BRPI0607274B1

BRPI0607274B1 - Método para fabricação de um suporte ortodôntico

Info

Publication number: BRPI0607274B1
Application number: BRPI0607274-7A
Authority: BR
Inventors: Abels Norbert; H. Backes Claus
Original assignee: Ormco Corporation
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2018-03-06
Also published as: EP1841381B1; KR20070102999A; BRPI0607274B8; AU2006208555B2; KR101362575B1; CN102579142A; MX2007008763A; EP1841381A1; JP2008531841A; JP5363734B2; CN102579142B; AU2006208555A1; WO2006079459A1; BRPI0607274A2

Abstract

métodos para modelagem de corpos verdes e artigos feitos por tais métodos. a presente invenção refere-se a um método de modelagem de um corpo verde que provê um corpo verde modelado compreendido de uma pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas e um aglutinante orgânico. um tal método inclui: (1) moldar uma mistura de partículas que podem ser sinterizadas e o aglutinante orgânico na forma de um corpo verde inicial ou intermediário, onde as partículas que podem ser sinterizadas incluem pelo menos uma de partículas de metal ou partículas cerâmicas e (2) modelar o intermediário do corpo verde com pelo menos uma de uma corrente de energia ou uma corrente de matéria, onde a modelagem produz um corpo verde tendo uma forma desejada. o corpo verde modelado pode ser sinterizado de modo a prover um corpo endurecido tendo substancialmente a forma do corpo verde modelado. o processo é especialmente útil para a fabricação de suportes ortodônticos.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM SUPORTE ORTODÔNTICO (73) Titular: ORMCO CORPORATION. Endereço: 1717 West Collins Avenue, Orange, CA 92867, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: NORBERT ABELS; CLAUS H. BACKES

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 06/03/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 06/03/2018

Assinado digitalmente por:

Júlio César Castelo Branco Reis Moreira

Diretor de Patente

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM SUPORTE ORTODÔNTICO. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. O Campo da Invenção

A presente invenção se refere a processos para modelar corpos verdes e formar artigos sinterizados a partir dos mesmos. Mais particuiarmente, a presente invenção se refere ao corte e modelagem de um intermediário de corpo verde com uma corrente de energia e/ou matéria antes da sinterízação de modo a fabricar um corpo verde tendo substancial mente a forma do artigo sinterizado, e a seguir sinterizar o corpo verde modelado para formar o artigo sinterizado.

2. A Tecnologia Relacionada

O projeto e a preparação de ferramentas, partes de maquinaria ou outros componentes de metal ou cerâmicos para a fabricação são complicados e longos. As iterações sequenciais exigidas para produzir um artigo de metal ou cerâmico com as dimensões e características apropriadas se tornaram uma preocupação significativa e onerosa, especialmente considerando a complexidade de alguns dos artigos de fabricação mais recentemente desenvolvidos. Tempos de indicações longos e altos custos associados com pesquisa e desenvolvimento, quando combinados com o número de etapas de produção iterativas necessárias para aperfeiçoar um artigo de metal ou cerâmico, aumentaram os custos associados e o tempo para comercializar.

Em resposta, a pesquisa e o desenvolvimento têm sido conduzidos para produzir tecnologias rápidas de formação de protótipo e fabricação. Em parte, o projeto auxiliado por computador e a capacidade de gerar imagens tridimensionais precisas dos protótipos em computador, algumas vezes pela varredura de um modelo físico, possibilitou que o processo iterativo manipulasse imagens virtuais ao invés de modelos físicos.

A formação rápida de protótipo também resultou em rápida usinagem, que é um método indireto para a produção de modelos de trabalho a partir de moldes gerados pelo processo rápido de formação de protótipo. Objetos virtuais podem ser precisamente projetados pela manipulação das imagens no computador, que então são usadas para fabricar um molde físico antes de realmente preparar o objeto físico. Os objetos físicos preparados por esses processos podem então ser testados para determinar se qualquer um objeto funcionará ou não para o uso desejado.

As técnicas rápidas de formação de protótipo resultaram em sistemas de fabricação rápidos. Esses sistemas de fabricação rápidos integraram as capacidades de formação de protótipo auxiliada por computador com as técnicas de fabricação auxiliadas por computador tal como estereolitografia. Outras técnicas de fabricação rápida incluem solidificação a jato, soldagem tridimensional, fabricação por depósito de modelo e sistemas de fabricação com base em laser. As tecnologias de fabricação com base em laser predominantes incluem sinterização com laser seletivo, sinterização com laser do metal direto e modelagem líquida projetada com laser.

Essas tecnologias de fabricação com base em laser constroem um protótipo camada por camada usando laseres para sinterizar ou curar os pós de metal ou cerâmico uma camada de cada vez até que o artigo está terminado. Além do mais, etapas de sinterização e infiltração de metal adicionais podem ser necessárias para produzir uma peça de trabalho. Por outro lado, essas tecnologias de fabricação com base em laser podem ser inadequadas para a preparação de artigos complexos com aspectos projetados, suspensos ou outros que seriam difíceis para preparar uma camada de cada vez. Adicionalmente, essas técnicas são geralmente inadequadas para a fabricação de um grande volume de artigos de uso final. Assim, ainda permanece uma necessidade por melhoras nos processos de fabricação rápidos para produzir protótipos altamente precisos, bem como artigos de uso final.

Uma área onde a fabricação de partes de metal seria vantajosa é no campo da ortodontia. Suportes ortodônticos têm sido usados extensivamente para corrigir as malformações dentárias tais como dentes tortos ou grandes espaços entre os dentes. O tratamento pode envolver a aplicação de força nos dentes de modo a mover os dentes para um alinhamento correto. Os suportes são configurados para prover uma força nos dentes no arco que estão sendo alinhados. Cada suporte tem uma superfície de ligação configurada para ser afixada em um dente. Uma ligação é formada entre a superfície de ligação e o dente que pode suportar as forças exigidas para alinhar apropriadamente os dentes pela duração do tratamento.

Vários tipos de materiais têm sido usados para fazer os suportes ortodônticos, incluindo metais, polímeros e compósitos. Os metais são comumente usados para suportes por causa da sua resistência e capacidade de serem fabricados em formas diferentes. Os suportes podem ser fornhados pela moldagem e sinterização de partículas de metal ou pela fresagem de uma peça de metal na forma de uma placa de base. Um método de produção de um suporte ortodôntico inclui formar um corpo de metal verde em um molde e sinferizar o corpo de metal verde em uma parte acabada.

Tipicamente, um adesivo é usado para formar uma ligação química entre a superfície de ligação do suporte e o dente. Recessos ou cortes inferiores podem aumentar a resistência da ligação entre o suporte dentário e o dente porque o adesivo pode preencher essas formações físicas e endurecer de modo a prover um aspecto mecânico na ligação. Um molde pode ser configurado para incluir as porções elevadas, porções rebaixadas ou irregularidades na superfície de base. Attemativamente, um suporte de metal pode ser cortado ou modelado para incluir recessos ou cortes inferiores. Isso pode ser executado cortando dentro da superfície de ligação de metal endurecida com um aparelho de laser ou outro de fresagem. O corte e a fresagem de um suporte de metal com um laser pode diminuir a biocompatibilidade do suporte devido à carbonização, escurecimento ou oxidação.

Portanto, o que é necessário são processos aperfeiçoados para a produção e a modelagem de artigos de metal ou cerâmicos, por exemplo, suportes ortodônticos sem o corte ou fresagem de um material de metal ou cerâmico endurecido. Também, seria benéfico preceder os processos de fabricação que exigem que um protótipo ou artigo de trabalho seja fabricado uma camada de cada vez.

BREVE SUMÁRIO DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

De forma geral, uma modalidade de um método para modelar um corpo verde pode prover um corpo verde tendo uma forma desejada que é substancialmente a forma de um artigo sinterizado preparado a partir dele (por exemplo, um suporte ortodôntico ou placa de base do suporte). Um tal método inclui moldar uma mistura de partículas que podem ser sinterizadas e aglutinante orgânico na forma de um corpo verde inicial. Adicionalmente, o método inclui também modelar o corpo verde inicial com uma corrente de energia e/ou matéria de modo a obter um corpo verde modelado tendo uma forma desejada. Para facilitar a modelagem, o intermediário do corpo verde inicial é compreendido de uma pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas e um aglutinante orgânico em uma quantidade e distribuição para manter suficientemente a pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas juntas de modo a ser estável na forma enquanto removendo as partículas que podem ser sinterizadas durante a modelagem. O corpo verde modelado é caracterizado como tendo pelo menos uma superfície cortada com corrente sobre ele.

Em uma outra modalidade, um método de fabricação pode prover um artigo de fabricação compreendido de um corpo sinterizado. Um tal método inclui moldar uma mistura de partículas que podem ser sinterizadas e aglutinante orgânico na forma de um intermediário de corpo verde iniciai. A modelagem do intermediário de corpo verde inicial com uma corrente de energia e/ou matéria resulta em um corpo verde tendo uma forma desejada, onde a forma desejada é substancialmente a forma do artigo sinterizado final. Adicionalmente, a sinterização do corpo verde modelado é executada para produzir um artigo tendo a forma desejada.

Uma outra modalidade inclui um corpo verde inicial para uso na preparação de um corpo verde modelado com corrente. O corpo verde inicial é compreendido de uma pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas, onde as partículas que podem ser sinterizadas incluindo pelo menos um de um material de metal ou um material cerâmico. Adicionalmente, o corpo verde é compreendido de uma matriz de aglutinante orgânico, onde o agluti5 nante orgânico pelo menos parcialmente reveste cada partícula que pode ser sinterizada dentro da pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas. O aglutinante orgânico é caracterizado como tendo uma espessura ao redor de uma porção da pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas que separa uma partícula que pode ser sinterizada de uma outra partícula que pode ser sinterizada; sendo suficientemente adesivo para manter a pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas juntas e formar um corpo de forma estável no qual a pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas são inicialmente ligadas pelo aglutinante, onde o corpo de forma estável é capaz de ser modelado com pelo menos uma de uma corrente de energia ou uma corrente de matéria enquanto permanecendo com forma estável nas áreas não submetidas ao processo de remoção por corrente.

No caso da fabricação de um suporte ortodôntico, a superfície exterior do corpo verde modelado pode incluir pelo menos uma porção formada por uma corrente de energia e/ou matéria e que tem uma topologia caracterizada por uma pluralidade de recessos e/ou elevações que compreendem partículas de metal. Tais recessos e/ou elevações permanecem depois da sinterização para produzir um suporte final. No caso de uma superfície de ligação, os recessos e/ou elevações auxiliam na ligação do suporte nos dentes de uma pessoa através, por exemplo, da conexão mecânica de um adesivo dentro e ao redor dos recessos e/ou elevações bem como maior área de superfície. Outras porções do corpo de metal verde {por exemplo, fenda de arame do arco, asas de amarração, etc.) podem ser formadas pela modelagem com uma corrente de energia e/ou matéria. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção das partículas de metal dispostas em ou perto da superfície do corpo verde pode ser fundida antes da sinterização pelo calor de um laser ou outra corrente de energia usada para modelagem.

Tipicamente, partículas de metal ou cerâmicas removidas pela corrente de energia e/ou matéria não são depositadas novamente sobre a superfície do corpo de metal verde, mas são inteiramente removidas e descartadas. Quer ou não partículas que podem ser sinterizadas sejam novamente depositadas depende amplamente da relação entre a temperatura na qual o aglutinante orgânico funde, queima ou decompõe e a temperatura na qual as partículas que podem ser sinterizadas fundem ou se tornam vaporizadas. Quanto mais alto o diferencial de temperatura, maior a probabilidade que o laser ou outra corrente de energia funda, queime ou decomponha o aglutinante sem realmente fundir ou vaporizar as partículas que podem ser sinterizadas. Além disso, alguém versado na técnica pode selecionar, à luz dos ensinamentos contidos aqui, uma corrente de energia (por exemplo, laser) e/ou procedimento de corte que garanta a remoção limpa das partículas que podem ser sinterizadas de modo a impedir que elas sejam depositadas novamente na superfície do corpo de metal verde.

Uma modalidade da presente invenção provê um método de fabricação de um corpo de suporte ortodôntico verde. O método pode incluir introduzir (por exemplo, injetar) partículas que podem ser sinterizadas em um molde e introduzir (por exemplo, injetar) um aglutinante dentro do molde em uma quantidade suficiente para manter as partículas que podem ser sinterizadas juntas. As partículas que podem ser sinterizadas e o aglutinante são formados em um corpo verde inicial, vantajosamente de modo a ficar substancialmente na forma de um suporte ortodôntico e/ou placa de base. Alternativamente, o corpo verde inicial pode ser pressionado em uma forma que pode ser também modelada na forma de um suporte ortodôntico.

O corpo verde inicial é modelado usando uma corrente de energia e/ou matéria cortando a superfície exterior para formar qualquer um dos aspectos de um suporte ortodôntico e/ou placa de base. Também, ò corpo de metal verde, ou mais particularmente, uma superfície dele na forma de uma superfície de ligação pode ter uma pluralidade de elevações, recessos e/ou cortes inferiores formadas sobre ele com a corrente de energia e/ou matéria.

Uma outra modalidade da presente invenção provê a fabricação de um suporte ortodôntico e/ou placa de base a partir de um corpo verde modelado, Dessa maneira, o corpo de metal verde pode ser processado em um suporte ortodôntico e/ou placa de base pela sinterização do corpo verde modelado em um corpo sinterizado. A superfície exterior do corpo sinteriza7 do define a forma de um suporte ortodôntico, e pode incluir pelo menos uma porção modelada por uma corrente de energia e/ou matéria sobre ela. A porção modelada é formada pelo corte do corpo verde inicial com uma corrente de energia e/ou matéria antes de ser sinterizada. Isso pode fazer com que a porção modelada do corpo de metal sinterizado seja substancialmente desprovida de carbonização como comumente ocorre quando um corpo de metal é cortado com um laser. Também, a porção modelada pode ser um recesso (por exemplo, um corte inferior) formado na superfície exterior, ou mais particularmente, formado em uma superfície de ligação no suporte ortodôntico e/ou placa de base.

A despeito do fato que o corpo verde modelado é substancialmente na forma do suporte sinterizado acabado, o corpo verde modelado é tipicamente cerca de 15-30% maior do que o suporte acabado e, portanto, não é ele próprio um suporte ortodôntico. Além de ser desproporcionado, o corpo verde modelado carece de resistência suficiente para lidar com as forças de torque fortes as quais um suporte real é submetido durante um tratamento ortodôntico (por exemplo, como um resultado de um arame de arco forçando para baixo no suporte dentro da fenda do arame de arco de modo a reposicionar o dente do paciente durante o tratamento). Quando o corpo verde modelado é sinterizado, ele encolhe para o tamanho de um suporte ortodôntico e obtém resistência suficiente para funcionar como um suporte ortodôntico.

Essas e outras vantagens e aspectos da presente invenção se tornarão mais totalmente evidentes a partir da descrição seguinte e reivindicações anexas, ou podem ser aprendidas pela prática da invenção como apresentada a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Para esclarecer mais as vantagens acima e outras e os aspectos da presente invenção, uma descrição mais particular da invenção será transmitida por referência às suas modalidades específicas que são ilustradas nos desenhos anexos. É verificado que esses desenhos representam somente modalidades típicas da invenção e não são, portanto, para serem considerados limitando o seu escopo. A invenção será descrita e explicada com especificidade e detalhes adicionais através do uso dos desenhos acompanhantes, nos quais:

A figura 1 é uma vista lateral ilustrando uma modalidade de um corpo verde modelado na forma de um suporte ortodôntico,

A figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra modalidades diferentes dos corpos verdes modelados que podem ser modelados de um único corpo verde inicial pela remoção com corrente das partículas que podem ser sinterizadas dele;

As figuras 3A e 3B são vistas transversais de modalidades de morfologias exemplares de uma superfície cortada com corrente,

A figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um sistema para preparar um corpo verde modelado;

A figura 5 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um sistema para preparar um corpo sinterizado a partir de um corpo verde modelado;

A figura 6 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um sistema para processar a composição de partícula e de aglutinante usada para formar corpos verdes iniciais;

A figura 7 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um sistema de varredura e/ou modelagem;

A figura 8 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um aparelho de corte com corrente;

A figura 9A é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um bico de corte com corrente;

A figura 9B é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um bico de corte com corrente coaxial;

A figura 9C é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um bico de corte com corrente coaxial;

A figura 10 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um sistema de corte com corrente tridimensional;

A figura 11 é uma vista em perspectiva ilustrando um suporte ortodôntico exemplar formado de acordo com a invenção;

A figura 12A é uma vista lateral ilustrando um corpo verde exemplar na forma de um suporte ortodôntico;

A figura 12B é uma vista lateral ilustrando um corpo verde exemplar na forma de uma placa de base de um suporte ortodôntico;

As figuras 13A e 13B são vistas laterais ilustrando modalidades exemplares de corpos verdes formando uma porção de uma superfície de ligação de um suporte ortodôntico e

As figuras 14A-14C são vistas laterais ilustrando modalidades exemplares de corpos de metal verdes formando uma porção de uma superfície de ligação de um suporte ortodôntico

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

Modalidades da presente invenção incluem corpos verdes iniciais compreendidos de partículas de metal ou cerâmicas, corpos verdes modelados preparados dos corpos verdes iniciais, corpos sinterizados preparados dos corpos verdes modelados e métodos associados de fabricação e uso dos mesmos. Corpos verdes iniciais são modelados com pelo menos uma de uma corrente de energia e/ou matéria de modo a ter uma forma desejada antes de ser sinterizados em um artigo endurecido final.

I, Definições Gerais

Como usado aqui, o termo verde é planejado para se referir ao estado de um artigo de fabricação, onde o artigo é compreendido de uma pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas tal como partículas de metal ou cerâmicas que são mantidas juntas com um aglutinante orgânico. Como tal, um corpo verde inicial pode ser modelado com uma corrente de energia e/ou matéria de modo a formar um corpo verde modelado.

Como usado aqui, os termos modelo, forma e similares são planejados para identificar a estrutura tridimensional ou aparência de um artigo de fabricação. Como tal, um corpo verde na forma de uma engrenagem pode ser explicado para indicar que o corpo verde aparenta ser uma engrenagem, mesmo embora ele possa ter composições, dimensões e proporcíonalidades que são diferentes de uma engrenagem real preparada pela sinterização do corpo verde no formato da engrenagem. Por exemplo, um corpo verde modelado como uma engrenagem terá a aparência de uma engrenagem, mas será cerca de 10% a cerca de 30% maior do que a engrenagem sinterizada. Ele pode também carecer de resistência suficiente para funcionar como planejado. Tal resistência tipicamente se desenvolve como um resultado da sinterização.

Como usado aqui, o termo cortado com corrente é planejado para se referir ao processo de preparação de um objeto ou artigo para ter uma forma desejada pelo corte do objeto com uma corrente de energia, tal como uma corrente de laser ou elétron, ou uma corrente de matéria tal como um jato de água na corrente das partículas. Por ser cortado com corrente, o objeto ou artigos foi cortado de modo a alterar a forma. Uma superfície cortada com corrente se refere a uma superfície formada pela remoção dè partículas que podem ser sinterizadas por meio de pelo menos uma de uma corrente de energia ou uma corrente de matéria.

Como usado aqui, o termo cortado a laser é planejado para se referir ao processo de modelagem de um objeto ou artigo para ter uma forma desejada pelo corte do objeto com um laser. Por ser cortado a laser, o objeto ou artigo foi cortado com laser de modo a alterar a forma,

Como usado aqui, o termo corrente de energia é planejado para se referir a um feixe ou fluxo de energia que é propagado em uma trajetória substancialmente linear. Como tal, uma corrente de energia pode incluir um feixe de laser ou outro feixe de radiação eletromagnética. Adicionalmente, um feixe de materiais de nível atômico ou subatômico tais como plasma, íons ou elétrons é também considerado como sendo uma corrente de energia. Exemplos de correntes atômicas ou subatômicas de energia incluem um feixe eletrônico, descarga elétrica, feixe de plasma, feixe iônico e similares.

Como usado aqui, o termo corrente de matéria é planejado para se referir a um fluxo de matéria em uma trajetória substancialmente linear, onde a matéria é maior do que o nível atômico e inclui partículas de tamanho microscópico e macroscópico. Exemplos de correntes macroscópicas de matéria incluem jato de água, jato de fluido, jato químico, jato de areia e si11 milares.

Os dados de concentrações, quantidades, tamanhos de partículas e outros numéricos podem ser apresentados em um formato de faixa. É para ser entendido que um tal formato de faixa é usado meramente por conveniência e brevidade e deve ser interpretado de maneira flexível para incluir não somente os valores numéricos explicitamente citados como os limites das faixas, mas também para incluir todos os valores numéricos individuais ou subfaixas abrangidas dentro dessa faixa como se cada valor numérico e subfaixa fossem explicitamente citados. Por exemplo, partículas que podem ser sinterizadas podem estar presentes em várias composições de corpo verde dentro de uma faixa de cerca de 50% a cerca de 98% em peso total, Essa faixa citada deve ser interpretada para incluir não somente os limites explicitamente citados de cerca de 50% e cerca de 98%, mas também para incluir tais percentagens de composição individuais, tais como 55,62,70 e 88, bem como as subfaixas entre essas porcentagens individuais. Essa interpretação deve se aplicar a despeito da amplitude da faixa ou das características sendo descritas, e deve se aplicar a faixas tendo ambos os valores numéricos superior e inferior bem como faixas de extremidade aberta citando somente um valor numérico.

II, Composições do Corpo Verde

Em uma modalidade, uma composição com base em metal útil para preparar um corpo verde pode incluir uma pluralidade de partículas de metal que podem ser sinterizadas, As partículas de metal podem incluir, por exemplo, alumínio, níquel, titânio, cobre, cobalto, aço inoxidável e similares bem como várias ligas dos mesmos, Em um exemplo mais específico, as partículas de metal podem ser compreendidas de um pó de liga de níqueltitânio. Mais particularmente, é preferível que as partículas de metal sejam compreendidas de um metal que pode ser pulverizado e/ou triturado e a seguir sinterizado. Por exemplo, se engrenagens de aço inoxidável resistentes à corrosão são desejadas, um pó de aço inoxidável moído fino prépreparado em liga pode ser usado.

Em uma modalidade, uma composição com base cerâmica útil para a preparação de um corpo verde ou intermediário dele pode incluir uma pluralidade de partículas cerâmicas que podem ser sinterizadas. Exemplos de partículas cerâmicas que podem ser sinterizadas, ou materiais dentro de partículas, incluem hidroxilapatito, mulita, óxidos cristalinos, óxidos não cristalinos, carbetos, nitretos, silicietos, boretos, fosfetos, sulfetos, teluretos, selenetos, óxido de alumínio, óxido de silício, óxido de titânio, óxido de zircônio, alumina-bióxido de zircônio, carbeto de silício, carbeto de titânio, boreto de titânio, nitreto de alumínio, nitreto de silício, ferritas, sulfeto de ferro e similares. Como tal, qualquer partícula cerâmica que pode ser sinterizada pode ser usada na preparação de um corpo verde que pode ser sinterizado de acordo com a presente invenção.

Dessa maneira, vários tipos de pós de metal e/ou cerâmicos que podem ser sinterizados podem ser usados na preparação de um corpo verde inicial. Em alguns casos, o uso dos artigos preparados da sinterização do corpo verde exigirá certos materiais que podem ser sinterizados de modo a prover as características físicas desejadas ou necessárias. Como tal, podem existir preferências ou restrições sobre o tipo de material a ser usado para um tipo específico de artigo acabado. Em parte, isso é porque artigos diferentes podem precisar suportar forças que são aplicadas durante o uso que concedem vários níveis de estresse ou esforço. Pode ser preferível em alguns casos que o corpo sinterizado tenha um alto nível de resistência e dureza de modo a não ser facilmente danificado durante o uso normal. Alternativamente, podem existir circunstâncias que preferiríam artigos sinterizados de alta deflexão ou que possam ser curvados. Alguns artigos podem precisar suportar temperaturas muito altas ou muito baixas. Assim, existem casos onde partículas de metal podem ser preferidas sobre as partículas cerâmicas e vice-versa.

Dessa maneira, as características das partículas usadas de acordo com a presente invenção podem depender da estrutura do corpo verde modelado bem como do artigo sinterizado. Em parte, o tamanho e as qualidades de superfície do artigo sinterizado podem determinar o tamanho das partículas, por exemplo, artigos menores ou artigos tendo superfícies lisas podem exigir partículas menores. Por exemplo, o diâmetro médio das partículas que podem ser sinterizadas pode variar geralmente de cerca de 0,01 pm a cerca de 5 mm. Uma faixa preferida de partícula menor é de cerca de 0,1 pm a cerca de 50 pm; uma faixa mais preferida é cerca de 0,5 pm a cerca de 25 pm e uma faixa mais preferida ainda é cerca de 1 pm a cerca de 10 pm. Por outro lado, uma faixa preferida de partícula maior é de cerca de 50 pm a cerca de 5 mm; uma faixa mais preferida é de cerca de 100 pm a cerca de 1 mm e uma faixa mais preferida ainda é de cerca de 0,25 mm a cerca de 0,75 mm. Além do mais, pode ser benéfico usar uma combinação de partículas menores dentro das faixa(s) preferida(s) de partícula menor e dentro das faixa(s) de partícula maior.

Adicionalmente, a concentração de partículas que podem ser sinterizadas dentro das composições de corpo verde pode variar grandemente dependendo de uma série de fatores, tais como o tamanho da partícula, tipo de metal ou cerâmica, quantidade e tipo de aglutinante orgânico e as características físicas do corpo verde modelado e artigos sinterizados preparados deles. Por exemplo, as partículas que podem ser sinterizadas podem estar presentes em uma faixa de cerca de 25% a cerca de 98% em peso na composição do corpo verde, de preferência em uma faixa de cerca de 35% a cerca de 95% em peso, mais preferivelmente em uma faixa de cerca de 50% a cerca de 90% em peso e mais preferivelmente ainda em uma faixa de.cerca de 60% a cerca de 85% em peso da composição do corpo verde. Por outro lado, quando metal, cerâmica, carbetos ou outros enchimentos de fortalecimento são incluídos, as partículas que podem ser sinterizadas podem estar presentes em concentrações menores.

De modo a ligar as partículas que podem ser sinterizadas juntas, as composições com base em metal ou cerâmica incluem um aglutinante orgânico. Exemplos de aglutinantes orgânicos que podem ser usados para ligar as partículas que podem ser sinterizadas juntas de acordo com a presente invenção incluem vários polímeros, poliolefinas, silicones, acrílicos, látices, ceras, óleos, graxas, plastificadores, lignosulfonatos, polissacarídeos, celuloses e derivados dos mesmos, amidos e derivados desses, ou14 tros polímeros naturais (por exemplo, proteínas), borrachas naturais e sintéticas e similares. Exemplos mais específicos de aglutinantes poliméricos podem incluir polipropilenos, polietilenos, polímeros acrílicos, poliestirenos, acetato de vinil-polietiteno, álcool vínílico de polietileno, acetato de polietileno, polietilenos clorados, poliisoprenos, polibutadienos, polímeros de di e triblocos de estireno-butadieno, policloroprenos, polietileno-propilenos, polietilenos clorossulfonados, poliuretanos, polímeros de estireno isopreno, polímeros de estireno etilbutileno, látices de borracha de estireno butadieno, látices de policioroprerto, polimetilmetacrilato, polietilmetacrilato, polidimetilsiloxanos e similares. Deve ser reconhecido que outros aglutinantes orgânicos conhecidos na técnica podem ser usados de modo a ligar as partículas que podem ser sinterizadas nas composições do corpo verde para processamento de acordo com a presente invenção.

Dessa maneira, as composições úteis na preparação de um corpo verde incluem um aglutinante em uma quantidade e disposição dentro da pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas suficientes para manter as partículas que podem ser sinterizadas unidas. Adicionalmente, um corpo verde moldado inicial ou intermediário compreendido de partículas de metal e/ou cerâmicas e um aglutinante pode ser suficientemente pressionado ou compactado de modo a ser estável na forma e capaz de permanecer ereto livremente e ser auto-sustentado. Mais particularmente, a quantidade e a disposição do aglutinante é suficiente para que o intermediário do corpo verde seja modelado com uma corrente de matéria e/ou uma corrente de energia, tai como com um laser, jato de água ou feixe eletrônico. Assim, o aglutinante orgânico pode manter as partículas que podem ser sinterizadas juntas na forma desejada e continuar a manter as partículas juntas durante o processo de modelagem.

Adicionalmente, a concentração do aglutinante orgânico misturado com as partículas que podem ser sinterizadas dentro das composições de corpo verde pode variar grandemente dependendo dos fatores anteriormente mencionados. Por exemplo, o aglutinante orgânico pode estar presente em uma faixa de concentração de cerca de 2% a cerca de 75% em peso da composição do corpo verde, de preferência uma faixa de cerca de 5% a cerca de 65% em peso, mais preferivelmente em uma faixa de cerca de 10% a cerca de 50% em peso, e mais preferivelmente ainda em uma faixa de cerca de 15% a cerca de 40% em peso da composição do corpo verde. Como previamente descrito, deve ser reconhecido que qualquer razão de partícula que pode ser sinterizada para aglutinante pode ser usada contanto que um corpo verde ou intermediário seja suficientemente mantido junto para ser manipulado e modelado com uma corrente de energia ou corrente de matéria.

Em uma modalidade, o aglutinante orgânico pode ser misturado ou combinado com as partículas que podem ser sinterizadas em uma quantidade e disposição suficientes para formar uma composição de partículaaglutinante fluente que é capaz de ser injetada em um molde. Essa composição de partícula-aglutinante fluente pode ser pré-misturada de modo a dispersar o aglutinante ao redor e/ou entre as partículas que podem ser sinterizadas. Isso pode incluir aderir o aglutinante sobre as partículas bem como prover um meio para a suspensão das partículas.

Exemplos de corpos verdes e os vários processos para a fabricação dos corpos verdes de acordo com a presente invenção bem como os tipos de artigos que podem ser preparados a partir de corpos verdes modelados serão discutidos em mais detalhes abaixo.

III. Corpos Verdes

A figura 1 ilustra uma modalidade de um corpo verde 12 na forma de um suporte ortodôntico 10.0 corpo verde 12 é compreendido de partículas de metal e/ou cerâmicas que podem ser sinterizadas mantidas juntas com um aglutinante orgânico, onde a forma do suporte ortodôntico 10 é definida por uma superfície externa 16. Dessa maneira, o corpo verde 12 inclui, pelo menos uma asa de amarração 18 que é caracterizada como tendo um lóbulo 28 que fica adjacente a um recesso de lóbulo 30. Também, o corpo verde 12 tem uma fenda de arame de arco 20 que é aberta para o lado superior (ou labial). Como representado, o corpo verde 12 inclui uma superfície de ligação 22 tendo uma topologia que inclui uma pluralidade de protuberân16 cias e cortes inferiores.

Nessa modalidade, a superfície exterior 16 inclui pelo menos uma superfície cortada com corrente (por exemplo, cortada a laser) 32a tendo uma topologia caracterizada por uma pluralidade de cortes inferiores 24 formados pela remoção de partículas que podem ser sinterizadas e aglutinante do corpo verde 12. Em geral, aspectos formados de um tal corte de formação de aspecto pode ser visível de maneira macroscópica ou visível de maneira microscópica. Como usado aqui, o termo macroscópico pode incluir aspectos que são visuais com o olho nu sem qualquer ampliação. Alternativamente, o termo microscópico como usado aqui se refere à necessidade da ampliação ser usada de modo a visualizar os aspectos.

Em uma modalidade, o corpo verde 12 pode ter uma outra superfície cortada com corrente 32b na superfície externa 16. Essa superfície cortada com corrente 32b é cortada no corpo verde 12 de modo que uma quantidade significativa de material verde é removida de modo a formar a forma do suporte ortodôntico 10. Dessa maneira, o corpo verde 12 pode inicialmente ter uma área transversal retangular como mostrado com as linhas tracejadas 34 (por exemplo, corpo verde inicial). Mais particularmente, uma primeira porção 36 do corpo verde 12 pode ser cortada de uma segunda porção 38 do corpo verde, que dessa maneira forma a superfície cortada a laser 32b no corte.

Adicionalmente, uma superfície cortada com corrente minoritária 32c pode ser feita para remover somente uma quantidade mínima de material de corpo verde ou para refinar um corte prévio. Assim, uma superfície cortada com corrente de formação de aspecto 32a, superfície cortada com corrente significante 32b e/ou uma superfície cortada com corrente minoritária 32c podem ser partes da superfície externa 16 de um corpo verde modelado por ser cortado com corrente de acordo com a invenção.

A figura 2 ilustra modalidades adicionais de artigos que podem ser formados de um corpo verde 50. Um corpo verde inicial único 50 pode ser cortado com corrente em um corpo verde modelado tendo a forma de uma engrenagem 52, rolete 54, fuso 56 ou qualquer outro artigo desejado.

Isso pode ser feito por um processo de corte com corrente que essencialmente forma a forma desejada a partir do corpo verde inicial 50 retirando o material excessivo. Assim, um corpo verde inicial substancialmente em formato cilíndrico 50 pode ser cortado em uma grande quantidade de formas de corpo verde.

Dessa maneira, o corpo verde inicial 50 pode ser modelado por um processo de corte com corrente de modo a formar uma superfície cortada com corrente 58. Como tal, a superfície cortada com corrente 58 pode incluir toda a superfície externa de modo que a forma da engrenagem 52, que inclui dentes de engrenagem 60 e uma abertura 62, pode ser formada pelo corte do material verde com uma corrente de energia ou corrente de matéria. Assim, os dentes 60 e a abertura 62 podem ser definidos, cada um, por uma superfície cortada com corrente 58.

Similarmente, a superfície cortada com corrente 58 pode ser cortada no corpo verde inicial 50 de modo a formar a forma de um rolete 54. Como mostrado, o rolete 54 inclui uma superfície cortada com corrente externa anular 58 que é substancialmente lisa. Também, uma abertura 64 definida por uma superfície cortada com corrente lisa 58 pode ser perfurada através do corpo verde inicial 50.

Alternativamente, um fuso 56 tendo uma superfície cortada com corrente 58 pode ser cortado com corrente do corpo verde inicial 50.

Embora várias modalidades de corpos verdes modelados tenham sido representadas e descritas, a presente invenção não é limitada a tais formas. Dessa maneira, um corpo verde modelado pode ser de qualquer forma que pode ser cortada e sinterizada como descrito aqui. Isto é, qualquer forma ou artigo preparado da sinterização pode ser preparado como um corpo verde modelado de acordo com a presente invenção.

As figuras 3A e 3B ilustram modalidades de uma superfície cortada com corrente 70, A superfície cortada com corrente 70 da figura 3A inclui uma topologia 72 que define aspectos na superfície exterior de um corpo verde 74. Nessa modalidade, a topologia 72 inclui uma pluralidade de elevações irregulares macroscópicas, que podem ser na forma de protuberâncias

76, recessos 78 e/ou cortes inferiores 80, e resultam em uma superfície substancialmente desigual ou áspera 81. As elevações irregulares maiores podem também incluir elevações irregulares microscópicas ou menores, que podem ser micro-protuberâncias 82, micro-recessos 84 e microcortes inferiores 86.

Alternativamente, como mostrado na figura 3B, a superfície de corte com corrente 70 pode ser cortada com uma corrente de energia ou corrente de matéria em uma maneira qüe resulta em uma topologia 72 que define uma superfície substancialmente lisa 88. Assim, o corpo verde 74 pode ser configurado para ter uma topologia ou superfície variando de substancialmente desigual (figura 3A) até substancialmente lisa (figura 3B).

A topologia 72 caracterizada pela superfície desigual ou áspera 81 ou superfície lisa 88 pode ser compreendida de um aglutinante mantendo uma pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas juntas para formar o corpo verde 74. Em uma modalidade, uma porção das partículas de metal na topologia 72 é fundida em conjunto para formar uma camada de superfície fundida. Em uma outra modalidade, as partículas que podem ser sinterizadas na topologia 72 são aderidas em conjunto com o aglutinante fundido.

Em ainda uma outra modalidade, uma porção da topologia 72 inclui uma camada chamuscada ou escurecida, especialmente quando formada por uma corrente de energia tal como um laser. A camada chamuscada ou escurecida pode ser caracterizada por aspectos de superfície que resultam da vaporização, fusão e/ou queima do aglutinante que acompanha o processo de corte do corpo verde 74 com a corrente de energia que aquece a superfície para uma temperatura quente.

IV. Fabricação de Corpos Verdes e Artigos Sinterizados

As figuras 4-10 ilustram vários diagramas esquemáticos de modalidades dos sistemas de processamento e equipamento que podem ser usados durante a formação de corpos verdes e artigos sinterizados preparados a partir deles. Deve ser reconhecido que esses são somente exemplos de representações esquemáticas dos sistemas de processamento e equipamento, e várias modificações podem ser feitas neles de modo a preparar os corpos verdes inventivos e os artigos sinterizados. Dessa maneira, os vários sistemas e equipamentos atualmente conhecidos ou posteriormente desenvolvidos para a preparação da maior parte dos tipos de corpos verdes que podem ser sinterizadas e artigos sinterizados são considerados para ser incluídos dentro do escopo dessa decrição. Também, as representações esquemáticas não devem ser interpretadas em qualquer maneira limitadora quanto à disposição, forma, tamanho, orientação ou presença de qualquer um dos aspectos descritos em conjunto com elas. Com isso dito, uma descrição mais detalhada dos exemplos de alguns dos sistemas e equipamentos que podem preparar os corpos verdes e artigos sinterizados de acordo com a presente invenção é agora provida.

A figura 4 é um diagrama esquemático ilustrando uma modalidade geral de um sistema de modelagem 100 para a preparação de um corpo verde modelado a partir de um corpo verde inicial. Inicialmente, as partículas que podem ser sinterizadas são obtidas de um suprimento de partícula 102 e o aglutinante orgânico é obtido de um suprimento de aglutinante orgânico 104. As partículas que podem ser sinterizadas e o aglutinante orgânico são então introduzidos em um aparelho de mistura 106 para preparar uma mistura. A mistura é então introduzida em um aparelho de moldagem 108, que forma um corpo verde inicial ou intermediário 110 de uma forma inicial desejada. O corpo verde inicial 110 pode ser caracterizado como tendo uma superfície exterior que é substancialmente na forma da cavidade do molde definida pelo aparelho de moldagem 108.

O corpo verde inicial ou intermediário 110 tendo a forma da cavidade do molde é então suprido para dentro de um aparelho de corte com corrente 112. O aparelho de corte com corrente 112 pode, em algum ponto, ficar em comunicação com um gerador de imagem virtual tridimensional (3D) 114, que pode criar uma imagem virtual 3-D da forma desejada do corpo verde modelado 116. Alternativamente, a imagem virtual 3-D pode ser criada dentro do gerador de imagem virtual 3-D 114 e a seguir armazenada em um dispositivo de armazenamento de dados, que é então provido para o aparelho de corte com corrente 112.

Em qualquer eventualidade, o aparelho de corte com corrente 112 é capaz de cortar com corrente o corpo verde inicial 110 em um corpo verde modelado 116. De preferência, o aparelho de corte com corrente 112 usa tecnologia guiada por computador para direcionar uma corrente de energia e/ou uma corrente de matéria de modo que uma forma precisa é formada no material do corpo verde. Como representado, o corpo verde modelado 116 pode ser preparado na forma de uma engrenagem ou qualquer outra forma cortada com corrente desejada.

A figura 5 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade geral de um sistema de sinterização 120 para sinterizar um corpo verde modelado em um corpo sinterizado. Um corpo verde modelado 124 pode ser obtido pela utilização de um sistema de modelagem 100, como representado na figura 4. Alternativamente, várias outras modalidades de sistemas de modelagem de acordo com a presente invenção podem prover o corpo verde modelado 124. Em qualquer eventualidade, o corpo verde modelado 124 é introduzido em um aparelho de sinterização 126. O aparelho de sinterização 126 então sinteriza as partículas que podem ser sinterizadas em conjunto e remove o aglutinante dos espaços intersticiais. Em alguns casos, pode ser preferível que o aglutinante seja removido por ser fundido ou vaporizado tal como através de um processo de anulação da ligação.

Depois de sinterizar o material de corpo verde, um corpo sinterizado 128 é removido do aparelho de sinterização 126. Uma comparação do corpo sinterizado 128 com o corpo verde modelado 124 mostra que a sinterização reduziu o volume do artigo por aproximadamente 10% a cerca de 30% de acordo com uma modalidade preferida. Opcionalmente, o corpo sinterizado 128 pode então ser processado através de um aparelho de acabamento 130 que pode também refinar o corpo sinterizado em um artigo acabado 132. Muitos processos podem ser usados para acabar um artigo sinterizado, que dependem da natureza do acabamento. Exemplos de tais processos de acabamento incluem esmerilhação, jato de areia, rebatimento de impacto, revestimento com pó, pintura e similares.

V, Fabricação das Composições de Partícula-Aglutinante

A figura 6 é um diagrama esquemático ilustrando modalidades de um sistema de processamento de partícula-aglutinante 200 de acordo com a presente invenção. As várias modalidades dos sistemas de processamento de partícula-aglutinante 200 descritos abaixo podem ser representadas pelo aparelho de mistura geral 106 descrito na figura 4. Mais particularmente, o sistema de processamento de partícula-aglutinante 200 pode ser usado para misturar as partículas e o aglutinante em conjunto de modo a formar uma mistura que é capaz de ser introduzida em um molde para a preparação de um corpo verde de acordo com a presente invenção.

Em uma modalidade, partículas que podem ser sinterizadas podem ser mantidas em um recipiente de armazenamento de partícula 202 tais como um recipiente, caixa de armazenamento, funil alimentador, misturador e similares. Uma solução de suspensão para suspender as partículas que podem ser sinterizadas pode ser mantida em um recipiente de suspensão 208. Adicionalmente, o aglutinante A pode ser similarmente mantido dentro de um recipiente de armazenamento de aglutinante 204 e um solvente de aglutinante para dissolver ou suspender o aglutinante pode ser mantido em um recipiente de solvente 210.

Dessa maneira, as partículas do recipiente 202 podem ser combinadas com a solução de suspensão do recipiente 208. A solução de suspensão é compatível com as partículas de modo a formar uma suspensão de partícula ou outra composição fluida que é capaz de ser processada para preparar a composição de partícula-aglutinante. A solução de suspensão pode ser compreendida de um solvente orgânico ou água, e pode incluir éteres de celulose para conceder características de cisalhamento não Newtonianas ou espessamento para manter as partículas em suspensão. Como tal, as partículas e a solução da suspensão podem ser combinadas no recipiente de partícula 202, recipiente de suspensão 208 ou um misturador 206. Similarmente, o aglutinante A do recipiente 204 pode ser combinado com o solvente do recipiente 210, onde a combinação pode ser executada dentro do recipiente do aglutinante A 204, recipiente do solvente 210 ou o misturador 206. Como tal, o solvente pode ser misturado com o aglutinante A para dissolver o aglutinante A ou formar uma suspensão fluente com ele. A mistura de aglutinante A e solvente pode ser útil na preparação da composição de partícula-aglutinante com as partículas e com ou sem a solução de suspensão.

Em uma modalidade, as partículas suspensas são supridas para dentro do misturador 206. Adicionalmente, o aglutinante A suspenso ou dissolvido no solvente pode também ser suprido para dentro do misturador 206. O misturador 206 pode ser um misturador de elevada mudança ou um misturador de baixa velocidade que é configurado para formar uma composição compreendida de partículas e aglutinante A. Adicionalmente, a solução da suspensão e/ou o solvente pode melhorar a mistura por ser miscível ou imiscível. Em qualquer caso, uma composição de partícula-aglutinante pode ser preparada no misturador 206. Alternativamente, as partículas sem a solução da suspensão são misturadas no misturador 206 com o aglutinante A com ou sem o solvente.

Em uma modalidade, as partículas suspensas podem ser combinadas com o aglutinante A no misturador 206 sem o solvente do aglutinante. Como tal, o aglutinante A pode ser aquecido pela unidade de aquecimento 220 em uma maneira que liquefaz o aglutinante A. Por liquefazer o aglutinante A com a unidade de aquecimento 220, o aglutinante pode ser facilmente manipulado e injetado no misturador 206. Como tal, a unidade de aquecimento 202 pode ser configurada para suprir calor para o recipiente do aglutinante A 204, ou alternativamente, o aglutinante A pode ser suprido para dentro da unidade de aquecimento 220. Em qualquer eventualidade, o aglutinante A é aquecido de modo a ficar fluente, onde um aglutinante fluido pode ser facilmente injetado no misturador 206. No caso em que o aglutinante A é liquefeito pelo calor sem a ajuda do solvente, a suspensão de partícula pode possibilitar maior mistura entre as partículas e o aglutinante A. Alternativamente, as partículas sem a solução da suspensão são misturadas com o aglutinante aquecido no misturador 206.

Em uma modalidade, partículas secas do recipiente 202 e o aglutinante A do recipiente 204 podem ser supridos diretamente para dentro do misturador 206 sem qualquer solução de suspensão, solvente ou calor. Nesse caso, o misturador 206 pode ser um misturador de granulação seca, que pode granular e combinar as partículas e o aglutinante A em uma composição granulada homogênea. Dessa maneira, uma tal composição granulada pode ser também processada de acordo com a presente invenção.

Em uma modalidade, as partículas do recipiente 202 com ou sem a solução de suspensão do recipiente 208 podem ser supridas para dentro do vaso de condicionamento 212. O vaso de condicionamento 212 pode conter um condicionador (por exemplo, composição de condicionamento) para condicionar as partículas em uma maneira para melhorar a mistura com o aglutinante. Um tal condicionador pode ser qualquer um de várias ceras, poliolefinas, dispersantes, agentes de modificação da reoiogia, tensoativos e materiais semelhantes de modo a melhorar a capacidade das partículas serem combinadas, revestidas e/ou intercaladas dentro do aglutinante A. Em uma modalidade, o condicionador pode ser um aglutinante orgânico. Depois da mistura, o condicionador pode pelo menos parcialmente revestir as partículas em uma maneira que aumenta a interação entre as partículas e o aglutinante A. Assim, as partículas que foram condicionadas no condicionador 212 podem então ser supridas para dentro do misturador 206 junto com o aglutinante A.

Por outro lado, depois que as partículas são supridas para dentro do vaso de condicionamento 212, pode ser benéfico introduzir as partículas condicionadas em uma unidade secadora/resfriadora 214. Como tal, o condicionador pode compreender um solvente volátil de modo que quando o secador 212 é aquecido, o solvente é vaporizado deixando partículas condicionadas secas. Por outro lado, o vaso de condicionamento 212 pode ser aquecido de modo que o resfriador 214 resfria as partículas condicionadas antes de serem também processadas. Qualquer uma das partículas condicionadas secas ou esfriadas pode ser também processada sendo misturadas no misturador 206.

Em qualquer eventualidade, independente de como as partículas ou o aglutinante A foram processados, o misturador 206 pode ser configura24 do para prover uma composição substancialmente homogênea compreendida das partículas e do aglutinante A.

Em uma modalidade, o misturador 206 pode ser configurado para ser uma extrusora. Dessa maneira, uma tal extrusora pode ser uma extrusora de hélice única, extrusora de hélice dupla ou uma extrusora do tipo de pistão. Isso pode ser benéfico de modo a produzir um extrusado compreendido de partículas e aglutinante A. A extrusora pode incluir elementos de aquecimento para aumentar a temperatura da composição de partículaaglutinante quando aglutinantes termoplásticos são usados. Os elementos de aquecimento podem vaporizar quaisquer solventes, e também aumentar a composição para uma temperatura suficiente para ser extrusada.

Em uma modalidade, independente de como a composição de partícula-aglutinante é preparada, uma tal composição pode ser suprida para dentro do secador/resfriador 214. O secador 214 é configurado para remover qualquer solvente ou outras substâncias voláteis da mistura. Dessa maneira, a composição seca pode ter um conteúdo de umidade menor do que cerca de 20% em peso úmido, mais preferivelmente menos do que cerca de 10% em peso úmido e mais preferivelmente ainda menos do que cerca de 5% em peso úmido. Alternativamente, o resfriador 214 pode diminuir a temperatura de uma mistura aquecida (por exemplo, extrusada) tal que ela pode ser mais processada. O resfriador 214 pode diminuir a temperatura para cerca de 35°C, ou mais preferivelmente cerca de 30°C e mais preferivelmente ainda menos do que cerca de 25°C.

Em uma modalidade, a composição obtida no misturador 206 pode preceder qualquer secagem/resfriamento, e pode ser diretamente suprida para dentro do peletizador 216; especialmente quando na forma de um extrusado. Alternativamente, a composição seca ou resfriada obtida do secador/resfriador 214 pode ser suprida para dentro do peletizador 216. Em qualquer eventualidade, a composição de partícula-aglutinante pode ser peletizada de modo a formar pequenos péletes tendo vários tamanhos ou formas. Tais formas podem ser relativamente esféricas, irregulares e/ou entalhadas.

O peletizador 216 pode ser configurado para cortar a composição de partícula-aglutinante seca ou resfriada em péletes ou contas tendo uma variedade de tamanhos. Por exemplo, o peletizador 216 pode formar péletes tendo um diâmetro médio de cerca de 0,2 mm a cerca de 2 cm, mais preferivelmente na faixa de cerca de 0,3 mm a cerca de 1 cm e mais preferivelmente ainda em uma faixa de cerca de 0,5 mm a cerca de 0,8 cm. Entretanto, qualquer tamanho de pélete pode ser obtido porque o tamanho do corpo verde modelado e suas características de superfície podem ser determinados do tamanho do pélete.

Em uma outra modalidade, poderia ser preferível que a composição de partícula-aglutinante fosse removida do misturador 206 em uma forma ou uma consistência útil para processamento adicional 218 para um intermediário de corpo verde de acordo com a presente invenção.

Em uma modalidade, um aglutinante adicional B pode ser mantido em um recipiente de armazenamento de aglutinante B 222 e pode ser utilizado de modo a formar um sistema de partícula-aglutinante tendo pelo menos dois tipos de aglutinantes. Como tal, pode ser benéfico formar uma composição de partícula-aglutinante A como descrito aqui, e a seguir processar mais uma tal composição com o aglutinante B adicional. O aglutinante B obtido do recipiente 222 pode ser processado similar ao aglutinante A do recipiente 204 sendo dissolvido ou suspenso em um solvente do recipiente 210, ou sendo liquefeito pela unidade de aquecimento 220. Dessa maneira, o aglutinante B pode ser suprido para dentro do misturador 206 com a composição de partícula-aglutinante A, que pode formar uma composição de aglutinante duplo.

Alternativamente, depois que os péletes de partícula-aglutinante A foram preparadas no peletizador 216, tais péletes podem ser supridos para dentro do misturador 206 junto com o aglutinante B. Os péletes obtidos do peletizador 216 podem ser substancialmente revestidas com o aglutinante B, ou ficar suspensas dentro do aglutinante B. Também, as partículas combinadas com o aglutinante A e o aglutinante B podem então passar por processamento adicional como descrito aqui depois de serem misturadas no misturador 206.

Em uma outra modalidade, o processamento das partículas e aglutinantes de modo a formar uma composição de partícula-aglutinante pode ser executado em um aparelho pulverizador/de jato líquido 224. Como tal, as partículas do recipiente 202 podem ser supridas para dentro do aparelho pulverizador/de jato líquido 224. Opcionalmente, tais partículas podem ser supridas por um transportador ou outro meio de sujeição das partículas de modo que elas podem ser pulverizadas com um aglutinante liquefeito. Isso pode incluir um transportador vibratório ou outro tipo de suporte tal que as partículas podem ser pulverizadas facilmente em todos os lados ou superfícies.

Em uma modalidade, o aparelho pulverizador/de jato líquido 224 pode ter uma torre de pulverização semelhante a coluna configurada com bicos para pulverizar o aglutinante. Nessa modalidade, as partículas podem ser supridas para dentro do aparelho pulverizador/de jato líquido 224 sendo soltas do topo da torre de pulverização de modo a caírem livremente além dos bicos pulverizando o aglutinante de modo a pelo menos parcialmente revestir as partículas. Adicionalmente, qualquer um dos processos de pulverização pode ser pré-formado com partículas que foram suspensas ou condicionadas, ou previamente revestidas com um aglutinante.

Independente da composição de partícula-aglutinante formada dentro do aparelho pulverizador/de jato líquido 224, uma tal composição pode ser suprida para dentro de um aparelho secador/resfriador 226 de modo a secar e remover qualquer solvente volátil de acesso, ou resfriar a composição de partícula-aglutinante. Como tal, a composição de partícula-aglutinante pode ser seca ou resfriada com o aparelho 226 de modo a ser preparada para processamento adicional 228 de acordo com a presente invenção.

Embora modalidades de equipamento, sistemas e métodos para a preparação de uma composição de partícula-aglutinante tenham sido descritas em conjunto com a figura 6, vários outros equipamentos, sistemas e métodos podem ser usados de modo a formar uma composição de partículaaglutinante de modo a preparar um corpo verde inicial ou intermediário. Co27 mo tal, os processos de preparação de um corpo verde inicial serão discutidos em mais detalhes abaixo.

VI. Moldagem de Corpos Verdes

Com referência agora novamente à figura 4 e mais particularmente ao aparelho de moldagem 108, modalidades de sistemas e processos para a moldagem de corpos verdes são descritos em mais detalhes. Como tal, o aparelho de moldagem 108 pode receber qualquer uma das composições de partícula-aglutinante preparadas de acordo com a presente invenção e/ou descritas em conjunto com a figura 6.

Em qualquer eventualidade, a composição de partículaaglutinante pode ser suprida para dentro do aparelho de moldagem 108, que pode ser operado por qualquer um dos esquemas bem-conhecidos para prover um artigo moldado. Como tal, o aparelho de moldagem 108 pode ser operado em altas temperaturas e/ou em altas pressões de modo a formar um corpo moldado. Rode ser benéfico operar o aparelho de moldagem em uma maneira que gera uma alta pressão, de modo que as partículas podem ser firmemente pressionadas juntas. Dessa maneira, quaisquer vazios, cavidades de ar ou outras anomalias dentro da composição de aglutinante partícula podem ser pressionados para fora e removidos de modo que um artigo moldado de forma estável pode ser preparado.

Em uma modalidade, o aparelho de moldagem 108 pode ser configurado para ter corpos de molde móveis que podem comprimir a composição de partícula-aglutinante durante a moldagem. Dessa maneira, um primeiro volume da composição de partícula-aglutinante pode ser suprido para dentro do aparelho de moldagem 108 até que ele fique substancialmente cheio e a seguir por uma técnica de moldagem à compressão, o aparelho de moldagem pode diminuir o volume da composição de partículaaglutinante. Pela compressão da composição, um intermediário de corpo verde moldado mais denso pode ser obtido. Tal compressão pode também ser realizada aumentando a pressão dentro do molde usando algum tipo de aparelho extrusor tal como uma extrusora de pistão ou diminuindo o volume da cavidade do molde dentro do aparelho de moldagem 108.

Em uma modalidade, um método de moldagem de um intermediário de corpo verde pode incluir injetar uma composição de partículaaglutinante em um molde sob alta pressão e/ou temperatura tal como na moldagem a injeção. Alternativamente, o aglutinante e as partículas que podem ser sinterizadas podem ser injetados em um molde como correntes de alimentação separadas que são entregues em tempos diferentes ou simultaneamente. Quando as partículas e o aglutinante são injetados como alimentações separadas, pode ser vantajoso que o aglutinante facilmente revista as partículas tendo um grande trabalho de adesão com relação às partículas ou seja aquecido e misturado com as partículas no molde.

Adicionalmente, o aparelho de moldagem 108 pode ser configurado para operar pela moldagem a injeção, moldagem a fundição, moldagem a compressão, moldagem térmica ou qualquer outra técnica de moldagem.

Em uma modalidade, o intermediário do corpo verde pode ser formado aumentando a temperatura e/ou a pressão de modo que as partículas que podem ser sinterizadas e o aglutinante são pressionados juntos na forma da cavidade do molde. Dessa maneira, o molde pode aumentar a temperatura das partículas e aglutinante de cerca de 80°C para cerca de 400°C e mais preferivelmente de cerca de 100°C a cerca de 380°C e mais preferivelmente ainda de cerca de 120°C a cerca de 340°C. Também, as partículas e o aglutinante podem ser pressionados juntos em uma faixa de pressão de cerca dè 2 MPa a cerca de 200 MPa, mais preferivelmente cerca de 10 MPa a cerca de 200 MPa e mais preferivelmente ainda cerca de 100 MPa a cerca de 200 MPa.

A forma da cavidade do moide dentro do aparelho de moldagem 108 pode ser uma forma geral tais como um cubo, cilindro, esfera e similares. Alternativamente, a cavidade do molde pode ter uma forma complexa que é similar à forma do artigo final preparado do intermediário do corpo verde moldado.

Além do mais, muitas variações podem ser feitas no processo de moldagem executado dentro do aparelho de moldagem 108 de modo a obter um artigo moldado que é um intermediário do corpo verde.

VII. Geração de Imagens Virtuais

A figura 7 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema de varredura 230 (por exemplo, sistema de varredura e modelagem 230) de acordo com a presente invenção. Um tal sistema de varredura 230 pode ser usado como pelo menos parte do gerador de imagem virtual tridimensional (3-D) 114 da figura 4. Dessa maneira, o sistema de varredura 230 inclui um sistema de computador 232 de modo a controlar o movimento dos vários componentes de varredura provendo dados de controle para o controlador de varredura 236. Também, o sistema de computador 232 pode controlar qualquer aquisição de dados e direcionar quaisquer dados de imagens gerados durante a varredura para serem salvos em um dispositivo de armazenamento de dados 243. Os dispositivos de armazenamento de dados 234 são bem-conhecidos na técnica, e podem incluir, mas não são limitados a, unidades flexíveis, unidades de disco rígido, unidades de disco magnético, unidades de disco ótico, memória de acesso de leitura (RAM), memória somente de leitura (ROM) e similares. O sistema de varredura pode operar similarmente a qualquer um dos vários protocolos de varredura bemconhecidos e posteriormente desenvolvidos.

Em qualquer eventualidade, o controlador de varredura 236 fica em comunicação com o sistema de computador 232. isso permite que o sistema de computador 232 seja programado por um usuário de modo a manipular e controlar o desempenho do controlador de varredura 236. Depois que um protocolo de varredura é inserido no controlador de varredura 236, o controlador de varredura 236 controla um emissor 238, que é configurado para emitir um feixe de varredura 240a para a superfície 242 do corpo sendo varrido 244. Um feixe de varredura 240a direcionado para a superfície 242 do corpo 244a pode possibilitar a aquisição de dados de imagem 3-D. Tais---dados adquiridos pelo controlador de varredura 236 podem ser armazenados no dispositivo de armazenamento de memória 234 como dados brutos ou dados que foram manipulados para gerar uma imagem 3-D virtual do corpo 244a.

Adicionalmente, de modo a facilitar a varredura do corpo 244a, o sistema de varredura 230 pode incluir uma torre 246 que pode girar o corpo 244a bem como um aspecto mecânico 248 que pode possibilitar o movimento lateral nos eixos x, y e z, bem como girar ao redor dos eixos x, y e z. Como tal, uma imagem virtual 3-D pode ser obtida e armazenada dentro do dispositivo de armazenamento de memória 234 de modo a ser utilizável em vários programas de desenho auxiliados por computador (CAD). Pela aquisição de uma imagem virtual 3-D do corpo 244a, um usuário pode manipular uma tal imagem virtual de modo a obter uma imagem virtual 3-D exata ou precisa da forma desejada do corpo verde e artigo sinterizado.

Em qualquer eventualidade, um modelo do artigo acabado desejado pode ser colocado dentro do sistema de varredura 230 de modo que a varredura destrutiva ou não destrutiva pode ser usada para criar uma imagem virtual. Tais tecnologias de varredura destrutiva e não destrutiva bem como o equipamento e software associados que são usados para gerar imagens virtuais tridimensionais são bem-conhecidos. Adicionalmente, pode também ser possível criar uma imagem 3-D usando um programa de CAD de modo que a forma do corpo verde é criada inteiramente a partir de uma imagem virtual sem um modelo. Também, programas de CAD podem ser usados para tirar qualquer imagem virtual e alterar a forma e o tamanho de modo a prover a forma desejada do corpo verde.

VIII, Corte com Corrente dos Corpos Verdes

Com referência novamente à figura 4, detalhes mais particulares para as modalidades do aparelho de corte com corrente 112 são descritos de acordo com a presente invenção. O aparelho de corte com corrente 112 pode ser configurado para ter ou usar uma variedade de técnicas de corte com corrente. Tais técnicas de corte com corrente podem utilizar correntes de energia e/ou correntes de matéria. As correntes de energia incluem fótons, radiação eletromagnética, materiais atômicos e subatômicos, como descrito acima. Por outro lado, as correntes de matéria são consideradas para incluir materiais maiores do que as partículas da escala atômica e podem ser de tamanho microscópico ou macroscópico. Em qualquer eventualidade, o aparelho de corte com corrente 112 é projetado para direcionar uma corrente de energia ou uma corrente de matéria do corpo verde inicial 110 preparado no aparelho de moldagem 108, como descrito acima em conjunto com a figura 4.

Com referência novamente à figura 7, o diagrama esquemático também representa uma modalidade de um sistema de modelagem 230 (por exemplo, sistema de varredura e modelagem). O sistema de modelagem 230 pode ser utilizado dentro do aparelho de corte com corrente 112 da figura 4. O sistema de modelagem 230 pode ser opcionalmente combinado com o sistema de varredura 230 de modo a ser um sistema de varredura e modelagem 230, como descrito em mais detalhes, abaixo. Em qualquer eventualidade, o sistema de modelagem 230 pode adquirir a imagem virtual 3-D previamente gerada do sistema de computador 232 ou do dispositivo de armazenamento de dados 234.

O sistema de modelagem 230 pode incluir um controlador de matéria 250 e/ou um controlador de energia 252 em comunicação com o sistema de computador 232. O controlador de matéria 250 pode possibilitar que o emissor 238b emita uma corrente de matéria 240b para ser direcionada em uma superfície 242b de um corpo verde 244b que está sendo modelado. O controlador de matéria 250 pode controlar o emissor 238 de modo que uma corrente de matéria 240b, tal como substâncias químicas, água, areia ou outros particulados, pode ser direcionada no corpo verde 244b. A corrente de matéria 240b pode modelar o corpo verde 244b de acordo com a imagem virtual armazenada no dispositivo de armazenamento de dados 234 do sistema de computador 232.

Em uma outra modalidade, o controlador de energia 252 pode controlar o emissor 238c para emitir uma corrente de energia 240c, tais como um laser, feixe eletrônico, feixe iônico ou semelhante, para o corpo verde 244b para obter uma forma de acordo com a imagem virtual.

Em vista da descrição geral precedente de um sistema de modelagem de acordo com a presente invenção, os vários tipos de correntes de energia e correntes de matéria que podem ser usados aqui serão agora descritos em mais detalhes. Como tal, as modalidades seguintes dos aparelhos de corte com corrente podem ser utilizadas dentro do aparelho de corte com corrente 112 da figura 4, bem como no sistema de modelagem 230 da figura

7.

Em uma modalidade, a corrente de energia pode cortar e modelar o intermediário do corpo verde gerando calor no local onde a corrente intercepta o material do corpo verde. Como tal, a energia pode ser usada para gerar calor de modo a ter uma interação térmica com o aglutinante e as partículas que podem ser sinterizadas. A interação térmica pode elevar a temperatura local para um ponto que pode cortar, anular a ligação, fundir e/ou vaporizar porções da composição de aglutinante-partícula do resto do material de corpo verde volumoso.

Dessa maneira, uma modalidade do aparelho de corte com corrente pode operar e modelar o intermediário do corpo verde por interações térmicas. Como tal, qualquer um dos processos térmicos descritos aqui pode ser usado para o corte térmico. Por exemplo, tais interações térmicas podem surgir do tratamento com feixe de laser, usinagem com feixe de laser, usinagem com feixe eletrônico, usinagem com descarga elétrica, usinagem com feixe iônico e usinagem com feixe de plasma. Assim, uma superfície cortada com corrente pode ser uma superfície cortada com laser, superfície cortada com feixe eletrônico, superfície cortada com descarga eletrônica, superfície cortada com feixe iônico ou uma superfície cortada com feixe de plasma.

Em uma modalidade, desde que as concentrações de composição do corpo verde são conhecidas como sendo compreendidas de uma quantidade substancial de material de ligação, o processo de corte térmico pode exigir menos energia em comparação com técnicas similares usadas para artigos de metal ou cerâmicos sinterizados ou de outra forma endurecidos. Como tal, conhecendo as propriedades térmicas do aglutinante, exigências de energia precisas podem ser calculadas de modo que o feixe térmico provê a energia apropriada ou mínima para a fusão e/ou a vaporização do aglutinante sem significativamente fundir ou sinterizar no ponto as partículas que podem ser sinterizadas. Alternativamente, a energia pode ser aumentada de modo a fundir e/ou sinterizar no ponto as partículas que podem ser sinterizadas.

Por exemplo, feixes de laser são uma forma comum de uma corrente de energia que pode ser usada no aparelho de corte com corrente 112. Máquinas de corte a laser típicas podem produzir com precisão contornos exteriores complexos no corpo verde porque um feixe de laser tem geralmente entre cerca de 0,02 mm a cerca de 0,2 mm de diâmetro na superfície de corte e pode ter uma potência que varia até aproximadamente 2.000 watts; entretanto, os benefícios da invenção atual incluem o uso de laseres motorizados inferiores. Adicionalmente, existem casos onde um laser é preferido sobre todas as outras técnicas de corte com corrente por causa da natureza do artigo resultante, bem como das características do corpo verde.

Dessa maneira, um laser pode cortar os corpos verdes, onde a potência do laser ou o calor gerado podem depender da composição do material a ser cortado. A capacidade de variar a potência do laser surge devido ao uso de aglutinantes e/ou partículas que podem ser sinterizadas diferentes. A potência do laser é definida como a taxa na qual a energia é entregue pelo feixe e é geralmente medida em unidades como joules/segundo ou watts.

Por exemplo, os laseres tipicamente usados na cirurgia a laser têm uma potência na ordem de cerca de 10 watts, e uma tal baixa wattagem pode ser usada para fundir alguns aglutinantes para modelar o corpo verde. Por outro lado, os laseres tipicamente usados no corte de aço endurecido, tais como laseres YAG ou eximer, podem ter uma potência de cerca de 2.000 watts. Dessa maneira, corpos verdes com aglutinantes mais moles podem ser modelados com laseres operando abaixo de cerca de 500 watts, mais preferivelmente abaixo de cerca de 400 watts e mais preferivelmente ainda abaixo de cerca de 200 watts. Alternativamente, aglutinantes mais duros ou adicionalmente a fusão e/ou vaporização das partículas de metal ou cerâmica pode usar laseres operando acima de cerca de 500 watts, mais preferivelmente acima de cerca de 750 watts e mais preferivelmente ainda acima de cerca de 1.000 watts.

Em uma modalidade, a usinagem com descarga elétrica é usada para modelar um corpo de metal verde. Como tal, a usinagem com descarga elétrica é capaz de cortar todos os tipos de materiais condutores tal como metal exótico incluindo tais como titânio, hastaloy, covar, inconel, aços de ferramentas duros, carbetos e similares. Na descarga elétrica, a interação principal entre a corrente de energia e o corpo verde é térmica, onde o calor é gerado pela produção das descargas elétricas. Isso pode levar o material do corpo verde ser removido pela fusão e evaporação. Alguns exemplos de usinagem com descarga elétrica incluem usinagem com descarga eletrônica de fio, usinagem com descarga elétrica controlada por CNC, usinagem com descarga elétrica para perfurar, usinagem com descarga de furo pequeno e similares.

Em uma outra modalidade, o aparelho de corte com corrente 112 pode usar um feixe de partícuia carregada, onde os feixes de partícula carregada são exemplificados por feixes eletrônicos e feixes iônicos. Um feixe com partícula carregada é um grupo de partículas eletricamente carregadas que tem aproximadamente a mesma energia cinética e se move aproximadamente na mesma direção. Geralmente, as energias cinéticas são muito maiores do que as energias térmicas de partículas similares em temperaturas comuns. A alta energia cinética e a capacidade de direção desses feixes carregados podem ser úteis para cortar e modelar os corpos verdes, como descrito aqui. Adicionalmente, existem alguns casos onde feixes eletrônicos ou feixes iônicos são preferidos sobre as outras técnicas de corte.

Em uma modalidade, o aparelho de corte com corrente 112 pode usar uma corrente de matéria química de modo a modelar o corpo verde. A fresagem com jato químico, por exemplo, provê a remoção seletiva e controlada do material pela ação do jato e química. Como tal, o processo é similar ao corte com jato de água, que é descrito em mais detalhes abaixo. Em qualquer eventualidade, a fresagem com jato químico pode ser útil para remover vários tipos de aglutinantes do material de corpo verde volumoso, que provê capacidades de modelagem intrincadas. Mais particularmente, aglutinantes que podem ser quimicamente dissolvidos por certas soluções ou solventes podem ser quimicamente fresados direcionando uma corrente das substâncias químicas reativas.

Em uma outra modalidade, a modelagem eietroquímica pode ser baseada em um processo de dissolução eletroquímico controlado similar à fresagem com jato químico de um corpo verde compreendido de uma partícula que pode ser sinterizada de metal. Como tal, o corpo de metal verde é preso em uma fonte elétrica de modo a permitir que uma corrente elétrica ajude na modelagem.

Em uma modalidade, pode ser benéfico que o aparelho de corte com corrente 112 seja configurado como um aparelho de hidrocorte ou cortador com jato de água. O hidrocorte é essencialmente uma tecnologia com jato de água que usa a alta força e a alta pressão de uma corrente de água direcionada no corpo verde de modo a cortar e modelar o corpo verde como desejado. O hidrocorte pode ser preferido sobre algumas das outras tecnologias de corte com corrente porque ele pode ser livre de calor, chama e reações químicas e pode prover uma técnica de modelagem a frio precisa. Entretanto, água aquecida com ou sem dopagem com substâncias químicas reativas pode também ser usada.

Um aparelho de hidrocorte típico para materiais endurecidos pode usar cerca de 9,46 litros/minuto (2,5 galões de água por minuto) direcionados no corpo verde em cerca de 276,000 KPa (40.000 psi) como uma corrente única. Por exemplo, um aparelho de hidrocorte de acordo com a presente invenção pode usar de cerca de 0,95 litros/minuto (0,25 galões/minuto) a aproximadamente 56,8 litros/minuto (15 galões/minuto), mais preferivelmente de cerca de 1,89 litros/minuto (0,5 galões/minuto) a aproximadamente 37,85 iitros/minuto (10 galões/minuto), até mesmo mais preferivelmente de cerca de 3,79 litros/minuto (1 galão/minuto) a cerca de 18,93 litros/minuto (5 galões/minuto) e mais preferivelmente ainda cerca de 7,57 litros/minuto (2 galões/minuto) a cerca de 15,14 litros/minuto (4 galões/minuto). Entretanto, deve ser reconhecido que taxas de fluxo maiores ou menores podem ser usadas e dependem do diâmetro e pressão do fluxo.

Adicionalmente, o aparelho de hidrocorte pode esguichar água em uma força que varia de cerca de 345 KPa (50 psi) a cerca de 414.000 KPa {60.000 psi). Isso é porque existem casos onde pressões menores, tal como de cerca de 345 KPa {50 psi) a 3.450 KPa (500 psi), podem ser usadas para separar aglutinantes mais moles, e alguns casos onde aglutinantes mais duráveis e mais duros podem usar de cerca de 103.500 KPa (15.000 psi) a cerca de 414.000 KPa (60.000 psi), especialmente quando modelando partes maiores tais como partes de automóveis ou aviões ou materiais de construção. Adícionatmente, jatos de água similares a esses usados para finalidades de lavagem podem esguichar água em aproximadamente 6.900 KPa (1.000 psi) a aproximadamente 34.500 KPa (5.000 psi) de modo a modelar um corpo verde ligado com um aglutinante de dureza média. Assim, uma ampla faixa de pressões de água pode ser utilizada.

Além do mais, a corrente de água pode ser usada em diâmetros grandemente variados. Isso é porque o diâmetro do fluxo afeta drasticamente a dificuldade do corte ou cauterização, onde a cauterização de corpos verdes para placas de circuito microeletrônicas pode exigir um fluxo de diâmetro extremamente fino tão pequeno quanto cerca de 0,5 mm e cinzelamento de uma forma áspera e/ou um artigo maior tal como um aro de roda de trator pode usar um diâmetro de fluxo de cerca de 2,54 cm. Entretanto, existem casos onde o uso de um diâmetro maior, tal como cerca de 6 mm, é utilizado primeiro para a modelagem bruta antes que as formas finas e intrincadas sejam feitas com um jato de cerca de 1 mm. Também é considerado que jatos de água com diâmetro maior ou menor podem ser usados.

Adicionalmente, o hidrocorte pode ser melhorado pela introdução de materiais particulados na linha de alimentação da água. Como tal, algumas técnicas de hidrocorte utilizam granada ou outros materiais rígidos e fortes de modo a aplicar uma força de corte abrasiva junto com a força aplicada pela própria água. Também, o processo de hidrocorte na presente invenção pode ser usado com ou sem a inclusão de tais abrasivos.

Adicionalmente, um dos benefícios do hidrocorte é a capacidade de reutilizar e reciclar o material do jato de água gasta. Como tal, os materiais de corpo verde podem ser facilmente separados da água gasta, dessa maneira possibilitando a reciclagem e a reutilização da água durante o pro37 cesso de hidrocorte.

Em uma modalidade, jato de areia, que se adapta dentro do regime de corrente de corte de matéria, pode ser usado para modelar corpos verdes projetando uma corrente de alta energia de partículas de areia no material do corpo verde. O jato de areia corta materiais similares ao hidrocorte, especialmente quando o jato de água é dopado com particulados abrasivos. Adicionalmente, várias outras correntes de particulado diferentes de areia podem ser usadas nas técnicas de corte com corrente e maquinaria.

A figura 8 ilustra uma modalidade de um conjunto de corte com corrente 350. O conjunto de corte com corrente 350 pode ser pelo menos parte do aparelho de corte com corrente 112 como ilustrado na figura 4, e/ou o sistema de modelagem 230 da figura 7. Dessa maneira, o conjunto de corte com corrente 350 pode incluir um suprimento de corrente 352, onde pelo menos uma porção do suprimento de corrente 352 fica contida dentro de um alojamento 354. O suprimento de corrente 352 pode ser configurado para gerar e/ou suprir uma corrente de energia. Alternativamente, o suprimento de corrente 352 pode ser configurado para armazenar e/ou suprir uma corrente de matéria.

Adicionalmente, o alojamento pode opcionalmente incluir um aparelho de mira 356. Como tal, o suprimento de corrente 352 pode ser configurado para suprir uma corrente de energia e/ou uma corrente de matéria para ser direcionada através do aparelho de mira 356, que age para mirar ou adicionalmente direcionar a corrente de energia ou a corrente de matéria para um corpo verde 364. Como tal, o aparelho de mira 356 pode criar uma corrente apontada 358 com uma trajetória apontada para um local de corte 360 no corpo verde 364 de modo que uma superfície cortada com corrente 362 é formada sobre ele.

Em uma modalidade, de modo a possibilitar o corte tridimensional e a modelagem precisos, o corpo verde 364 pode ser retido em uma torre 366 para girar o corpo verde 364. Adicionalmente, o conjunto de corte com corrente 350 pode incluir um aspecto mecânico 368 que é configurado para mover o corpo verde 364 em vários movimentos e/ou rotações tridi38 mensionais de modo que a corrente focalizada 358 pode bater no corpo verde 364 em vários locais de corte 360. O aspecto mecânico 368 junto com a torre 366 pode mover o corpo verde 364 nos eixos x, y e z e girar com uma rotação u ao redor do eixo z, uma rotação “w ao redor do eixo y e rotação v“ ao redor do eixo x. Isso permite que uma estrutura precisa e intrincada seja cortada no corpo verde 364 dentro do conjunto de corte com corrente 350. Alternativamente, o conjunto de corte com corrente pode mover a corrente em relação a um corpo verde estacionário 364, como descrito em mais detalhes abaixo.

Dessa maneira, o aspecto mecânico 386 pode mover e/ou girar o corpo verde 364 sendo equipado com pontos finais emborrachados ou outros maleáveis que contatam o corpo verde 364 de modo a não deformar o corpo verde 364. Como tal, esses pontos finais maleáveis podem prover interações favoráveis com o corpo verde 364 de modo a não deformar, amassar, quebrar ou de outra forma estressar ou fatigar o corpo verde 364 durante o processo de corte com corrente.

Em uma outra modalidade, o alojamento 354 do conjunto de corte com corrente 350 pode incluir um dispositivo de auxílio de gás coaxial 370. Um tal dispositivo de auxílio de gás coaxial 370 pode ser configurado para emitir um gás de auxílio 372 durante o procedimento de corte com corrente. Um gás de auxílio é um fluxo de ar, outro tipo de gás, simultâneo com e frequentemente periférico a, a corrente de energia ou corrente de matéria. Alternativamente, um fluxo de um líquido (por exemplo, fluido de auxílio), tal como água, pode ser usado no lugar de um gás de auxílio. Um aspecto significativo do corte com corrente auxiliado com gás é que o material sendo cortado do corpo é ejetado ou removido pela força do jato de gás coaxial com a corrente de energia ou corrente de matéria para produzir superfícies cortadas com corrente relativamente lisas. Alguns exemplos dos tipos diferentes de gases que podem ser utilizados no corte auxiliado pelo gás incluem oxigênio, nitrogênio, argônio e similares. De preferência, o gás é aplicado em uma pressão até cerca de 15 bar. Informação adicional sobre o gás de auxílio coaxial 372 será descrita abaixo.

Em uma outra modalidade, o conjunto de corte com corrente 350 pode incluir um scanner 374. Similar ao gerador de imagem virtual tridimensional 114 da figura 4, e/ou o sistema de varredura 230 da figura 7, um scanner 374 pode ser implementado no conjunto de corte com corrente 350. O scanner 374 pode ser usado para contínua ou intermitentemente varrer a superfície do corpo verde 364. Dessa maneira, o scanner 374 emite um feixe de varredura 376 para o corpo verde 364 e mais especificamente para qualquer superfície cortada com corrente 362. Isso pode monitorar os locais de corte 360 bem como as superfícies cortadas com corrente 362. Por incluir um scanner 374 no conjunto de corte com corrente 350, o corte e a modelagem podem ser monitorados de modo a garantir que os aspectos formados sobre ele fiquem de acordo, ou substancialmente similares, com a imagem virtual tridimensional. O feixe de varredura 376 e o scanner 374 podem ser uma parte de um recurso de varredura de imagens tridimensionais, como é bem-conhecido na técnica.

Em uma outra modalidade, o conjunto de corte com corrente 350 inclui um assoprador motorizado 378. Embora o conjunto de corte com corrente 350 possa incluir um dispositivo de gás coaxial 370 de modo a emitir um gás de auxílio coaxial 372, tal gás coaxial 372 pode sèr insuficiente para remover grandes pedaços de material verde cortados do corpo verde volumoso 364. Dessa maneira, um assoprador motorizado 378 pode ser usado de modo a soprar forçosamente o ar, gás ou outro fluido através do corpo verde 364 de modo a remover quaisquer particulados ou pedaços grandes de material. Alternativamente, o assoprador motorizado 378 pode ser configurado como um vácuo. Similar ao assoprador motorizado 387, o vácuo pode também ser usado de modo a remover os particulados ou pedaços grandes de material removidos do corpo verde 364. Assim, o assoprador motorizado 378 pode ser usado intermitentemente durante o protocolo de corte com corrente.

Em uma outra modalidade, junto com o dispositivo de gás coaxial 372, o assoprador motorizado 378 pode assoprar um ar de resfriamento ou fluido de modo a resfriar o corpo verde 364. Isso pode ser usado para remover o calor indesejado do corpo verde 364 ou para impedir a fusão indesejada do aglutinante ou partículas que podem ser sinterizadas.

Com referência agora às figuras 9A, 9B e 9C, vários aspectos e elementos de um aparelho de mira 400 são agora ilustrados e descritos. Um tal aparelho de mira 400 pode ser usado com o sistema de modelagem 230 da figura 7, bem como o conjunto de corte com corrente da figura 8.

Em qualquer eventualidade, o aparelho de mira 400 inclui um bico 402 que é configurado para emitir uma corrente de energia 404, como representado pela seta sendo direcionada através dele. Adicionalmente, o bico 402 pode ser configurado para emitir uma corrente de matéria 406, como representado pela pluralidade de pontos fluindo através do bico 402. Dessa maneira, o bico 402 pode ser configurado para apontar a corrente de energia 404 e/ou a corrente de matéria 406 para uma superfície de corte 410 no corpo verde 408. Assim, apontando o bico 402, formas precisas e intrincadas podem ser formadas.

Com referência particular à figura 9B, o aparelho de mira 400 inclui um bico interno 402a que é fechado dentro do lúmen de um bico externo 402b, que juntos formam um bico coaxial 412. Um tal bico coaxial 412 inclui uma câmara interna 413 para apontar a corrente de energia 404 e/óu a corrente de matéria 406. Adicionalmente, o bico coaxial 412 inclui uma câmara externa ou coaxial 415, onde a câmara externa ou coaxial 415 direciona um fluxo do gás de auxílio 414.

Como representado na figura 9B, o bico coaxial 412 inclui uma abertura de bico coaxial 416. A abertura de bico coaxial 416 inclui uma primeira abertura 419 para a corrente de energia 404 e/ou a corrente de matéria 406 que é separada e independente da segunda abertura 421 que provê o gás de auxílio 414. Nessa configuração, a abertura do bico coaxial 416 produz contracorrentes coaxiais 418 do gás de auxílio 414 em uma maneira que remove e sopra para longe os particulados ou materiais cortados.

Com referência específica agora à figura 9C, uma outra modalidade de um bico coaxial 402 é ilustrada. Como tal, o bico coaxial 402 pode incluir uma abertura de combinação 420. Uma tal abertura de combinação

420 inclui uma abertura única para a corrente de energia 404 e/ou matéria 406 bem como o gás de auxílio 414. A abertura de combinação 420 pode também produzir contracorrentes 422 para remover partículas ou matéria do corpo verde 408.

Em qualquer eventualidade, várias configurações dos bicos de corrente 402 podem ser providas para produzir um corpo verde precisamente cortado 408 de acordo com uma imagem virtual ou outra forma desejada. Como tal, isso pode incluir prover correntes de energia 404 e/ou matéria 406 junto com o gás de auxílio 414 em uma maneira que melhora o protocolo de corte com corrente.

Com referência agora à figura 10, uma modalidade de um sistema de corte tridimensional 450 é ilustrada e descrita. Um tal sistema de corte tridimensional 450 pode ser implementado no aparelho de corte com corrente 112 da figura 4 bem como em qualquer outro sistema ou processo de corte com corrente descrito aqui. Dessa maneira, o sistema de corte tridimensional 450 inclui um dispositivo de corte tridimensional 452 que é configurado para se mover em três eixos de movimento. Como tal, o dispositivo de corte 452 pode se mover longitudinalmente no eixo z, eixo x e eixo y, bem como girar ao redor de cada eixo. Isso possibilita que o dispositivo de corte 452 se mova perto e ao redor de um corpo verde 456 sendo cortado.

Na modalidade ilustrada, o dispositivo de corte 452 inclui primeiro corpo 454 preso em um acoplamento giratório 457 que é configurado tal que ele pode girar o primeiro corpo 454 com uma rotação u ao redor do eixo z. O acoplamento giratório 457 acopla o primeiro corpo 454 com robótica adicional (não-mostrada) que possibilita o movimento em vários graus de liberdade. Mais particularmente, um outro acoplamento giratório (nãomostrado) é incluído dentro da robótica que pode possibilitar uma rotação w ao redor do eixo y. Essas rotações possibilitam que o primeiro corpo 452 seja movido ao redor do corpo verde 456.

O dispositivo de corte 452 pode também incluir um bico de corte 458 que é acoplado com o primeiro corpo 454 por um acoplamento giratório 460. Como tal, o bico de corte 458 pode se mover também nos eixos x, y e z junto com o primeiro corpo 454. Adicionalmente, o acoplamento giratório 460 permite que o bico de corte 458 seja capaz de girar com uma rotação v ao redor do eixo x. Sendo capaz de adicionalmente girar com a rotação v, o dispositivo de corte tridimensional 452 é capaz de cortar o corpo verde 456 com detalhes precisos e intrincados de modo a prover várias formas.

Em uma outra modalidade, o sistema de corte tridimensional 450 inclui um aspecto mecânico 462, que pode ser substancialmente similar ao aspecto mecânico 386 da figura 8. Brevemente, o aspecto mecânico 462 é configurado para mover o corpo verde 456 em relação ao dispositivo de corte 452. Como tal, o aspecto mecânico 458 pode se mover nos eixos x, y e z, e também girar com as rotações u, V e w. Assim, o aspecto mecânico 462 pode se mover independentemente de e/ou em cooperação com o bico de corte 458, que pode possibilitar técnicas de corte aperfeiçoadas.

Em uma modalidade, qualquer um dos equipamentos de corte com corrente, sistemas e/ou processos pode ser configurado para ser operado e controlado por um computador e software associado. Como tal, o computador usa software de controle que recebe dados de entrada de uma imagem tridimensional da forma a ser cortada no corpo verde. O software de controle pode obter os dados de entrada de imagens que foram geradas ou modificadas com software de CAD. Dessa maneira, qualquer imagem que está armazenada dentro de uma memória de computador, tal como o dispositivo de armazenamento de dados 234 ilustrado na figura 7, pode ser usada e controlada pelo aparelho de corte com corrente de modo a criar uma estrutura tridimensional do material de corpo verde.

Em uma modalidade, o processo ou método de modelagem de um corpo verde pode incluir, cortar uma primeira porção do intermediário do corpo verde distante de uma segunda porção com uma corrente de energia ou uma corrente de matéria tal como com um laser, feixe eletrônico ou jato de água, de modo a formar uma superfície cortada com corrente tal como uma superfície cortada com laser, superfície cortada com feixe eletrônico ou uma superfície cortada com jato de água no corpo verde modelado resultante. Isso pode formar uma superfície substancialmente lisa ou uma superfície desigual.

Em uma modalidade, um processo ou método de corte com corrente de um corpo verde pode ser conduzido em um vácuo ou sob baixa pressão. Também, a superfície sendo cortada com corrente pode estar virada para uma direção descendente (invertida) de modo que qualquer material ejetado da superfície pode cair distante da superfície. Quando o corte com corrente é executado em uma superfície invertida, o corpo verde pode ser girado de modo que cada local sendo cortado pode ter os materiais de corpo verde removidos caindo soltos e distantes da superfície cortada com corrente. Isso pode permitir que as partículas e/ou aglutinante ejetado escape da superfície sem ser novamente depositado adjacente ao aspecto sendo formado pelo material ejetado. Isso pode ser especialmente favorável quando o procedimento de corte com corrente gera calor e funde o aglutinante no local sendo cortado porque o aglutinante fundido pode novamente solidificar depois de um novo depósito, o que pode produzir aspectos irregulares. Assim, o processo de corte com corrente de um corpo verde pode ser executado de modo que superfícies lisas e aspectos arredondados são formados na superfície externa sem quaisquer materiais novamente depositados formando aspectos irregulares adjacentes à ou sobre a superfície cortada com corrente.

Embora vários aspectos e modalidades do equipamento de corte com corrente, sistemas e processos tenham sido discutidos em conjunto com a presente invenção, várias modificações podem ser feitas nela e ainda manter o conceito inventivo. Como tal, várias outras correntes de energia ou correntes de matéria podem ser usadas de modo a cortar os materiais de corpo verde de modo a prover a forma desejada. Adicionalmente, o equipamento de corte com corrente, sistemas e processos podem ser modificados e alterados e ainda usar correntes de energia ou correntes de matéria para modelar um intermediário de corpo verde.

IX. Suportes Ortodônticos

Os métodos inventivos para modelar corpos verdes e artigos sinterizados fabricados são particularmente úteis na fabricação de suportes ortodônticos, que são relativamente pequenos, têm formas intrincadas e são tipicamente caros para modelar pela moldagem e/ou usinagem. A figura 1 representa uma modalidade de um suporte ortodôntico 510 de acordo com a presente invenção. O suporte ortodôntico 510 inclui um corpo 512 e uma placa de base 514 integrada em uma peça contínua. O suporte ortodôntico 510 também inclui uma superfície externa 516 que define a forma do suporte 510.0 corpo 512 inclui pelo menos uma asa de amarração 518 e uma fenda do arame do arco 520 que é aberta para o lado superior do corpo 512. A placa de base 514 inclui uma superfície de ligação 522 tendo uma topologia bruta 544 incluindo uma pluralidade de protuberâncias, recessos e/ou cortes inferiores. Adicionalmente, a superfície de ligação 522 pode ser configurada para ser a forma negativa de um lado lingual ou bucal de um dente de modo a se adaptar sobre ele.

O corpo 512 pode ser configurado em um suporte que exige ligadura para uso com uma ligadura ou prendedor para prender um arame do arco no suporte 510. A ligadura pode ser essencial para garantir que o arame do arco esticado fique apropriadamente posicionado ao redor do arco dentário, e para impedir que o arame seja desalojado do suporte 510 durante a alimentação, escovação dos dentes e outras atividades diárias bem como a força requerida para mover e alinhar os dentes. Por exemplo, a ligadura pode ser um pequeno anel em O elastomérico, que é esticado ao redor do arame do arco e preso no corpo 512. Ligaduras de metal podem também ser usadas e são bem-conhecidas na técnica.

De modo a manter uma ligadura, um corpo 512 de cada suporte pode incluir asas de amarração 518 ou um par de asas de amarração 518a. As asas de amarração 518 podem incluir pelo menos um lóbulo 534 que se projeta do corpo 512. Como tal, as asas de amarração 518 podem ser configuradas para ser acopláveis com ligaduras tendo cada lóbulo 534 curvo para dentro de uma ranhura da ligadura 530. A ranhura da ligadura 530 pode ser contínua com a superfície externa 516, onde a superfície externa 516 se curva ao redor do lóbulo 534 e para dentro em direção ao centro do corpo 512. Quando o corpo 512 inclui um par de asas de amarração 518a, um espaçador de lóbulo 532 definido pela superfície exterior 516 pode separar as asas de amarração 518 nos pares de asa de amarração 518a. Mais particularmente, o espaçador de lóbulo 532 pode ser uma fenda ou vão que separa os lóbulos 518 no lado médio 536 do corpo 512 do lado distai 538 do corpo 512.

A fenda do arame do arco 520 é configurada para reter uma arame de arco nela. Como tal, a fenda do arame de arco 520 atravessa o comprimento do corpo 512 da extremidade média 540 para a extremidade distai 542. A fenda do arame do arco 520 pode ser quadrada ou arredondada para acomodar arames de arco tendo áreas transversais quadradas ou arredondadas. Alternativamente, outras formas de fenda de arame dé arco 520 podem ser formadas no suporte 510. Também, a profundidade e/ou a largura da fenda do arame de arco 520 pode ser variada.

Em uma modalidade alternativa, o suporte ortodôntico pode ser configurado em um suporte de autoligação (não-mostrado). Suportes de autoligação podem ser uma peça única que inclui uma cobertura de ligação integrada com o corpo, de modo que a cobertura de ligação pode ser fechada sobre o arame do arco e prender o arame do arco no suporte. A cobertura de ligação tipicamente serve para substituir as ligaduras e inclui um elemento de fixação que acopla de maneira a poder ser liberado com o corpo de modo a conter o arame de arco entre eles.

Adicionalmente, a superfície de ligação 522 na placa de base 514 é configurada para ter uma topologia 544 que inclui uma pluralidade de protuberâncias, recessos e/ou cortes inferiores (como mostrado nas figuras 12A e 12B). A topologia 544 é projetada para melhorar a ligação com um dente. Dessa maneira, as protuberâncias, recessos e/ou cortes inferiores da topologia 544 podem independentemente ou juntos servir para aumentar a área de superfície da superfície de ligação 522 para um agente de ligação ser aplicado nela. Em várias modalidades, a topologia 544 pode ter aspectos arredondados para reduzir os pontos de atrito e/ou as protuberâncias, recessos e/ou cortes inferiores podem ser espaçados próximos ou espalhados através da superfície de ligação 522. Também, aspectos na topologia podem ser uniformemente dispostos ou aleatoriamente distribuídos. O agente de ligação pode abranger as protuberâncias e penetrar nos recessos e/ou nos cortes inferiores para conceder um aspecto mecânico à ligação entre a superfície de ligação 522 e um dente. Isso ocorre quando o agente de ligação solidifica e conecta o suporte 510 no dente.

Em uma modalidade, cada suporte ortodôntico 510 pode ser modelado para se ajustar em um tipo de dente particular, ou um dente particular na boca de uma pessoa. Dessa maneira, a superfície de ligação 522 pode ser modelada para ter uma curvatura que se une com o dente que ela está aderida. De modo a identificar qual dente a superfície de ligação 522 se une, a superfície de ligação 522 pode incluir indícios de identificação 545 gravados nela. Os indícios de identificação 545 podem notificar um profissional dentário em qual dente o suporte particular se aplica, onde os indícios de identificação 545 podem incluir o sistema de numeração universal, a notação Palmer e a notação de dois dígitos FDI. Por exemplo, uma superfície de ligação 522 que inclui o número 22 usa a notação de dois dígitos FDI e identifica o incisivo lateral esquerdo superior. Como representado, os indícios de identificação podem ser gravados na base como um recesso, protuberância ou formados por cortes inferiores, recessos e protuberâncias.

Em uma outra modalidade, um modelo tridimensional dos dentes do paciente pode ser usado para formar a forma da superfície de ligação 522. O modelo tridimensional de um dente pode ser determinado e inserido em um computador. O computador pode então determinar a forma correta da superfície de ligação 522 de cada suporte para um dente específico. Também, o computador pode gerar outros aspectos e posicionamento para serem incluídos no suporte 510. Dessa maneira, a base pode ser modelada de acordo com as especificações do computador, bem como formações angulares de sinalização e posições de fenda.

As figuras 12A e 12B representam modalidades alternativas de corpos verdes modelados 250 de acordo com a presente invenção. A figura 12A representa um corpo verde modelado 550 na forma de um suporte ortodôntico 510 e a figura 12B representa um corpo verde modelado 50 na forma de uma placa de base que pode ser também processada na forma de um suporte ortodôntico 510 como mostrado. O corpo verde modelado 550 pode incluir um corpo 512 e uma placa de base 514 cooperativamente na forma de um suporte ortodôntico 510 definido por uma superfície externa 516. O corpo 512 inclui asas de amarração 518 e uma fenda de arame de arco 520 que é aberta para o lado superior do corpo 512. As asas de amarração 518 incluem, cada uma, um lóbulo 534 que fica adjacente a um recesso de lóbulo 530. A base 514 inclui uma superfície de ligação 522 compreendida de uma pluralidade de protuberâncias 524, recessos 526 e/ou cortes inferiores 528. A estrutura citada como superfície de ligação 522 do corpo verde modelado 550 não é uma superfície de ligação real porque o corpo verde modelado 550 não é adequado para uso como um suporte antes da sinterização para formar um suporte sinterizado final, mas é meramente um precursor dele.

O corpo verde modelado 550 tem a forma de um suporte ortodôntico e pode ser usado para fazer um suporte ortodôntico pela sinterização do corpo verde modelado 550. Como usado aqui, os termos forma, modeio ou outros termos similares são usados para identificar a aparência de um objeto, e não é planejado para explicar estritamente as dimensões ou proporções do objeto. Por exemplo, embora o corpo verde modelado 550 seja na forma de um suporte ortodôntico, isso deve ser interpretado como incluindo as dimensões precisas exigidas para se ajustar apropriadamente em um dente bem como as dimensões maiores de um corpo verde modelado que encolherá durante a sinterização. Como tal, um corpo verde modelado 550 na forma de um suporte ortodôntico pode ser maior do que um suporte sinterizado acabado que está pronto para ser afixado em um dente.

O corpo verde modelado 550 preferivelmente inclui uma pluralidade de partículas cerâmicas ou de metal que podem ser sinterizadas como descrito em outro local aqui. Em uma modalidade preferida, as partículas de metal são compreendidas, por exemplo, de um pó de liga de níquel-titânio. Alternativamente, as partículas podem ser compreendidas de uma mistura de cerâmica e metal. Se suportes de aço inoxidável são desejados, um pó de aço inoxidável granulado fino pré-formado em liga pode ser usado. O corpo verde modelado 550 também inclui um aglutinante em uma quantidade e disposição dentro da pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas suficientes para manter as partículas de metal juntas. Aglutinantes descritos em outro lugar aqui podem ser usados.

Com referência ainda às figuras 12A e 12B, o corpo verde modelado 550 pode incluir pelo menos uma porção modelada 552 na superfície exterior 516 modelada por uma corrente de energia e/ou matéria. A superfície exterior 516 é planejada para ser qualquer superfície no exterior do corpo verde modelado 550. Como tal, a superfície exterior 516 pode incluir pelo menos uma porção modelada 522 tendo uma topologia 544 caracterizada por uma pluralidade de elevações irregulares formadas pelas partículas de metal. Alternativamente, as elevações irregulares podem ser na faixa de tamanho para serem visíveis de maneira macroscópica ou visíveis de maneira microscópica. Como usado aqui, o termo macroscópico pode incluir aspec15 tos que são visuais com o olho nu. Por exemplo, as elevações irregulares macroscópicas podem ser facilmente observadas com o olho nu sem qualquer ampliação. Alternativamente, o termo microscópico como usado aqui se refere à necessidade da ampliação ser usada de modo a visualizar as elevações irregulares.

Em uma modalidade, o corpo verde modelado 550 pode ter uma porção modelada 552 na superfície externa 516. A porção verde modelada 552 é cortada no corpo verde modelado 550 de modo que uma quantidade significativa de material verde é removida de modo a formar a peça em formato de suporte ortodôntico. Dessa maneira, o corpo verde modelado 550 pode inicialmente ter uma área transversal retangular como mostrado com as linhas tracejadas 656. Como tal, a porção modelada 552 pode incluir a superfície externa 516 que é formada pelo corte do corpo verde 550 na forma do suporte ortodôntico como mostrado. Alternativamente, o corpo verde 550 pode ser cortado para a forma de um suporte ortodôntico de autoligação (não-mostrado). Assim, uma porção minoritária ou uma porção significativa da superfície externa 516 pode ser incluída dentro da porção modelada.

Em uma outra modalidade, a porção modelada 552 pode incluir uma pluralidade de protuberâncias 524, recessos 526 e/ou cortes inferiores 528. Como tal, a superfície exterior 516 pode incluir uma pluralidade de protuberâncias 524, recessos 526 e/ou cortes inferiores 528, cada um tendo uma topologia 544 formada pelas partículas que podem ser sinterizadas. Em alguns casos, pelo menos uma porção das partículas que podem ser sinterizadas dispostas nas protuberâncias 524, recessos 526 e/ou cortes inferiores 528 ou topologia 544 pode ser peto menos parcialmente fundida ou derretida em conjunto (por exemplo, como resultado do aquecimento localizado por um laser ou outra corrente de energia usada para modelagem). Se isso ocorre, depende de se as partículas que podem ser sinterizadas são aquecidas para uma temperatura alta o suficiente antes de serem removidas ou ejetadas do corpo verde como resultado da fusão, queima ou decomposição local do aglutinante orgânico que mantém as partículas que podem ser sinterizadas juntas.

A figura 12B representa uma placa de base do suporte ortodôntico 514 que pode ser integrada com um corpo 512 para formar um suporte ortodôntico 510 (mostrado pelas linhas tracejadas 558). Dessa maneira, a placa de base 514 pode também incluir pelo menos uma porção modelada (por exemplo, cortada a laser) 552 e/ou uma pluralidade de protuberâncias 524, recessos 526 e/ou cortes inferiores 528. Adicionalmente, a superfície de ligação 522 ou outra porção modelada 552 pode ter uma topologia 544 formada por partículas que podem ser sinterizadas, em alguns casos, onde uma porção das partículas pode ser derretida ou fundida juntas.

O corpo verde moldado 550 na forma da placa de base 514 pode ser posteriormente integrado com o corpo 512 antes ou depois de ser sinterizado. O corpo 512 pode ser compreendido de metal, cerâmica ou plástico. Por exemplo, um corpo de metal verde 550 na forma da placa de base 514 que pode ser formado e sinterizado antes de ser moldado com uma cerâmica ou plástico para formar a forma de um suporte ortodôntico é representado pela linha tracejada 558.

A figura 13A representa uma outra modalidade de um corpo verde moldado 550 tendo uma porção modelada (por exemplo, cortada a laser)

552 de acordo com a presente invenção. A porção modelada 552 inclui uma topologia 544 que define a superfície exterior da porção cortada a laser 552, que pode ficar na superfície de ligação 522. A topologia 544 inclui uma pluralidade de elevações macroscópicos ou maiores 562 que podem ser protuberâncias 524, recessos 526 e/ou cortes inferiores 528. As elevações maiores 562 podem ser cortadas no corpo verde 550 para serem caracterizadas tendo uma topologia 544 que é substancialmente lisa, de modo que as elevações irregulares maiores 562 têm superfícies 563 que são substancialmente destituídas de elevações irregulares microscópicas. Dessa maneira, a topologia 544 da porção cortada a laser 552 no corpo verde modelado 550 pode ser configurada para variar de áspera a lisa.

Sem ser limitado a qualquer metodologia particular, é imaginado que a topologia mais lisa 544 representada na figura 13A comparada com a topologia 44 da figura 3A {discutida acima) pode ser obtida usando variações no método de corte do corpo de metal verde 550 com um laser ou outra corrente de energia. Como tal, a potência da fonte de energia, a temperatura e/ou a orientação da superfície sendo modelada podem ser variadas. Também, a composição do corpo verde pode ser variada para obter topologias tendo graus variados de suavidade ou aspereza.

A figura 13B representa uma outra modalidade de um corpo verde modelado 550 tendo uma porção modelada (por exemplo, cortada a laser) 552 de acordo com a presente invenção. A porção modelada 552 inclui uma pluralidade de protuberâncias trapezoidais 524 formadas pelo corte de recessos trapezoidais 526 nelas para formar cortes inferiores 528 no corpo verde 550. As protuberâncias 524, recessos 526 e cortes inferiores 528 produzem uma superfície de ligação 522 que aumenta a ligação do suporte ortodôntico sinterizado final no dente de uma pessoa.

Em algumas modalidades, uma topologia mais lisa em uma porção cortada a laser pode prestar-se a formação a laser de um corpo verde substancialmente retangular na forma de um suporte ortodôntico, Isso é porque a topologia mais lisa em um corpo verde pode ser até mesmo mais lisa ao toque depois de ser sinterizada. Como tal, o corpo sinterizado pode ser liso o suficiente que o suporte pode não precisar de qualquer esmerilhação após a sinterização ou jato de areia para reproduzir a superfície que tem as características apropriadas para serem colocadas na boca. Como tal, asas de amarração, lóbulos, fenda do arame do arco, ranhuras de ligadura, aspectos de autoligação e outros aspectos podem ser gravados em um corpo verde usando uma corrente de energia e/ou matéria.

As figuras 14A-14C representam vários exemplos alternativos, sem limitação, de porções modeladas (por exemplo, cortadas a laser) 552 na superfície de ligação 522 de um corpo verde 550 tendo a forma de um suporte ortodôntico (não-mostrado) e/ou uma base 514. Na figura 14A, ás porções modeladas 552 são compreendidas de longas protuberâncias em forma de colunas 580 separadas por recessos profundos 582 definidos pela superfície das porções modeladas 52. Adicionalmente, as longas protuberâncias em forma de coluna 580 podem incluir recessos menores 584 cortados nelas. Também, as longas protuberâncias em forma de coluna 580 podem ser formadas para incluir cortes inferiores 586 para ajudar na ligação mecânica do suporte ortodôntico no dente.

Em modalidades alternativas, as figuras 14B e 14C representam uma base 514 de corpo verde 550 tendo porções modeladas 552 cortadas na superfície de ligação 522. A modelagem pode remover porções do corpo verde 550 para prover recessos 588, cortes inferiores 589 e projeções 590. Os recessos 588, cortes inferiores 589 e projeções 590 podem ser pedaços em formato de cunha cortados na superfície de ligação 522 para prover vazios para receber o agente de ligação ou adesivo quando o suporte é afixado no dente. Como representado, os cortes inferiores 589 podem ser formados atingindo a superfície de ligação com um iaser ou outra corrente de energia ou matéria em um ângulo, que também forma as projeções 590.

Adicionalmente, o corpo verde pode ser cortado com uma corrente de energia e/ou matéria para formar indícios de identificação que determinam a qual dente o suporte pertence. Os indícios de identificação podem ser formados sendo um recesso, uma protuberância ou uma pluralidade de elevações irregulares. Os indícios de identificação gravados no corpo verde podem incluir o sistema de numeração universal, a notação Palmer e a notação de dois dígitos FDI.

Em uma outra modalidade, um modelo tridimensional dos dentes do paciente pode ser usado para formar a forma da superfície de ligação 522 no corpo de metal verde. O modelo tridimensional pode ser determinado e inserido em um computador. O computador pode então determinar a forma correta da superfície de ligação 522 do corpo de melai verde. Também, o computador pode gerar outros aspectos e indicadores de posição a serem gravados no corpo de metal verde. Dessa maneira, o corpo de metal verde pode ser modeiado de acordo com as especificações do computador para incluir formações angulares de sinalização e posições de fenda.

Embora certos aspectos e configurações dos recessos, protuberâncias e cortes inferiores tenham sido representados e discutidos, a presente invenção não deve ser interpretada como limitada a eles. Dessa maneira, os aspectos gerais da presente invenção poderíam ser aplicados em outras configurações para prover áreas de superfície maiores para ligação mecânica do suporte no dente.

Vários tipos de pós de metal que podem ser sinterizados são utilizáveis na presente invenção e podem ser selecionados de alumínio, níquel, titânio, cobre, cobalto, aço inoxidável e similar, bem como várias ligas desses. Entretanto, desde que o corpo verde será sinterizado em um suporte ortodôntico é/ou placa de base, é preferível usar um material compatível dentário tais como titânio, liga de titânio e aço inoxidável. Isso é porque o suporte precisa suportar as forças aplicadas no suporte pelo arame do arco e/ou ligaduras que concedem um alto nível de esforço nele. Como tal, os suportes devem ter um alto nível de resistência e dureza de modo a não serem danificados durante o uso. O metal é preferivelmente seguro para uso na boca de uma pessoa (isto é, tendo pouca ou nenhuma toxicidade). Está naturalmente dentro do escopo da invenção revestir os suportes acabados com um revestimento protetor de modo a prover segurança adicional no caso onde o metal usado para fazer os suportes possa não ser seguro se deixado descoberto.

Dependendo da temperatura e/ou duração do laser sobre uma localização particular do corpo verde modelado, é possível remover as partículas que podem ser sinterizadas de maneira limpa do corpo verde. Isso ocorre sempre que o aglutinante é derretido, queimado ou decomposto, mas o metal ou outras partículas que podem ser sinterizadas permanecem abaixo da sua temperatura de vaporização. Em tais casos, as partículas que podem ser sinterizadas são ejetadas, caem por gravidade ou são de outra forma removidas do corpo verde inteiramente. Pode também ser possível projetar um sistema no qual pelo menos uma porção do metal ou outras partículas que podem ser sinterizadas removidas do corpo de metal verde são novamente depositadas na superfície do corpo verde. Isso pode ocorrer, pelo menos em teoria, no caso onde as partículas de metal são fundidas e/ou vaporizadas, porém não ejetadas muito longe do corpo verde de modo a impedir que o metal solidifique novamente e se prenda na superfície do corpo verde. No caso típico, a maior parte ou todas as partículas que podem ser sinterizadas serão removidas de maneira limpa do corpo de metal verde e não serão novamente depositadas.

IX. Sinterização dos Corpos Verdes

Um método de fabricação de um corpo sinterizado fica de acordo com a presente invenção de modo a prover um artigo sinterizado preparado a partir de um corpo verde modelado. Brevemente, o corpo sinterizado pode ser obtido de um corpo verde que foi preparado pela moldagem de uma mistura de partículas que podem ser sinterizadas e aglutinante na forma de um intermediário de corpo verde. Depois que o intermediário de corpo verde foi formado no molde, o processo inclui modelar com uma corrente de energia e/ou matéria de modo a obter um corpo verde tendo uma forma desejada. O corpo verde modelado pode então ser sinterizado de modo a produzir um artigo sinterizado tendo a forma desejada. A sinterização pode ser executada em um aparelho de sinterização 126 como representado na figura 5. Em qualquer eventualidade, a sinterização de um corpo verde modelado pode resultar em um artigo de fabricação que está pronto para uso ou exige processamento ou acabamento adicional.

Em uma modalidade, um processo de anulação de ligação pode ser executado para remover o aglutinante antes da sinterização do corpo verde modelado. Como tal, a anulação da ligação pode ser executada pelo tratamento térmico em uma atmosfera oxidante ou não-oxidante, por exemplo, sob vácuo ou baixa pressão. Por exemplo, a anulação da ligação pode ser executada em cerca de 1x10'¹ Torr (13,3 Pa) a cerca de 1x10'⁶ Torr (1,3x10‘⁴ Pa). Alternativamente, a anulação da ligação pode ser executada em uma pressão mais alta tal como 1x10’¹ Torr (13,3 Pa) a cerca de 1x10³Torr (1,3x10⁵ Pa) ou acima de 1x10³ Torr no nitrogênio, argônio ou outro gás inerte. Também, a temperatura de anulação da ligação pode ficar dentro da faixa de cerca de 80°C a cerca de 750°C, mais preferivelmente cerca de 100°C a cerca de 600°C e mais preferivelmente ainda cerca de 150°C a cerca de 450°C. Em qualquer eventualidade, a anulação da ligação pode ocorrer pela fusão, evaporação ou decomposição do aglutinante.

Em uma modalidade, o processo de sinterização pode ser executado em um gás oxidante ou um inerte em uma baixa pressão de cerca de 1xl0'¹ Torr (13,3 Pa) a cerca de 1x10'⁶ Torr (1,3x10‘⁴ Pa) em uma temperatura elevada. Alternativamente, a sinterização pode ser executada em uma pressão mais alta tal como 1 x10'¹ Torr (13,3 Pa) a cerca de 1x10³ Torr (1,3x10^s Pa) ou acima de 1x10³ Torr em uma temperatura elevada. Como tal, o aglutinante pode substancialmente ser removido durante o processo de sinterização. Alternativamente, o processo de sinterização pode remover uma quantidade substancial, mas não todo o aglutinante, onde um pouco do aglutinante pode permanecer dependendo do sistema de ligação. A temperatura de sinterização pode variar de cerca de 750°C a cerca de 2,500°C, mais preferivelmente de cerca de 900°C a cerca de 2.000°C e mais preferivelmente ainda de 1000°C a cerca de 1500°C.

Adicionalmente, os tempos de sinterização podem variar de cerca de 0,5 horas a cerca de 15 horas, mais preferivelmente cerca de 1 hora a cerca de 10 horas e mais preferivelmente ainda cerca de 2 horas a cerca de 8 horas. Algumas vezes, entretanto, a sinterização pode durar até cerca de 24 horas. Adicionalmente, o processo de sinterização deve ser modulado de modo a desenvolver os grãos em pó que podem ser sinterizados em um corpo sinterizado denso. Dessa maneira, o corpo sinterizado deve ter uma alta densidade com uma baixa porosidade comparada com o corpo verde.

Quando o corpo verde é sinterizado, o volume encolhe à medida que a porosidade diminui e a densidade aumenta. Isso pode acontecer já que a maior parte do aglutinante está derretendo e/ou evaporando de modo a puxar as partículas que podem ser sinterizadas individuais mais próximas. Como tal, o corpo verde pode ser fabricado e modelado para ser maior do que o artigo sinterizado resultante de modo a acomodar o volume perdido durante a sinterização. A diminuição do volume entre o tamanho de um corpo verde e o tamanho de um artigo sinterizado pode variar de cerca de 10% a cerca de 35%, mais preferivelmente cerca de 12% a cerca de 30% e mais preferivelmente ainda de cerca de 15% a cerca de 25%; entretanto, uma diminuição de volume típica pode ser de cerca de 20%.

Desde que o volume do corpo verde gradualmente diminuirá durante a sinterização, os vários aspectos gravados no corpo verde modelado podem ser fabricados de modo a considerar a contração. Isso pode permitir que os aspectos cortadas com corrente sejam cortados com uma margem de erro, ou cortar os aspectos maiores do que estarão presentes depois do processo de sinterização. Assim, quando o corpo verde é cortado com corrente, a modelagem intrincada pode resultar em aspectos até mesmo mais precisos e intrincados depois da sinterização.

Um outro resultado da contração pode incluir a topologia do corpo sinterizado se tornar mais lisa quando comparado com o corpo verde antes da sinterização. Mais particularmente, quando aspectos irregulares são formados durante o corte com corrente, esses aspectos podem ser alisados durante a sinterização. Por outro lado, esse efeito de alisamento não tem que necessariamente remover qualquer um dos aspectos ásperos, mas pode criar uma superfície melhor com menos bordas obtusas ou pontiagudas.

Em uma modalidade, o processo de sinterização ou anulação da ligação pode remover impurezas ou depósitos desfavoráveis da superfície do corpo sinterizado. Quando o corpo verde é cortado com uma corrente de energia, tal como um laser, feixe eletrônico, feixe iônico e similar, que gera calor de modo a fundir e/ou vaporizar o aglutinante antes de ser sinterizado, a superfície cortada com calor no corpo sinterizado pode ser substancialmente isenta de carbonização depois do processo de sinterização. Por exemplo, quando um pedaço sinterizado é cortado a laser, essas superfícies cortadas a laser tendem a ficar chamuscadas e escurecidas e exigem processamento ou acabamento adicional de modo a remover o material chamuscado ou escurecido. Os corpos chamuscados podem apresentar características desfavoráveis para muitas aplicações.

Dessa maneira, o processo de sinterização e/ou o processo de anulação de ligação pode funcionar para parcial ou substancialmente descarbonizar as partículas, e portanto o corpo sinterizado pode ser substancialmente livre de carbonização ou escurecimento nas superfícies cortadas com calor. Sem ser limitado a teoria, é imaginado que quando o aglutinante funde ou é de outra forma removido do corpo verde, o aglutinante puxa o material chamuscado para longe do corpo verde. Isso pode ocorrer durante o processo de sinterização ou anulação de ligação porque uma porção do aglutinante fundirá e fluirá sobre a superfície cortada com calor e sugará o material chamuscado para longe das partículas. Assim, quando um corpo verde é cortado com uma corrente de energia que gera calor, as superfícies cortadas com calor podem ter similarmente superfícies chamuscadas; entretanto, a superfície cortada com calor pode ser menos chamuscada depois de ser sinterizada comparada com a mesma superfície cortada com calor no corpo verde antes de ser sinterizada.

Também, sem ser limitado a qualquer teoria particular, é imaginado que uma camada oxidada se forme sobre a superfície exterior do corpo verde quando ele está sendo sinterizado, especialmente quando em uma atmosfera oxidante. Dessa maneira, a modelagem do corpo verde com uma corrente de energia ou matéria antes da sinterização pode permitir que a camada oxidada se forme na superfície cortada com corrente durante a sinterização. A camada oxidada é imaginada como concedendo características favoráveis tais como resistência à corrosão, biocompatibilidade e similares.

Por outro lado, o corte de um artigo sinterizado pode destruir a camada de superfície oxidada e diminuir ou inibir essas características favoráveis. Assim, pelo menos uma superfície cortada com corrente no corpo sinterizado pode ter uma topologia caracterizada por uma superfície oxidada formada por sinterização, onde a sinterízação é conduzida depois que o corpo verde foi cortado e modelado como descrito aqui.

Adicionalmente, o corpo sinterizado pode ser também processado depois da sinterização tal como por esmerilhação, jato de areia ou similares para prover características de superfície melhoradas. Assim, pelo menos uma superfície cortada com corrente na superfície exterior do corpo sinterizado pode ter uma topologia mais lisa comparada com peio menos uma superfície cortada com corrente em uma superfície exterior do corpo verde modelado.

Dessa maneira, um suporte ortodôntico pode incluir um corpo sinterizado formado pela sinterização de um corpo verde modelado compreendido de uma pluralidade de partículas que podem ser sinterizadas mantidas juntas com um aglutinante. O corpo sinterizado pode incluir uma superfície exterior definindo uma forma de um suporte ortodôntico. Também, pelo menos uma porção moldada (por exemplo, cortada a laser) na superfície exterior do corpo sinterizado pode ser formada pelo corte do corpo verde com uma corrente de energia e/ou matéria.

A presente invenção pode ser personificada em outras formas específicas sem se afastar do seu espírito ou características essenciais. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não-restritivas. O escopo da invenção, portanto, é indicado pelas reivindicações anexas ao invés de pela descrição precedente. Todas as mudanças que se situam dentro do significado e faixa de equivalência das reivindicações devem ser abrangidas dentro do seu escopo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para fabricação de um suporte ortodôntico, caracterizado pelo fato de que compreende:

formar um corpo verde inicial pela moldagem de uma mistura de partículas sinterizáveis e um aglutinante orgânico em uma forma desejada do corpo verde inicial, sendo que as partículas sinterizáveis incluem pelo menos uma de partículas de metal ou partículas cerâmicas;

modelar o corpo verde inicial removendo uma porção das partículas sinterizáveis do corpo verde inicial usando pelo menos uma de uma corrente de energia para produzir o corpo verde modelado, sendo que o dito aglutinante é fundido, queimado ou decomposto pela corrente de energia e uma porção das partículas sinterizáveis é removida de modo a formar um rebaixo no corpo verde, sendo que as partículas sinterizáveis são mantidas abaixo da temperatura de vaporização; e sinterizar o corpo verde modelado para produzir o suporte ortodôntico.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a formação do corpo verde inicial também compreende:

introduziras partículas sinterizáveis em um molde; e introduzir o aglutinante orgânico no molde em uma quantidade e distribuição suficientes para manter as partículas juntas depois de serem liberadas do molde como o corpo verde inicial;

sendo que o corpo verde inicial é de forma suficientemente estável de modo a resistir à ruptura ou quebra durante a modelagem.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as partículas sinterizáveis e o aglutinante orgânico são injetados no molde de maneira substancialmente simultânea.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

introduziras partículas sinterizáveis em um misturador;

introduzir o aglutinante orgânico no misturador; e misturar as partículas e o aglutinante de modo a formar uma mistura.
5. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção das partículas sinterizáveis é pelo menos parcialmente revestida com o aglutinante orgânico antes de ser introduzida no molde.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a modelagem é executada usando um feixe de laser.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a modelagem é executada usando uma corrente de energia que compreende pelo menos um de um feixe eletrônico, uma descarga elétrica ou um feixe iônico.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

fundir, na superfície cortada com corrente, pelo menos uma de uma porção das partículas de metal ou uma porção do aglutinante orgânico com um feixe térmico.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sinterização faz com que o suporte otodôntico apresente um volume que é de cerca de 10% a cerca de 30% menor do que o volume do corpo verde modelado.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a modelagem é executada usando um laser antes da sinterização para prover uma superfície cortada a laser no artigo que é substancialmente isenta de carbonização depois da sinterização.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda alisar a superfície cortada com corrente durante a sinterização.

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