增材制造三维产品的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用自上而下的立体平板印刷增材制造三维产品的方法，其中通过从上方曝光以局部选择性方式使容器(50)中可流动的、可光聚合的材料固结，其特征在于加压气体射流被引向可光聚合材料的表面，由能在容器中的液面上方移动的吹风机(2)的加压气体喷嘴喷射加压气体射流，其中加压气体射流在横向于吹风机的移动方向的方向上扩张，并且通过使吹风机及其加压气体喷嘴移动经过整个待固结材料表面的区域以及以此方式作用在该表面上，以平整和校平该表面。采用这种方法，可以构建多组成部分产品，在该产品中，必须构建附接到已有组成部分的另一组成部分，该已有组成部分(部分)突出容器中的液面之上。

【技术实现步骤摘要】
增材制造三维产品的方法
本专利技术涉及用自上而下式立体平板印刷术增材制造三维产品的方法，其中从上方局部选择性曝光容器中可流动的可光聚合材料。本专利技术总体涉及通过立体平板印刷术固化可流动的可光聚合材料来增材制造三维产品，其中该材料在后续层中以局部选择性方式被固化，其中每层的预定局部选择性曝光区域由待构建产品的三维模型的数据确定。本专利技术尤其涉及制造牙科产品和正畸产品，尤其涉及制造牙科全假体和部分假体，全假体和部分假体由模拟牙龈部分的基托和预制牙齿组成，其中基托和牙齿由不同的材料组成以便能够以最佳方式模拟自然特性。
技术介绍
在制造广泛使用的全假体或部分假体的过程中，预制牙齿被定位在定位模板中，该定位模板同时形成注塑模具，其中定位模板保持插入的牙齿相对于彼此正确定位，随后基托材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯，被注射到牙齿周围。在数字工艺链中，义齿和基托是分开制造的，例如通过减材或增材制造方法，其中分开制造的基托和义齿在典型情况下通过胶合附接，从而将义齿锚固在基托中。预制义齿可以是预制出的标准义齿，或者可以是单独制造的义齿。由若干组成部分制造牙科和正畸产品，例如不同种类的部分假体和牙科托槽，仍然需要大量的人工作业。模型铸造、通过自动装置弯曲丝线和金属托槽的成形操作以及用于产品其它组成部分的增材制造步骤可能有助于制造过程，但是目前还不能实现完全和连续的数字构建过程。在这方面，如果金属组成部分，比如丝线或托槽组成部分，必须嵌入例如由塑料制成的其它组成部分中，则尤其成问题。迄今为止，这已经通过将金属组成部分引入压模内并通过注射树脂以在金属组成部分周围形成包覆成型件来实现。或者，正畸板可以由塑料制成，其中提供用于待整合的金属组成部分的板凹槽。在将金属组成部分插入凹槽后，可以通过手动浇注树脂材料来填充凹槽，以包覆成型插入的金属组成部分，随后通过研磨和抛光来完成表面。在任何情况下，许多单独的制造步骤和人工中间步骤都是必要的，这阻碍了通向基本数字化工艺链的道路。在WO2016/083296A1中，描述了一种通过将假体基托打印到假体的牙齿上来制造牙科假体的方法。在这种方法中，假体的义齿被固定在咬合板中，使得假体的义齿的基端部分暴露出来。通过研磨所有义齿的基面来使它们变短到所有的基面都位于同一平面。此后，将包括假体义齿的咬合板插入立体平板印刷三维(3D)打印机的支架中。在这方面，描述了一种自下而上的立体平板印刷方法，其中咬合板联接到可垂直移动的构建平台，使得牙齿从平台悬置，其中基端面朝下。然后，通过将构建平台朝向充满可光聚合液体的容器降低，假体义齿的基端部分浸入直到带有朝下的基面的牙齿抵靠在容器的底板上。底板在构建区域中是透明的，并且在底板下面提供用于局部选择性曝光的曝光单元。以这种方式，第一层可以通过曝光固化，该第一层嵌入浸入牙齿的基端部分。所有的后续固化层都是通过连续升高构建平台和其上形成有层的牙齿，并通过进一步局部选择性固化假体的基托层而形成的。利用这种方法，义齿可嵌入增材制造出的基托中的最大深度对应于基托的可光聚合材料的最大固化深度，该最大固化深度通常在毫米范围内。此外，在添加的假体基托和义齿之间的边界线是直线，即当基面接触到容器的底板时，在将构建平台朝向可光聚合材料降低到液面之后限定的可光聚合材料的边界线。这导致全假体的不自然外观外貌，因为在人类牙列中在牙龈和牙齿之间的边界线不是直线。尤其是，所述方法不可能在相邻牙齿的边界区域产生提升部分来模拟自然的牙龈乳头。除了广泛描述的方法之外，如上所述，还提到了构建平台上的义齿可以降低到可光聚合材料中，然后可以自上方被曝光。这个没有进一步描述的替代方案对应于自上而下的立体平板印刷工艺，在该工艺中，必须由涂布可光聚合材料的刮刀校平待固化的可光聚合材料。在现有技术文献中没有进一步描述的这种替代方案形成了权利要求1的前序部分的基础。在自下而上的立体平板印刷方法中，下一步要固结的层的层厚可以通过降低构建平台以精确方式限定，对于待形成的第一层，降低到可光聚合材料内的深度，直到构建平台的下表面在对应于期望层厚的容器底上方水平处，即通过从构建平台和容器底之间的区域使材料移位，精确地设定构建平台的下表面和容器底之间的期望层厚。对于随后要固化的层，最后固化层的下表面与容器底之间的距离以如上所述的相应方式设定。在使用自上而下式立体平板印刷术的方法中，使用参考平面(同时也是构建平面)为要固化的下一层定义具有期望厚度的层是不可能的。在自上而下的立体平板印刷中，必须在构建平台的上表面(对于待固化的第一层)或最后固化层的上表面上限定具有确定层厚的可光聚合材料层。为此目的，构建平台以下一层的期望层厚进一步降低进入容器中的可光聚合材料中(也称为“深浸”)，使得可光聚合材料可以流过构建平台或最后聚合层。此后，构建平台再次升高到下一层的层厚的期望高度，即再次降低和升高的距离之间的差值等于期望层厚。然而，以此方式，在大多数情况下无法获得具有平整表面和均匀厚度的层，但是在构建平台或最后固化层的上方分别形成弯月面，其中弯月面的层厚或层高通常大于构建物所期望的层厚(通常在0.05毫米-0.15毫米的范围内)，例如0.5毫米-1.5毫米。材料的粘度和/或表面张力越高，形成的弯月面越厚。当这种情况在分层增材制造期间发生时，待固化层的精确确定的不足将导致所构建物体的显著不准确性。这种弯月面的形成在图1中被示出，其中在图1a)中，构建平台20已经降低到容器50中的可光聚合材料中；构建平台20须进一步下降到容器50中，下降距离大于期望层厚，如图1b所示)，使得可光聚合材料流过构建平台20的表面。此后，构建平台再次升高，如图1c)所示，直到构建平台与侧向围绕构建平台20的区域中的液面相比，处于该液面以下等于期望层厚的深度；然而当将构建平台升高到该高度时，构建平台20顶部的材料也被升高且不会完全流出构建平台，使得上述弯月面保持在构建平台20的顶部。这种可能导致层厚偏离期望值超过1毫米的不准确性是不可接受的。传统上，固体刮刀用于平整和校平可光聚合材料层的表面，可以驱动刮刀移动经过整个最后形成层的表面。一种刮刀组合件包括悬挂成可水平移动的刮刀(水平是指平行于液面的平面的方向)，其中刮刀的下边缘可调节成限定高度。可移动的刮刀以这样的高度水平移动经过整个构建区域，使得可光聚合材料被移动的刮刀向前推动，并且使得具有期望层厚的可光聚合材料的平整层保留在刮刀后面。在产品的构建期间，可能存在刮刀不可用的情况和配合，例如，当存在产品的预先制造的构建部件时，应当将另一种材料层添加和附接到该构建部件，并且当用于其它可光聚合材料层时，预先制出的构建部件伸出到其它材料表面之外。在这样的情况下，刮刀组合件是不可用的，因为移动穿过表面上的刮刀会与突出部件碰撞。如果一个产品要被构建在另一个结构中，该结构在侧向邻近待构建产品具有突出的突起，则会出现类似的复杂情况。在这样的配合中，自下而上的立体平板印刷本身是不可用的，并且也不能执行利用大量刮刀的自上而下的立体平板印刷，因此自上而下的立体平板印刷的应用领域也受到限制。...

【技术保护点】
1.一种使用自上而下式立体平板印刷术增材制造三维产品的方法，在所述方法中，通过从上方曝光以局部选择性方式使容器(50)中的可流动的可光聚合材料固结，其特征在于，自能在所述容器上方移动的吹风机(2)的加压气体喷嘴，在横向于所述吹风机(2)的移动方向的方向上扩张的加压气体射流被指向可光聚合材料的表面并且作用在待固结的材料表面的区域，以通过使来自所述吹风机的加压气体射流移动经过整个表面来平整和校平所述表面。/n

【技术特征摘要】
20190308 EP 19161717.41.一种使用自上而下式立体平板印刷术增材制造三维产品的方法，在所述方法中，通过从上方曝光以局部选择性方式使容器(50)中的可流动的可光聚合材料固结，其特征在于，自能在所述容器上方移动的吹风机(2)的加压气体喷嘴，在横向于所述吹风机(2)的移动方向的方向上扩张的加压气体射流被指向可光聚合材料的表面并且作用在待固结的材料表面的区域，以通过使来自所述吹风机的加压气体射流移动经过整个表面来平整和校平所述表面。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为构建多组成部分产品，使用如权利要求1所述的自上而下式立体平板印刷术的增材制造方法以将待构建产品的另一组成部分附接到待构建产品的已有组成部分，其中已有组成部分由位于已有组成部分下方的构建平台(20)承载，其中所述构建平台(20)在所述容器(50)中降低入可流动的可光聚合材料内以限定新的层并且再次升高以在可光聚合材料中有效定位在一层厚度的深度，其中所述吹风机(2)的所述加压气体喷嘴能在所述容器上方的这样的高度移动，即，在先降低所述构建平台(20)之后，所述加压气体喷嘴位于高出已有组成部分的最高点的位置，所述加压气体喷嘴(2)移动经过待固结的可光聚合材料的整个区域以便平整和校平表面，可光聚合材料的表面以局部选择性方式曝光，并且重复最后三个步骤直至另一组成部分已被成功制出并被附接到已有组成部分。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用固定连接到所述吹风机(2)的距离传感器测量距可光聚合材料的表面的距离。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述距离传感器所测得的距可光聚合材料的表面的距离被用于控制移动经过可光聚合材料的整个表面的所述吹风机(2)的操作参数，以使所产生的加压气体流导致可光聚合材料在所覆盖区域中与位置相关地位移，以便专门平整和校平可光聚合材料的表面。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，通过所述距离传感器所测得的距可光聚合材料的表面的距离被用于调整所述曝光单元至可光聚合材料的表面且因此至所述构建平面的图像平面，其中为此移动所述曝光单元和/或材料容器。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，为了控制所述吹风机(2)的用于平整和校平可光聚合材料的表面的操作，控制参数压力、射流宽度、体积流量、所述吹风机(2)的加压气体喷嘴相对于表面的移动速度和/或从所述吹风机(2)的加压气体喷嘴喷射出的加压空气射流相对于可光聚合材料的表面上的正交轴的倾斜角度，以在整个待固结区域均匀实现距所述表面的确定距离并以此方式在最后固化区上方获得规定的均匀材料层。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述加压气体喷嘴形成有作为空气刮刀的细长喷嘴间隙，其以相对于可光聚合材料的表面上的正交轴的在±45°范围内的可调节的倾斜角度移动经过该可光聚合材料的整个表面，优选正交于表面。


8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于，已有组成部分至少部分被选择性附接的固结光聚合物嵌埋，使得嵌埋的部分被固结的光聚合物包围。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在附接多种另一组成部分(36，37，38)的多个步骤中，后续使用几种不同的可光聚合材料作为用于构建产品的构建材料。


10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，在从属于权利要求2时，其特征在于，所述产品的已有组成部分已经用根据前述权利要求中任一项所述的方法预先构建。


11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·约翰，
申请(专利权)人：义获嘉伟瓦登特公司，
类型：发明
国别省市：列支敦士登;LI