Allgemeine Zahnmedizin

Nass oder trocken?

Immer wieder kommt es zur Verunsicherung bei der Frage: „Wie beschleife ich Zirkonoxid richtig – mit oder ohne Wasserkühlung? Und was passiert, wenn ohne Wasserkühlung gearbeitet wird?“ Hierzu liegen mittlerweile einige Studien vor: Während Bär [1] ausdrücklich vor dem Risiko eines trockenen Beschleifens sowie dem Separieren der Verblendkeramik bis auf das Gerüst warnt, führen Tinschert et al. [2] aus, dass kleine Risse unterhalb der kritischen Rissgröße aufgrund der Phasentransformationsfestigung zu einer Oberflächenverfestigung führen, also eine gewisse Schadenstoleranz besteht. Holzhüter [3] führt die Wärmebildung beim Beschleifen an. Bei der Bearbeitung von tetragonalem Zirkonoxid traten Spitzentemperaturen von 1.300 °C und mittlere Temperaturen von 600 °C auf. Kulis [4] stellt die kontroversen Meinungen gegenüber, wonach Studien zur simulierten Innenbearbeitung von Kronengerüsten mit Wasserkühlung einen signifikanten 50%igen Festigkeitsabfall aufgrund kleinerer Abplatzungen und Mikrorissbildungen beschreiben. Dies wurde in andere Studien jedoch nicht bestätigt. Auch eine Untersuchung von Deng [5] findet beim Abstrahlen eine Festigkeitsminderung, während Guazzato et al. [6] eine Festigkeitssteigerung ermitteln, sofern keine Temperaturerhöhung parallel läuft. Kulis kommt zu dem Schluss: „Für die Praxis bedeutet dies, dass die CAD/CAM-Herstellung von Zirkoniumdioxidgerüsten optimiert werden muss, um alle Effekte vermeiden zu können, die die Festigkeit der Keramik vermindern.“

Was passiert beim Beschleifen?

Bei industriell genutzten CAD/CAM-Systemen wird während der Bearbeitung eine speziell dafür entwickelte Kühlflüssigkeit zugesetzt. Dadurch soll eine unzulässig hohe Hitzeentwicklung der stundenlang eingesetzten Schleifkörper verhindert werden. Diese Flüssigkeit ist jedoch nicht für den Einsatz in der Labor- oder Zahnarztturbine mit Sprayoption geeignet.

In der Zahntechnik kommt es zu kurzen Beanspruchungen der Gerüste; hierbei sollte auch eine trockene Bearbeitung ohne Schädigung möglich sein, wofür auch spezielle Schleifkörper entwickelt wurden. Ein bereits gesintertes oder heiß isostatisch gepresstes (HIP) Zirkonoxid-Gerüst kann damit ohne Bedenken trocken bearbeitet werden. Langjährige praktische Beobachtungen haben bestätigt, dass sich nach solcher Bearbeitung keine Sprünge oder Brüche der Gerüste zeigen. Berücksichtigt man, dass der Rissstoppmechanismus des Zirkonoxids ein Effekt ist, der an jeder Stelle nur einmal auftreten kann, ist es selbstverständlich, dass Zahntechniker und Zahnarzt das Gerüst nicht überlasten sollten [5]. Beim Trockenschleifen ist generell darauf zu achten, dass mit geringem Anpressdruck und mit der für den Schleifkörper vorgegebenen Umdrehungszahl gearbeitet wird.

Worauf beruhen aber die Aussagen verschiedener Vertreiber bzw. Hersteller vollkeramischer Materialien, dass eine Wasserkühlung dennoch zwingend erforderlich sei? Um Schäden durch ein Freisetzen des Binders der rotierenden Instrumente und eine darauf folgende Verschmutzung der Gerüste zu verhindern? Oder um dem Entstehen von Sprüngen/Rissen, die durch schlagende Instrumente am Werkstoff entstehen können, entgegenzuwirken? Dies wollten wir genauer untersuchen.

Temperaturmessung unter definierter Last

Zur Messung der Temperaturentwicklung bei der Bearbeitung der Zirkonoxidblöcke aus DC-Shrink (Grünling) und DC-Zirkon (HIP) (Bien-Air Dental) wurde der in Abb. 1 schematisch dargestellte Versuchsaufbau genutzt.

In Anlehnung an die Literatur wählten wir 2 N als Maximalkraft [6]. Die Bearbeitung erfolgte mit dem Mikromotor Pro Lab Basic und dem zugehörenden Handstück der Fa. Bien-Air Dental (CH-Biel). So konnten die vom Schleifkörperhersteller NTI-Kahla (Kahla) angegebenen maximalen Drehzahleinstellungen gewährleistet werden. Eine Übersicht der verwendeten Schleifkörper zeigt Abbildung 2. Die Temperatur wurde mit dem 2-Kanal-Pyrometer der Fa. Raytec (Berlin) in einem Abstand von 6 cm über der zu bearbeitenden Oberfläche gemessen und mit der Software Datatemp aufgezeichnet.

Ergebnisse

Tabelle 1 zeigt die Temperaturentwicklung bei einigen der untersuchten Schleifkörper. Die Ergebnisse aus je drei Messungen und die daraus berechneten Mittelwerte umfassen einen Bereich von 27 bis 94 °C. Mit dem Schleifkörper G8007 wurde eine maximale Temperatur von 96,1 °C erreicht.

Aufnahmen mit Wärmebildkamera

Auch die mit der Kamera IP 54 (Fa. Geyer, CH-Rümlang) erstellten Aufnahmen zeigen, dass die oftmals gefürchtete Hitzeentwicklung beim Trockenbearbeiten von gesintertem Zirkonoxid in einem Temperaturbereich unter 200 °C liegt. Dabei spielen Art, Größe, Drehzahl und Anpressdruck des Schleifkörpers eine wichtige Rolle.

Die Abbildungen 3 bis 8 zeigen exemplarisch die Wärmeentwicklung bei korrektem und unkorrektem Arbeitsablauf. Während bei Einhaltung der vorgeschriebenen Umdrehungszahl von 18.000 U/min keine oder nur geringe Wärme entsteht, wird auf den Abbildungen 3 und 4 deutlich, was bei maximaler Drehzahl und ohne Wasserkühlung geschieht. Abbildung 5 und 6 zeigen den Unterschied des Anpressdruckes, wobei der Schleifkörper nach kurzer Einsatzzeit bei maximalem Druck das Ende seiner Lebenszeit erreicht hatte. Abbildung 7 und 8 zeigen entsprechende Aufnahmen mit und ohne Wasserkühlung.

Die höchste Wärmebelastung trat mit 93 °C beim NTI-Schleifkörper G8007 auf. In Abbildung 7 und 8 ist die Schleifscheibe gut als heller Strich zu erkennen. Der Kontaktbereich zwischen Scheibe und Keramik ist durch den weißen punktförmigen Bereich signalisiert. Bedenkt man, dass beim Abdampfen ein bis zu 200 °C heißer Wasserdampfstrahl auf das Objekt trifft, so können die hier entstandenen Temperaturen kein unzulässig hohes Risiko darstellen, solange die Herstellervorgaben zu den Instrumenten beachtet werden.

Der Schleifkörper AllCeramic SuperMax (NTI-Kahla) besteht aus Diamantkörnern und ist mit einer speziellen Bindung zu den einzelnen Instrumentenkomponenten versehen, die dem frühzeitigen Herausbrechen der Bestandteile entgegenwirkt und eine starke Hitzeentwicklung verhindert. Er zeichnet sich durch eine optimale Abtragsleistung und eine lange Standzeit aus – ein durchaus relevanter wirtschaftlicher Nutzen.

Ähnlich wie die getesteten Schleifkörper verhält sich das CeraGlaze Poliersystem (NTI-Kahla). Es ermöglicht auch die Bearbeitung von Doppelkronen aus Hochleistungskeramiken im Fräsgerät und bewirkt, dass die Keramik oberflächlich „geschlossen“ wird und deshalb einem herkömmlichen Glanzbrand mehr als ebenbürtig ist. Die Risiken, die bei einem nochmaligen Einbringen in den Keramikofen entstehen können, werden damit umgangen.

Fazit

Zum groben Bearbeiten mit feinkörnig diamantierten Instrumenten ist eine Wasserkühlung sicher empfehlenswert. Dabei ist zu beachten, dass der Wasserstrahl den Schleifkörper genau trifft. Der Anpressdruck darf nicht zu hoch sein, um die Wirkung der diamantierten Instrumente nicht negativ zu beeinflussen. Für die Bearbeitung von Zirkonoxid mit Schleifkörpern, die ohne Wasserkühlung auskommen, sind die vorgegebenen Umdrehungszahlen des Herstellers zu beachten, damit es nicht zu lokalen Überhitzungen, Aufglühen und dem damit verbundenen Herauslösen von Bestandteilen aus dem Schleifkörper kommt. Trotz relativ geringen Anpressdruckes und ebenso geringer Umdrehungsgeschwindigkeit kommt es zu einem effizienten Materialabtrag.

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