CH713652A2 - Sistema di deposizione di materiale, in particolare per fabbricazione di una protesi dentaria o di uno scaffold osseo. - Google Patents

Abstract

Sistema di micro-deposizione di materiale su un substrato, in particolare per fabbricazione di una protesi dentaria o di uno scaffold osseo, comprendente una camera di deposizione ad atmosfera controllata, chiudibile e depressurizzabile, un primo braccio (ST) di supporto configurato per supportare un target ed un secondo braccio (SS) di supporto componente configurato per supportare un substrato oggetto di micro-deposizione, almeno un emettitore atto ad irradiare un target associato al supporto target secondo una delle suddette tecniche PLD e/o PED, in cui detti primo e secondo braccio sono dotati di attuatori piezoelettrici (10, 12, 13, 9) disposti per essere controllati con precisione nanometrica.

Description

Descrizione

Rivendicazione di priorità [0001] Questa domanda rivendica la priorità della Domanda di Brevetto Italiano nr. 10 2017 000 034 142 depositata il 28 Marzo 2017, il cui contenuto viene qui incorporato per riferimento.

Campo dell’invenzione [0002] La presente invenzione si riferisce ad un metodo e sistema di deposito di materiale, in particolare per fabbricazione di una protesi dentaria.

Stato della tecnica [0003] Pulsed Laser Déposition (PLD) e la Pulsed Electron Déposition (PED) sono tecniche di microdeposizione note.

[0004] Queste tecnologie sono in grado di operare su due livelli: - trasformazione fisico-chimica delle superfici inserendo sul materiale di base specifici atomi o molecole; - deposizione di film sottili di materiali quali: metalli, ossidi, polimeri, ed altro.

[0005] I trattamenti superficiali permettono di ottenere dei rivestimenti con particolari proprietà.

[0006] Il campo di applicazione di tali tecnologie è generalmente quello dei prodotti a semiconduttore ed in particolare a dispositivi legati alla produzione e trasformazione dell’energia elettrica.

[0007] Con il metodo di deposizione laser pulsato (PLD), film sottili sono ottenuti dall’ablazione di uno o più target illuminati da un raggio laser pulsato e focalizzato.

[0008] La materia che si distacca dal target viene adoperata per effettuare un rivestimento.

[0009] La natura pulsata del processo PLD permette la preparazione di composti polimero-metallo e multistrati. Poiché con questo metodo la fonte di energia è situata all’esterno della camera, è possibile sia l’uso di ultra vuoto spinto (UHV) che ambiente in pressione di gas. In UHV, gli effetti di attecchimento e mescolamento generati dalla deposizione di particelle energetiche, gli atomi e gli ioni ablasi, portano alla formazione di fasi metastabili, per esempio soluzione solida nanocristallina ipersatura e leghe amorfe. La preparazione in atmosfera di gas inerte variando l’energia cinetica delle particelle depositate rende anche possibile modificare le proprietà del film (stress, tessitura, reattività, proprietà magnetiche). Tutto ciò rende PLD una tecnica di deposizione alternativa per la crescita di film sottili di alta qualità. È importante evidenziare che con questa tecnica non si ha una uniformità della superficie del film depositato.

[0010] La PED è una tecnologia relativamente nuova e di grande potenzialità, in letteratura è conosciuta anche come Pseudo-Spark Discharge (PSD), Channel Spark Discharge (CSD) o Pulsed Plasma Déposition (PPD), con costi di impianto e di esercizio molto minori, con capacità di deposizione maggiore per unità di tempo e su aree anche di notevole superficie in alternativa ad un sistema di deposizione che copre le stesse esigenze che portano all’impiego della PLD. Similmente alla tecnologia Pulsed Laser Déposition (PLD), la principale caratteristica del fascio di elettroni impulsati della PED, è la capacità di generare una alta densità di potenza (~ 108 W/cm2) sulla superficie del Target, ma diversamente dalla PLD non interferisce con la «nuvola» delle particelle di plasma del materiale ablaso, e pertanto si ottiene una migliore uniformità della superficie dello strato ottenuto. In aggiunta le proprietà termodinamiche del materiale quali il punto di fusione ed il calore specifico sono ininfluenti per il processo di evaporazione, in quanto la dissociazione della materia non genera calore e questo aspetto è estremamente importante nel caso di materiali complessi, composti da più elementi i quali non vengono così dissociati conservando la composizione stechiometrica nel plasma e conseguentemente anche nel materiale depositato.

[0011] L’ablazione avviene randomicamente su target rotante, il cui movimento è trasmesso da motori elettromagnetici allocati all’esterno della camera del vuoto, tramite giunto a loop magnetico chiuso e confinato sulla parete della camera per non influenzare la direzione del fascio di elettroni o nuvola che altrimenti renderebbe non predicibile la localizzazione della deposizione.

[0012] I risultati sono relativamente soddisfacenti, ma nel contempo sono state evidenziate delle criticità come ad esempio l’onere di dovere ogni volta spender tempo ed energie per ripristinare lo stato di pressione e/o del vuoto nella camera di deposizione quando è necessario depositare un materiale diverso e le possibili migliorie da apportare per automatizzare e velocizzare il processo, innovando il sistema di movimentazione come pure le strategie di mutuo posizionamento del Target e del Substrato su cui effettuare il deposito della materia asportata dal target.

[0013] Ciò diventa ancora più rilevante quando è necessario adoperare substrati differenti nel rivestimento di particolari oggetti.

Sommario dell’invenzione [0014] Scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di deposizione di materiale, particolarmente adatto alla fabbricazione di componenti che necessitano l’impiego di materiali differenti e più particolarmente adatto alla fabbricazione di protesi dentarie.

[0015] Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di raggiungere un livello di precisione particolarmente spinto al punto di poter utilizzare tali tecniche PLD e/o PED in ambiti in cui si richiede un alto grado di finitura per far fronte a predeterminati requisiti estetici.

[0016] I suddetti scopi sono raggiunti mediante una macchina a controllo numerico basata su attuatori piezoelettrici, racchiusa in una camera di deposizione ad atmosfera controllata, chiudibile e depressurizzabile. Detta macchina comprende un braccio di supporto target comprendente una slitta od un piatto girevole, in grado di sostituire il target durante la lavorazione ed un braccio di supporto componente, preferibilmente del tipo avente almeno sei gradi di libertà. Il sistema comprende anche un emettitore atto ad irradiare un target associato al supporto target secondo una delle suddette tecniche PLD e/o PED.

[0017] Vantaggiosamente, la slitta od il piatto girevole consente di scambiare il target in uso senza alcun intervento dall’esterno della camera depressurizzabile.

[0018] Secondo una prima variante preferita dell’invenzione, detto emettitore di tipo PED è alloggiato all’interno della camera di deposizione, preferibilmente in una posizione fissa, facendo in modo che il braccio di supporto del target si muova rispetto ad esso.

[0019] Secondo una seconda variante preferita dell’invenzione, detto emettitore di tipo PLD è alloggiato esternamente alla camera di deposizione e questa comprende una finestra ottica che consente di dirigere opportunamente il fascio laser all’interno della camera stessa secondo una direzione fissa.

[0020] Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione, sono implementati contemporaneamente un emettitore di tipo PLD ed un emettitore di tipo PED disposti rispettivamente esternamente ed internamente alla camera di deposizione in cui sono alloggiati i suddetti braccio di supporto del target e braccio di supporto del componente.

[0021] Preferibilmente, detti emettitori hanno una posizione fissa rispetto alla camera di deposizione, mentre il braccio di supporto del target può muoversi secondo tre direzioni reciprocamente perpendicolari tra loro oltre a poter sostituire il target in relazione allo stadio di una procedura di rivestimento/fabbricazione.

[0022] Più preferibilmente, il braccio di supporto del target è controllato in modo da spostare il target in modo da ottenere un consumo uniforme della superficie del target stesso. Inoltre, il braccio è controllato in modo da mantenere costante una posizione reciproca tra il target e l’emettitore benché la superficie del target si consumi durante l’ablasione di materiale.

[0023] Questo consente di ottenere una posizione fissa della nuvola di plasma generata nell’irradiamento del target e pertanto un punto di riferimento per il controllo della movimentazione del braccio di supporto componente.

[0024] Il braccio di supporto del componente oggetto di lavorazione/deposizione, è atto a movimentare detto componente, mano a mano che esso viene rivestito.

[0025] Pertanto è evidente che si possono attuare due controlli indipendenti, l’uno finalizzato ad un consumo uniforme del target e a mantenere fissa ed invariabile la posizione e le caratteristiche della nuvola di plasma, mentre l’altro è controllato in funzione dello spessore e delle zone di ricopertura del substrato oggetto di lavorazione, ottenendone una grande semplificazione del controllo.

[0026] Nel seguito «substrato», «componente oggetto di lavorazione», «componente oggetto di micro/nano-deposizione», sono equivalenti linguistici.

[0027] Preferibilmente, l’irradiazione del target e lo spostamento del componente sono sincronizzati. Più preferibilmente, la distanza tra il target ed il componente, la risoluzione della movimentazione e la potenza di irradiazione del target sono interrelati in modo da ottenere un rivestimento selettivo del componente senza ricorrere al mascheramento delle zone che non si desideri rivestire.

[0028] Pertanto, un controllo gerarchico può essere predisposto per controllare in modo coordinato i due bracci.

[0029] Preferibilmente, gli attuatori piezoelettrici hanno precisione nanometrica e pertanto, la suddetta sincronizzazione ed interrelazione consente di operare rivestimenti selettivi con risoluzioni dell’ordine dei nanometri.

[0030] Dal momento che la macchina è del tipo a controllo numerico, la deposizione può essere realizzata punto per punto e strato per strato, distribuiti spazialmente secondo una geometria, una struttura e/o una architettura prestabilita, una definizione micrometrica o nanometrica, con proprietà funzionali determinate da un modello matematico predeterminato per esempio secondo la tecnica STL (STereoLithography).

[0031] Storicamente, la produzione di protesi dentarie di elevata qualità e di ultima generazione è effettuata mediante una tecnica sottrattiva. In altre parole vengono, mano, mano, staccati delle porzioni da un blocchetto pre-sinterizzato per arrivare ad ottenere una protesi. Al di là del fatto che la precisione ottenibile è bassa, il procedimento, di per sé non è eco sostenibile, in quanto il materiale sottratto non può essere riutilizzato con spreco di energia e risorse.

[0032] Inoltre, il blocchetto pre-sinterizzato presenta delle proprietà fisicochimiche orientate alla robustezza trascurando importanti fattori quali il peso della protesi ottenuto, la sua elevata rigidità, ed una foto-correlazione, cioè un aspetto estetico insoddisfacente.

[0033] Grazie alla presente invenzione, si consente non solo di rivestire un componente protesico, ma di costruirlo completamente a partire da un nucleo, partendo cioè da strati profondi fino agli strati più superficiali.

[0034] Lo strato più profondo oltre ad assolvere alla funzione di sostegno, fornisce il colore base (Valore e Tinta) e gli strati intermedi, attraverso la texture riflettono e diffondono la luce, determinano il grado di saturazione o Croma, mentre lo strato superficiale, traslucente si fa attraversare dalla luce e resiste all’ambiente sfavorevole del cavo orale (acidità).

[0035] Una protesi dentaria è generalmente internamente cava per poter calzare su un cosiddetto impianto protesico o moncone dentale. Pertanto, per strati superficiali si intendono quelli visibili esternamente ma anche quelli destinati a calzare su un impianto protesico. Viceversa, gli strati più profondi sono quelli sottostanti agli strati superficiali.

[0036] Gli strati più profondi possono vantaggiosamente essere realizzati mediante la tecnica PLD che consente di accrescere la massa della protesi velocemente anche se con una precisione inferiore, mentre la PED è utilizzata almeno per la deposizione degli strati più superficiali.

[0037] Secondo una variante preferita di un metodo di fabbricazione di una protesi dentaria realizzata mediante il suddetto sistema, si riesce ad ottenere che tutte le porzioni della protesi garantiscono biocompatibilità, precisione geometrica, estetica adeguata ed una resistenza meccanica e chimica idonea agli scopi.

[0038] Inoltre, ogniqualvolta risulta opportuno effettuare la deposizione senza alterare le caratteristiche chimiche del materiale target risulta preferibile impiegare la PED, mentre, viceversa, quando è necessario elevare la temperatura del materiale target per ottenere, ad esempio, delle polimerizzazione nello strato di materiale deposto è preferibile adoperare la PLD.

[0039] Inoltre, si potrebbe desiderare di ottenere la formazione di una specifica lega sul substrato, pertanto le due tecniche, possono essere implementate in modo reciprocamente alternate tra loro sfruttando le peculiarità delle stesse.

[0040] La presente invenzione permette di deporre i materiali senza la necessità di operare mascherature delle zone adiacenti non interessate alla deposizione rese necessarie invece nei processi di deposizione noti, evitando così la contaminazione derivata da quel processo produttivo, migliorando la qualità del dispositivo realizzato e ottenendo lo snellimento del ciclo di produzione, con conseguente risparmio di tempo e riduzione dei costi.

[0041] Un’ulteriore opportunità offerta dalla tecnologia è la possibilità di miscelare e/o interscambiare le varie specie di ceramiche o altri tipi di materiali durante il processo di deposizione, anche sullo stesso strato per ottenere vari gradi di durezza, elasticità, translucenza, resistenza agli agenti corrosivi, proprio nelle zone dove queste qualità risultano essenziali, senza dovere subire successivi processi di sinterizzazione e rinvenimento (Annealing) come fino ad ora necessario. [0042] È oggetto della presente invenzione un sistema di deposizione di materiale in particolare per fabbricazione di una protesi dentaria, conformemente alla rivendicazione 1.

[0043] Ulteriori scopi saranno chiari al tecnico del ramo, mediante la descrizione di dettaglio che segue.

[0044] Le rivendicazioni descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure [0045] Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un sistema di deposizione di materiale in particolare per fabbricazione di una protesi dentaria, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la fig. 1 schematizza, secondo l’arte nota, un processo di deposizione operato mediante una tecnica PLD o PED; la fig. 2 mostra due esempi preferiti di bracci di supporto del sistema oggetto della presente invenzione; le fig. 3 e 4 mostrano rispettivamente un esploso di ciascuna dei detti bracci di fig. 2; la fig. 5 mostra un diagramma logico-funzionale degli attuatori e dei relativi sistemi di controllo relativi ai bracci di supporto di fig. 2; la fig. 6 mostra la modellazione di una porzione elementare di una superficie oggetto di deposizione, dalla figura stessa, si comprende che la modellazione può essere tridimensionale; la fig. 7 mostra operativamente una interazione di un componente oggetto di deposizione, sulla cui superfi cie impatta, modellata mediante superfici elementari interconnesse, una nuvola di plasma; la fig. 8 Mostra il sistema di deposizione all’interno della camera ad alto vuoto con parti asportate; la fig. 9 mostra il deposito di uno strato di finitura, tramite il sistema oggetto della presente invenzione e mostrato nelle figure precedenti 1-7, su di un elemento protesico precedentemente costruito; le fig. 10a e 10b mostrano rispettivamente una vista in sezione longitudinale di un elemento protesico, costruito tramite il sistema oggetto della presente invenzione e mostrato nelle figure precedenti 1-7, ed una vista in sezione dello stesso elemento protesico montato su un moncone; le fig. 11 a e 11 b mostrano rispettivamente una vista in sezione longitudinale di un elemento protesico, costruito tramite il sistema oggetto della presente invenzione e mostrato nelle figure precedenti 1-7, ed una sezione trasversale dello stesso elemento protesico.

[0046] Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione [0047] La fig. 1 dell’arte nota mostra un target TG irradiato da un emettitore EM con una radiazione RD. Dal target si stacca una nube di plasma PA che impatta su un substrato SB oggetto di deposizione.

[0048] La nube di plasma del materiale ablaso, ha forma ogivale, con origine nel punto di impatto della radiazione elettronica o laser sulla superficie del target ed è orientato perpendicolarmente alla superficie del target stesso.

[0049] Nella figura si vede che il substrato SB ha una superficie da ricoprire sostanzialmente tangente alla nube di plasma, pertanto, virtualmente, solo un punto elementare del substrato è colpito dalla nube di plasma.

[0050] Se la distanza D tra target e substrato SB si riduce, l’intersezione tra substrato e la nube PA si allarga aumentando la superficie di deposizione, ma evidentemente si riduce la risoluzione della deposizione stessa.

[0051] Il target può essere un qualunque materiale col quale si è deciso di rivestire un substrato.

[0052] Con riferimento alla fig. 2, viene mostrato un esempio realizzativo di un sistema di deposizione o fabbricazione secondo la presente invenzione.

[0053] A sinistra del foglio, con la lettera ST è indicato un braccio di supporto del target.

[0054] Nella fig. 2 il target è schematizzato con un prisma retto 15 associato ad un piatto girevole 8.

[0055] Dalla stessa figura si comprende che il piatto girevole 8 comprende una pluralità di cavità di supporto, angolarmente equi-spaziate, che consentono di alloggiare altrettanti target sullo stesso piatto 8.

[0056] Vantaggiosamente è possibile sostituire il target durante la lavorazione semplicemente inducendo una rotazione nel piatto di supporto 8.

[0057] Il numero delle cavità di supporto può variare opportunamente in relazione alle circostanze.

[0058] In alternativa è possibile adoperare una slitta che trasla sostituendo il target.

[0059] Vantaggiosamente l’emettitore può restare fermo, mentre il target viene spostato rispetto all’emettitore grazie al relativo braccio di supporto ST.

[0060] Il braccio di supporto, comprende tre slitte mobili 10, 12 e 13 associate tra loro in modo da consentire uno spostamento secondo tre assi coordinati X, Y e Z, perpendicolari tra loro.

[0061] Più in particolare, le slitte sono atte a determinare uno spostamento dell’ordine del nanometro.

[0062] Mentre le slitte 12 e 13 possono essere interconnesse direttamente tra loro, le slitte 10 e 12 sono interconnesse mediante un elemento di interconnessione 11 atto a mantenere la slitta 10 sfasata di 90° rispetto al piano X-Y a cui sono parallele le slitte 12 e 13.

[0063] Secondo la variante mostrata nelle fig. 2 e 3, viene implementato un piatto girevole attorno un fulcro 7 supportato assialmente da un attuatore rotativo 9 fissato direttamente o indirettamente alla slitta 10.

[0064] Anche detto attuatore rotativo è atto ad imprimere una rotazione al piatto rotativo 8 con risoluzione dell’ordine del nanometro.

[0065] Il piatto rotativo comprende, per esempio, otto cave di supporto target disposte circonferenzialmente ad una faccia, opposta alla faccia prospiciente l’attuatore rotativo 9. Inoltre, le cave di supporto target sono disposte angolarmente equispaziate.

[0066] Preferibilmente, il fulcro 7 definisce un sistema ad attacco rapido comprendente delle asole cieche che si estendono assialmente, su una superficie cilindrica, mentre il piatto rotativo 8 comprende un foro centrale complementare al fulcro e delle corrispondenti aperture nella superficie cilindrica del foro centrale, da cui si affacciano parzialmente delle sfere caricate a molla che consentono una associazione rapida tra piatto girevole e fulcro 7. Cosicché in condizione operativa di montaggio le sfere aderiscono nelle asole cieche impedendo la dissociazione del piatto girevole dal fulcro 7.

[0067] Questo fatto risulta particolarmente utile quando il sistema è destinato a più lavorazioni differenti che richiedano un numero di materiali di rivestimento ben superiore delle otto cave di supporto target disponibili nell’esempio delle figure. [0068] Ciò non toglie che il piatto possa essere fissato in modo diverso e che il numero delle cave di supporto sia diverso. [0069] A destra del foglio, è mostrato il supporto componente SS, dove per componente si intende un oggetto che debba essere semplicemente rivestito oppure un nucleo sul quale si intende costruire un oggetto completo. La differenza tra le due situazioni è che nel primo caso lo spessore di materiale apportato è alcuni ordini di grandezza inferiori ad una qualunque delle dimensioni dell’oggetto da rivestire, mentre, nel secondo caso si effettua un apporto massivo di materiale per ottenere un notevole accrescimento del nucleo iniziale e successivi rivestimenti. Di seguito è descritto un esempio realizzativo di una protesi dentaria.

[0070] Con riferimento alla fig. 3 è mostrato un esploso di un braccio SS di supporto di un componente oggetto di lavorazione.

[0071] Esso comprende un dispositivo di supporto 6, preferibilmente del tipo a tre punti per supportare un componente oggetto di lavorazione, mostrato ad esempio nelle fig. 9-12. Si vede che tale dispositivo di supporto comprende un elemento a croce, ma solo tre degli estremi supportano altrettanti elementi longitudinali fissati alla stessa mediante giunto sferico per ottenere un supporto a tre punti, che conferisce una più alta precisione nel supporto stesso.

[0072] Il dispositivo di supporto 6 è associato assialmente direttamente o indirettamente ad un attuatore rotativo 5, per esempio simile al suddetto dispositivo 9.

[0073] Opzionalmente può essere presente un tripode 4 di cui si discuterà in seguito.

[0074] L’attuatore rotativo, similmente a quanto descritto per il braccio di supporto target ST, è collegato ad una terna di slitte 19, 1 e 3 che consentono spostamenti secondo assi coordinati X, Y, Z.

[0075] Anche in questo caso, una coppia di slitte 19 e 1 è interconnessa direttamente definendo il piano di spostamento X, Y, mentre la slitta 3 è connessa alle slitte 19 e 1 mediante un elemento di interconnessione 2 che mantiene la slitta 3 a 90° rispetto al piano X-Y a cui sono parallele le slitte 1 e 19.

[0076] Le slitte 19, 1,3 sono atte a determinare uno spostamento dell’ordine del nanometro.

[0077] Il braccio di supporto SS di supporto componente può essere così direttamente associato ad una base di supporto 20, comune ad entrambi i bracci SS ed ST.

[0078] In tal caso, si preferisce che l’asse di rotazione dell’attuatore rotativo 5 è diretto secondo una direzione circa perpendicolare con l’asse di rotazione dell’attuatore rotativo 9. Detti assi possono non essere complanari, ma giacere su piani reciprocamente paralleli.

[0079] La reciproca posizione degli assi di rotazione non è essenziale al funzionamento del sistema, benché le disposizioni appena descritte consentono di semplificare i metodi di gestione dei bracci di supporto SS ed ST; infatti, con riferimento alle figure il braccio ST è orientato secondo l’asse X, mentre il braccio SS è orientato secondo l’asse Y. Evidentemente, possono essere scelte angolazioni diverse, eventualmente dipendenti dalla forma del componente oggetto di lavorazione. [0080] Secondo una variante preferita dell’invenzione, il braccio di supporto componente SS è associato alla base comune 20, mediante una ralla bilanciata 17.

[0081] Tale ralla è associata alla base comune 20 mediante un attuatore rotativo 18 avente un asse di rotazione perpendicolare alla base comune, cioè orientato secondo l’asse Z. Il braccio SS è associato alla ralla in posizione eccentrica, pertanto, la ralla è conformata per bilanciare il peso dello stesso braccio.

[0082] Tale ralla consente di variare l’angolo formato tra l’asse di rotazione dell’attuatore rotativo 5 con l’asse di rotazione dell’attuatore rotativo 9.

[0083] Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione che può combinarsi con le precedenti, il braccio di supporto componente SS è dotato di un cosiddetto tripode 4, vale a dire un ulteriore attuatore avente sei gradi di libertà così come indicato in fig. 4, mediante il sistema di assi coordinati racchiusi nel cerchio collegato allo stesso tripode.

[0084] L’implementazione del tripode non è essenziale. Esso introduce nella cinematica del braccio ST la rotazione attorno all’asse Z e all’asse Y. Questo consente di ottenere piccole inclinazioni del componente oggetto di lavorazione, utili soprattutto per seguire eventuali concavità e convessità del componente oggetto di lavorazione.

[0085] È evidente che vi è una sovrapposizione tra alcuni gradi di libertà del tripode con i gradi di libertà delle slitte 19, 1,3. Questo consente da un lato di estendere la motilità del braccio lungo gli stessi gradì di libertà, di velocizzare la stessa motilità, considerando che gli attuatori sono di natura piezoelettrica a risoluzione nanometrica, in aggiunta, il fatto di avere il tripode disposto in un punto compreso tra l’attuatore rotativo 5 e la slitta «verticale» 3, consente di seguire più facilmente le forme arrotondate di un componente, in particolare una protesi dentaria.

[0086] Vale la pena evidenziare che la potenza dell’emettitore può essere altresì controllata e così anche la distanza reciproca tra l’emettitore ed il target per ottenere una variazione della forma della nuvola di plasma. È evidente che l’angolo tra la direzione di irradiamento RD rispetto alla superficie è fissa e di circa 45°.

[0087] La camera di deposizione C è solo schematizzata, in quanto essa può avere forma e dimensioni qualunque. Analogamente, non sono mostrati i mezzi per controllare l’atmosfera all’interno della stessa camera, né di altri dispositivi per il controllo delle operazioni di deposizione, in quanto si tratta di arte in sé nota che non necessita di specifica descrizione.

Alla camera sono associati [0088] - Mezzi per manipolare e misurare l’atmosfera all’interno della camera, tra cui una o più pompe da vuoto e misuratori di pressione/vuoto; - Mezzi per monitorare il processo di deposizione, tra cui un laser di misura, una telecamera ed eventualmente uno spettrometro di massa.

[0089] La camera di deposizione ad atmosfera controllata, è compatibile con il cosiddetto «Ultra Alto Vuoto», vale a dire con pressioni dell’ordine di 10Λ-9 hPa. Essa ha dimensioni compatibili per l’alloggiamento dei suddetti supporto target A e supporto componente B.

[0090] Infatti, la sorgente di elettroni ad alta energia PED, laddove presente, è alloggiata internamente alla camera, mentre la sorgente laser PLD, laddove presente, è alloggiata esternamente alla camera ed interagisce con il target da cui abladere il materiale da micro e/o nano deporre mediante una opportuna finestra ottica realizzata nell’involucro della camera C a tenuta di vuoto.

[0091] Preferibilmente, nella camera di confinamento è alloggiato almeno un dispositivo laser (non raffigurato nei disegni allegati) di misurazione di una distanza per misurare una posizione del componente oggetto di lavorazione, rispetto ad un predefinito punto di riferimento. Infatti, dal momento che la superficie esterna si sposta verso il target a causa del processo di deposizione; tale misurazione consente di controllare correttamente una posizione reciproca tra il target e la posizione in cui ci si aspetta che tale superficie da ricoprire sia colpita dalla nuvola di plasma.

[0092] Preferibilmente, un secondo laser (raffigurato in fig. 8 ed indicato come measure laser) di misurazione di una distanza è associato alla camera C, internamente ad essa, per misurare una posizione del target per controllare la movimentazione del braccio di supporto del target per i medesimi scopi descritti sopra.

[0093] Preferibilmente, almeno uno dei suddetti dispositivi di misura laser è di tipo Interferometrico differenziale implementante un metodo homodyne, in sé noto, dalla risoluzione subnanometrica.

[0094] Le suddette misurazioni consentono di ricalcolare ed aggiustare dinamicamente, le coordinate spaziali dei vertici dei triangoli che descrivono la superficie del Substrato che sono state modificate dal materiale depositato, delle quantità inerenti allo spessore depositato, al fine di eventualmente ripetere automaticamente il processo di deposizione sulla stessa area fino al raggiungimento dello spessore previsto.

[0095] Secondo una variante preferita dell’invenzione, una quantità di materiale asportata dal target viene calcolata mediante un bilancio energetico sia nel caso della tecnologia PLD sia nel caso della PED.

[0096] Preferibilmente, all’interno della camera è alloggiata una telecamera (non raffigurata nei disegni illustrativi) per il monitoraggio e la registrazione di eventi relativi ad un processo di deposizione.

[0097] Preferibilmente, la camera comprende - diverse aperture sigillatali per consentire il caricamento di uno o più target e del componente oggetto di lavorazione - una finestra ottica, evidentemente a tenuta di vuoto, per l’osservazione visiva dello svolgimento dei processi di deposizione; - una flangia con finestra ottica, evidentemente a tenuta di vuoto, attrezzata di lenti e specchi per il direzionamento e l’allineamento del fascio laser ad alta energia generato dall’emettitore PLD (Pulsed Laser Beam) sul materiale target; - una apertura per l’immissione di gas attivanti o inerti all’interno della camera di deposizione, munita di valvole di intercettazione e dispositivi di regolazione del flusso dei gas; - una o più aperture munite di elementi di fissaggio di almeno una valvola di intercettazione per l’interfacciare con il volume interno della camera di deposizione eventuali dispositivi di misurazione di pressione e/o altre grandezze, tra cui la misura del vuoto; - una flangia per collegare uno spettrometro di massa in modo da poter monitorare e analizzare in tempo reale la stechiometria del flusso del plasma ablaso dal target; - una flangia per collegare alla camera di deposizione una pompa da vuoto. Preferibilmente vengono implementate due pompe, di cui una di tipo «Turbo» per lo svuotamento rapido della camera di deposizione ed una pompa da alto vuoto per il mantenimento del vuoto durante il funzionamento del sistema di deposizione; - una flangia per il passaggio di cavi elettrici per l’alimentazione ed il controllo degli attuatori associati ai supporti target e componente.

[0098] Come descritto sopra l’area interessata al deposito dipende dalla distanza della superficie da ricoprire (Substrato) rispetto alla superficie del Target e dalla potenza di irradiazione del target. Tale area risulta minima quando tange l’apice (virtuale) della nuvola di plasma ed aumenta riducendo la distanza dal Target poiché aumenta l’area di intersezione con la nuvola di plasma. Pertanto, i parametri necessari a controllare l’area di deposizione sono la potenza di irradiazione e la distanza tra target e superficie.

[0099] Per rispondere alle esigenze di velocità di risposta e precisione dei movimenti gli attuatori sono piezoelettrici con risoluzione di qualche nanometro e dal peso complessivo di qualche centinaio di grammi adatti per essere impiegati in ambiente ad alto vuoto (10-7 hPa). Essi, vantaggiosamente non generano campi elettromagnetici che possano interferire con il flusso supersonico della nuvola di plasma del materiale ablaso dal target da depositare sul substrato oggetto di lavorazione.

[0100] La movimentazione dei bracci di supporto SS ed ST e l’intensità della radiazione RD è controllata in modo automatico da uno o più computer interconnessi tra loro, che governano sincronicamente il sistema attuatori piezoelettrici che muovono submicrometricamente il supporto del target e del substrato oggetto di deposizione.

[0101] Da quanto descritto sopra, il sistema può raggiungere quindici gradi di libertà, consentendo di selezionare il materiale da depositare da una a più tipologie e/o natura differente senza dover aprire la camera di deposizione.

[0102] La fig. 5 mostra uno schema logico di controllo degli attuatori e degli emettitori.

[0103] Dall’alto verso il basso - «Atmosphère Control» indica un sistema di controllo dell’atmosfera nella camera ad alto vuoto. - HVG «High Vacuum Gauge» indica il sistema di controllo vuoto; - VC «Vacuum Chamber» indica la camera del vuoto; - «Measure Laser» indica il laser di misura e MLCS «Measure Laser Control System» indica il sistema di controllo del» Measure laser» e che converte i segnali elettrici del Measure Laser in segnali digitali per l’interfaccia con il sistema di controllo centrale; - HPS indica la sorgente ad alta potenza (High Power Source) dell’emettitore laser «HP Laser», - PHVS indica la sorgente ad alta tensione (Power High Voltage Source) dell’emettitore di elettroni «Eb», - CTMC indica il dispositivo di controllo del braccio di supporto target ST, - CSMC indica il dispositivo di controllo del braccio di supporto componente SS; - CMMC indica il dispositivo di controllo di supervisione che invia segnali e valori di riferimento ai dispositivi CTMC e CSMC, i quali, autonomamente procedono a garantire il raggiungimento di predeterminate posizioni spaziali della nuvola di plasma da un lato e del substrato oggetto di deposizione dall’altro.

[0104] Secondo una variante preferita dell’invenzione, la superfice di rivestimento è modellata mediante superfici triangolari elementari, come definito nello standard STL «STereoLithography», dalle coordinate spaziali dei relativi vertici, così come mostrato in fig. 6.

[0105] Nella fig. 7 è riportato lo stesso triangolo elementare mostrato in figura 6 come parte di una superficie di un substrato SB oggetto di rivestimento.

[0106] Si vede che l’intersezione, sostanzialmente circolare - ma può avere forme differenti in relazione alla convessità della superficie del substrato - tra la nuvola di plasma PA e la superficie del substrato è focalizzata esattamente sul triangolo elementare avente i bordi più marcati.

[0107] Una volta che il braccio di supporto del target assicura la corretta posizione spaziale della nuvola di plasma, anche in relazione alla potenza irradiata dall’emettitore, il posizionamento del substrato ed in particolare la focalizzazione di ciascun triangolo elementare modellato e conseguentemente l’ampiezza stessa della suddetta area di intersezione è compito del braccio di supporto del substrato.

[0108] Secondo una variante preferita dell’invenzione, l’ampiezza dell’area di intersezione è controllata variando la potenza di emissione dell’emettitore.

[0109] Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione, l’ampiezza dell’intersezione è variata spostando la posizione reciproca tra emettitore e target.

[0110] Con riferimento alla fig. 7, confrontata con le fig. 2 e 6, si comprende che gli attuatori sono controllati in modo da garantire l’allineamento dell’asse X del sistema di riferimento del braccio di supporto target ST con il versore n normale alla superficie del triangolo elementare. Il centro del triangolo che determina l’area da ricoprire è individuato dalle coordinate spaziali dei suoi vertici V1 (x, y, z), V2 (x, y, z), V3 (x, y, z), così come contenuti in un file.stl che modella una rappresentazione tridimensionale della superficie del substrato.

[0111] In relazione all’angolo formato tra l’asse di rotazione dell’attuatore 5 con l’asse di rotazione dell’attuatore 9, l’ampiezza dell’area di intersezione è controllata agendo sulle slitte 1 e/o 19 del braccio di supporto SS e/o le slitte 12 e/o 13 del braccio di supporto ST. Quando il braccio di supporto SS è dotato di ralla eccentrica 17/18 e/o di tripode 4, anch’essi possono essere opportunamente controllati a tale scopo.

[0112] Il fascio di elettroni è preferibilmente guidato da una cannula, anche chiamata «capillare» 16, mostrato sia in fig. 2 che in fig. 7. Esso, guidando il fascio di elettroni può essere concettualmente confuso con il fascio stesso.

[0113] Gli attuatori piezoelettrici sono vantaggiosamente compatibili con un ambiente ad alto vuoto (10-7 hPa) quale quello realizzato nella camera di deposizione C.

[0114] Gli attuatori rotativi 5 e 9, preferibilmente forniscono un intervallo di rotazione >360° con risoluzione angolare 0,75 prad; con minimo moto incrementale di 3 prad.

[0115] Per quanto riguarda gli attuatori a slitta, essi comprendono motori piezoelettrici a movimento inerziale, preferibilmente atti a realizzare una corsa 26 mm con risoluzione di 1 nm con minimo moto incrementale di 6 nm.

[0116] Il tripode motorizzato 4, a sei assi è anch’esso dotato di motori piezoelettrici a movimento inerziale, preferibilmente con risoluzione 1 nm in grado di fare compiere all’attuatore girevole 5 brevi spostamenti ed anche contemporanei tra i suddetti sei gradi di libertà.

[0117] Per quanto concerne la fabbricazione di protesi dentarie, questo consente di depositare pigmenti colorati, in modo così precisa da ottenere un manufatto estremamente vicino ad un dente umano.

[0118] Al tempo stesso, il fatto di implementare un supporto multiplo di materiali target, quale ad esempio il piatto rotativo 8 permette di miscelare le pigmentazioni consentendo di determinare le concentrazioni e le miscelazioni degli stessi punto per punto per riprodurre tonalità e gradienti di colore il più verosimilmente uguali a quelle di un campione di riferimento, influendo sulla trans-lucentezza del materiale depositato.

[0119] Allo stesso modo, si rende possibile variare, punto per punto, e non solo strato per strato, la natura e le proprietà fisiche e chimiche del manufatto in funzione di caratteristiche sia estetiche che strutturali della protesi oggetto di fabbricazione.

[0120] Risulta evidente che nel caso di depositi stratificati di materiale, la geometria dell’oggetto che ha ricevuto il materiale depositato viene ad essere modificata; si rende pertanto necessario aggiornare le coordinate spaziali dei vertici dei triangoli che descrivono la superficie dell’oggetto, delle quantità derivate dallo spessore del materiale su di essi depositato, così che al successivo passaggio sullo stesso centro dell’area da ricoprire, siano rispettate le condizioni di reciprocità che attengono alle regolazioni delle distanze e dei movimenti che influenzano la deposizione. Tale aggiornamento può essere realizzato dinamicamente, modificando automaticamente i dati parametrici delle coordinate spaziali dei vertici dei triangoli che descrivono la superficie dell’oggetto da ricoprire, interessati dalla deposizione, nel momento in cui il flusso di plasma generato dalla pulsazione del fascio di elettroni sul materiale da depositare si è appena depositato nella quantità prevista per ottenere lo spessore richiesto, in modo da compensare la modificazione della geometria intervenuta.

[0121] Si preferisce che l’aggiornamento sia realizzato automaticamente conoscendo a priori la quantità di materia trasferita, a livello di singoli atomi, ed eventualmente di controllare in retroazione tale stima mediante i suddetti dispositivi di misura laser.

[0122] Pertanto, il dispositivo di supervisione CMMC è programmato per variare le coordinate dei triangoli elementari superficiali mano a mano che la micro e/o nano deposizione procede.

[0123] Alternativamente, il dispositivo di supervisione CMMC riceve ed elabora fasi successive di elaborazione complete basate su coordinate attese della superficie del substrato.

[0124] La prima soluzione è certamente più accurata e consente di controllare in retroazione il procedimento di deposizione anche se richiede una potenza di calcolo certamente più rilevante che nel secondo caso.

[0125] Di seguito si riporta, a titolo dì esempio, un elenco di manufatti protesici odontoiatrici, realizzabili sia in serie che su misura con la suddetta tecnologia: - riparazione di elementi dentari, ponti e protesi dentarie - realizzazione di parte di dente, tra cui intarsio, faccetta (ricostruzione estetica della superfice vestibolare dei denti incisivi e canini) - realizzazione di perni moncone - realizzazione di singolo elemento dentario - realizzazione di corone su monconi dentari - realizzazione di corone su impianti - realizzazione di ponti - realizzazione di protesi parziali, fisse e rimovibili - realizzazione di protesi totali, fisse e rimovibili - realizzazione di impianti dentali standard di serie - realizzazione di impianti dentali customizzati anche su elaborazione CAD - stratificazione di materiali biocompatibili su impianti - graffe ortodontiche - barre stabilizzatrici - sistemi di contenzione - scaffold standard (o scaffold di dimensioni predefinite, prodotti in serie e adattabili in fase d’innesto da parte dall’operatore del settore, medico chirurgo e odontoiatra) - scaffold bioattivi customizzati anche su elaborazione CAD - scaffold ossei autologi, omologhi, eterologhi e alloplastici.

[0126] I cosiddetti scaffold ossei sono degli innesti destinati ad essere inseriti in opportune cavità ossee, per esempio, la mascella e/o la mandibola di un uomo e favoriscono l’osteointegrazione - capacità di legarsi biocompatibilmente con l’osso ricevente -, l’osteoconduzione - capacità di fungere da supporto fisico tridimensionale ai processi di formazione ossea -, l’osteoinduzione - capacità di fornire uno stimolo biologico per indurre la differenziazione di cellule indifferenziate pluripotenti, locale o originate da tessuti adiacenti - e l’osteogenesi capacità di formare nuovo osso da parte di cellule osteoblastiche vitali -.

[0127] Con la suddetta tecnologia possono essere costruiti Scaffold ossei innovativi, combinando le strutture minerali di ossa naturali, provenienti per esempio da cadavere umano o bovino con biopolimeri, personalizzati sulle esigenze dimensionali del paziente.

[0128] I materiali tecnici inorganici ed organici possono essere impiegati alternativamente, punto a punto sullo stesso strato e differentemente su uno strato sottostante e/o sovrastante secondo un design e/o un’architettura prestabilita, privilegiando la PLD per gli «spot» di maggiori dimensioni e la PED nelle zone di interconnessione tra due materiali diversi - vedi ad esempio in fig. 11a e 11b gli strati 35 e 37 interposti rispettivamente fra gli strati 34-36 e 36-38 -, negli strati di rivestimento interno ed esterno e nei punti dove le esigenze di conservazione della stechiometria, ed in generale delle proprietà fisicochimiche, del materiale target da trasferire devono essere preservate durante il processo di deposizione.

[0129] Nella fabbricazione di una protesi dentaria, la relativa durezza e flessibilità possono essere controllate variando la frazione inorganica quale, ad esempio, protossido di zirconio, o modificando il grado di reticolazione della frazione organica impiegando gruppi funzionali che impediscono la reticolazione, gli alchili o fenili, o gruppi che favoriscono la reticolazione formando un network molto denso. Inoltre, rivestimenti ibridi organici-inorganici possono essere caricati con particelle di tipo ceramico per applicazioni in ortopedia e impianti dentali.

[0130] Un’altra applicazione molto interessante dei rivestimenti ibridi ottenibili grazie al sistema oggetto della presente invenzione consiste nella creazione di superfici con proprietà self-cleaning (auto-pulenti). Ciò si ottiene stratificando con la PED materiali, quali ad esempio il biossido di titanio, che hanno le seguenti caratteristiche: fotocatalitiche, che consentono in presenza di irraggiamento luminoso di decomporre le sostanze organiche e gli inquinanti; super-idrofilia, che ne esaltano la capacità di auto detergersi. Tanto è maggiore l’irraggiamento con luce UV della superficie trattata, tanto diminuisce il suo angolo di contatto con l’acqua, che tende addirittura a zero dopo un ragionevole intervallo di tempo. L’acqua cioè si spande e dilava con facilità. In pratica, all’azione del biossido di titanio che disgrega i depositi organici presenti sulla superficie trattata, grazie alla fotocatalisi, si aggiunge quella idrofilia; antibatteriche, ottenute grazie all’effetto dei raggi UV contenuti nella luce solare. L’irraggiamento innesca una reazione sulla superficie trattata, in grado di produrre ossigeno attivo e decomporre i batteri.

[0131] Vengono di seguito descritti alcuni esempi di processi produttivi.

[0132] Il dispositivo precedentemente descritto offre opportunità fino ad ora inimmaginabili in campo odontoiatrico; a titolo di esempio si descrivono, di seguito, il rivestimento di uno o più elementi protesici, la realizzazione completamente automatizzata di protesi dentale ad elevata qualità e la costruzione di un elemento protesico innovativo costituito da scaffold osseo customizzato, struttura simil-paradontale, struttura simil- dentinale, struttura simil-smalto.

Rivestimento di un elemento protesico [0133] Il rivestimento protesico con il sistema sopracitato sostituisce le fasi manuali di spennellatura e cottura del materiale ceramico completando il cosiddetto flusso digitale (Scanner intra-orali, scanner per calchi, software CAD, fresatori CAM), fermo da anni su processi produttivi di tipo sottrattivo, incompleto nella finalizzazione del prodotto, bloccato alla realizzazione di una sottostruttura protesica Metal-Free, di ottima qualità, ma sospesa in attesa della attività di spennellatura manuale e di cottura sequenziale delle diverse tipologie di masse ceramiche da rivestimento protesico. Limitato nelle proprietà di fotocolorazione, con peso e resistenza eccessiva nella realizzazione di protesi monolitiche precolorate. Limitato da una scarsa resistenza alle prove di carico e di fatica per quanto riguarda la realizzazione di corone, ponti e sovrastrutture di ceramica integrale o di strutture accoppiate (infrastruttura in zirconio e sovrastruttura in ceramica).

[0134] Si parte dalla riproduzione colorimetrica del dente in 2D ovvero della Dentina, dello Smalto, della Placca e della Texture, scegliendo uno dei sistemi o standard (RGB, Lch, Cie-Lab, Scala Vita Lumin, Vita Classical, Cromascop) ognuna di esse viene applicato nel layer corrispondente generato a partire dalla modellazione CAM dello stesso dente. Il file risultante contenente informazioni geometriche, spaziali con associate le attribuzioni di colore viene elaborato in quasi real-time e/o successivamente dal computerized main machining controller (CMMC) per programmare la deposizione.

[0135] Il rivestimento 25 di fig. 9 viene depositato, tramite PED, su di un elemento protesico pre-costruito, visto secondo una sezione longitudinale, con una tecnica sottrattiva nota in sé. Lo strato di rivestimento può essere fatto in ceramica dentale o in smalto naturale del paziente ricavato, ad esempio, da un dente in sovrannumero tolto in precedenza e conservato dopo essere stato opportunamente trattato.

[0136] Per Opportunamente trattato si intende ad esempio che esso è soggetto ad una o più delle seguenti operazioni: 1) Taglio 2) Segmentazione 3) Morcellazione 4) Liofilizzazione 5) Demineralizzazione (parziale o totale) 6) Produzione di una pasta d’osso.

[0137] Generalmente tali operazioni sono compiute nell’ambito di un più ampio procedimento di preparazione dello scaf-fold che comprende i seguenti passi: A Rilevamento della forma e della Texture dentale e ossea prima necessaria all’impianto mediante una delle seguenti tecniche: Radiografia endorale, Radiografia endorale biteswit, Ortopantomografia dentale, Tac tipo Dentalscan, Scanner 3D; B Integrazione e ricostruzione digitale dei dati acquisiti C Fabbricazione dello scaffold in qualunque modo, inclusa la metodica additiva qui descritta; C Posizionamento sul dispositivo di supporto 6 dello scaffold ottenuto al passo precedente e rivestimento dello stesso mediante un materiale target associato al piatto girevole 8.

[0138] Lo spessore di questo strato, costituito da più layer, va da 10 a 50 μm ed ha funzione estetica, antigraffio, antiacida, riflettente e somigliante col dente naturale, inoltre ha una durezza rispettosa dei tessuti adiacenti.

[0139] Come si vedrà in seguito, come materiale target si può adoperare un frammento di osso o dente proveniente dallo stesso paziente su cui si intende impiantare lo scaffold.

Realizzazione automatizzata di protesi dentale o di un manufatto protesico cavo da ancorare su impianto o su moncone dentale.

[0140] Nelle fig. 10a e 10b è rappresentata la vista in sezione longitudinale di un elemento protesico montato su un moncone in titanio (abutment) 27 che è parte di un impianto dentale o su moncone dentale. Come è possibile vedere in figura, l’elemento protesico è formato da una parte portante 30 realizzata in diossido di zirconio, un guscio in titanio (che ha struttura reticolare) 31, una parte cava 28 e uno strato di finitura 29 che è particolarmente rifinito e può, come nel caso precedente, essere fatto in ceramica dentale o in smalto dentale naturale del paziente a partire dal suddetto dente in sovrannumero, per esempio.

[0141] Una parte di protesi ottenuta in maniera additiva è la corona 32. Come nel caso precedente, la corona viene costruita per strati successivi (layer).

[0142] La parte in diossido di zirconio 30 associata alla parte in titanio 31 che confina la cavità interna formando un guscio con spessore complessivo variabile da 0.3 a 0.5 mm, essendo questa la parte destinata a reggere i carichi di masticazione, viene dimensionata secondo le tecniche di analisi strutturale consuete ad esempio con un calcolo agli elementi finiti.

[0143] La stratificazione della parte 30 viene eseguita con la tecnologia PLD e/o PED. La parte esterna 29, costruita in ceramica dentale o smalto naturale trattato, ha uno spessore da 10 a 50 μm e viene stratificato con la tecnologia PED.

[0144] Per parte superficie esterna 29 si intende non solo la superficie della protesi che si affaccia nel cavo orale inclusi il (i) dente adiacente(i) e contrapposto(i), ma anche opzionalmente la superficie della protesi in contatto con l’elemento di collegamento di collegamento 27 descritto di seguito.

Costruzione di un elemento protesico [0145] Nelle fig. 11a ed 11 b è rappresentato un elemento protesico, un dente incisivo nella fattispecie, che riproducendo nella forma un dente naturale consentirà di ottenere risultati estetici e funzionali mai ottenuti con i metodi tradizionali.

[0146] Il manufatto è costruito tramite una deposizione additiva di strati successivi di materiale ottenuto tramite PLD o PED a seconda delle caratteristiche chimico fisiche che devono avere le zone da ricoprire.

[0147] Qui di seguito si descrivono le fasi per la costruzione dell’elemento protesico rappresentato nelle fig. 11a e 11 b.

[0148] Il particolare 33 è il substrato iniziale, costruito in teflon o altro materiale, sul quale vengono depositati i diversi strati fino alla sommità indicata dalla porzione 39. Uno strato, che taglia perpendicolarmente lo sviluppo longitudinale della protesi è indicata con «layer» in fig. 11 a e rappresenta uno strato di deposizione.

[0149] Il particolare 33 viene montato su supporto del braccio SS mostrato ad esempio in fig. 1, mentre i diversi materiali target sono posizionati sul piatto rotante 8, per esempio di fig. 1. Il particolare 15 di fig. 3 è un esempio di materiale target posizionato. Il tutto è sottoposto ad alto vuoto grazie alla camera descritta sopra.

[0150] La costruzione del manufatto avviene depositando spot in modo da formare strati successivi di deposizione secondo un accrescimento assiale, vale a dire per layers trasversali allo sviluppo longitudinale del prodotto completo.

[0151] Dunque per accrescimento assiale o parallelo allo sviluppo della protesi, si intende che si depongono strati trasversali allo stesso sviluppo.

[0152] Ogni spot di materiale depositato può avere uno spessore variabile da 6 nm a 100 μm o più, in ogni strato possono essere depositati diversi materiali sia con la tecnologia PLD sia con la tecnologia PED.

[0153] In dettaglio, per l’elemento protesico di fig. 11, la tecnologia PLD è utilizzata per la costruzione delle parti numerate: 34, 36, 38, 41; la tecnologia PED, invece, per le parti 35, 37, 39, 40, 42.

[0154] Per meglio rendere chiaro il principio e facendo riferimento alla vista in sezione (SEZ. A-A) di fig. 11 b, la costruzione parte con il deposito del primo layer, in cui verrà depositato la porzione di strato 42 - idrossiapatite di spessore preferito 100 μm- con tecnologia PED, successivamente la porzione di strato 34 - idrossiapatite con tecnologia PLD, di seguito la porzione di strato 35 - idrossiapatite- di spessore 50 μm con tecnologia PED, successivamente la porzione di strato in Diossido di zirconio 36, ed eventualmente la porzione di strato in teflon 41, che può essere opzionalmente lasciata cava, con tecnologia PLD. Ad ogni cambio di materiale il piatto rotante 8 di fig. 1 ruoterà rendendo disponibile il materiale (target) da trasferire al raggio PLD o PED, a seconda della tecnologia da usare.

Ordine sopra descritto della realizzazione delle porzioni [0155] Osservando la fig. 11 a si riconoscono degli strati contigui tridimensionali dello stesso materiale ottenuti mediante la deposizione a layer trasversali descritta sopra. Si ottiene dunque uno scaffold osseo di forma geometrica adattabile alle condizioni morfostrutturali del sito ricevente 34. Lo scaffold osseo ha una forma porosa opportunamente alveolata con diametro dei pori 200-300 μm o anche inferiore ed è costituito da idrossiapatite.

[0156] Nel caso in cui il paziente ha grave atrofia ossea o non abbia osso sufficiente a consentire l’installazione di un impianto dentale o preferisce un manufatto protesico il più verosimile possibile alla anatomia osso-paradonto-dentale è possibile preparare e/o aggiungere uno scaffold osseo di sintesi o autologo prelevato, dalla stesso paziente, per esempio dall’osso del bacino o da osso derivato da cadavere umano o bovino o uno scaffold misto.

[0157] Su di esso si depongono gli stati mostrati nelle fig. 11a e 11b effettuando delle deposizioni radiali rispetto allo sviluppo della protesi, piuttosto che assiali, come descritte sopra.

[0158] Per scaffold misto si intende che la porzione più interna 34 è ottenuta per sintesi o di osso omologo o derivato da cadavere umano o bovino ed è rivestito depositando una piccola quantità o strato sottile di osso autologo indicato con 42 in fig. 11a e 11 b che forma una interfaccia che si integra coll’osso del paziente (sito ricevente) in modo da partire da un volume di base consistente che consente una rapida osteointegrazione del trattamento impianto-protesico.

[0159] In altre parole si usa un piccolo frammento di osso del paziente per realizzare il rivestimento di uno scaffold di materiale qualunque dall’osso eterologo da cadavere umano o bovino all’osso sintetico.

[0160] Vantaggiosamente, dal momento che l’interfaccia di tale scaffold è realizzata con osso proveniente dallo stesso paziente, l’osteointegrazione è praticamente garantita.

[0161] Ciò significa, che la suddetta porzione di osso proveniente dal paziente su cui si deve realizzare l’impianto osseo (scaffold) rappresenta il materiale target da alloggiare sul suddetto piatto girevole 8.

[0162] Pertanto, lo stesso scaffold rivestito rappresenta un semilavorato disponibile per essere impiantato.

[0163] Solitamente l’interconnessione tra il dente e lo scaffold è realizzato dopo l’attecchimento dello scaffold mediante un elemento metallico di interconnessione sopra indicato come «moncone in titanio (abutment) 27». Secondo una variante preferita dell’invenzione, tale elemento di interconnessione non è adoperato, in quanto la fabbricazione della protesi dentale è realizzata per accrescimento direttamente sullo scaffold osseo oggetto di impianto.

[0164] In questo modo l’intero elemento si integrerebbe nell’osso del paziente simulando in tutto e per tutto un dente naturale.

[0165] La parte portante dell’elemento protesico, particolare 36, è costruita in diossido di zirconio, Sinterizzato e pre-co-lorato, o in alternativa in titanio per uso medicale, e ha forma e dimensioni opportune, similari a quelle della dentina in un dente naturale. L’adesione fra la parte 36 e lo scaffold osseo 34 è garantita, dallo strato di interconnessione 37 in idrossiapatite dello spessore di 50 μm ottenuto mediante PLD. La parte interna 41 può essere in Teflon o vuota a seconda delle esigenze di leggerezza del manufatto protesico. La parte 38 è costruita in ceramica dentale ed ha forma e dimensioni opportune similarmente allo smalto di un dente naturale. Lo strato d’interfaccia 37 fra la parte 36 e la parte 38 è uno strato di transizione costituito da idrossiapatite, dello spessore di 50-100 μm, che avendo una texture prismatica tubolare di 5 μm di diametro pone le basi per l’accrescimento dello strato in ceramica 38 che ha anch’essa una struttura replicante i tubuli fino alla parte più esterna. Le combinazioni di texture degli strati 37 e 38, consente al manufatto protesico di ottenere un aspetto con un colore di base (HUE) paragonabile ad un dente naturale. Lo strato esterno 39 è particolarmente rifinito e può essere fatto, come descritto in precedenza, in ceramica dentale o in smalto del dente naturale del paziente. Il particolare 40 è una graffa ortodontica, utilizzata per mantenere l’elemento in posizione durante la fase di attecchimento e ripopolazione ossea, che può essere costruita contestualmente all’elemento protesico e poi successivamente eliminata a guarigione avvenuta. La graffa può essere costruita in diossido di zirconio, o titanio.

[0166] Secondo una variante preferita dell’invenzione, una protesi dentaria è ricoperta mediante almeno uno strato di meta-materiale.

[0167] I metamateriali sono strutture artificiali le cui proprietà sono determinate dalla forma piuttosto che dalla natura chimica. Grazie ai metamateriali è possibile ottenere strutture aventi proprietà meccaniche dipendenti dalla forma delle celle di cui sono costituiti.

[0168] Le celle si ripetono secondo uno schema predeterminato e progettato in modo da permettere al materiale di cambiare, ad esempio, la risposta ad uno stimolo esterno riducendo la propria durezza senza che questo alteri o danneggi lo stesso materiale.

[0169] Grazie alla presente invenzione si riesce ad ottenere specifiche proprietà strutturali dei manufatti descritti sopra strutturando la capacità di rivestimento nanometriche offerte dal presente dispositivo. In particolare, l’ultima fase del rivestimento di una protesi è controllata in modo da ottenere un metamateriale potendo dunque controllarne la durezza superficiale sotto carico. Rendendo le superfici di contatto tra i denti più soffici, grazie a questo comportamento strutturale si proteggeranno i denti da possibili traumi causati da uno sfregamento ripetuto (esempio bruxismo).

[0170] I metamateriali in campo odontoiatrico, grazie alla tecnologia descritta in questa descrizione, possono essere impiegati anche per la costruzione di elementi di ritenzione usati per favorire la stabilità primaria dell’innesto impianto-protesico. Ricoprendo tali elementi con metamateriali ingegnerizzati per incrementare la propria rigidezza sotto carico, si aumenterà notevolmente la stabilità dell’elemento protesico riducendo i tempi di osteo genesi, osteo induzione e osteo conduzione.

[0171] Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinate tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda.

Claims (13)

Rivendicazioni

1. Sistema di deposizione di materiale su un substrato, in particolare per fabbricazione di una protesi dentaria o di uno scaffold osseo, comprendente - una camera (C) di deposizione ad atmosfera controllata, chiudibile e depressurizzabile, - un primo braccio (ST) di supporto configurato per supportare un target ed - un secondo braccio (SS) di supporto-componente configurato per supportare un substrato oggetto di deposizione, - almeno un emettitore (EM) atto ad irradiare un target associato al supporto target secondo una tecnica PLD e/o PED, in cui detti primo e secondo braccio sono dotati di attuatori piezoelettrici (10, 12, 13, 9; [1, 19, 3, 5; 1, 19, 3, 5, 4]) disposti per essere controllati con precisione nanometrica.

2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detto braccio di supporto (ST) supporta un piatto rotativo (8) oppure un piatto scorrevole comprendente due o più supporti di un target da cui abladere il materiale oggetto di deposizione.

3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detto primo braccio di supporto (ST), comprende tre slitte mobili (10, 12 e 13) associate tra loro in modo da consentire uno spostamento secondo tre assi coordinati X, Y e Z, perpendicolari tra loro ed in cui detto piatto rotativo è fissato su un fulcro (7) supportato assialmente da un attuatore rotativo (9) associato ad una di dette slitte mobili (10).

4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui detto fulcro (7) è realizzato mediante un sistema ad attacco rapido comprendete delle asole cieche ed in cui detto rotativo 8 comprende corrispondenti aperture da cui si affacciano parzialmente sfere caricate a molla che consentono una associazione rapida tra piatto girevole e fulcro (7).

5. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto braccio di supporto target (ST) è controllato da una unità di elaborazione (CTMC) in modo da spostare il target durante una lavorazione per ottenere una ablasione superficiale uniforme dello stesso target.

6. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto braccio di supporto target (ST) è controllato da una prima unità di elaborazione (CTMC) in modo da spostare il target durante una lavorazione in modo da mantenere costante una posizione reciproca tra il target e detto emettitore.

7. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo braccio (SS) è controllato da una seconda unità di elaborazione (CSMC) in modo da definire una predeterminata area di intersezione con una nuvola di plasma generata da un irraggiamento di detto target da parte di detto almeno un emettitore.

8. Sistema secondo la rivendicazione 7, ulteriormente comprendete una unità di supervisione (CMMC) del controllo di movimentazione di detto primo e secondo braccio e di una intensità di emissione di detto almeno un emettitore (EM), configurato per modellare una superficie di un substrato, quale detta protesi dentaria o detto scaffold osseo, mediante una interconnessione di triangoli elementari e per controllare detta seconda unità di elaborazione per realizzare detta deposizione relativamente a ciascun triangolo elementare.

9. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detta camera (C) comprende almeno uno tra: -Mezzi per manipolare e misurare un’atmosfera all’interno della camera, tra cui una o più pompe da vuoto e misuratori di pressione/vuoto di detta atmosfera; - Mezzi per monitorare il processo di deposizione, tra cui almeno uno tra • un laser di misura per rilevare una posizione di detto target e/o di detto substrato, • una telecamera, • uno spettrometro di massa.

10. Metodo di fabbricazione e/o il rivestimento di una protesi dentaria e/o di uno scaffold osseo comprendente l’impiego di un sistema di deposizione secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9.

11. Metodo secondo la rivendicazione 10 comprendente almeno uno dei seguenti passi: - attivazione di detto emettitore implementante detta tecnologia PLD per realizzare strati di maggiori dimensioni ed eventualmente per ottenere una reticolazione di materiale organico, - attivazione di detto emettitore implementante detta tecnologia PED per conservare una stechiometria del materiale target trasferito in uno strato da realizzare, in particolare per realizzare uno strato di interconnessione e per realizzare uno strato interno od esterno esposto ad agenti esterni.

12. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti 10 o 11, ulteriormente comprendete un passo di realizzare uno strato esterno di una protesi dentaria a base di biossido di titanio.

13. Metodo secondo una delle rivendicazioni 10 o 11 comprendente un passo di effettuare un rivestimento di uno scaffold di materiale osseo eterologo o sintentico con osso omologo, definente detto target, prelevato da un paziente su cui detto scaffold è destinato ad essere impiantato.