Dentale Keramiken – eine aktuelle Übersicht

Getting your Trinity Audio player ready...

Insgesamt ist der Markt für zahnfarbene Restaurationsmaterialien sehr individuell und groß, in vielen Bereichen allerdings nicht gerade übersichtlich. Aus zahntechnischer Sicht stellt sich sowohl aus fertigungstechnischen Gründen als auch im Rahmen finanzieller Erwägungen immer wieder die Frage, inwieweit das Portfolio an zu verarbeitenden Werkstoffen überdacht bzw. überarbeitet werden sollte. Aus diesen Gründen ist ein profundes Wissen um die aktuell zur Verfügung stehenden Materialien bedeutsam. Was können neue Materialien zum Erfolg meines Labors beitragen? Um diese und andere Fragen beantworten zu können, hilft als Erstes ein Überblick über die gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Werkstoffe.

Dentale Glaskeramiken

In dem Bereich der Glaskeramiken hat sich in den vergangenen Jahren der Fokus von den einfachen Glaskeramiken auf die Gruppe der Lithiumsilikattypen verschoben [2]. Dentale zahnfarbene Keramiken bestehen klassischerweise aus einer Glasstruktur, in die kristalline Bereiche eingebettet sind [3]. Besonders Art, Größe und Struktur der Kristalle, die auch Eigenschaften wie Festigkeit oder Transluzenz beeinflussen, wurden in den vergangenen Jahren modifiziert. Darüber hinaus beeinflussen die chemische Zusammensetzung sowie Keimbildner, Zusatzstoffe und Wärmebehandlungsverfahren usw. das Gefüge einer Keramik [4].

So bilden etwa Keimbildner wie P₂O₅ die Grundlage der Volumenkristallisation von Gläsern und steuern Länge sowie Durchmesser der Kristalle. Zusätze wie Al₂O₃ beeinflussen Verdichtung und chemische Stabilität, aber auch die mechanischen Eigenschaften. Somit bestimmt die Zusammensetzung und damit auch das Mischverhältnis von Lithium und Silikat die Eigenschaften genauso wie die Fertigungsoptionen einer Lithiumsilikatkeramik. Ausgehend von dieser Zusammensetzung ist eine Vielzahl von verstärkten Keramiken auf dem Markt, die sich teilweise auch in den möglichen Fertigungsoptionen unterscheiden [5]. Ein Vorteil derartiger dentaler Glaskeramiken ist ihre hohe Biegefestigkeit (i.A. >300 MPa) und die damit verbundenen positiven Auswirkungen auf Indikation, Präparation, Be- und Verarbeitung, Befestigung sowie Überlebensrate.

Presskeramik und der Umweg über CAD/CAM-Wachs bzw. ausbrennbaren Kunststoff

Die presskeramische Verarbeitung mit allen bekannten Vor- und Nachteilen stellt ein seit Jahrzehnten erprobtes Verfahren zur Herstellung von keramischem Zahnersatz dar. Wer solche konventionellen Materialien und Verfahren nutzt, kann in diese Technologien aber trotzdem CAD/CAM-Möglichkeiten integrieren. So besteht die Option, die Restauration mit CAD-Technologien zu konstruieren und anschließend in subtraktiven oder additiven Verfahren zu fertigen. Wachse oder ausbrennbare Kunststoffe sind hierbei das Mittel der Wahl. Gefräste oder gedruckte Wachskonstruktionen können dann in der bewährten Presstechnik weiterverarbeitet werden (Abb. 1).

Ein Vorteil bei diesem Verfahren ist die leichte Reproduzierbarkeit bei einer Fehlpressung. Zur Verbesserung der Ästhetik können bereits zum Zeitpunkt des Pressens Farbverläufe in die Restauration eingebracht werden (Abb. 2). Im Gegensatz zu den vielen CAD/CAM-Materialien können viele Pressvarianten zudem für die Erstellung von Brückenkonstruktionen verwendet werden. Polituren und Glasuren bilden immer den Abschluss dieser Fertigungstechnik.

CAD/CAM-Fertigung + Politur (und evtl. Glasur) = einstufige Verarbeitung

Ein einfaches und damit kostengünstiges Verfahren für die Verarbeitung von Werkstoffen mit CAD/CAM stellt aktuell die subtraktive Fertigung von gesinterten Rohlingen dar. Die Keramiken werden in ihrem finalen Zustand im CAM geschliffen und abschließend poliert. Auf weitere aufwendige Arbeitsschritte wie einen Kristallisationsbrand und das damit verbundene Equipment kann bei verschiedenen Werkstoffen verzichtet werden. Da die Festigkeiten aufgrund der Struktur (meist kleine Kristallgrößen) je nach Messverfahren im Bereich von 200–300 MPa liegen, ist eine fräsende Bearbeitung leicht möglich. Als Ausstattung reicht eine einfache Fräsmaschine, wie sie auch in zahnmedizinischen Chairside-Anwendungen eingesetzt wird. In speziellen Probenhaltern können die Blanks auch in größeren Maschinen verarbeitet werden (Abb. 3). Es sind auch Varianten verfügbar, deren Transluzenz durch nachträgliches Brennen der Restauration eingestellt werden kann.

Die Rohlinge sind als Blöcke für viele Einzelzahnrestaurationen erhältlich. Polychromatische Varianten ermöglichen eine einfache ästhetische Optimierung, da sie über einen Farb- und teilweise Fluoreszenzverlauf vom Dentin zur Schneide hin verfügen.

CAD/CAM-Fertigung + optionaler Kristallisierungsbrand + Politur (und evtl. Glasur) = einstufige und optionale zweistufige Verarbeitung

Eine Möglichkeit, die Festigkeiten von Keramiken zusätzlich zu steigern, besteht darin, geeignete Keramiken nach dem Fräsvorgang zusätzlich zu kristallisieren. Beim Brennvorgang bilden sich Keime sowie kristalline Bereiche aus, die die Festigkeit der Keramik erhöhen [6]. Durch den Kristallisationsprozess werden deutliche Festigkeitssteigerungen möglich, die nahezu eine Verdopplung erreichen können. Dies wird z.B. durch den Brand bei ca. 840°C und den damit gesteigerten Anteil an Li₂Si₂O₅ sowie eine Reduktion des Glasanteils erzielt (Abb. 4).

CAD/CAM-Fertigung + notwendiger Kristallisierungsbrand + Politur (und evtl. Glasur) = zweistufige Verarbeitung

Am weitesten verbreitet sind Varianten der Lithiumsilikatkeramiken, die in einem vorkristallisierten Zustand leicht bearbeitet werden können und nach Fertigung und Anpassung final kristallisiert werden müssen [7]. Der vorgesinterte Zustand ermöglicht eine material- und schleiferschonende Bearbeitung, während der Kristallisationsprozess – wie oben beschrieben – die Ausbildung der kristallinen Strukturen und der damit verbundenen Eigenschaften ermöglicht. Mit diesen Verfahren werden sehr hohe Festigkeiten erreicht; diese ermöglichen es manchen Herstellern, das CAD/CAM-Material für die Herstellung von kleineren Frontzahnbrücken oder eine nicht rein adhäsive Befestigung freizugeben (Abb. 5).

Der Kristallisationsbrand kann dabei teilweise direkt mit einem Glasurbrand verbunden werden, um die Verarbeitungszeit zu verkürzen. Bei anderen Keramikvarianten können auch der Glasurbrand (Kristallisationsbrand) oder alternativ der sogenannte Trockenbrand (Glasurbrand ohne Glasurmasse) verkürzt sein. Für alle Keramiken und besonders für Materialien, die nicht nachträglich gebrannt werden müssen, gilt, dass ein besonderer Schwerpunkt auf die schonende Bearbeitung gelegt werden muss. Da die mechanischen Eigenschaften der nicht nachkristallisierten Keramiken meist niedriger sind, können gerade hier eine falsche Bearbeitung und eine unzureichende Politur die Eigenschaften der Restaurationen negativ beeinflussen. Rissinduktion und -wachstum müssen unbedingt vermieden werden, um kurz- und/oder langfristiges Versagen zu verhindern [8]. Ist ein Sinterofen vorhanden, kann eine abschließende Glasur (oder ein Glasurbrand ohne Glasurmasse) nach der Politur für die Festigkeitsoptimierung sinnvoll sein. Dazu könnte beitragen, dass durch den Glasurbrand Rissspitzen abrundet werden und Glasurmasse in oberflächliche Defekte eindringen und diese verschließen kann. Abhängig von den Ofenparametern kann sich allerdings die Kristallstruktur und damit die Festigkeit sowie ggf. auch die Ästhetik der Restauration verändern [9].

Für alle Keramiken gilt, dass nur perfekte Oberflächen (optimal polierte Restaurationen) die gewünschte Festigkeit besitzen [10]. Da sich die Keramiken teilweise deutlich unterscheiden, ist nachdrücklich zu empfehlen, die Be- und Verarbeitungsanleitung der jeweiligen Hersteller zu befolgen.

Für eine optimale Adaptation an die Abutments von Implantatversorgungen sind viele Rohlinge wahlweise bereits mit den entsprechenden standardisierten Fräsungen im Sinne eines Schraubenkanals versehen.

Zirkonoxidkeramiken

Werden größere zahnfarbene Restaurationen benötigt, sind Zirkonoxidkeramiken aufgrund ihrer hohen Festigkeit und effizienten Herstellungsweise das Mittel der Wahl [11]. Unbedingt zu beachten ist, dass es unterschiedliche Varianten der Zirkonoxidkeramiken gibt, die sich deutlich in Transluzenz und Festigkeit unterscheiden. So ist eine Differenzierung der Zirkonoxide nach ihrer Dotierung mit Yttriumoxid (Y₂O₃) möglich [12].

Zirkonoxide mit einer Dotierung mit 3 mol% Yttriumoxid (3Y-TZP) besitzen eine hohe Festigkeit von über 1.200 MPa und sind daher auch für die Herstellung von weitspannigen Restaurationen im Seitenzahnbereich gut geeignet. Sie besitzen allerdings eine opake Struktur und werden daher für ästhetische Anwendungen oft mit Glaskeramiken verblendet.

Die mit 4 mol% Yttriumoxid dotierten Zirkonoxide (4Y-TZP) bieten eine verbesserte Transluzenz, wobei die Festigkeiten geringer sind, aber je nach Werkstoff durchaus im Bereich von 3Y-TZP liegen können.

Zirkonoxide mit Yttriumoxid-Konzentrationen von 5 mol% (5Y-TZP) besitzen im Allgemeinen aufgrund der größeren Kornstruktur eine deutlich erhöhte Transluzenz, aber im Gegenzug auch eine reduzierte Festigkeit (600–900 MPa). Sie sind damit für viele kleinere Konstruktionen durchaus eine ästhetische Alternative zu herkömmlichen verblendeten 3Y-TZP oder zu Lithiumsilikatkeramiken.

Aufgrund der hohen Festigkeiten ist es möglich, Zirkonoxide als monolithische Restaurationen in Kombination mit einer minimalinvasiven Präparation zu verwenden. Da keine Verblendkeramiken eingesetzt werden, reduziert die monolithische Verarbeitung das Risiko von Abplatzungen und Frakturen und verringert zudem Verarbeitungszeiten und Kosten. Voreingefärbte Rohlinge ermöglichen die Optimierung der Ästhetik und reduzieren so die Kosten für eine ästhetische Versorgung. Zudem sind Individualisierungen und Einfärbungen der Restaurationen direkt nach dem Fräsvorgang möglich. Multicolor-Rohlinge beinhalten Farbverläufe von Dentin zu Schmelz und erlauben damit eine einfache ästhetische Optimierung durch eine entsprechende vertikale Platzierung der Restauration im Rohling im Rahmen des Nestings (Abb. 6).

Multilayer-Rohlinge verbinden unterschiedliche Zirkonoxide in einem Rohling. Die Bandbreite der eingesetzten Zirkonvarianten ist hierbei sehr hoch und ermöglicht die Kombination von 3Y-, 4Y- und/oder 5Y-TZP, wobei von verschiedenen Herstellern unterschiedlich dicke Layer eingesetzt werden. Durch diese Option kann zusätzlich zur farblichen Optimierung die Transluzenz der Restauration entsprechend der vertikalen Positionierung im Rohling beeinflusst werden. Zu beachten ist, dass die Dicke der hochtransluzenten Bereiche oft nur wenige Millimeter beträgt. Weitere Optimierungen der Ästhetik können durch die Bemalung der Restauration mit Effektfarben oder durch Micro-Layering-Techniken [13] erreicht werden. Durch im Okklusalbereich aufzubringende Flüssigkeiten (z.B. Incisal X, Dental Direkt) können Transluzenz und Ästhetik durch punktuelle Modifikation der Zirkonoxidstruktur weiter anpasst werden. Zudem besteht die Option, die Glasur klassisch in Schichttechnik aufzutragen oder eine Sprühglasur zu verwenden. Dabei sind die unterschiedlich möglichen Schichtstärken von ca. 100–150 bzw. 50–80 µm je nach Glasurauftrag zu berücksichtigen, die auf der Kaufläche somit durchaus okklusionsrelevant werden können.

Material	Hersteller	Fertigung
N!CE®	Straumann	einstufige CAD/CAM-Verarbeitung
Amber® Mill Direct	HASS	einstufige CAD/CAM-Verarbeitung
Celtra® Duo	Dentsply Sirona	ein- oder zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
Amber® Mill	HASS	zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
Initial™ LiSi Block	GC	zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
CEREC Tessera™	Dentsply Sirona	zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
IPS e.max® CAD	Ivoclar Vivadent	zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
Obsidian® Milling Blocks	Glidewell Laboratories	zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
Rosetta® SM	HASS	zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
Suprinity® (PC)	Vita Zahnfabrik	zweistufige CAD/CAM-Verarbeitung
Amber® Press	HASS	Presstechnik
Ambria	Vita Zahnfabrik	Presstechnik
Celtra® Press	Dentsply Sirona	Presstechnik
Ceramotion LiSi	Dentaurum	Presstechnik
DC Ceram™ ConceptPress	Ceramay	Presstechnik
Initial™ LiSi Press	GC	Presstechnik
IPS e.max® Press	Ivoclar Vivadent	Presstechnik
Livento® Press	Cendres + Métaux	Presstechnik
Rosetta® SP	Hass	Presstechnik
VINTAGE Prime Press	Shofu Dental	Presstechnik

3D-Druck

Für den 3D-Druck von Keramiken sind prinzipiell verschiedene Fertigungsverfahren denkbar. Allerdings sind für die Zahnmedizin aktuell nur lithografische Verfahren kommerziell verfügbar (z.B. Lithoz). Der Fertigungsprozess beruht dabei meist auf einem flüssigen, lichtaushärtenden Polymer, dem die Keramikpartikel beigemischt sind. Der Aufbau der Restauration erfolgt im 3D-Druck Schicht für Schicht, wobei die einzelnen Schichten selektiv polymerisiert werden. Ist die Konstruktion fertig, wird sie gereinigt, der Kunststoff rückstandfrei ausgebrannt (Entbinderung) und die Restauration anschließend gebrannt. Innovationen im 3D-Druck von Keramiken könnten funktionsgestufte Materialien darstellen, z.B. mit einem Übergang von einem festen inneren Zirkoniumdioxid zu einem weniger festen und weicheren Material im Schmelzbereich. Zudem könnte ein Multicolor-Druck zur optimalen Ästhetik und Farbanpassung beitragen (Abb. 7) [14].

Die Fertigungszeiten einer Keramik hängen stark von den vorgegebenen Brenntemperaturen und -zeiten des jeweiligen Materials ab. Daher können schnelle Kristallisationszeiten sowie Speed- oder Highspeed-Sinteroptionen oder auch Kombinationsbrände für den zahntechnischen Alltag eine deutliche Effektivitätssteigerung bewirken. Allerdings ist die Verarbeitung der Keramiken entscheidend für den klinischen Erfolg einer Restauration, weshalb grundlegende Betrachtungen und Überlegungen zum Thema Brennen für zahntechnische Anwender/-innen von enormer Bedeutung sind [15]. Man sollte sich bewusst machen, dass letztendlich die thermischen Behandlungen Phasenzusammensetzung und Kristallinität einer Glaskeramik, aber auch Größe und Form der Kristalle beeinflussen. Genauso werden das Kornwachstum und die Korngrößen der Zirkonoxide durch die eingebrachte Energie beeinflusst.

Zusammenfassung

Die Anzahl an zur Verfügung stehenden dentalen keramischen Materialien ist in den vergangenen Jahren enorm gestiegen. Grundlegende Kenntnisse zum Thema Keramik können die zahntechnischen Anwender/-innen bei der Auswahl der geeigneten Materialien für das Labor unterstützen. Neben der Zusammensetzung spielen die Be- und Verarbeitung und damit besonders die Brände eine entscheidende Rolle bei der Ausbildung der Gefüge und damit bei der Qualität der Restauration.