Mechanische Evaluation CAD/CAM-gefräster Dentalrestaurationen
Creators: name: Böhm, Martin
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: Hintergrund und Ziele Zur Herstellung von CAD/CAM-gefrästem Zahnersatz werden vorzugsweise spröde Materialien wie Glaskeramik oder Zirkonoxid eingesetzt. Diese sind während des Fräsvorgangs einem ständigen Bearbeitungsreiz ausgesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen des Fräsvorganges auf die Biegefestigkeit von CAD/CAM-gefertigten Dentalrestaurationen zu untersuchen. Ein Literaturvergleich soll die hier ermittelten Werte mit gängigen experimentellen Verfahren zur Prüfköperherstellung vergleichen und bewerten. Da die CAD/CAM-gestützte Fertigung dentaler Restaurationen einen zunehmenden Stellenwert in der Zahnmedizin einnimmt, war es darüber hinaus Ziel dieser Arbeit, den digitalen Workflow bezüglich Anwenderfreundlichkeit, zeitlichen und wirtschaftlichen Aspekten gerade gegenüber den konventionellen Herstellungsmethoden von Zahnersatz, zu beurteilen. Material und Methode Um den Einfluss des Fräsvorganges auf ein Material zu untersuchen, wurde der Parameter der biaxialen Biegefestigkeit ermittelt. Getestet wurden hierzu jeweils 30 im subtraktiven Fräsverfahren hergestellte Proben der Materialien IPS e.max® CAD (Ivoclar), Vita Enamic® (VITA Zahnfabrik) und Grandio® blocs (VOCO). Jedem gefrästen Prüfkörper lag derselbe Datensatz im STL-Format zugrunde, welcher durch die einmalige digitale Konstruktion der Probe im parametrischen Open-Source-3D-Modellierer FreeCAD erstellt wurde. Die erstellte STL-Datei wurde anschließend in das Softwaremodul Zirkonzahn-Nesting (Zirkonzahn) transferiert. Dort konnten der Prüfkörperdatensatz virtuell in einem Materialblock positioniert und die Fräsbahnen berechnet werden. Innerhalb des Moduls wurde die Frässtrategie „High Quality“ gewählt, mit der die feinsten Ergebnisse zu erwarten waren. Gefräst wurden die Proben mit der Fräsmaschine M5 Heavy Metal (Zirkonzahn). Jede Probe wurde in einem separaten Fräsvorgang angefertigt, wobei je nach Material werkstoffspezifische Fräsersätze zum Einsatz kamen. Ein Wechsel der Fräsersätze erfolgte dann jeweils nach 15 Fräsvorgängen. Die IPS e.max® CAD-Prüfkörper wurden anschließend einem Kristallisationsbrand unterzogen. Die biaxialen Biegefestigkeiten wurden im 4-Kugelversuch ermittelt und Weibull-statistisch ausgewertet. Parallel dazu wurden 3 dentale Restaurationen (2 Kronen an den Zähnen 16 und 21 und 1 Inlay / Mesial – okklusal – distal, am Zahn 26) jeweils aus den Materialien IPS e.max® CAD und den Zirkoniumdioxiden Prettau® und Prettau® 4 Anterior® (Zirkonzahn) CAD/CAM-gestützt angefertigt. Zum Einsatz kamen hierfür der Intraoralscanner Trios® 3 (3Shape A/S, Kopenhagen, Dänemark) und analog zur Fertigung der Prüfkörper die CAD-Software-Module der Firma Zirkonzahn, sowie oben genanntes Fräsgerät. Die Anfertigung einer Anleitung „Vom Intraoralscan zur Krone“ im Rahmen der Restaurationsherstellung, sollte den digitalen Workflow dokumentieren und dadurch die Anwenderfreundlichkeit im klinischen Alltag beurteilbar machen. Ergebnisse Folgende charakteristische, nach Weibull ermittelte Festigkeitswerte (σ0) und Weibullmoduli (m) wurden gemessen: σ0 = 485,84 MPa / m = 6,2 (IPS e.max® CAD), σ0 = 163,46 MPa / m = 19,3 (Vita Enamic®), σ0 = 299,47 MPa / m = 19,0 (Grandio® blocs). Das gemessene Rauheitsprofil (Rz-Werte) exemplarisch ausgewählter Prüfkörper sank jeweils mit zunehmender Abnutzung der zur Herstellung eingesetzten Fräser bei allen Materialien (IPS e.max® CAD: Probe 5 = 5,39 µm / Probe 14 = 4,12 µm, Vita Enamic®: Probe 1 = 12,04 µm / Probe 29 = 5,44 µm, Grandio® blocs: Probe 2 = 4,31 µm / Probe 20 = 2,62 µm). Sich ändernde Rautiefen korrelierten dabei allerdings nicht mit der zugehörigen Biegefestigkeit. Die im Rahmen der Beurteilung des digitalen Workflows angefertigten dentalen Restaurationen erfüllten die allgemeingültigen zahntechnischen Anforderungen bezüglich Passgenauigkeit und Ästhetik. Schlussfolgerungen Die nach CAD/CAM Bearbeitung gemessenen Biegefestigkeiten der Materialien lagen signifikant unter den nach optimalen Laborbedingungen ermittelten Vergleichsdaten. Die Werte lagen zwar in ähnlichen von den Herstellern genannten Bereichen, jedoch spielt die Prüfmethode und der Bearbeitungszustand der Oberfläche eine entscheidende Rolle und macht dadurch einen Vergleich nur sehr eingeschränkt möglich. Die hohen Biegefestigkeitswerte zusammen mit einer breiten und langjährigen klinischen Evidenz zum Material IPS e.max® CAD bestätigen die Eignung für den Einsatz als kaulasttragendes Restaurationsmaterial für die Einzelzahnversorgung im Seitenzahnbereich. Für die Materialien Vita Enamic® und Grandio® blocs besteht jedoch nur eine sehr geringe klinische Evidenz und die Eignung muss aus präklinischen Laborwerten abgeschätzt werden. Beide Materialien liegen deutlich unter dem Niveau von IPS e.max® CAD, wobei Grandio® blocs noch ein höheres Biegefestigkeitsniveau aufweist. Der digitale Workflow und damit die praxistaugliche Umsetzbarkeit dieser Art des Fertigungsprozesses wurden als positiv und zukunftsweisend bewertet. Eine im Vergleich zur konventionellen Herstellung erhöhte Anwenderfreundlichkeit, die geringeren Fertigungskosten und eine kürzere Anfertigungszeit der Restaurationen, sind Erkenntnisse, die sich mit der Fachliteratur decken.
description: Background and Objectives For the production of CAD/CAM-milled dentures brittle materials such as glass-ceramic or zirconiumoxide are preferably used. These are exposed to a constant machining stimulus during the milling process. The aim of this work was to investigate the effects of the milling process on the flexural strength of CAD/CAM-manufactured dental restorations. A literature comparison is intended to compare and evaluate the values determined here with common experimental methods for the production of test bodies. Since the CAD/CAM-supported production of dental restorations is becoming increasingly important in dentistry, the aim of this work was also to assess the digital workflow in terms of user-friendliness, time and economic aspects, especially compared to conventional production methods of dental prostheses. Material and Method In order to investigate the influence of the milling process on a material, the parameter of the biaxial flexural strength was determined. For this purpose, 30 samples of the materials IPS e.max® CAD (Ivoclar), Vita Enamic® (VITA Zahnfabrik) and Grandio® blocs (VOCO) produced in the subtractive milling process were tested. Each milled specimen was based on the same data set in STL format which was created by the unique digital design of the sample in the parametric open-source-3D-modeler FreeCAD. The created STL file was then transferred to the software module Zirkonzahn-Nesting (Zirkonzahn). There, the test specimen data set could be positioned virtually in a block of material and the milling paths could be calculated. Within the module, the milling strategy "High Quality" was chosen, with which the finest results were to be expected. The samples were milled with the milling machine M5 Heavy Metal (Zirkonzahn). Each sample was produced in a separate milling process, using material-specific burr sets depending on the material. The burr sets were then changed after 15 milling operations. The IPS e.max® CAD test bodies were then subjected to a crystallization fire. The biaxial flexural strengths were determined in a Ball-on-three-balls test and evaluated Weibull-statistically. At the same time, 3 dental restorations (2 crowns on teeth 16 and 21 and 1 inlay / mesial – occlusal – distal, on the tooth 26) were each made of the materials IPS e.max® CAD and the zirconiumdioxides Prettau and Prettau®® 4 Anterior® (Zirkonzahn) CAD/CAM-supported. For this purpose, the trios® 3 intraoral scanner (3Shape A/S, Copenhagen, Denmark) was used and, analogous to the production of the test specimens, the CAD software modules of the company Zirkonzahn as well as the above-mentioned milling device. The preparation of the instruction "From intraoral scan to crown" during the restoration production should document the digital workflow and thus make it possible to assess the user-friendliness in everyday clinical practice. Results The following characteristic strength values determined by Weibull (σ 0) and Weibullmoduli (m) were measured: σ 0 = 485.84 MPa / m = 6.2 (IPS e.max® CAD), σ 0 = 163.46 MPa / m = 19.3 (Vita Enamic®), σ 0 = 299.47 MPa / m = 19.0 (Grandio® blocs). The measured roughness profile (Rz values) of exemplarily selected test specimens decreased with increasing wear of the milling burrs used for the production for all materials (IPS e.max® CAD: Sample 5 = 5.39 μm / Sample 14 = 4.12 μm, Vita Enamic®: Sample 1 = 12.04 μm / Sample 29 = 5.44 μm , Grandio® blocs: sample 2 = 4.31 μm / sample 20 = 2.62 μm). However, changing roughness depths did not correlate with the associated flexural strength. The dental restorations produced as part of the assessment of the digital workflow met the generally applicable dental requirements regarding accuracy of fit and aesthetics. Conclusions The flexural strengths of the materials measured after CAD/CAM-machining were significantly below the comparative data determined according to optimal laboratory conditions. Although the values were in similar ranges mentioned by the manufacturers, the test method and the processing condition of the surface play a decisive role and thus make a comparison only possible to a very limited extent. The high flexural strength values together with a broad and long-standing clinical evidence of the material IPS e.max® CAD confirm the suitability for use as a robust material for single tooth restoration in the posterior region. For the materials Vita Enamic® and Grandio® blocs, however, there is very little clinical evidence and the suitability must be estimated from preclinical laboratory values. Both materials are well below the level of IPS e.max® CAD, with Grandio® blocs having a higher level of flexural strength. The digital workflow and thus the practical feasibility of this type of manufacturing process were rated as positive and forward-looking. Compared to conventional production, increased user-friendliness, lower production costs and shorter production time of the restorations are findings that coincide with the specialist literature.