Bereich von 50 - 300 m liegen.
Ist der erreichbare Standweg kleiner als für die Herstellung des Zahnersatzes notwendig, so sieht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass während der Bearbeitung des Werkstücks das Fräswerkzeug gewechselt wird, was weiter bevorzugt automatisch er- folgt. Letztere Ausführungsform wird bevorzugt dergestalt erreicht, dass die verwendete Bearbeitungsmaschine über mehrere gleichartige Fräswerkzeuge verfügt. Auch Verfahrensführungen, bei denen ein Fräswerkzeug gegen ein davon verschiedenes Fräswerkzeug ausgetauscht wird, sind von der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist im erfindungsgemäßen Verfahren eine Umspannvorrichtung vorgesehen, mittels der im Lauf des Verfahrens, beispielsweise automatisiert, verschiedene Verhältnisse von Auskraglänge zu Durchmesser zu realisieren sind.
Ebenso ist es möglich, im Lauf des Verfahrens, beispielsweise automatisiert, ein erstes Fräswerkzeug gegen ein anderes Fräswerkzeug, das gleich dem oder verschieden von dem ersten Fräswerkzeug sein kann, und das in einem Werkzeugpool, umfassend mindestens dieses Werkzeug, vorrätig ist, auszutauschen. Ein derartiger Austausch kann auch mehrfach während der Fräsbearbeitung eines Werkstücks erfolgen.
Die Verfahrensdauer zur Herstellung des Zahnersatzes ist unter anderem von der Art des herzustellenden Zahnersatzes und der Art des zu bearbeitenden Materials abhängig. Bevorzugt liegen die Bearbeitungsdauern im Bereich von 15 min bis 8 h, weiter bevorzugt im Bereich von 15 min bis 4 h, weiter bevorzugt im Bereich von 15 min bis 2 h und besonders bevorzugt im Bereich von 15 min bis 1 h. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die oben beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen Verhältnisse von Gewicht des zerspanten Materials zu Gewicht des bearbeiteten Werkstücks erreicht, die im allgemeinen im Bereich von 5 bis 35, bevorzugt im Bereich von 6 bis 30, besonders bevorzugt im Bereich von 7 bis 25, weiter besonders bevorzugt im Bereich von 8 bis 20 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 9 bis 15 liegen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren zusätzlich erläutert. Es zeigen:
FIG. 1 eine Seitenansicht eines Fräswerkzeugs;
FIG. 2 eine schematische Darstellungen zum Gleichlauf- und Gegenlauf- fräsen;
FIG. 3 eine typische Fräsbahn beim Zeilenfräsen;
FIG. 4A eine typische Fräsbahn beim Zirkularfräsen;
FIG. 4B eine Schnittansicht des Werkstücks nach dem Zirkularfräsen; und
FIG. 5 eine typische Fräsbahn beim Radialfräsen.
FIG. 1 zeigt ein Fräswerkzeug 10, das in einem Werkzeughalter 11 steckt und eine Fräswerkzeugachse A aufweist. Die Auskraglänge ist mit L angegeben, der Durchmesser mit d und die Länge des Schneidbereichs mit
FIG. 2 zeigt zwei Darstellungen der Stirnseite des Fräswerkzeugs 10 in Ein- griff mit einem Rohling 13. Die linke Skizze zeigt die Richtung der Vorschubgeschwindigkeit Vf des Rohlings in Gleichlauf mit der Drehrichtung n des Fräswerkzeugs, während die rechte Skizze Fräsen im Gegenlauf darstellt. Zusätzlich ist in beiden Skizzen der Kraftvektor Fc mit zugehörigem
Kräfteparallelogramm eingezeichnet.
FIG. 3 zeigt schematisch den xy-Ebenenverlauf der Fräsbahn beim Zeilen- schruppen, das zwangsläufig zwischen Gleich- und Gegenlauffräsen abwechselt. Der Abstand zwischen zwei Zeilen ist nicht größer als der Fräs- werkzeugdurchmesser d. Der unterschiedliche Tiefenvorschub in z-Richtung ist in der Skizze nicht dargestellt.
FIG. 4A zeigt den Bahnverlauf beim Zirkularfräsen. Zunächst wird das Fräswerkzeug längs einer Rampe 14 zugestellt und bleibt anschließend über ei- nen zirkulären Umlauf zusätzlich des Stücks des stehen gebliebenen Rampenteils auf der erreichten Schichtebenentiefe. Darauf steuert das Fräswerkzeug die nächste Bahn an und umläuft die zu erzeugende dreidimensionale Form auf einer höchstens einen Fräswerkzeugdurchmesser d weiter innen liegenden zweiten zirkulären Bahn.
FIG. 4B zeigt eine Schnittansicht einer durch Zirkularfräsen entstandenen
Treppenform 15, die die zu erzeugende dreidimensionale Form 16 annähert. Es wird deutlich, dass die dreidimensionale Form nicht so genau angenähert werden kann wie beim Zeilenfräsen.

Claims

ANSPRUCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vor Beginn der Fräsbearbeitung ermittelten, während der Fräsbearbeitung auftreten- den Belastungsänderung des Werkstücks oder des Fräswerkzeugs oder von sowohl Werkstück als auch Fräswerkzeug die Relativgeschwindigkeit zwischen Fräswerkzeug und Werkstück unter Verzicht auf Regelungstechnik geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ohne Schwallspülung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Fräswerkzeug und Werkstück gesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmierstoffmenge von kleiner oder gleich 50 ml pro Prozessstunde eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsbearbeitung des Werkstücks trocken erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass entweder durch die Fräsbearbeitung zerspantes Material oder eingesetzter Schmierstoff oder sowohl durch die Fräsbearbeitung zerspantes Material als auch eingesetzter Schmierstoff durch direkte Absaugung vom Werkstück entfernt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Verfahrensschritt durch pulsartiges Einblasen mindestens eines Gases oder eines Gasgemisches die Effizienz der Absaugung von zerspantem Material erhöht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsbearbeitung des Werkstücks in mindestens einem Verfahrensschritt mittels Zirkularfräsen erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsbearbeitung einen Schrupp-Schritt und einen Schlicht- Schritt umfasst, wobei Schrupp-Schritt und Schlicht-Schritt in unterschiedlichen Richtungen der Relativbewegungen von Werkstück und Werkzeug erfolgen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht- metallisches Werkstück fräsbearbeitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst:
(i) Schruppen;
(ii) Zwischenschritt;
(iii) Schlichten.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (i) mittels Zirkularfräsen durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (ii) durch Zirkularfräsen oder Zeilenfräsen oder Radialfräsen oder einer Kombination aus zwei oder mehr dieser Fräsarten durchgeführt wird.
14. Verfahren einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches Werkstück fräsbearbeitet wird.
15. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Fräsbearbeitung des Werkstücks überprüft wird, ob der durch die Fräsbearbeitung herzustellende Zahnersatz in die äußeren Abmaße eines vorgewählten Rohlings passt.
16. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz durch Fräsbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da- durch gekennzeichnet, dass vor der Fräsbearbeitung aus einem Pool, umfassend mindestens 2 Rohlinge mit unterschiedlichen äußeren Abmaßen, der im Hinblick auf den herzustellenden Zahnersatz optimale Rohling ausgewählt wird.
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