BR112016016940B1

BR112016016940B1 - Forno de sinterização para componentes produzidos a partir de material sinterizado

Info

Publication number: BR112016016940B1
Application number: BR112016016940-9A
Authority: BR
Inventors: Peter Fornoff; Christian Schmidt
Original assignee: Sirona Dental Systems Gmbh
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2020-12-15
Also published as: JP2019150643A; JP6817814B2; KR20160120762A; EP3132217A1; CA2938256A1; WO2015121364A1; JP2017505191A; DE202015009956U1; US20170176103A1; EP3132217B1; KR102231621B1; CA2938256C; JP6846460B2; DK3132217T3; AU2015216967B2; CN105980801A; AU2015216967A1; US11650014B2; US11306969B2; DE102014202575A1

Abstract

forno de sinterização para componentes produzidos a partir de material sinterizado, em particular, componentes dentários. a presente invenção se refere a um forno de sinterização (1) para componentes (15) produzidos a partir de um material sinterizado, em particular, para componentes dentários, que compreende uma câmara de forno (2) que tem um volume de câmara (vk), em que um dispositivo de aquecimento (5), um espaço de recebimento (9) que tem um volume bruto (vb) situado no volume de câmara (vk) e delimitado pelo dispositivo de aquecimento (5) e uma região útil (10) que tem um volume útil (vn) situado no volume bruto (vb) são dispostos na câmara de forno (2). a câmara de forno (2) tem uma parede externa (3) que consiste em uma pluralidade de paredes que têm uma porção de parede (7) a ser aberta para a introdução de um componente a ser sinterizado que tem um volume de objeto (vo) no espaço de recebimento (9). na câmara de forno (2), o dispositivo de aquecimento (5) tem um radiador térmico (6) que tem um campo de radiação (13) que é disposto em ao menos um lado do espaço de recebimento (9). ao menos o volume útil (nv) disposto no espaço de recebimento (9) é disposto no campo de radiação (13) do radiador (6), em que a distância máxima possível (d) do componente (15) a ser sinterizado a partir do radiador (6) corresponde a, no máximo, duas vezes a dimensão (dy) do volume útil máximo (vn).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A invenção refere-se a um forno de sinterização para componentes produzidos a partir de material sinterizado, em particular, para componentes dentários e, em particular, para componentes produzidos a partir de cerâmica, que compreendem uma câmara de forno que tem um volume de câmara, em que um dispositivo de aquecimento, um espaço de recebimento que tem um volume bruto situado no volume de câmara delimitado pelo dispositivo de aquecimento, e uma região útil com um volume útil situado no volume bruto são dispostos na câmara de forno, e em que a câmara de forno tem uma parede externa que consiste em uma pluralidade de paredes com uma porção de parede a ser aberta em ao menos uma das paredes para a introdução de um componente a ser sinterizado que tem um volume de objeto no espaço de recebimento.

TÉCNICA ANTERIOR

[0002] O material a ser sinterizado é fundamental para a configuração de um forno de sinterização. Os formatos basicamente metálicos ou cerâmicos são sinterizados, os quais são prensados a partir de um pó e, se necessário, são adicionalmente processados diretamente ou através de moagem ou trituração após um processo de sinterização. O material determina o perfil de temperatura necessário. O tamanho e a quantidade de componentes determinam o tamanho do forno e também o perfil de temperatura. Quanto mais quente o forno, mais espessas as paredes de isolamento. O tamanho do forno, os componentes e a taxa de aquecimento desejada determinam o design do sistema de aquecimento e o comportamento de controle. A fonte de alimentação também tem seu papel. Por fim, o tamanho e também a fonte de alimentação disponível fazem com que um forno dentário para um laboratório difira de um forno de sinterização industrial.

[0003] Os processos de tratamento térmico, particularmente, a sinterização completa de restaurações dentárias a partir de cerâmicas ou metais pré-sinterizados enquanto se usa um forno de sinterização, tipicamente duram entre 60 minutos e algumas horas. O processo pelo qual uma restauração dentária é fabricada, que exige tanto etapas preparatórias quanto de acompanhamento, é interrompido por períodos prolongados por esse requisito de tempo de uma única etapa. Dessa forma, a assim chamada sinterização de velocidade para óxido de zircônio exige um mínimo de 60 minutos.

[0004] A assim chamada sinterização de supervelocidade para óxido de zircônio exige atualmente apenas um mínimo de 15 minutos de tempo de processamento. De fato, presume-se que o forno de sinterização, especialmente devido a seu peso e à temperatura de retenção intencionada, seja preaquecido, o que dura de 30 a 75 minutos, dependendo da tensão do sistema disponível. Adicionalmente, após o preaquecimento, o forno precisa ser carregado por uma sequência de carregamento automático, para que perfis de temperatura especiais possam ser mantidos e o forno não resfrie sem necessidade.

[0005] Entretanto, uma desvantagem do preaquecimento e do subsequente carregamento é que o forno, e especialmente seu isolamento e seus elementos de aquecimento são submetidos a um carregamento cíclico térmico elevado, o que tende a reduzir o tempo de vida útil do dispositivo.

[0006] Portanto, o objetivo do presente dispositivo consiste em disponibilizar um forno de sinterização que torna possível um tempo de fabricação adequadamente curto, sem o preaquecimento do forno de sinterização e/ou sem que uma sequência de carregamento especial seja necessária.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0007] Esse objetivo é alcançado por um forno de sinterização para componentes produzidos a partir de um material de sinterização, especialmente para componentes dentários e especialmente para componentes produzidos a partir de cerâmica, que compreende um volume de câmara e em que um dispositivo de aquecimento, um espaço de recebimento e uma região útil são dispostos. O espaço de recebimento ocupa um volume bruto situado no volume de câmara e delimitado pelo dispositivo de aquecimento. A região útil tem um volume útil e está no espaço de recebimento. Ademais, a câmara de forno tem uma parede externa que consiste em uma pluralidade de paredes, que tem ao menos uma porção de parede a ser aberta para a inserção de um componente com um volume de objeto a ser sinterizado no espaço de recebimento. O dispositivo de aquecimento na câmara de forno tem ao menos um radiador térmico que tem um campo de radiação, que é disposto em ao menos um lado do espaço de recebimento e no campo de radiação do qual ao menos o volume útil da região útil é disposto. A distância máxima possível do componente a ser sinterizado até o radiador corresponde, no máximo, a duas vezes a dimensão do volume útil máximo.

[0008] Vantajosamente, o volume útil está em uma razão para o volume de câmara entre 1:50 e 1:1, e para o volume bruto do espaço de recebimento em uma razão entre 1:20 e 1:1.

[0009] A câmara de forno, também chamada de câmara de combustão, forma a parte que recebe e aquece o componente a ser sinterizado, dessa forma, o núcleo do forno de sinterização. Todo o volume contido pela câmara de forno é designado como o volume de câmara. O espaço livre restante entre o dispositivo de aquecimento disposto na câmara de forno pode receber o componente a ser sinterizado e, portanto, é designado como o espaço de recebimento. O volume do espaço de recebimento é derivado essencialmente da largura e da altura no espaço entre o dispositivo de aquecimento e possivelmente as paredes da câmara, e é, portanto, designado como o volume bruto.

[00010] A região do forno de sinterização no qual a temperatura necessária ou desejada para o processo de sinterização é obtida pelo dispositivo de aquecimento é designada como a região útil. Dessa forma, a região útil é a região na qual o campo de radiação gerado pelo radiador térmico tem o requisito intensidade e/ou homogeneidade para o processo de sinterização, e na qual o componente é posicionado para a sinterização. Essa região útil deriva, dessa forma, em essência do campo de radiação ou da disposição do dispositivo de aquecimento e suas características de reflexão, e pode ser menor, de modo correspondente, que o volume bruto. Para um processo de sinterização bem-sucedido, o volume de objeto do objeto a ser sinterizado deve ter, portanto, no máximo o tamanho do volume útil. Por outro lado, para os processos de sinterização que são os mais rápidos e eficazes possíveis, o tamanho do volume útil deve, no máximo, ter o tamanho de uma estimativa superior do volume de volume de objeto a ser sinterizado.

[00011] Caso o forno possa ser utilizável para sinterizar objetos de tamanhos variados, por exemplo, para a sinterização de coroas dentárias individuais e também de pontes, então, pode ser vantajoso configurar o radiador do dispositivo de aquecimento para ser móvel, para que o tamanho do espaço de recebimento (dessa forma, o volume bruto), além de especialmente o tamanho da região útil (dessa forma, o volume útil) sejam adaptáveis ao tamanho do objeto.

[00012] Entretanto, o volume útil pode também ser reduzido por se tornar a região útil menor e por adaptá-la ao tamanho do objeto. Por exemplo, com um elemento de inserção de porta isolado, uma parte do espaço de recebimento pode ser bloqueada.

[00013] Através de uma utilização idealmente boa do volume bruto (dessa forma, um volume útil máximo possível em relação ao volume bruto) durante o processo de sinterização, o volume a ser aquecido pode ser mantido o menor possível, através do qual o rápido aquecimento e especialmente a eliminação de um processo de preaquecimento é possível.

[00014] Os objetos dentários são, tipicamente, de tamanhos de apenas alguns milímetros a centímetros, de modo que, de modo correspondente, um volume útil na faixa de centímetros é tipicamente suficiente. Para restaurações dentárias individuais a serem sinterizadas, como coroas e facetas, um volume útil de 20 x 20 x 20 mm3 pode, por exemplo, ser suficiente. Para objetos dentários maiores, como pontes, um volume útil de 20 x 20 x 40 mm3 pode ser suficiente. As dimensões do volume útil (VN) podem, então, ser vantajosamente 20 mm x 20 mm x 40 mm no máximo. De maneira correspondente, a distância máxima possível do componente a ser sinterizado a partir do radiador para um forno dentário de sinterização pode, por exemplo, ser limitada a ou garantida em 20 mm.

[00015] Quanto menores os volumes e quanto menor o peso que, no total, tem que ser aquecido, mais rapidamente uma temperatura desejada pode ser obtida na câmara de forno ou na região útil, e o processo de sinterização pode ser realizado corretamente. Por exemplo, o volume de câmara da câmara de forno pode ser 60 x 60 x 45 mm3 e o volume bruto, 25 x 35 x 60 mm3.

[00016] Vantajosamente, o volume útil para o componente a ser sinterizado está em uma razão para o volume de objeto do componente a ser sinterizado entre 1.500:1 a 1:1.

[00017] Quanto menor a diferença entre o volume útil da região útil e o volume de objeto do componente a ser sinterizado, mais rápido e eficaz em termos de energia o processo de sinterização pode ser realizado para o componente.

[00018] Vantajosamente, a parede externa tem uma parede interna de câmara que é impermeável e/ou reflexiva para o campo de radiação, que tem, especialmente, um revestimento reflexivo ou é configurado como um refletor.

[00019] Através de um revestimento reflexivo, a intensidade do campo de radiação do radiador na região útil, dessa forma, no volume útil, pode ser aumentada. Se o radiador for disposto apenas em um lado do espaço de recebimento, então, por exemplo, por meio de um revestimento reflexivo colocado oposto, ou um refletor colocado oposto, um campo de radiação mais homogêneo e/ou mais intenso pode ser obtido na região útil.

[00020] Vantajosamente, o dispositivo de aquecimento tem um elemento de aquecimento com uma taxa de aquecimento na região útil de ao menos 200 K por minuto a 20°C.

[00021] Vantajosamente, o elemento de aquecimento tem capacidade de ser submetido ao aquecimento resistivo ou indutivo.

[00022] Os elementos indutivos ou resistivos aquecidos representam versões de modalidades simples de um elemento de aquecimento de um forno de sinterização.

[00023] Vantajosamente, o radiador pode ser configurado como um cadinho, devido ao fato de que no presente documento, o volume útil pode corresponder ao volume bruto.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00024] A invenção será explicada com referência aos desenhos. Nas figuras: A Figura 1 é uma parte de um forno de sinterização específico da invenção para componentes produzidos a partir de um material sinterizado, especialmente, para componentes dentários; As Figuras 2A, B são um dispositivo de aquecimento aquecível de modo indutivo com um radiador que consiste em um cadinho e uma bobina; A Figura 3 é um radiador térmico aquecível de modo indutivo em formato de placa que tem uma bobina integrada; As Figuras 4A, B são dispositivos de aquecimento de resistência com radiadores térmicos que consistem em elementos de aquecimento em formato de bastão; A Figura 5 é uma bobina de aquecimento como um elemento de aquecimento de resistência; A Figura 6 é um radiador térmico que consiste em bobina de aquecimento e refletor; A Figura 7 é um radiador térmico que consiste em elementos de aquecimento em formato de U; A Figura 8 é um radiador térmico que consiste em elementos de aquecimento planos;

MODALIDADES EXEMPLIFICADORAS

[00025] A Figura 1 mostra uma parte de um forno de sinterização 1, que tem uma câmara de forno 2 com um volume de câmara VK, cujas paredes 3 são dotadas de isolamento 4 para proteger a câmara de forno quente 2 contra o ambiente. Para aquecer a câmara de forno 2, na câmara de forno 2, um dispositivo de aquecimento 5 é disposto com dois radiadores térmicos 6. A câmara de forno 2 tem uma porção de parede 7 para ser aberta para a inserção de um componente 15 a ser sinterizado na câmara de forno 2, que no presente documento é a porção de parede inferior, dessa forma, o fundo da câmara de forno 2. O fundo 7 tem, igualmente, isolamento 4, no qual uma base 8 para o componente 15 a ser sinterizado é colocada, que também é designada como um suporte 8. Também elegíveis são peças cruzadas ou um cadinho ou pinos colocados verticalmente feitos de cerâmica ou metal de fusão elevada, nos quais o componente 15 é colocado.

[00026] Através do dispositivo de aquecimento 5 ou do radiador térmico 6, que, por exemplo, na Figura 1 é disposto em dois lados da câmara de forno 2, dentro da câmara de forno 2, resulta um volume livre que é menor em comparação com o volume de câmara VK, que é indicado na Figura 1 com uma linha tracejada e é designado como o volume bruto VB. O espaço que esse volume bruto VB assume é o espaço de recebimento 9, no qual um objeto 15 a ser sinterizado pode ser inserido.

[00027] Com o uso do radiador 6 do dispositivo de aquecimento 5, o espaço de recebimento 9 é aquecido, em que ao menos uma parte do volume bruto VB do espaço de recebimento 9 é aquecido de maneira suficientemente robusta e uniforme. Essa região é designada como a região útil 10 e o volume como o volume útil VN. A área útil 10 é representada esquematicamente com uma linha pontilhada e tracejada e uma segunda maior dimensão da região útil 10 desenhada como Dy. O tamanho e a posição da região útil 10 são determinados, em essência, pelas características de reflexão, dessa forma, o campo de radiação 13, e a disposição do radiador 6, em que uma colocação do radiador 6 em ao menos um lado do espaço de recebimento 9 garante que a região útil 10 se estenda dentro do espaço de recebimento 9.

[00028] O objeto 15 a ser sinterizado pode, por exemplo, ser aquecido de modo resistivo ou indutivo. Nas Figuras 2A e 2B, por exemplo, um radiador aquecido de modo indutivo 6 é representado como um dispositivo de aquecimento 5. O radiador 6 é configurado como um cadinho 11, por exemplo, produzido a partir de MoSi2 ou SiC, com ao menos uma bobina circundante 12 para o aquecimento indutivo, em que a reflexão do cadinho 11, dessa forma, a radiação térmica 13, é indicada pelas setas. Nesse exemplo, o espaço de recebimento 9 é formado pelo espaço interno do cadinho. A região útil 10 está da mesma forma no espaço interno do cadinho 11, em que a razão entre o volume VN utilizável da região utilizável 10 e o volume bruto VB do espaço de recebimento 9 é 1:1.

[00029] O componente 15 a ser sinterizado é disposto no espaço interno do cadinho 11, no espaço de recebimento 9 que coincide com a região útil 13 e compreende um volume de objeto VO. A distância do objeto até o radiador 6, dessa forma, até o cadinho 11 no presente documento, é designada como d.

[00030] A Figura 3 mostra um radiador térmico 6 formado de dois elementos em formato de placa, que é aquecido por meio de bobinas integradas 12. O espaço de recebimento 9 é, de modo correspondente, situado entre os dois elementos em formato de placa. A Figura 3 mostra adicionalmente o campo de radiação 13 do radiador térmico 6 com linhas. Uma região útil 10 é disposta adequadamente no espaço de recebimento 9, que cobre uma área do campo de radiação 13 o mais homogeneamente possível com alta intensidade.

[00031] Os radiadores térmicos 6 representados nas Figuras 4A e 4B consistem em três e quatro elementos de aquecimento de resistência em formato de bastão 14, respectivamente.

[00032] As variantes adicionais de radiadores térmicos resistivos 6 e disposições são mostradas nas Figuras 5 a 8. O radiador 6 mostrado na Figura 5 é configurado como uma bobina de aquecimento 16, em que o espaço de recebimento 9 e a região útil 10 têm formato de cilindro e são dispostos na espiral de aquecimento. Na Figura 6, o radiador 6 é uma combinação de um radiador térmico (no presente documento, uma bobina de aquecimento 16 e o refletor 17), em que o espaço de recebimento 9 e a região útil 10 são encontrados entre a espiral de aquecimento 16 e o refletor 17. A Figura 7 mostra um radiador que consiste em dois elementos de aquecimento em formato de U 18 que têm um espaço de recebimento 9 disposto entre os dois elementos de aquecimento em formato de U 18. Na Figura 8, um radiador 6 que consiste em dois elementos de aquecimento planos 19 é representado. Esses têm, tipicamente, um padrão de reflexão plano, através do qual a região útil ocupa uma parte especialmente grande do espaço de recebimento 9 que está entre os elementos de aquecimento planos 19. Lista de símbolos de referência 1 Forno de sinterização 2 Câmara de forno 3 Paredes 4 Isolamento 5 Dispositivo de aquecimento 6 Radiador térmico 7 Porção de parede 8 Base 9 Espaço de recebimento 10 Região utilizável 11 Cadinho 12 Bobina 13 Campo de radiação 14 Elementos de aquecimento de resistência em formato de bastão 15 Objeto a ser sinterizado 16 Bobina de aquecimento 17 Refletor 18 Elementos de aquecimento em formato de U 19 Elementos de aquecimento planos D Distância Dy Dimensão dupla VB Volume bruto VK Volume de câmara VN Volume útil VO Volume de objeto

Claims

1. Forno de sinterização dentário (1) para componentes (15) produzidos a partir de material sinterizado, que compreende uma câmara de forno (2) com um volume de câmara (VK), sendo que um dispositivo de aquecimento (5), um espaço de recebimento (9) com um volume bruto (VB) situado no volume de câmara (VK) delimitado pelo dispositivo de aquecimento (5) e uma região útil (10) com um volume útil (VN) situado no volume bruto (VB) são dispostos na câmara de forno (2), e sendo que a câmara de forno (2) apresenta uma parede externa (3) que consiste em uma pluralidade de paredes com pelo menos uma porção de parede (7) a ser aberta para a introdução de um componente (15) a ser sinterizado com um volume de objeto (VO) no espaço de recebimento (9), caracterizado pelo fato de que - o dispositivo de aquecimento (5) na câmara de forno (2) apresenta um radiador térmico (6) com um campo de radiação (13); - o radiador (6) é disposto ao menos em um lado do espaço de recebimento (9); - ao menos o volume útil (VN) disposto no espaço de recebimento (9) é disposto no campo de radiação direta (13) do radiador (6); - a distância máxima possível (d) do componente (15) a ser sinterizado até o radiador (6) corresponde no máximo à segunda maior dimensão (Dy) do volume útil máximo (VN); - o volume útil (VN) da região útil (10) tem uma razão para o volume de câmara (VK) da câmara de forno (2) de 1:50 a 1:1; - o volume útil (VN) da região útil (10) está em uma razão para o volume bruto (VB) do espaço de recebimento (9) de 1:20 a 1:1, de preferência, em uma razão de 1:1.

2. Forno de sinterização dentário (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o volume útil (VN) da região útil (10) está em uma razão para o volume de objeto (VO) do componente (15) a ser sinterizado de 1.500:1 a 1:1.

3. Forno de sinterização dentário (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a parede externa (3) apresenta uma parede interna de câmara que é impermeável ao campo de radiação (13) e/ou que reflete o mesmo.

4. Forno de sinterização dentário (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aquecimento (5) apresenta um radiador térmico (6) com uma taxa de aquecimento na região útil de ao menos 200 K por minuto a 20°C.

5. Forno de sinterização dentário (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o radiador térmico (6) é aquecido de maneira resistiva ou indutiva.

6. Forno de sinterização dentário (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o volume útil (VN) é no máximo de 20 x 20 x 40 mm3 e as dimensões do volume útil (VN) são no máximo de 20 mm x 20 mm x 40 mm.

7. Forno de sinterização dentário (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o radiador (6) é configurado como um cadinho (11).