LS1.7 - Schritte und Schnittstellen des digitalen Workflows
Einleitung
Die digitale Workflow hat die Arbeitsabläufe in der Zahntechnik tiefgreifend verändert. Viele Kronen und Brücken werden mit dieser Technik hergestellt. Schienen werden oft digital gefertigt (3D-Druck oder CNC-Fräsen). Funktionslöffel, Basen für Bissschablonen oder Bohrschablonen sind problemlos im digitalen Workflow herstellbar. Kronen und Brücken als Implantataufbauten ebenfalls. Auch Klammerprothesen, Interimsprothesen und Totale Prothese können mittlerweile digital konstruiert und gefertigt werden.
Mit der Verbreitung von Intraoralscannern kommen immer häufiger "nur" Dateien statt Abformungen im Labor an, aus denen dann mit Hilfe des Digitalen Workflows Modelle gefertigt werden müssen. Eine Datei kann man halt nicht mit Gips ausgießen ;-).
In dieser Einführung werden die Schritte und Schnittstellen des kompletten digitalen Workflows vom Scannen bis zur Fertigung gezeigt und Begriffe sowie Abkürzungen übersetzt.
Lernvideo zur Einführung in das Thema "Schritte und Schnittstellen des Digitalen Workflows":
Die Schritte und Schnittstellen des digitalen Workflows
Digitalisierung
Nimmt der Zahnarzt beim Patienten eine gewöhnliche Abformung her, wird daraus ein Sägemodell hergestellt. Das wird dann anschließend mit einem 3D-Scanner im Labor digitalisiert. Die Digitalisierung wird lab-side (im Labor) durchgeführt. 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, geschieht die Digitalisierung chair-side (im Behandlungsstuhl). Aus diesen Daten kann direkt mit einer CAD-Software ein Sägemodell konstruiert werden (Pins, Löcher für Pins, Sockel, Sägeschnitte je nach System). Das Intraoralscannen (Digitalisierung chair-side) nennt man auch CAI (Computer Aided Impressioning - Computerunterstütze Abformung).
Im Idealfall kannst Du die Digitalisierung mit einem Intraoralscanner in der Schule nun ausprobieren. Sollte kein Intraoralscanner zur Verfügung stehen, dann hilft dieses Video sicherlich. Es 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. Solche Formate sind für uns Zahntechnikerinnen und Zahntechniker nicht gut. Wir sind so für die Weiterverarbeitung der Scans völlig abhängig vom Hersteller!
Viele Systeme verwenden aber offene Formate, um die Daten auszutauschen. Solche "offenen Systeme" bieten uns Zahntechnikern die Möglichkeit und Freiheit, die Daten der Digitalisierung an beliebige offenen CAD-Softwarelösungen weiterzugeben. Daher sind offene Systeme klar zu bevorzugen.
Meist werden die Daten im STL-Format "transportiert". Die Surface Tesselation Language (Sprache zur Beschreibung von Oberflächen durch Kachelung) stellt die Oberfläche in Dreiecken dar. Sie kann ausschließlich farblos Informationen über Dreiecke speichern.
Das PLY-Format (Polygon File Format, Dateiformat für Polygone) speichert die Oberflächen als Polygone (zweidimensionale Vielecke). Es können also neben Dreiecken auch Vier- Fünf- oder eben Vielecke sein. Außerdem können Informationen über z.B. Farbe, Transparenz oder Texturkoordinaten gespeichert werden.
Das OBJ-Format (Object File Format oder auch Object Wavefront Format, Dateiformat für Objekte) speichert die Oberflächen ebenfalls als Polygone (zweidimensionale Vielecke). Es können also neben Dreiecken auch Vier- Fünf- oder eben Vielecke sein. Beim OBJ-Format kann ein Link auf eine externe Material- oder Texturdatei enthalten sein. Diese hat die Dateinamenserweiterung .mlt. Darin sind dann die Hinweise für die Farbe und Texturen enthalten. Außerdem kann dort dann eine Bilddatei als Textur verlinkt sein.
Diese Blender-Datei enthält zur Ansicht die Rohdaten eines Intraoralscans.
Konstruktion
Aus den importierten STL-Daten der Digitalisierung (wir gehen im Unterricht 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. Dieses Video zeigen die Modell-Konstruktion mit Hilfe der CAD-Software Blender4Dental:
Schnittstelle zwischen Konstruktion und CAM-Software
Die Daten der Konstruktion werden im STL-Format aus der CAD-Software exportiert und zur CAM-Software weitergereicht. Dort wird dann die STL-Datei importiert.
Diese Blender-Datei enthält zur Ansicht die Konstruktionsdaten eines Modells aus einem Intraoralscan.
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 Maschinen, die computerunterstützt durch textbasierte numerische Befehle gesteuert werden. Fertigt man mit einer Fräsmaschine z.B. Kronen, nennt man das subtraktive Fertigung (es wird vom Rohling etwas weggefräst, subtraktiv eben).
Beim 3D-Drucken nennt man das additive Fertigung (additiv, weil beim Drucken immer was hinzugefügt wird). 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.
In Dentallabors wird zur Modellherstellung entweder Fused Filament Fabrication (FFF, Herstellung mit geschmolzenen Kunststoffdrähten) oder SLA (Stereolithografie, "stereo" bedeutet "räumlich", also dreidimensional und "Lithografie" bedeutet "Drucktechnik") genutzt. Bei FFF-Druck wird thermoplastischer Kunststoff (meist PLA) durch Erhitzen geschmolzen und in Schichten aufeinandergedruckt. Beim SLA-Druck wird eine photopolymerierendes Harz durch Licht schichtweise polymerisiert.
Moderne additive Fertigung vom z.B. Modellen:
Übung
Normales Lernen
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