CN116728788A - 牙科物体，其制造方法和树枝状基部结构 - Google Patents

牙科物体，其制造方法和树枝状基部结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及牙科物体，其制造方法和树枝状基部结构。用于牙科物体(100)的制造方法包括以下步骤：在构建平台(103)上产生树枝状基部结构(101)；以及通过三维打印方法在所述树枝状基部结构(103)上构建所述牙科物体(100)。

Description

牙科物体，其制造方法和树枝状基部结构
技术领域
本发明涉及用于牙科物体的制造方法、用于通过3D打印方法构建牙科物体的树枝状基部结构、以及通过所述制造方法制造的牙科物体。
背景技术
在三维打印工艺中，待生产的物体必须以合适的方式连接到打印机。定期在打印机的构建平台上建立此连接。构建平台和物体之间的界面处的粘附保证了物体在后续打印过程中在构建空间内的定位精度。
然而，在立体光刻技术中，存在着其中物体在生产过程中遭受力的过程，这些力也会转移到构建平台和物体之间的界面上。对于快速和安全的工艺，这些力必须保持尽可能低。当前的基部结构在面对流体特异性工艺力的情况下对于确保物体与构建平台粘附是不利的。基部结构的聚合的表面同时代表粘附增强表面，但也是材料自由流动的障碍。
发明内容
本发明的技术问题是确保将力从牙科物体有效地传递到打印机的构建平台并且能够有效地去除未固化的制造材料。
该技术问题通过根据本文所述的主题得以解决。
根据第一方面，该技术问题通过一种用于牙科物体的制造方法得以解决，所述方法包括以下步骤：在构建平台上产生树枝状基部结构；以及通过三维打印工艺在所述树枝状基部结构上构建所述牙科物体。树枝状基部结构提供了将力从牙科物体有效传递到构建平台并防止损坏构建在其上的结构的技术优势。树枝状基部结构确保了构建平台与进一步的支撑结构之间的连接，同时实现了良好的粘附、材料流动和低工艺力。在制造材料部分固化后，在基部结构的分支和小支和其他结构之间存在未固化的制造材料。这种制造材料应在进一步的制造过程中去除。由于开放的树枝状基部结构，实现了未固化的液体制造材料可以快速流出间隙并加速牙科物体的制造的技术优势。当通过沿着聚合的结构流入或被压出的制造材料分离和供给构建平台时，良好的材料流动以更快的压力平衡为特征。
在制造方法的技术上有利的实施方式中，树枝状基部结构具有主结构，延伸部从该主结构以向外方向延伸。延伸部可以以星形向外延伸。这具有例如在所有方向上实现良好的力分布的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，树枝状基部结构的主结构位于牙科物体的几何中心的下方。这实现了例如来自牙科物体的力均匀分布到基部结构的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，以比树枝状基部结构的分支更小的宽度形成树枝状基部结构的小支。这实现了例如用少量材料将力传递到外部区域的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，在基部结构上产生了用于牙科物体的支撑结构。这实现了例如力可以有效地从牙科物体传递到基部结构的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，至少一个支撑结构形成为超过树枝状基部结构。这实现了例如可以用低材料投入生产具有大跨度的牙科物体的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，树枝状基部结构是镜像对称的、旋转对称的或不对称的。不对称的基部结构可以最佳地适应牙科物体。规则自由形状的牙科物体会导致不对称的基部结构。这具有例如实现均匀的力传递的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，树枝状基部结构的主结构布置在待构建的牙科物体的重心下方。这实现了例如可以均匀地支撑牙科物体的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，牙科物体的重心由树枝状基部结构的主结构上的支撑结构支撑。这实现了例如进一步改进结构稳定性的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，将树枝状支撑结构构建至树枝状基部结构上。这实现了例如支撑结构可以有效地将力传递到基部结构的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，树枝状基部结构的局部宽度适合于牙科物体的局部出现的力。这实现了例如树枝状基部结构可以以低材料投入将力传递到构建平台的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，树枝状基部结构分层构建。这实现了例如树枝状基部结构可以容易地制造成期望厚度的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，树枝状基部结构的高度朝向树枝状基部结构的主结构增加。基部结构的最低设计部分具有取决于固化层的数量的高度。从外到内的高度增加可以是例如3(小支)到6(分支)到9(主结构)或3(小支)到10(分支)到20(主结构)。这实现了例如树枝状基部结构的机械强度适应出现的力并且进一步促进材料流动的技术优势。
在制造方法的另一个技术上有利的实施方式中，在构建平台上产生了多个树枝状基部结构。这实现了例如可以在大宽度或跨度上支撑牙科物体的技术优势。
根据第二方面，技术问题通过一种用于通过三维打印工艺构建牙科物体的树枝状基部结构得以解决。因此，实现了与根据第一方面的制造方法相同的技术优点。
根据第三方面，技术问题通过根据第一方面的制造方法制造的牙科物体得以解决。因此，实现了与根据第一方面的制造方法相同的技术优点。
本发明的实施方式的实例在附图中示出并且在下文中更详细地描述。
附图说明
附图示出了：
图1A和1B，不同树枝状基部结构的俯视图；
图2A和2B，不同树枝状基部结构的俯视图；
图3，已经在基部结构上构建的牙科物体的透视图；
图4，制造过程中通过牙科物体的截面图；
图5，制造过程中通过倾斜的牙科物体的其他截面图；
图6，制造过程中的环形牙科物体的视图；以及
图7，制造过程中通过成角度的牙科物体的截面图；
图8，树枝状基部结构情况下的圆柱形牙科物体；以及
图9，另一个树枝状基部结构情况下的圆柱形牙科物体。
具体实施方式
图1A和1B示出了不同树枝状基部结构101的俯视图。树枝状基部结构101由三维打印工艺中三维牙科物体100的构建作业的第一层产生。树枝状基部结构101可以在打印机的构建平台103上通过具有相应计算规则的计算机辅助计算方法产生。
树枝状基部结构101具有平面主结构105，延伸部从主结构105以向外方向延伸。延伸部的相互间距可以向外增加。延伸部的宽度可以向外减小。树枝状基部结构101可以包括作为延伸部的分支107和作为进一步延伸部的小支109。在这点上，小支109从分支107分出。该小支109然后可以继而形成另一小支的新分支。
图1A示出了具有分支107和小支109的基部结构101。支撑结构111-1、111-2和111-3布置在该基部结构101上，具有对应于力传递功能的几何形状。支撑结构111-1、111-2和111-3将牙科物体100支撑在基部结构101上。为此，它们提供基部结构101和牙科物体100之间的机械连接。支撑结构111-1、111-2和111-3可以用半球形或圆柱形结构(支撑头)附接至牙科物体100。
图1B示出了具有几何学减小的基部结构101的实施方式。延伸部可以连接两个或更多个支撑结构111-1、111-2和111-3的基部或桥接至相邻枝状物的最短路径。
图2A和2B进一步示出了不同树枝状基部结构101的俯视图。图2A示出了存在于两个延伸部之间的狭窄部131。未固化的制造材料只能以受抑制的材料流动流过该狭窄部131。图2B示出了优化的基部结构101，其中点129-1、129-2和129-3是基部结构101在不同时间的中心。基部结构101被选择性地打开并遵循平面区域的层特异性形心线的投影。基部结构101的多中心各自具有合适的壁厚。
图3示出了构建在树枝状基部结构101上的牙科物体100的透视图。例如，牙科物体100是牙冠、牙桥、贴面、桥基、嵌体、高嵌体、夹板或部分或全口义齿。通常，牙科物体100可以是牙科领域中要通过三维打印工艺生产的任何物体。
在牙科物体100的制造过程中，首先在打印机的平面构建平台103上逐层构建树枝状基部结构101。具有若干个(例如十个)高度为50μm的层，在可以发生液体制造材料的自由材料流通过更高水平的支撑结构(支撑结构)111之前，产生总共高度为500μm的树枝状基部结构101。
树枝状基部结构101用于在制造过程中将力传递到构建平台103。树枝状基部结构101粘附到构建平台103并在打印工艺期间支撑牙科物体100。树枝状基部结构101的尺寸制定为，使得构建平台103上的粘合表面精确地大到足以承受打印作业的力，但以最小的反作用力从基部结构101排出液体制造材料。
在构建平台103上制造树枝状基部结构101之后，在构建平台103上分层制造用于牙科物体100的柱状或杆状支撑结构111。通常，支撑结构111用于进一步的力传递和加强。这些遵循依赖于工艺和材料的构造选项的规则，诸如跨越开放区域或支撑空间最小值的间距。
支撑结构111支撑要在树枝状基部结构101上生产的牙科物体100，并将产生的力从牙科物体100传递到树枝状基部结构101。例如在用于支撑牙科物体100的局部最小值的点处提供连接到基部结构101的支撑结构111。然后通过打印工艺在柱状支撑结构111上逐层产生牙科物体100。
图4示出了制造过程中通过牙科物体100的截面图。重心线的角度垂直于构建平台103。由于暴露平面123沿竖直轴119在箭头方向上的分离运动，树枝状基部结构101也在该方向上对称。
整个结构，包括树枝状基部结构101、支撑结构111和牙科物体100，使用立体光刻方法构建，其中制造材料通过暴露平面123中的投射光图案逐层固化。
在使层113固化的每个步骤之后，暴露平面123在分离运动中被分离并移动一点，使得液体制造材料可以再次渗透并在暴露平面123处的下一层113中固化。这产生了其中构建的牙科物体100与暴露平面123分离的分离平面115。在初始构建阶段，分离力主要由构建平台103与暴露平面123的接近程度决定。
在图4中，牙科物体100从下往上逐层构建。暴露平面123因此布置在牙科物体100的顶部并且逐渐向上移动(自下而上)。然而，该过程也可以以相反的方向进行，使得牙科物体100从顶部逐层构建。在这种情况下，暴露平面123布置在牙科物体100的底侧并且逐渐向下移动(自上而下)。
暴露平面123与固化层113之间的分离力越低，暴露面积越小，液态制造材料就越容易自由流动。这同样适用于进给过程，其中小截面积产生低反作用力。牙科物体100的有利几何形状产生液体制造材料的较低流动阻力，该液体制造材料被移位以将特定区域带入预期位置。在第一层113内，分离力与不具有减压通道或结构的全表面构建平台103的尺寸相关。
树枝状基部结构101不需要将所有支撑结构111连接到牙科物体100。单独的支撑结构111也可以自由地布置在树枝状基部结构101旁边并连接到构建平台103。如果出于要制造的牙科物体100的几何比例的原因有利的话，它们完全被液体制造材料包围。
特征在于分支107和小支109彼此之间的宽间距的树枝状基部结构101促进了未固化的制造材料的充分流动。在固化之后，在分支107和小支109以及其他结构之间存在尚未固化的液体制造材料。这种制造材料应该在进一步的制造方法中去除。开放的树枝状基部结构提供了允许未固化的液体制造材料从间隙中快速排出的技术优势。这改善了制造方法。
此外，实现了液体制造材料到暴露平面123中的预期暴露区域附近的短流动路径。树枝状基部结构101的分支107和小支109的局部宽度或高度被设计为适应局部预期的力，该力根据构建平台103上的分离位置并且与其他牙科物体100、牙科物体100的重心或重心偏移相关地变化。
树枝状基部结构101具有主结构105，例如中心，星形分支107从主结构105向外延伸。基部结构101的分支107和小支109的数量因此取决于基于牙科物体几何形状的支撑结构。
树枝状基部结构101的主结构105可以位于形成的支撑结构111的几何中心。在这种情况下，相应地调整树枝状基部结构101的分支107和小枝109的长度。这适用于例如具有大跨度的牙科物体100，其质心在牙科物体100外部，诸如环形或马蹄形牙科物体100。
图5示出了在制造的过程中在两个方向上穿过倾斜的牙科物体100的另一个截面图。由于要制造的牙科物体100在投影到构建平台103上时在竖直方向上不对称，因此在牙科物体100的逐层制造期间随着每个附加层113发生重心偏移。
基部结构101的主结构105可以跟随重心的这种移动，从而在牙科物体100的构建过程中，对于竖直方向上的每个新产生的重心，在构建平台103上都有相应的粘合表面或保持点。主结构105的方向由各个单独层的所有重心的总和得出。
在牙科物体的第一实施方式(左)中，树枝状基部结构101的主结构105在水平方向上延伸。主结构105的长度是根据在给定的电流分离条件下作用在界面上的力矢量计算的。如果在力施加点处施加的力矢量在分离过程中改变，这也会改变主结构105的长度。
牙科物体100和树枝状基部结构101之间的力传递由支撑结构111执行。支撑结构111的设计遵循相同的规则，使得所有支撑结构111作为单个物体被支撑以抵抗作用力。
在牙科物体的第二实施方式(右)中，牙科物体100在竖直方向上对称地构造。在这种情况下，牙科物体100可以构建在在牙科物体100下方延伸的树枝状基部结构上。
图6示出了在制造过程中具有多个树枝状基部结构101的环形牙科物体100的另一个视图。树枝状基部结构101沿着牙科物体100的下环形表面布置并且形成在树枝状分支的各种实施方式中。根据牙科物体100的几何形状，树枝状基部结构101被分成多个基部结构101。
牙科物体100可以被分成多个段，例如360个段，其由围绕牙科物体100的质心的z方向上的法向量的平面阵列产生。主结构105由与牙科物体100的中性纤维相当的各个段的所有质心的总和产生。次级射线跟随牙科物体或牙科物体段的质心位移。这种环形牙科物体100具有间断的主结构105。
如果对于要制造的牙科物体100来说是最有效的连接，则也可以存在多个主结构105，例如，骨形牙科物体100在每一端具有一个主结构105。这可以进一步增加材料的流动，因为利用多个主结构105的细分形成了更多的促进材料流动的现成通道。
图7示出了在制造过程中通过有角度的牙科物体100的截面图。横向偏移结构产生具有随高度变化的重心的牙科物体100。即使存在具有足够宽度的开口结构，压力平衡开口的高度也只是打印过程的该早期阶段宽度的一部分。
图8示出了非z对称取向的树枝状基部结构101情况下的圆柱形牙科物体100。角度α和β是物体表面到基础平面的局部角度。线125表示平面区域的所有层特异性形心的总和。时间点t1、t2、t3和t4是构建过程中逐层构建中的连续时间点。在时间t1、t2，点129-1是基部结构101的中心，在时间t2<t<t3，点129-2是基部结构101的中心，在时间t3、t4，点129-3是基部结构101的中心。
牙科物体100的旋转轴相对于构建平台103的倾斜角度为45°。表面或部分表面相对于构建平台103的平面的倾斜角确定基部结构101是否在相应位置自支撑或由支撑结构111支撑。例如，如果角度低于自支撑角度，则支撑结构111被放置并通过基部结构101连接到构建平台103。
层信息用于增材制造。每个单独的层都有形心。在三维构建中，在构建过程的每个时间t都有当前形心的位置。所有层特异性形心的总和得到牙科物体100内的线125。
取决于牙科物体100，表面形心的线125可以位于物体内，例如在圆柱体的情况下。线125也可以部分位于牙科物体100的外部，诸如在置于构建平台103上的圆柱形环的情况下。然而，线125也可以完全位于牙科物体100内，例如在放置在构建平台103上的圆柱形环的情况下。
基部结构101包括至少一个主结构105。另外的分支107或小支109是物体特异性产生的。主结构105包括层特异性表面重心线在构建平台103的平面上的二维投影的区域。考虑到对粘合表面和流动行为的要求，分支107或小支109支撑从基部结构101发出的主轴线。优选地，支撑第一或各自的第一物体表面的区域，即局部最小值。
图9示出了具有非z对称取向的树枝状基部结构101情况下的圆柱形牙科物体。线127表示整个分层结构中所得体积形心的路径。
牙科物体100的旋转轴线相对于构建平台103的倾斜角度不同于45°。牙科物体100一侧的角度α低于自支撑角度，并且角度β高于自支撑角度。因此，在左侧形成支撑结构111，而在右侧不需要支撑结构111。所得基部结构101沿体积形心线127的投影取向。
与所有表面重心的线125的过程类似，体积重心的线127也可以位于牙科物体100的内部或外部。表面重心可以始终在牙科物体100的内部，并且体积重心可以始终在牙科物体100的外部，例如螺旋竖立在构建平台103上的情况下。可以使用任何几何信息来产生优化的基部结构101。
在时间t3，表面重心的投影可以在基部结构101的外部(图9-右)。基部结构101被加长距离a2-a以减小由几何引起的重心位移导致的粘合表面上的力矩。
结合本发明的各个实施方式解释和示出的所有特征可以在本发明的主题中以不同的组合提供，以同时实现它们的有益效果。
所有方法步骤都可以通过适合于执行相应方法步骤的装置来实施。由目标特征执行的所有功能都可以是方法的一个方法步骤。
本发明的保护范围由权利要求书给出，并且不受说明书中解释的或附图所示的特征的限制。
附图标记列表
100 牙科物体
101 树枝状基部结构
103 构建平台
105 主结构
107 分支
109 小支
111 支撑结构
113 层
115 分离平面
119 竖直轴
123 暴露平面
125 形心线
127 体积形心线
129 点
131 狭窄部。

Claims (15)

1.用于牙科物体(100)的制造方法，其包括以下步骤：
在构建平台(103)上产生树枝状基部结构(101)；以及
通过三维打印工艺在所述树枝状基部结构(101)上构建所述牙科物体(100)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述树枝状基部结构(101)包括主结构(105)，延伸部(109、107)从所述主体结构(105)以向外方向延伸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述树枝状基部结构(101)的所述主结构(105)位于所述牙科物体(100)的几何中心的下方。
4.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中以比所述树枝状基部结构(101)的分支(107)更小的宽度形成所述树枝状基部结构(101)的小支(109)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中在所述基部结构(101)上产生用于所述牙科物体(100)的支撑结构(111)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中至少一个支撑结构(111)形成为超过所述树枝状基部结构(101)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述树枝状基部结构(101)是镜像对称的、旋转对称的或不对称的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述树枝状基部结构(101)的主结构(105)布置在待构建的牙科物体(100)的重心下方。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其中所述牙科物体(100)的重心由所述树枝状基部结构(101)的所述主结构(105)上的支撑结构(111)支撑。
10.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中将树枝状支撑结构(111)构建至所述树枝状基部结构(101)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述树枝状基部结构(101)的局部宽度适合于由所述牙科物体(100)局部产生的力。
12.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述树枝状基部结构(101)以层(113)的形式构建。
13.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述树枝状基部结构(101)的高度朝向所述树枝状基部结构(101)的所述主结构(105)增加。
14.一种用于通过三维打印方法构建牙科物体(100)的树枝状基部结构(101)。
15.通过根据权利要求1至13中任一项所述的制造方法生产的牙科物体(100)。
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