Richiesta: Produzione additiva nella tecnologia dentale
Parte 2: Come funziona la sinterizzazione laser?
Nella prima parte di questa serie abbiamo analizzato i vantaggi e i possibili utilizzi del Digital Metal Laser Sintering (DMLS) di impalcature contenenti metalli non preziosi per studi dentistici e laboratori odontotecnici insieme al sig. Thomas Hack, socio amministratore di INFINIDENT Solutions GmbH. Oggi vogliamo osservare ancora più da vicino all'applicazione tecnica.
Fig. 1: Sinterizzazione laser della polvere di CoCr durante la produzione di DMLS (Fonte: INFINIDENT)
Sig. Hack come funziona esattamente la sinterizzazione laser alla INFINIDENT?
Per la produzione di pezzi dentali con la sinterizzazione laser, per prima cosa si devono avere a disposizione i dati tridimensionali del restauro (es. impalcature di corone). In linea di principio i dati vengono generati negli attuali programmi CAD dei diversi fornitori come inLab SW (Dentsply Sirona), Dental Designer (3Shape) e DentalCAD (exocad) e perlopiù salvati sotto forma di dati STL aperti. Questi vengono poi trasmessi a INFINIDENT tramite la piattaforma d'ordinazione.
Dopo un approfondito controllo iniziale la struttura CAD presente come oggetto 3D viene scomposta in molteplici strati attraverso l'uso di software speciali, quindi nel processo produttivo la geometria desiderata viene creata strato dopo strato.
Fig. 2: Catena del valore di sinterizzazione laser (Fonte: EOS GmbH)
Questi strati vengono prodotti tutti in una volta?
Magari! Al contrario, invece, in questo processo una lega di metallo-ceramica a base di cobalto sotto forma di polvere a grana fine viene applicata uniformemente su una piastra di costruzione con l'aiuto di un cosiddetto "recoater" e infine fusa a strati con un laser a fibra drogata con itterbio (Yb) da 200W sotto gas di protezione (azoto N2).
Al termine del processo di fusione la piastra di costruzione viene abbassata in base allo spessore dello strato predefinito e viene preparato il relativo strato successivo. A seconda dell'applicazione si lavora con diversi spessori di strati in un range di 20 - 40µm. Questo processo viene pertanto chiamato sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS). Innanzitutto vengono sempre create le strutture di supporto ("supports") che fissano i componenti alla piastra prima che vengano prodotte le strutture vere e proprie. Più lo spessore dello strato è ridotto, migliore sarà la qualità superficiale, ma anche più lungo il processo di costruzione (job di costruzione). Il tempo teorico di costruzione è di circa tre minuti per componente.
In questo processo automatizzato si possono produrre costruzioni altamente complesse con una densità del materiale quasi del 100 percento, cosa che con i metodi tradizionali come la fusione o la fresatura non sarebbe possibile se non con un enorme dispendio.
Successivamente cosa succede con le impalcature?
Al termine del processo di produzione i componenti sinterizzati al laser vengono puliti dalla polvere in eccesso. In seguito le piastre di costruzione sono sottoposte a un trattamento termico successivo a circa 800 gradi. Nella cosiddetta ricottura di distensione le eventuali sollecitazioni vengono ampiamente eliminate. Alla fine i pezzi vengono rimossi dalla piattaforma di costruzione e le strutture di supporto rimosse dai restauri.
Fig. 3: Lasersintered bridge framework, partially removed support structures (Fonte: EOS GmbH)
Fig. 4: NP SLM eco, supporti rimossi (in alto) e NP SLM, supporti rimossi e sabbiati (Fonte: INFINIDENT)
Nell'applicazione degli scheletrati avviene anche un secondo trattamento termico successivo sotto vuoto che serve a conferire duttilità alle molle dei ganci (elasticità). Infine i pezzi vengono lavorati manualmente e sabbiati nei modi convenzionali. Dopo un ultimo controllo qualità, i pezzi possono essere imballati e spediti al cliente. La polvere metallica non utilizzata viene riciclata e nuovamente introdotta nel processo.
Fig. 5: INDIVIDUAL PF hs (in alto) und PF (in basso) (Fonte: INFINIDENT)
Ci sono delle limitazioni?
Di per sé no se si sa come utilizzare il materiale. Come già spiegato, la sinterizzazione laser consente una produzione di alta qualità e al contempo economica di corone e ponti dentali. La INFINIDENT può produrre impalcature di corone e ponti fino a 16 elementi in CoCr NP SLM eco / NP SLM utilizzando il metodo a laser. Tuttavia, a causa del processo di produzione, queste impalcature presentano una superficie ruvida rispetto alle impalcature fuse, cosa che spesso disorienta molti odontotecnici.
Ci sono aspetti a cui prestare attenzione nella fase successiva in laboratorio?
La successiva lavorazione in laboratorio corrisponde pressoché alla procedura con le impalcature fuse.
Come si sta evolvendo la tecnologia?
Sostanzialmente sarà possibile scoprire nuovi campi di applicazione. Per via dei vantaggi citati, il processo di sinterizzazione laser è interessante anche per la produzione di protesi dentarie su impianto come ad esempio singoli monconi monocomponente oppure ponti su impianto e ponticelli. Tuttavia la precisione necessaria che la sinterizzazione laser offre per la superficie di adattamento dell'impianto è insufficiente. La finitura della macchina che garantisce un adattamento di <10µm e il relativo accoppiamento geometrico dell'impianto si può implementare solo con macchine CNC di alta qualità con sensori integrati per il rilevamento del punto zero e sofisticati software CAM che soddisfano gli standard industriali. Questo tipo di produzione ibrida è offerto sempre più spesso da fornitori di servizi di produzione altamente specializzati.
Fig. 6: INDIVIDUAL NP hybrid (Fonte: INFINIDENT)
Tuttavia, un'implementazione di successo richiede una conoscenza approfondita della produzione digitale nonché dell'automazione.
Grazie per la spiegazione. Ora passeremo alla parte successiva dove ci concentreremo sulla produzione di modelli di lavoro dentali con l'aiuto della produzione additiva!
Vai alla parte 3: Produzione di modelli e produzione additiva
(available from November 2020)
