Quin tipus de forn s'utilitza per a la sinterització?

 

Quan un laboratori dental comença a treballar amb zirconi, una de les primeres preguntes de l'equip sol ser bastant senzilla:

Quin tipus de forn s'utilitza realment per a la sinterització?

Al principi, la resposta sembla òbvia.

La zirconia s'ha de sinteritzar a una temperatura elevada, de manera que el laboratori necessita un forn de sinterització a -alta temperatura.

Tanmateix, un cop comenceu a comparar diferents tipus d'equips, la qüestió es fa més complicada.

Hi ha forns de resistència elèctrica convencionals, forns de-sinterització ràpida, forns que utilitzen elements de calefacció de disiliur de molibdè (MoSi₂), forns que utilitzen elements de carbur de silici (SiC) i altres tecnologies de calefacció, com ara sistemes de microones i d'inducció.

Per a un laboratori o distribuïdor que mira aquest equip per primera vegada, aquests termes poden esdevenir fàcilment confusos.

Des d'una perspectiva d'R+D, crec que la pregunta més útil no és simplement:

"Quin tipus de forn és el millor?"

Una pregunta més pràctica és:

"Quin mètode de calefacció i configuració del forn coincideixen amb els materials de zirconi, el volum de producció i els programes de sinterització que realment utilitza el laboratori?"

Això ens dóna un millor punt de partida per comparar diferents forns.

El forn utilitzat per a la zirconia és diferent d'un forn de ceràmica convencional

La primera distinció és probablement la més important.

Un forn de cocció de ceràmica dental convencional i un forn de sinterització de zirconi no són intercanviables simplement perquè tots dos s'utilitzen als laboratoris dentals.

Els processos de cocció de ceràmica tradicionals solen tenir lloc a temperatures molt més baixes.

La sinterització de zirconi és un procés d'alta-temperatura, amb molts programes de zirconi dental que operen al voltant de l'interval de 1.450 a 1.600 graus, depenent del material i del cicle recomanat pel fabricant.

Per exemple, la sèrie dental LHT ../17 D de Nabertherm està especificada per a la sinterització de zirconi fins a 1.650 graus, i el fabricant enumera els elements de calefacció de disilicid de molibdè per a aquests forns. Segons el model, l'empresa enumera capacitats de fins a 30 o 75 corones individuals per cicle.

Això ens dóna un punt de partida senzill:

Un forn per a zirconi s'ha de dissenyar amb la sinterització a -alta temperatura en lloc de la cocció de ceràmica convencional.

La temperatura màxima, però, és només una part de l'especificació.

Els elements de calefacció, el disseny de la cambra, l'aïllament, el control de temperatura, el comportament de refrigeració, la configuració del programa i l'àrea de càrrega útil afecten el rendiment del forn en ús real.

Aleshores, quins tipus de forns s'utilitzen?

Hi ha diverses maneres de classificar els forns de sinterització de zirconi.

Una manera és mirar la tecnologia de calefacció:

Calefacció per resistència elèctrica

Calefacció per microones

Calefacció per inducció

Una altra manera és mirar el flux de treball de sinterització:

Sinterització convencional

Sinterització ràpida

Sinterització ràpida o{0}}alta

Els forns de resistència elèctrica també es poden dividir segons els elements de calefacció que utilitzen.

Dos tipus que es troben habitualment als forns de zirconia dental són:

Dissilicid de molibdè (MoSi₂)

i

Carbur de silici (SiC).

Aquests no són simplement noms diferents per al mateix component.

Tenen diferents característiques elèctriques i tèrmiques, i aquestes diferències poden afectar la forma en què es dissenya i opera un forn.

1. Forns de sinterització de resistència elèctrica

El tipus més conegut de forn de zirconia dental és un forn de resistència elèctrica.

El principi bàsic és relativament senzill.

L'energia elèctrica passa a través d'un element calefactor resistiu.

L'element s'escalfa.

La calor es transfereix a la cambra del forn.

A continuació, les restauracions de zirconi s'escalfen segons el cicle de temperatura programat.

Aquest tipus de forn s'utilitza àmpliament per al processament de zirconi dental.

Una revisió de les tecnologies de sinterització de zirconi descriu que els forns convencionals utilitzen elements de calefacció de resistència i assenyala que els sistemes convencionals normalment poden aconseguir velocitats d'escalfament en el rang d'aproximadament 40-70 graus / min, depenent de la configuració del forn.

La velocitat d'escalfament real d'un forn específic pot ser inferior o superior en funció del seu disseny i del programa seleccionat, de manera que aquest rang no s'ha de tractar com una especificació universal.

El punt principal és que la calefacció per resistència elèctrica segueix sent un enfocament comú per a la sinterització de zirconi dental.

Per què és tan habitual la calefacció per resistència elèctrica?

Un dels motius és el nivell de control de temperatura que pot proporcionar.

El forn es pot programar amb un perfil de temperatura-temps definit.

Per exemple:

Temperatura ambient

↓

Calefacció controlada

↓

Temperatura de sinterització objectiu

↓

Període de retenció

↓

Refrigeració controlada

Aquest tipus de control permet que el forn segueixi diferents programes de sinterització per a diferents materials de zirconi.

Un laboratori pot tenir diversos programes guardats al forn per a diferents materials.

Per tant, el mateix forn bàsic es pot utilitzar per a la sinterització de zirconi convencional, els cicles de sinterització ràpid-aprovats i altres programes específics de material-, sempre que l'equip pugui reproduir les condicions requerides.

Aquesta flexibilitat és una de les raons per les quals els forns de resistència elèctrica segueixen sent habituals als laboratoris dentals.

2. Elements calefactors MoSi₂

Quan la gent comença a comparar forns de sinterització de zirconi, sovint es trobarà amb el terme MoSi₂.

MoSi₂ significa disilicida de molibdè.

Es tracta d'un material d'-element de calefacció d'alta temperatura que s'utilitza habitualment als forns de sinterització de zirconi.

Un article tècnic publicat per Ceramic Applications descriu el MoSi₂ i el SiC com els dos principals tipus d'elements de calefacció-que es troben als forns de zirconi dental. S'observa que els elements MoSi₂ es poden utilitzar a temperatures de fins a uns 1.750 graus, depenent de la qualitat de l'element i el disseny del forn, mentre que els elements de SiC s'utilitzen habitualment a temperatures màximes més baixes.

La mateixa font informa que els elements MoSi₂ poden tenir una càrrega de potència superficial superior a 25 W/cm² i parla de la calefacció a 1.550 graus en menys de 15 minuts en determinades condicions de l'equip.

Això no vol dir que tots els forns de MoSi₂ escalfaran a aquesta velocitat.

L'estructura del forn, la disposició dels elements, l'aïllament, el control de potència i la configuració{0}}de control de temperatura afecten la velocitat de calefacció real.

L'exemple, però, mostra per què el MoSi₂ s'associa habitualment amb aplicacions d'alta-temperatura i un escalfament relativament ràpid.

Què té d'especial el MoSi₂?

Una característica del MoSi₂ és la capa protectora a base de sílice-que es forma a la superfície durant l'operació a alta-temperatura.

Aquesta capa d'òxid té un paper important en la protecció de l'element a altes temperatures.

Per tant, l'element de calefacció és força diferent d'un simple cable de calefacció metàl·lic.

Per a un forn de zirconi, això és important perquè el forn pot passar una quantitat significativa de temps a temperatures al voltant dels 1.500 graus o més.

Els elements de calefacció han de suportar cicles repetits d'alta-temperatura.

Per tant, l'elecció de l'element de calefacció no és només una decisió de petit component. Forma part del disseny tèrmic general del forn.

3. Elements calefactors de SiC

Un altre element de calefacció que poden trobar els laboratoris és el carbur de silici (SiC).

Els elements de calefacció de SiC també s'han utilitzat en forns de sinterització dental d'{0}}alta temperatura.

En comparació amb el MoSi₂, tenen diferents característiques elèctriques i tèrmiques.

Una comparació tècnica publicada a Ceramic Applications va informar que els elements de SiC s'utilitzen habitualment fins a uns 1.530 graus, mentre que el MoSi₂ pot funcionar a temperatures substancialment més altes, depenent del disseny de l'element i del forn.

Aquesta diferència és útil a l'hora de mirar les especificacions del forn.

Si un laboratori utilitza principalment materials de zirconi els cicles recomanats dels quals es troben dins de la part inferior de l'interval d'alta-temperatura, un sistema basat en SiC- pot ser tècnicament adequat.

Si el laboratori necessita una temperatura màxima més alta o determinades velocitats d'escalfament, MoSi₂ pot ser una opció adequada, depenent del disseny del forn i dels programes de sinterització requerits.

Per aquest motiu, no descriuria la pregunta simplement com:

"MoSi₂ és millor que SiC?"

Una pregunta més útil és:

"Què necessita el laboratori per fer el forn?"

4. Què passa amb la sinterització per microones?

La sinterització per microones és una altra tecnologia que s'ha estudiat per a la zirconia.

A diferència de la calefacció per resistència convencional, els sistemes de microones utilitzen energia electromagnètica per escalfar el material.

Això canvia la forma en què s'introdueix l'energia al zirconi i al sistema circumdant.

La sinterització de microones ha atret l'interès de la investigació perquè pot reduir potencialment el temps de processament i produir un comportament d'escalfament diferent en comparació amb la calefacció per resistència convencional.

Tanmateix, la sinterització per microones no és simplement una qüestió de substituir els elements de calefacció en un forn dental convencional.

El sistema de microones requereix diferents equips i mètodes de control.

També és útil distingir entre una tecnologia que s'ha estudiat o demostrat experimentalment i una que s'utilitza habitualment als laboratoris dentals quotidians.

Per a un laboratori que adquireix un forn, la qüestió pràctica és si la tecnologia té un flux de treball establert per als materials de zirconi específics que s'utilitzen.

5. Sinterització per Inducció

La inducció és una altra tecnologia que s'ha investigat per a la zirconia.

El principi torna a ser diferent.

En lloc de dependre d'un element de resistència convencional per escalfar la cambra, s'utilitza un camp electromagnètic altern per generar calefacció mitjançant un susceptor elèctricament conductor o un sistema relacionat.

Una revisió sistemàtica de les tecnologies de sinterització de zirconi descriu l'escalfament per inducció com un enfocament d'escalfament assistit{0}}de camp i assenyala que pot aconseguir velocitats de calefacció més altes que els forns de resistència convencionals.

La revisió també analitza els protocols d'alta{0}}velocitat informats que inclouen velocitats d'escalfament d'aproximadament 50-100 graus/min i que es mantenen a uns 1.570-1.590 graus durant 10 minuts en alguns entorns d'investigació.

Aquests números no s'han d'interpretar com un programa de sinterització-per inducció universal.

La temperatura i el cicle adequats encara depenen del material de zirconi i de l'equip específic que s'utilitzi.

Per a un laboratori dental, una alta velocitat d'escalfament no significa automàticament que cada bloc de zirconi es pugui processar mitjançant aquest cicle.

La sinterització convencional, ràpida i ràpida no són el mateix

Una altra font de confusió és la paraula "ràpid".

Un laboratori pot veure termes com ara:

Sinterització convencional

Sinterització ràpida

Sinterització ràpida

Sinteritzat{0}}alta velocitat

Aquests termes estan relacionats, però no són necessàriament noms estandarditzats per exactament el mateix procés.

Una revisió recent de les tecnologies de sinterització de zirconi descriu la sinterització ràpida com un procés que pot trigar aproximadament entre 30 i 120 minuts, utilitzant un forn convencional amb una velocitat d'escalfament més ràpida.

També ofereix un exemple d'un programa de sinterització de velocitat-que implica una rampa de 17 graus/min, un període de retenció de 35 minuts a 1.540 graus , seguit d'un refredament controlat.

El programa exacte depèn del material-.

Per als compradors, aquest és un punt important a comprovar.

Quan un fabricant diu:

"Aquest és un-forn de sinterització ràpida".

la següent pregunta hauria de ser:

"Quins materials de zirconi s'han provat amb el programa ràpid?"

Aquesta pregunta proporciona informació més útil que mirar només el temps de cicle.

Per què no es pot sinteritzar ràpidament cada zirconia?

Aquesta pregunta apareix força sovint.

La raó és que la zirconia no és una sola formulació.

Els diferents materials de zirconi poden tenir diferents composicions, característiques de pols i microestructures.

Per tant, les condicions de sinterització recomanades poden diferir.

Alguns fabricants de zirconi publiquen programes de sinterització ràpida-per a productes específics.

Altres poden recomanar cicles convencionals.

Per exemple, els programes de sinterització de zirconi KATANA publicats distingeixen entre programes convencionals i ràpids, amb diferents temperatures màximes, velocitats d'escalfament i temps de retenció. La informació publicada pel fabricant també especifica quines restauracions es poden processar mitjançant el cicle ràpid.

Aquest és un bon exemple de per què s'han de considerar conjuntament el forn i el material.

Un forn capaç d'escalfar-se ràpidament no fa automàticament que cada zirconi sigui adequat per a una sinterització ràpida.

Què necessita realment el laboratori?

Aquí és on la decisió de l'equip es fa pràctica.

Imagineu dos laboratoris.

Laboratori A

El laboratori produeix principalment restauracions de zirconi convencionals.

S'executa diversos lots cada dia.

El temps de cicle és rellevant, però no cal processar tots els casos immediatament.

Per a aquest laboratori, un forn convencional de -alta temperatura elèctrica pot ser perfectament adequat.

Laboratori B

Aquest laboratori rep sovint casos el mateix-dia.

Fresa les restauracions al matí i necessita completar la sinterització en una finestra molt més curta.

Per a aquest laboratori, un forn amb una capacitat de sinterització ràpida-aprovada pot ser més útil.

Els dos laboratoris no necessiten necessàriament el mateix forn.

Cap dels dos està fent la decisió equivocada.

Els seus requisits de producció són simplement diferents.

Què passa amb un forn petit?

Els petits forns de sinterització dental tenen un avantatge pràctic.

Una cambra més petita conté menys massa tèrmica, cosa que pot fer que l'escalfament i el refredament siguin més ràpids, depenent del disseny del forn.

Un informe més antic de la indústria sobre forns de sinterització dental va assenyalar que alguns forns petits podrien processar aproximadament 20-50 unitats per cicle mentre oferien cicles de sinterització d'uns 90 minuts.

Això il·lustra un intercanvi útil-.

Una petita cambra pot ser atractiva per a:

Laboratoris més petits

Casos del mateix-dia

Menor producció diària

Escalfament i refrigeració més ràpids

Una cambra més gran pot tenir més sentit per a:

Laboratoris{0}}de gran volum

Múltiples safates

Lots més grans

Laboratoris que intenten reduir el nombre de cicles diaris

La capacitat adequada depèn del volum de producció real.

Comprar el forn més gran disponible no fa automàticament que un laboratori sigui més eficient.

Què passa amb un forn més gran?

Els grans forns són útils quan el laboratori necessita processar més restauracions per cicle.

Per exemple, actualment Nabertherm enumera un model LHT per a un màxim de 30 corones individuals per cicle i un altre per a un màxim de 75 corones individuals per cicle, segons el model.

S'ha de considerar la capacitat juntament amb el temps de cicle.

Per exemple:

Forn A

20 corones × cicle de 2 hores

Forn B

60 corones × cicle de 6 hores

El segon forn té tres vegades la capacitat, però el càlcul de la producció diària és més complicat.

El laboratori ha de tenir en compte:

Nombre de cicles per dia

Temps de càrrega i descàrrega

Temps de refredament

Nombre real de restauracions per cicle

Períodes de màxima producció

Per tant, un forn s'ha d'avaluar segons el flux de treball del laboratori, no només el volum de la seva cambra.

L'element calefactor no és l'única part important

Quan els compradors escolten "MoSi₂" o "SiC", és fàcil centrar-se completament en l'element de calefacció.

L'element de calefacció, però, no funciona de manera independent.

El rendiment real del forn també depèn de:

Disseny de cambra

Aïllament

Disposició de l'element de calefacció

Sensor de temperatura

Sistema de control

Control de potència

Disseny de safata

Sistema de refrigeració

Aquests components afecten la distribució de la temperatura i la manera com el forn segueix el cicle programat.

Per exemple, dos forns poden utilitzar elements MoSi₂ però tenen diferents estructures de cambra i diferents característiques de temperatura.

Per tant:

El mateix element de calefacció no significa necessàriament el mateix rendiment del forn.

Això val la pena tenir-ho en compte quan es comparen equips de diferents fabricants.

Què passa amb la uniformitat de temperatura?

La uniformitat de la temperatura és un altre factor que mereix atenció.

Un forn pot arribar a 1.500 graus, però això no vol dir automàticament que cada punt dins de la cambra sigui exactament 1.500 graus.

La distribució de la temperatura depèn del disseny tèrmic del forn.

En avaluar un forn, els compradors poden preguntar:

Com es mesura la uniformitat de la temperatura?

A quina temperatura?

Quants punts de mesura s'utilitzen?

Quina és l'àrea de sinterització efectiva?

El forn estava buit o carregat durant la prova?

Hi ha un registre de mapes de temperatura?

Aquestes preguntes poden proporcionar informació més útil que simplement demanar la temperatura màxima.

Què hauria de comparar un distribuïdor?

Per als distribuïdors, la selecció del forn pot ser més complicada perquè l'equip es pot subministrar a laboratoris amb patrons de producció molt diferents.

Un client pot necessitar un forn petit per a 10-20 restauracions.

Un altre pot processar 50 o més restauracions per cicle.

Un altre pot interessar més la sinterització ràpida.

Un altre pot funcionar principalment amb zirconi d'alta-translucidència i posar més èmfasi en seguir el cicle tèrmic recomanat pel fabricant del material.

Per aquest motiu, evitaria recomanar un forn basat només en:

Preu + temperatura màxima.

Una comparació més útil inclouria:

Paràmetre	Per què importa
Temperatura màxima	Indica l'interval d'alta-temperatura disponible
Taxa de calefacció	Rellevant per als programes{0}}de sinterització convencionals i ràpids
Element de calefacció	Afecta la capacitat de temperatura i el disseny del forn
Capacitat de la cambra	Determina la mida del lot possible
Uniformitat de temperatura	Rellevant per a la coherència en l'àrea utilitzable
Control del programa	Útil quan es treballa amb diversos materials de zirconi
Refrigeració	Afecta el temps de cicle total i el perfil tèrmic complet
Facilitat de servei	Importa quan el forn s'utilitza cada dia
Peces de recanvi	Important per al funcionament-a llarg termini
Materials suportats	Ha de coincidir amb els productes de zirconi utilitzats pels clients

Aquest tipus de comparació és més útil que simplement classificar els forns per temperatura màxima.

Quin tipus de forn hauria de comprar un laboratori?

No hi ha una única resposta.

Si el laboratori necessita principalment la sinterització convencional de zirconi, pot ser suficient un forn de resistència elèctrica fiable amb un sistema de calefacció a alta -temperatura adequat.

Si el laboratori té una gran càrrega de treball diària, la capacitat de la cambra i l'eficiència del cicle són més importants.

Si el laboratori necessita una producció el mateix-dia, pot ser útil una capacitat de sinterització ràpida-aprovada.

Si el laboratori treballa amb diverses marques de zirconi, els cicles de temperatura programables són més importants.

Si el laboratori està processant zirconi altament translúcid, també ha de prestar atenció als requisits del fabricant del material i a la neteja i les característiques de l'element de calefacció-del forn.

La decisió hauria de començar amb els materials de zirconi i el flux de treball del laboratori, i després passar al forn.

No al revés.

Una pregunta que faria abans de comprar

Si estigués ajudant un laboratori a triar un forn de sinterització, no començaria preguntant:

"Quina calor pot fer?"

Jo preguntaria:

"Quina zirconia fas servir, quantes restauracions sinteritza al dia i amb quina rapidesa necessites que finalitzi el cicle?"

Aquestes tres preguntes ja proporcionen un punt de partida útil.

Llavors miraria:

Quins programes de sinterització requereixen aquests materials de zirconi?

El forn pot reproduir aquests programes?

Quantes restauracions es poden carregar realment?

Com funciona el forn a la temperatura requerida?

Quins són els costos de manteniment i substitució previstos?

Això ens dóna una imatge més realista de si un forn és adequat per al laboratori.

Una cosa més: no trieu un forn només escalfant la velocitat

L'escalfament ràpid és atractiu perquè pot escurçar el cicle.

Tanmateix, no és millor automàticament per a tots els materials de zirconi.

El programa recomanat pel fabricant de zirconi hauria de seguir sent la referència.

Un forn capaç de 100 graus/min no vol dir que tots els materials s'hagin d'escalfar a 100 graus/min.

De la mateixa manera, un forn amb una temperatura màxima de 1.650 graus no vol dir que la zirconia s'hagi de sinteritzar a 1.650 graus.

El forn ofereix una varietat de capacitats.

El material determina quina part d'aquest rang s'ha d'utilitzar realment.

Pensaments finals

Aleshores, quin tipus de forn s'utilitza per a la sinterització?

Per a la zirconia dental, l'enfocament més comú és a Forn de sinterització de resistència elèctrica d'alta -temperatura, amb MoSi₂ i SiC entre les tecnologies d'-elements de calefacció utilitzades al mercat.

Altres enfocaments, com ara l'escalfament per microones i per inducció, també s'han investigat i utilitzat en aplicacions específiques, especialment quan s'estan explorant un escalfament més ràpid o diferents mecanismes tèrmics. Les revisions d'investigació han informat de cicles basats en la velocitat-sinterització i inducció- amb velocitats de calefacció més altes que els programes convencionals.

Per a un laboratori, però, la pregunta més útil no és quina tecnologia sona més avançada.

La pregunta més pràctica és si el forn pot proporcionar la temperatura, la velocitat d'escalfament, el temps de retenció, les condicions de refrigeració i la distribució de la temperatura requerida pels materials de zirconi que s'utilitzen.

Un forn amb una temperatura màxima més alta no és automàticament un millor forn.

Un forn més ràpid no és automàticament un forn millor.

Un forn més gran no és automàticament un forn millor.

I un element de calefacció en particular no explica tota la història.

Quan mirem un forn de sinterització des d'una perspectiva d'R+D, mirem el sistema tèrmic complet.

L'element de calefacció és una part.

La cambra és una part.

El control de temperatura és una part.

El programa és una part.

I el material de zirconi en si és un altre.

L'elecció d'equip més adequada sol ser la que s'ajusta a aquests factors amb el flux de treball real del laboratori.