Digitaler Modellguss: ein Knopfdruck genügt

Die größte Herausforderung war dabei, neben der Optimierung der Funktionalität auch die Designzeit so weit wie möglich zu reduzieren. Außerdem waren die speziellen geometriespezifischen Anforderungen bei Modellgussgerüsten eine nicht zu unterschätzende Hürde, die es zu nehmen galt.

Die Lösung fand sich in einem schlichten Gedankengang, der in einem Meeting der technischen Abteilung von SILADENT von einem Mitarbeiter „nur so dahingesagt“ wurde: „Eigentlich wäre es am einfachsten, wenn wir ein Foto von Anzeichnungen auf dem Modell machen und dieses dann digitalisieren könnten.“ Die anwesenden Softwarespezialisten überlegten kurz und stellten dann fest, dass dies möglich sein sollte.

Nach anfänglichen Schwierigkeiten ist es gelungen, auf dem Modell angezeichnete Texturlinien für ein Transversalband interaktiv in die SilaPart CAD Software einzubinden. Im ersten Ansatz, und den bis dahin üblichen monochromen schwarzweißen Scannern bzw. Scandaten, konnten nur die reinen Gestaltungslinien übernommen werden – sehr schnell wuchs dann natürlich der Wunsch nach einem vollständig automatisierten Lösungsansatz. Voraussetzung dafür war die Verbreitung von Scannern mit farbigen Scandaten, die offene .obj- oder .ply-Dateien erzeugen, wie z. B. die Scanner von smart optics (Bochum). Systeme mit Dateiverschlüsselungen dagegen, z. B. wie die von 3Shape (Kopenhagen), sind dazu nicht nutzbar.

Farbig angezeichnete Linien auf dem Modell, z. B. für Unterkieferbügel, Sättel und Klammern, schaffen eine Unterscheidung – mit deren Scandaten kann nun interaktiv in der SilaPart CAD Software als vollautomatische Unterstützung des Designprozesses eine vollständige Gestaltungsvorbereitung gewählt werden.

Das Ergebnis ist ein teil- oder vollautomatisierter Gestaltungsprozess für beide Scanner-Generationen (monochrom oder farbige Bilderstellung). Die jeweilige Verfahrensvorgehensweise wird im Folgenden vorgestellt.

Texturerkennung bei monochromem Modellscan

Hierbei werden alle benötigten Modellgussanteile einfarbig (Bleistift) auf dem Gipsmodell angezeichnet und per Scan in den Datensatz übertragen (Abb. 1). Nachdem der Modellscan abgeschlossen ist, kann der Designprozess mithilfe der Texturerkennung zeitoptimiert begonnen werden. Die Designlinien werden hierfür mit dem Fadenkreuz des Mauscursors angesteuert und aktiviert.

An den Übergabepunkten der Elemente ist es möglich, mit einer einzigen Linie interaktiv zu arbeiten und somit die Linien des Übergangsbereiches mehrfach Designelementen zuzuweisen. So können zum Beispiel die überlappenden Bereiche von Basisplatte, Retention und Abschlusskante über eine einzige Linie generiert werden.

Dank dieser Tools ist es ausreichend, die Start- und Endpunkte bzw. die Kreuzungspunkte der Bauteile zu aktivieren. Die Elemente genieren sich dann automatisch an der angezeichneten Linie und reduzieren so die Designzeit deutlich (Abb. 2 u. 3).

Abb. 3: Automatisch generiertes Bauteil.

Automatikdesign bei mehrfarbigen Modellscans

Die komfortabelste Möglichkeit, den Designprozess zu beschleunigen, ist ein mehrfarbiger Modellscan. Hierzu wird die gesamte Modellgusskonstruktion farbig auf dem Gipsmodell angezeichnet. Allerdings ist dafür bei der Erstanlage eine feste Farbauswahl für die einzelnen Designgruppen zu treffen. So erhalten z. B. Retentionen, Klammern oder Basisplatten immer die gleiche Farbkennung. Die SilaPart CAD Software ermöglicht es, bis zu fünf Farbgruppen festzulegen. Dabei ist es wichtig, dass – anders als beim monochromen Scan – die Designlinien in sich geschlossen sind und gekreuzt oder parallel zueinander verlaufen (Abb. 4).

Um im nächsten Schritt das Automatikdesign nutzen zu können, werden die verwendeten Farben in der Software Schritt für Schritt einmalig, je Designelement, kalibriert. In der Kalibriermaske wird zunächst eine grobe Farbauswahl für die Linien festgelegt, für Retentionsfelder z. B. ein passender Blauton. Anschließend wird mit dem Fadenkreuz des Mauscursors die blaue Linie der Retentionen aktiviert, wobei die Software automatisch nach Blautönen sucht.

Sind diese erkannt worden, führt das Programm selbstständig eine Feinanalyse des gewählten Farbbereiches durch und hinterlegt dieses Farbmuster für künftige Konstruktionen. Mit der Wizard-Funktion analysiert die SilaPart CAD Software automatisch das Farbspektrum des gesamten Modells und generiert selbstständig alle Designelemente anhand der farbigen Anzeichnungen des gescannten Modells. Die Designzeit reduziert sich hierdurch auf ein Minimum (Abb. 5–7).

Fertigstellung der Konstruktion

Nachdem die Software einen Designentwurf vorgeschlagen hat, werden die Elemente nur noch feinjustiert und zusammengefügt. Abschließend kann das Gerüst mit dem Frei-Form-Tool finalisiert und zur weiteren Verarbeitung als STL-Datei exportiert werden. Der Datenexport erfolgt als offene STL-Datei und wird automatisch als „solid“-Variante generiert. Der Datensatz ist in dieser Konfiguration sowohl für additive Verfahren, wie z. B. Lasersinter-Fertigung, als auch für subtraktive Fertigungsverfahren wie die Frästechnik geeignet (Abb. 8).

Die Frästechnik stellt eine wirtschaftlich sehr interessante Lösung dar. Die Gerüste werden dabei aus speziellen Wachs-/Kunststoffblanks (z. B. SilaPart BioStar) herausgefräst. Die meisten Labore können dabei auf verfügbare Systeme zurückgreifen und in Eigenfertigung die Gerüste herstellen. Mit der abschließenden Weiterverarbeitung der gefrästen Gerüste schließt sich dann wieder der Kreis zur traditionellen Gusstechnik. Für die gusstechnische Herausforderung, großvolumige Objekte aus Wachs-/Kunststoffgemischen auszubrennen, hat SILADENT spezielle Einbettmassen entwickelt, die den Workflow sicher abrunden (z. B. Granisit® RPS).

Fazit

Mit der Entwicklung von innovativen Modellguss-CAD-Lösungen stehen dem Anwender komplexe Systeme zur Verfügung, mit denen nahezu alle Designvarianten realisiert werden können. Auch Sonderkonstruktionen für stark wachsende Märkte – zum Beispiel PEEK – können über integrierte Datenbanken in den erforderlichen Geometrien automatisch generiert werden.

Beim digitalen Modellguss ist der Zeitaufwand für das Designen in der CAD-Software ein entscheidendes wirtschaftliches Kriterium. Bei der Einzelanlage von Designelementen komplexer Modellgussstrukturen kann der Zeiteinsatz den digitalen Prozess in wirtschaftliche Grenzbereiche bringen. Mit der Entwicklung der SilaPart CAD Module AutoDesign und Texturerkennung ist es für den Zahntechniker jetzt möglich, beim Designen durch Automatismen unterstützt zu werden: Dadurch reduziert sich die Designzeit auf wenige Minuten und optimiert die Wertschöpfung im Labor.

Quelle:
SILADENT Dr. Böhme & Schöps GmbH
www.siladent.de 

Hinweis

Eine Tutorialreihe zur beschriebenen Software mit Texturerkennung finden Sie auf der Homepage von SILADENT.

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