Können Zirkonoxid-Keramiken nach dem 3D-Druck in Zahnfarben eingefärbt werden?

Aus ingenieurtechnischer Sicht ist Zirkonoxid eine der wenigen technischen Keramiken, die zuverlässig in zahnähnlichen Farbtönen eingefärbt werden kann; jedoch müssen Zeitpunkt und Methode der Färbung im Verhältnis zu 3D-Druck und CNC-Bearbeitung sorgfältig kontrolliert werden. Für kundenspezifische Komponenten kombinieren wir in der Regel den nahezu endkonturnahen keramischen 3D-Druck (zum Beispiel unter Verwendung von vat-Photopolymerisationsverfahren wie SLA-3D-Druck oder DLP-3D-Druck) mit hochpräziser Zirkonoxid-Bearbeitung nach dem Sintern, um sowohl exakte Zahnfarbtöne als auch enge Toleranzen zu erreichen.

Wie Zirkonoxid im Prozess eingefärbt wird

Die Färbung von 3D-gedrucktem Zirkonoxid kann in drei Hauptphasen erfolgen. Die erste Methode ist die Verwendung von vorgefärbten Zirkonoxid-Feedstocks, bei denen der keramische Schlicker oder das Pulver bereits Farboxide enthält; dies ist üblich, wenn standardisierte Zahnfarbskalen erreicht werden sollen. Die zweite Methode besteht darin, den „Grünkörper“ oder vorgesinterten Körper mit Farblösungen zu infiltrieren, bevor das Endsintern erfolgt. Dieser Ansatz eignet sich besonders gut für additiv gefertigte Teile, da die poröse Struktur das Eindringen der Flüssigkeiten ermöglicht und natürliche Farbverläufe von inzisal zu zervikal erzeugt.

Die dritte Stufe ist das Oberflächenfärben und Glasieren nach dem vollständigen Sintern. Hierbei werden niedrig schmelzende Keramikfarben auf die Oberfläche aufgetragen, und das Teil wird erneut gebrannt, um die Farbschicht zu verschmelzen. Bei funktionellen Dentalbauteilen, die durch keramische CNC-Bearbeitung hergestellt werden, verwenden wir häufig eine Kombination: Der Grundfarbton wird durch vorgefärbtes oder infiltriertes Zirkonoxid bestimmt, während feine Charakterisierungen (Emaille-Effekte, Transluzenzverläufe) mit Oberflächenfärbungen erzielt werden.

Einfluss der CNC-Bearbeitung und des Sinterns auf die Farbe

Aus fertigungstechnischer Sicht ist es entscheidend zu erkennen, dass eine starke CNC-Bearbeitung von Zirkonoxid nach der Färbung lokal die eingefärbte oder infiltrierte Schicht entfernen kann, wodurch das hellere Kernmaterial freigelegt wird. Daher werden die meisten profilbestimmenden Arbeitsschritte – Fräsen von Rändern, Okklusalflächen und Schnittstellen – idealerweise im vorgesinterten Zustand durchgeführt, gefolgt von einem kontrollierten Sintern und anschließend nur leichten Endbearbeitungen oder Polieren.

Während des Sinterns beeinflusst die Wechselwirkung zwischen Farboxiden und der Zirkonoxidmatrix sowohl die Transluzenz als auch die Festigkeit. Eine Übersättigung mit Färbeionen kann die Bruchzähigkeit verringern, was für Zahnkronen, Brücken und medizinische Geräte von entscheidender Bedeutung ist. In unserer Prozessentwicklung validieren wir daher sowohl den Farbton als auch die mechanischen Eigenschaften anhand von Probekörpern, bevor wir ein neues Farbprotokoll für die Serienproduktion freigeben.

Prozessüberlegungen für kundenspezifische CNC-Teile

Bei Projekten für kundenspezifische CNC-Bauteile beginnen wir in der Regel mit 3D-gedruckten Rohlingen, die leicht überdimensioniert ausgelegt sind, um die Sinterschrumpfung zu kompensieren. Nach der Entbinderung werden die Teile teilgesintert und anschließend präzise bearbeitet, unter Verwendung spezieller CNC-Prototyping-Systeme für Keramiken. In dieser Phase tragen wir, falls zahnähnliche oder ästhetische Farben erforderlich sind, die zugelassenen Farblösungen oder vorgefärbten Materialien gemäß der Ziel-Farbkarte auf.

Nach dem vollständigen Sintern kann die Zirkonoxidkomponente auf Hochglanz poliert werden; für sichtbare Bereiche setzen wir auf feines Schleifen und kontrolliertes CNC-Polieren, um die Farbschicht zu erhalten und gleichzeitig die erforderliche Oberflächenqualität zu erzielen. Zusätzliche Lacke oder organische Beschichtungen sind für nichtdentale Anwendungen möglich, jedoch bevorzugen wir für intraorale Anwendungen ausschließlich keramische Farben und Glasuren, um Biokompatibilität und Verschleißfestigkeit gegen antagonistische Zähne zu gewährleisten.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Ja – Zirkonoxidkeramiken können nach dem 3D-Druck in Zahnfarbtönen eingefärbt werden, aber die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Färbung in den gesamten Prozess von 3D-Druck, Sintern und CNC-Bearbeitung integriert wird, anstatt sie als reine Nachbearbeitung zu behandeln.