¿Qué tipo de horno se utiliza para la sinterización?

 

Cuando un laboratorio dental empieza a trabajar con circonio, una de las primeras dudas sobre el equipamiento suele ser bastante sencilla:

¿Qué tipo de horno se utiliza realmente para la sinterización?

Al principio, la respuesta parece obvia.

La circona debe sinterizarse a alta temperatura, por lo que el laboratorio necesita un horno de sinterización de alta-temperatura.

Sin embargo, una vez que comienzas a comparar diferentes tipos de equipos, la cuestión se vuelve más complicada.

Hay hornos de resistencia eléctrica convencionales, hornos-de sinterización rápida, hornos que utilizan elementos calefactores de disiliciuro de molibdeno (MoSi₂), hornos que utilizan elementos de carburo de silicio (SiC) y otras tecnologías de calentamiento, incluidos sistemas de microondas y de inducción.

Para un laboratorio o distribuidor que mira este equipo por primera vez, estos términos pueden resultar fácilmente confusos.

Desde una perspectiva de I+D, creo que la pregunta más útil no es simplemente:

"¿Qué tipo de horno es el mejor?"

Una pregunta más práctica es:

"¿Qué método de calentamiento y configuración del horno se adaptan a los materiales de circonio, el volumen de producción y los programas de sinterización que utiliza realmente el laboratorio?"

Eso nos da un mejor punto de partida para comparar diferentes hornos.

El horno utilizado para la circonia es diferente al horno de cerámica convencional

La primera distinción es probablemente la más importante.

Un horno de cocción de cerámica dental convencional y un horno de sinterización de circonio no son intercambiables simplemente porque ambos se utilizan en laboratorios dentales.

Los procesos tradicionales de cocción de cerámica se realizan generalmente a temperaturas mucho más bajas.

La sinterización de circonio es un proceso de alta-temperatura, y muchos programas de circonio dental funcionan en un rango de 1450 a 1600 grados, según el material y el ciclo recomendado por el fabricante.

Por ejemplo, la serie dental LHT ../17 D de Nabertherm está especificada para sinterización de circonio hasta 1.650 grados, y el fabricante incluye elementos calefactores de disiliciuro de molibdeno para estos hornos. Dependiendo del modelo, la empresa enumera capacidades de hasta 30 o 75 coronas individuales por ciclo.

Esto nos da un punto de partida simple:

Un horno para circonio debe diseñarse pensando en la sinterización a alta-temperatura en lugar de la cocción cerámica convencional.

Sin embargo, la temperatura máxima es sólo una parte de la especificación.

Los elementos calefactores, el diseño de la cámara, el aislamiento, el control de la temperatura, el comportamiento de enfriamiento, la configuración del programa y el área de carga utilizable afectan el rendimiento del horno en el uso real.

Entonces, ¿qué tipos de hornos se utilizan?

Hay varias formas de clasificar los hornos de sinterización de circonio.

Una forma es observar la tecnología de calefacción:

Calefacción por resistencia eléctrica

Calentamiento por microondas

Calentamiento por inducción

Otra forma es observar el flujo de trabajo de sinterización:

Sinterización convencional

Sinterización rápida

Sinterización rápida o de alta-velocidad

Los hornos de resistencia eléctrica también se pueden dividir según los elementos calefactores que utilizan.

Dos tipos que se encuentran comúnmente en los hornos de circonio dental son:

Disiliciuro de molibdeno (MoSi₂)

y

Carburo de silicio (SiC).

Estos no son simplemente nombres diferentes para el mismo componente.

Tienen diferentes características eléctricas y térmicas, y esas diferencias pueden afectar la forma en que se diseña y opera un horno.

1. Hornos de sinterización por resistencia eléctrica

El tipo más familiar de horno de circonio dental es un horno de resistencia eléctrica.

El principio básico es relativamente sencillo.

La energía eléctrica pasa a través de un elemento calefactor resistivo.

El elemento se calienta.

El calor se transfiere a la cámara del horno.

Luego, las restauraciones de circonio se calientan según el ciclo de temperatura programado.

Este tipo de horno se utiliza ampliamente para el procesamiento de circonio dental.

Una revisión de las tecnologías de sinterización de circonio describe que los hornos convencionales utilizan elementos calefactores de resistencia y señala que los sistemas convencionales normalmente pueden alcanzar velocidades de calentamiento en el rango de aproximadamente 40 a 70 grados/min, dependiendo de la configuración del horno.

La velocidad de calentamiento real de un horno específico puede ser menor o mayor según su diseño y el programa seleccionado, por lo que este rango no debe tratarse como una especificación universal.

El punto principal es que el calentamiento por resistencia eléctrica sigue siendo un enfoque común para la sinterización de circonio dental.

¿Por qué es tan común el calentamiento por resistencia eléctrica?

Una razón es el nivel de control de temperatura que puede proporcionar.

El horno se puede programar con un perfil de tiempo-de temperatura definido.

Por ejemplo:

temperatura ambiente

↓

Calefacción controlada

↓

Temperatura de sinterización objetivo

↓

Período de tenencia

↓

Enfriamiento controlado

Este tipo de control permite que el horno siga diferentes programas de sinterización para diferentes materiales de circonio.

Un laboratorio puede tener varios programas guardados en el horno para distintos materiales.

Por lo tanto, se puede utilizar el mismo horno básico para la sinterización de circonio convencional, ciclos de sinterización rápidos-aprobados y otros programas específicos-de material, siempre que el equipo pueda reproducir las condiciones requeridas.

Esta flexibilidad es una de las razones por las que los hornos de resistencia eléctrica siguen siendo comunes en los laboratorios dentales.

2. Elementos calefactores de MoSi₂

Cuando la gente empieza a comparar hornos de sinterización de circonio, a menudo se encuentra con el término MoSi₂.

MoSi₂ significa disiliciuro de molibdeno.

Es un material de elemento calefactor de alta-temperatura que se utiliza habitualmente en hornos de sinterización de circonio.

Un artículo técnico publicado por Ceramic Applications describe el MoSi₂ y el SiC como dos tipos principales de elementos calefactores-que se encuentran en los hornos de circonio dental. Señala que los elementos de MoSi₂ se pueden usar a temperaturas de hasta aproximadamente 1750 grados, dependiendo de la calidad del elemento y el diseño del horno, mientras que los elementos de SiC se usan comúnmente a temperaturas máximas más bajas.

La misma fuente informa que los elementos de MoSi₂ pueden tener una carga de potencia superficial superior a 25 W/cm² y analiza el calentamiento a 1550 grados en menos de 15 minutos bajo ciertas condiciones del equipo.

Eso no significa que todos los hornos de MoSi₂ calentarán a esa velocidad.

La estructura del horno, la disposición de los elementos, el aislamiento, el control de energía y los ajustes de control de temperatura- afectan la velocidad de calentamiento real.

Sin embargo, el ejemplo muestra por qué el MoSi₂ se asocia comúnmente con aplicaciones de alta-temperatura y calentamiento relativamente rápido.

¿Qué tiene de especial el MoSi₂?

Una característica del MoSi₂ es la capa protectora a base de sílice-que se forma en la superficie durante el funcionamiento a alta-temperatura.

Esta capa de óxido juega un papel importante en la protección del elemento a altas temperaturas.

Por lo tanto, el elemento calefactor se diferencia bastante de un simple alambre calefactor metálico.

Para un horno de circonio, esto es importante porque el horno puede pasar una cantidad significativa de tiempo a temperaturas de alrededor de 1500 grados o más.

Los elementos calefactores deben soportar ciclos repetidos de alta-temperatura.

Por lo tanto, la elección del elemento calefactor no es sólo una decisión de componentes menores. Es parte del diseño térmico general del horno.

3. Elementos calefactores de SiC

Otro elemento calefactor que pueden encontrar los laboratorios es el carburo de silicio (SiC).

Los elementos calefactores de SiC también se han utilizado en hornos de sinterización dental de alta-temperatura.

En comparación con el MoSi₂, tienen características eléctricas y térmicas diferentes.

Una comparación técnica publicada en Ceramic Applications informó que los elementos de SiC se usan comúnmente hasta alrededor de 1530 grados, mientras que el MoSi₂ puede funcionar a temperaturas sustancialmente más altas, según el elemento y el diseño del horno.

Esta diferencia es útil cuando se analizan las especificaciones del horno.

Si un laboratorio utiliza principalmente materiales de circonio cuyos ciclos recomendados se encuentran dentro del rango inferior de temperatura alta-, un sistema basado en SiC- puede ser técnicamente adecuado.

Si el laboratorio necesita una temperatura máxima más alta o ciertas velocidades de calentamiento, MoSi₂ puede ser una opción adecuada, dependiendo del diseño del horno y de los programas de sinterización requeridos.

Por esta razón, no describiría la pregunta simplemente como:

"¿Es el MoSi₂ mejor que el SiC?"

Una pregunta más útil es:

"¿Para qué necesita el laboratorio el horno?"

4. ¿Qué pasa con la sinterización por microondas?

La sinterización por microondas es otra tecnología que se ha estudiado para el circonio.

A diferencia del calentamiento por resistencia convencional, los sistemas de microondas utilizan energía electromagnética para calentar el material.

Esto cambia la forma en que se introduce la energía en la circona y el sistema circundante.

La sinterización por microondas ha atraído el interés de la investigación porque potencialmente puede reducir el tiempo de procesamiento y producir un comportamiento de calentamiento diferente en comparación con el calentamiento por resistencia convencional.

Sin embargo, la sinterización por microondas no consiste simplemente en sustituir los elementos calefactores de un horno dental convencional.

El sistema de microondas requiere diferentes equipos y métodos de control.

También es útil distinguir entre una tecnología que se ha estudiado o demostrado experimentalmente y una que se utiliza comúnmente en los laboratorios dentales cotidianos.

Para un laboratorio que compra un horno, la pregunta práctica es si la tecnología tiene un flujo de trabajo establecido para los materiales de circonio específicos que se utilizan.

5. Sinterización por inducción

La inducción es otra tecnología que se ha investigado para el circonio.

El principio vuelve a ser diferente.

En lugar de depender de un elemento de resistencia convencional para calentar la cámara, se utiliza un campo electromagnético alterno para generar calentamiento a través de un susceptor eléctricamente conductor o un sistema relacionado.

Una revisión sistemática de las tecnologías de sinterización de circonio describe el calentamiento por inducción como un método de calentamiento asistido-en campo y señala que puede lograr velocidades de calentamiento más altas que los hornos de resistencia convencionales.

La revisión también analiza los protocolos de alta velocidad-que implican velocidades de calentamiento de aproximadamente 50 a 100 grados/min y se mantienen a alrededor de 1570 a 1590 grados durante 10 minutos en algunos entornos de investigación.

Estos números no deben interpretarse como un programa de sinterización por inducción-universal.

La temperatura y el ciclo adecuados aún dependen del material de circonio y del equipo específico que se utilice.

Para un laboratorio dental, una velocidad de calentamiento elevada no significa automáticamente que todos los bloques de circonio puedan procesarse utilizando ese ciclo.

Sinterización convencional, rápida y rápida no son lo mismo

Otra fuente de confusión es la palabra "rápido".

Un laboratorio puede ver términos como:

Sinterización convencional

Sinterización rápida

Sinterización rápida

Sinterización de alta-velocidad

Estos términos están relacionados, pero no son necesariamente nombres estandarizados para exactamente el mismo proceso.

Una revisión reciente de las tecnologías de sinterización de circonio describe la sinterización rápida como un proceso que puede tardar entre 30 y 120 minutos, utilizando un horno convencional con una velocidad de calentamiento más rápida.

También proporciona un ejemplo de un programa de sinterización de velocidad-que implica una rampa de 17 grados/min, un período de mantenimiento de 35 minutos a 1540 grados, seguido de un enfriamiento controlado.

El programa exacto depende-del material.

Para los compradores, este es un punto importante a comprobar.

Cuando un fabricante dice:

"Este es un horno de sinterización-rápido".

la siguiente pregunta debería ser:

"¿Qué materiales de circonio se han probado con el programa rápido?"

Esa pregunta proporciona información más útil que mirar únicamente el tiempo del ciclo.

¿Por qué no todas las circonitas pueden sinterizarse rápidamente?

Esta pregunta surge con bastante frecuencia.

La razón es que el circonio no es una formulación única.

Los diferentes materiales de circonio pueden tener diferentes composiciones, características del polvo y microestructuras.

Por tanto, las condiciones de sinterización recomendadas pueden diferir.

Algunos fabricantes de circonio publican programas de sinterización-rápida para productos específicos.

Otros pueden recomendar ciclos convencionales.

Por ejemplo, los programas de sinterización de circonio KATANA publicados distinguen entre programas convencionales y rápidos, con diferentes temperaturas máximas, velocidades de calentamiento y tiempos de mantenimiento. La información publicada por el fabricante también especifica qué restauraciones se pueden procesar utilizando el ciclo rápido.

Este es un buen ejemplo de por qué el horno y el material deben considerarse juntos.

Un horno capaz de calentar rápidamente no hace que todas las circonas sean aptas para una sinterización rápida.

¿Qué necesita realmente el laboratorio?

Aquí es donde la decisión sobre el equipamiento se vuelve práctica.

Imaginemos dos laboratorios.

Laboratorio A

El laboratorio produce principalmente restauraciones convencionales de circonio.

Ejecuta varios lotes todos los días.

El tiempo del ciclo es relevante, pero no es necesario procesar todos los casos de inmediato.

Para este laboratorio, un horno de resistencia eléctrica convencional de alta-temperatura puede ser perfectamente adecuado.

Laboratorio B

Este laboratorio recibe con frecuencia casos el mismo-día.

Fresa las restauraciones por la mañana y necesita completar la sinterización en un período mucho más corto.

Para este laboratorio, puede resultar más útil un horno con capacidad de sinterización rápida-aprobada.

Los dos laboratorios no necesitan necesariamente el mismo horno.

Ninguno de los dos está tomando la decisión equivocada.

Sus requisitos de producción son simplemente diferentes.

¿Qué pasa con un horno pequeño?

Los hornos de sinterización dental pequeños tienen una ventaja práctica.

Una cámara más pequeña contiene menos masa térmica, lo que puede acelerar el calentamiento y el enfriamiento, según el diseño del horno.

Un informe anterior de la industria sobre hornos de sinterización dental señaló que algunos hornos pequeños podían procesar aproximadamente entre 20 y 50 unidades por ciclo y ofrecían ciclos de sinterización de tan solo 90 minutos.

Esto ilustra una compensación útil-.

Una cámara pequeña puede resultar atractiva para:

Laboratorios más pequeños

Casos del mismo-día

Menor producción diaria

Calentamiento y enfriamiento más rápidos

Una cámara más grande puede tener más sentido para:

Laboratorios de alto-volumen

Múltiples bandejas

Lotes más grandes

Laboratorios que intentan reducir el número de ciclos diarios.

La capacidad correcta depende del volumen de producción real.

Comprar el horno más grande disponible no hace que un laboratorio sea automáticamente más eficiente.

¿Qué pasa con un horno más grande?

Los hornos grandes son útiles cuando el laboratorio necesita procesar más restauraciones por ciclo.

Por ejemplo, Nabertherm actualmente ofrece un modelo LHT para hasta 30 coronas individuales por ciclo y otro para hasta 75 coronas individuales por ciclo, según el modelo.

La capacidad debe considerarse junto con el tiempo del ciclo.

Por ejemplo:

Horno A

20 coronas × ciclo de 2 horas

Horno B

60 coronas × ciclo de 6 horas

El segundo horno tiene tres veces más capacidad, pero el cálculo de la producción diaria es más complicado.

El laboratorio debe considerar:

Número de ciclos por día

Tiempo de carga y descarga

tiempo de enfriamiento

Número real de restauraciones por ciclo.

Periodos de máxima producción

Por lo tanto, un horno debe evaluarse en función del flujo de trabajo del laboratorio, no sólo del volumen de la cámara.

El elemento calefactor no es la única pieza importante

Cuando los compradores escuchan "MoSi₂" o "SiC", es fácil centrarse completamente en el elemento calefactor.

El elemento calefactor, sin embargo, no funciona de forma independiente.

El rendimiento real del horno también depende de:

Diseño de cámara

Aislamiento

Disposición del elemento calefactor

Sensor de temperatura

sistema de control

control de potencia

Diseño de bandeja

Sistema de refrigeración

Estos componentes afectan la distribución de la temperatura y la forma en que el horno sigue el ciclo programado.

Por ejemplo, dos hornos pueden utilizar elementos MoSi₂ pero tener diferentes estructuras de cámara y diferentes características de temperatura.

Por lo tanto:

El mismo elemento calefactor no significa necesariamente el mismo rendimiento del horno.

Vale la pena tener esto en cuenta al comparar equipos de diferentes fabricantes.

¿Qué pasa con la uniformidad de la temperatura?

La uniformidad de la temperatura es otro factor que merece atención.

Un horno puede alcanzar los 1.500 grados, pero eso no significa automáticamente que cada punto dentro de la cámara esté exactamente a 1.500 grados.

La distribución de la temperatura depende del diseño térmico del horno.

Al evaluar un horno, los compradores pueden preguntar:

¿Cómo se mide la uniformidad de la temperatura?

¿A qué temperatura?

¿Cuántos puntos de medición se utilizan?

¿Cuál es el área de sinterización efectiva?

¿El horno estuvo vacío o cargado durante la prueba?

¿Existe un registro cartográfico de temperatura?

Estas preguntas pueden proporcionar información más útil que simplemente preguntar por la temperatura máxima.

¿Qué debe comparar un distribuidor?

Para los distribuidores, la selección del horno puede resultar más complicada porque el equipo puede suministrarse a laboratorios con patrones de producción muy diferentes.

Un cliente puede necesitar un horno pequeño para entre 10 y 20 restauraciones.

Otro puede procesar 50 o más restauraciones por ciclo.

A otro puede que le interese más la sinterización rápida.

Otro puede trabajar principalmente con circonio de alta-translucidez y poner más énfasis en seguir el ciclo térmico recomendado por el fabricante del material.

Por este motivo, evitaría recomendar un horno basado únicamente en:

Precio + temperatura máxima.

Una comparación más útil incluiría:

Parámetro	Por qué es importante
Temperatura máxima	Indica el rango de temperatura alta-disponible
Tasa de calentamiento	Relevante para programas de sinterización-rápidos y convencionales
Elemento calefactor	Afecta la capacidad de temperatura y el diseño del horno.
Capacidad de la cámara	Determina el posible tamaño de lote.
Uniformidad de temperatura	Relevante para la coherencia en toda el área utilizable
Control de programa	Útil cuando se trabaja con varios materiales de circonio.
Enfriamiento	Afecta el tiempo total del ciclo y el perfil térmico completo.
Utilidad	Importa cuando se usa el horno todos los días.
Piezas de repuesto	Importante para el funcionamiento-a largo plazo
Materiales compatibles	Debe coincidir con los productos de circonio utilizados por los clientes.

Este tipo de comparación es más útil que simplemente clasificar los hornos por temperatura máxima.

¿Qué tipo de horno debería comprar un laboratorio?

No hay una respuesta única.

Si el laboratorio necesita principalmente sinterización de circonio convencional, puede ser suficiente un horno de resistencia eléctrica fiable con un sistema de calentamiento de alta-temperatura adecuado.

Si el laboratorio tiene una carga de trabajo diaria elevada, la capacidad de la cámara y la eficiencia del ciclo se vuelven más importantes.

Si el laboratorio necesita producción el mismo-día, una capacidad de sinterización rápida-aprobada puede resultar útil.

Si el laboratorio trabaja con varias marcas de circonio, los ciclos de temperatura programables cobran mayor importancia.

Si el laboratorio procesa circonio altamente translúcido, también debe prestar atención a los requisitos del fabricante del material y a la limpieza del horno y a las características-del elemento calefactor.

La decisión debe comenzar con los materiales de circonio y el flujo de trabajo del laboratorio, y luego pasar al horno.

No al revés.

Una pregunta que haría antes de comprar

Si estuviera ayudando a un laboratorio a elegir un horno de sinterización, no empezaría preguntando:

"¿Qué tan caliente puede llegar a ser?"

Yo preguntaría:

"¿Qué circonio estás usando, cuántas restauraciones sinterizas por día y con qué rapidez necesitas que finalice el ciclo?"

Esas tres preguntas ya proporcionan un útil punto de partida.

Entonces miraría:

¿Qué programas de sinterización requieren esos materiales de circonio?

¿Puede el horno reproducir esos programas?

¿Cuántas restauraciones se pueden cargar realmente?

¿Cómo funciona el horno a la temperatura requerida?

¿Cuáles son los costos esperados de mantenimiento y reemplazo?

Esto nos da una idea más realista de si un horno es adecuado para el laboratorio.

Una cosa más: no elija un horno basándose únicamente en la velocidad de calentamiento

El calentamiento rápido es atractivo porque puede acortar el ciclo.

Sin embargo, no es automáticamente mejor para todos los materiales de circonio.

El programa recomendado por el fabricante del circonio debe seguir siendo la referencia.

Un horno capaz de alcanzar 100 grados/min no significa que todos los materiales deban calentarse a 100 grados/min.

Asimismo, un horno con una temperatura máxima de 1.650 grados no significa que la circona deba sinterizarse a 1.650 grados.

El horno ofrece una variedad de capacidades.

El material determina qué parte de ese rango debería usarse realmente.

Pensamientos finales

Entonces, ¿qué tipo de horno se utiliza para la sinterización?

Para la circona dental, el enfoque más común es una horno de sinterización por resistencia eléctrica de alta-temperatura, con MoSi₂ y SiC entre las tecnologías de elementos calefactores-utilizadas en el mercado.

También se han investigado y utilizado en aplicaciones específicas otros enfoques, incluido el calentamiento por microondas y por inducción, particularmente cuando se exploran un calentamiento más rápido o diferentes mecanismos térmicos. Las revisiones de investigaciones han informado que los ciclos basados ​​en la velocidad-sinterización e inducción-son más altos que los programas convencionales.

Sin embargo, para un laboratorio la pregunta más útil no es qué tecnología parece más avanzada.

La pregunta más práctica es si el horno puede proporcionar la temperatura, velocidad de calentamiento, tiempo de mantenimiento, condiciones de enfriamiento y distribución de temperatura requeridas por los materiales de circonio que se utilizan.

Un horno con una temperatura máxima más alta no es automáticamente un mejor horno.

Un horno más rápido no es automáticamente un horno mejor.

Un horno más grande no es automáticamente un horno mejor.

Y un elemento calefactor en particular no cuenta toda la historia.

Cuando analizamos un horno de sinterización desde la perspectiva de I+D, nos fijamos en el sistema térmico completo.

El elemento calefactor es una parte.

La cámara es una parte.

El control de temperatura es una parte.

El programa es una parte.

Y el material de circonio en sí es otro.

La elección del equipo más adecuado suele ser la que se adapta a estos factores al flujo de trabajo real del laboratorio.