Hybride Fertigung mit dem EP-M150 Metall-3D-Drucker in der Dentalindustrie

Der chinesische 3D-Drucker-Hersteller Eplus3D zeigt anhand Fallstudie des Unternehmens FIP Zahnkunst, das Potenzial der Hybridfertigung in der Dentalindustrie.

Die Dentalindustrie ist ein hervorragendes Beispiel für den Bedarf an hochgradig individualisierten hybriden Fertigungsteilen aufgrund der menschlichen Individualität und für Unternehmen wie FIP Zahnkunst, die für ihre Kunden maßgeschneiderte Produkte von höchster Qualität auf die effizienteste Weise herstellen wollen. FIP Zahnkunst hat in der Vergangenheit eine schwierige Arbeitsmarktsituation und steigende Kosten festgestellt. Mit der im Jahr 2021 gegründeten Hybridfertigung, die auf der EP-M150 von Eplus3D und all ihren Automatisierungsvorteilen basiert, kann er diese Probleme überwinden und seinen Kunden das Beste bieten.

Was ist hybride Fertigung?

Die ersten Maßnahmen, die ergriffen werden müssen, um die physischen Gegebenheiten (die Zähne und das Zahnfleisch des Patienten oder den erhaltenen positiven Abdruck) in Form einer 3D-Datei in die digitale Welt zu bringen, ist die Verwendung von 3D-Scanning. Dies geschieht derzeit durch Scangeräte, die eine Punktwolke erzeugen, die anschließend automatisch in eine 3D-Datei, meist im STL-Format, umgewandelt wird. Ein 3D-Scanner gehört heute bereits zum Stand der Technik in den meisten Dentallaboren.

Anhand des erstellten Scanmodells kann der Zahntechniker dann mit einer speziellen Dental CAD-Software die zu fertigenden Teile konstruieren.

Zu Beginn der Hybrid-Reise fiel FIP Zahnkunst die Wahl der geeigneten CAM-Software nicht schwer, da sie bereits gute Erfahrungen mit hyperDENT für ihre CNC-Fräsmaschine gemacht hatten. Die Software hyperDENT deckt mit ihrem Modul Hybridfertigung den gesamten hybriden Workflow durch eine Vielzahl von Funktionen ab. Die Software weist eine hohe Kompatibilität mit der von Eplus3D entwickelten Schraffursoftware EP-Hatch auf und verfügt über einen implementierten Postprozessor, um den Fräswerkzeugweg an die CNC-Maschine des Kunden zu senden. Beim Importieren der 3D-Entwürfe in die Software werden diese automatisch auf Unvollkommenheiten geprüft und bei Bedarf geheilt. Sobald die Teile geheilt sind, müssen sie auf der vordefinierten Druckplattform der Eplus3D EP-M150 mit einer Bauplatte von 150 mm Durchmesser ausgerichtet und verschachtelt werden. Während des automatischen Ausrichtungs- und Verschachtelungsprozesses versucht der Bediener in der Regel, so viele Teile wie möglich auf der Bauplattform unterzubringen, um die Auslastung des Druckers zu maximieren.

Anschließend erkennt die Software automatisch die zuvor in der CAD-Konstruktionssoftware festgelegten Rand- und Präparationsgrenzen. Während dieses Fertigungsaufbaus in hyperDENT empfiehlt die Software bestimmte Bereiche, in denen eine vordefinierte Werkzeugzugabe von 0,2 mm hinzugefügt werden soll. Dieses zusätzliche Material wird dann auf die Flächen aufgebracht, die anschließend abgefräst werden (subtraktive Fertigung), um das gewünschte Aussehen und die gewünschte Oberflächenrauheit zu erreichen. Die gedruckten Teile und die Fräsbahnen sind zur Kontrolle schön dargestellt.

Wie es gemacht wurde

Für FIP Zahnkunst verlief die Integration des Hybridverfahrens reibungslos, denn die Frässtrategie wurde von FIP Zahnkunst bereits bei der Einführung von hyperDENT für den Fräsprozess vor einigen Jahren festgelegt.

Nach dem Slicing in hyperDENT überträgt der Zahntechniker die Parameterstrategie des Metall-3D-Druckers, zu der beispielsweise die Geschwindigkeit und Leistung des Lasers gehören, mit der Eplus3D-Software EP-Hatch auf die Daten und bereitet den Drucker vor, um ihn zu starten. Während der Installation des Metalldruckers werden diese vor Ort beim Kunden durch das lokale Team von Eplus3D-Ingenieuren gut geschult, um jederzeit einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten.

Während des Druckvorgangs arbeitet der EP-M150 völlig autonom und muss nicht überwacht werden. Nachdem die Teile Schicht für Schicht gedruckt sind, werden sie aus dem Drucker entnommen. Durch das “0-Positioning”-Spannsystem im Inneren des EP-M150 kann FIP Zahnkunst die Druckplattform präzise in seiner CNC-Maschine einspannen. Die Teile werden über einen Palettenwechsler in die Maschine eingelegt. Auf diese Weise ist eine exakte Positionierung des Teils möglich. FIP-Zahnkunst ist stets bemüht, Grenzen zu verschieben und seine Produktion so stabil und präzise wie möglich zu gestalten. Um die höchstmögliche Genauigkeit zu erreichen und die Position der Druckplatte und der darauf befindlichen Teile zu bestätigen, werden 3 hohle Messkegel gedruckt und mit einer 3D-Uhr vermessen.

Nach dem Fräsvorgang müssen die Produkte wärmebehandelt werden, um innere Spannungen zu beseitigen, und durch eine Schneidetechnik entfernt werden. Dies geschieht in der Regel mit einer Bandsäge. FIP Zahnkunst schneidet seine Produkte mit einer Drahtschneidemaschine ab, um die Kraft zu verringern, die bei der Verwendung einer Bandsäge auf die zerbrechlichen Teile einwirken kann.

Nach dem Fräsen werden die Teile mit einer kleinen Drahtschneidemaschine oder einer Bandsäge entfernt. Anschließend kann der Zahntechniker die Teile fertigstellen.

Mit diesem kombinierten Verfahren aus 3D-Druck und Fräsen können schier endlose Geometrien mit engen Toleranzen kosteneffizient hergestellt werden, da weniger Material verbraucht wird und der Anwender bei der Produktion viel flexibler ist. In der Dentalindustrie werden bei diesem Verfahren häufig Kobalt-Chrom-Legierungen und Titanlegierungen verwendet. Während der Drucker die Geometrie präzise ausschmilzt, kann die Fräsmaschine die Teile des letzten oder eines anderen Auftrags fräsen.

Nach der Implementierung des gesamten Workflows muss man sich keine Gedanken mehr über teure Werkzeuge oder Rohmaterialien machen. Der gesamte Datenworkflow nach der Erstellung eines Entwurfs umfasst etwa 10 Minuten Arbeits- und Berechnungsaufwand, der so weit wie möglich automatisiert ist und nur ein paar Mausklicks erfordert.

Mehr über Eplus3D finden Sie hier, und mehr über FIP Zahnkunst finden Sie hier.