DE69622592T2

DE69622592T2 - Vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen körpers

Info

Publication number: DE69622592T2
Application number: DE69622592T
Authority: DE
Inventors: J. Fink; C. Preston; J. Ward
Original assignee: Guild Associates Inc
Current assignee: Bioz Llc(ndgesdstaates Delaware) Columbus Oh
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: AU5359396A; ATE220958T1; JP2000506080A; DE69622592D1; EP0904158A4; EP0904158A1; AU720255B2; EP0904158B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur formfreien Herstellung eines freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Technisches Sachgebiet

Sie bezieht sich auf die freie Formgebung eines selbsttragenden, freistehenden, dreidimensionalen, einheitlichen Strukturkörpers (Free Form Manufacturing oder FFM). Insbesondere betrifft sie die Herstellung eines überwiegend anorganischen Körpers mittels einer "schnellen Prototypenherstellung" oder einem ähnlichen System, welches eine ortsgebundene Reaktion von Reagenzien in abgelegten, einzelnen Flüssigkeitstropfen umfaßt, welche aus flüssigen Zusammensetzungen als musterbehaftete Tropfenkonfigurationen abgeschieden werden, um aufeinanderfolgende ebenflächige Querschnittsschichten des aufzubauenden Strukturkörpers zu schaffen, so dass durch einen Aufbau von Querschnittsschichten, einer nach der anderen, der frei stehende, dreidimensionale Strukturkörper gebildet wird.

Technologischer Hintergrund

Bei der Entwicklung und Herstellung von Prototypteilen für zu produzierende Artikel wie auch für die Herstellung von verschiedenen thermischen und elektrischen Isolatoren sowie von Mustern, Druckguß- und Gußformen für Präzisionsguß sind während mehrerer vergangener Dekaden eine Anzahl von Systemen und Verfahren unter der Bezeichnung "schnelle Prototypherstellung" oder Schreibtisch-Herstellung oder Formfreies Herstellen (FFM) od. dgl. entstanden. Eine Reihe dieser Systeme basiert primär auf der Anfertigung aufeinanderfolgender Querschnittschichten des gewünschten dreidimensionalen Objekts anhand von aufeinanderfolgenden, aneinanderliegenden und nach Art von hintereinandergesetzten Blättchen miteinander integrierten Querschnittsschichten, um das dreidimensionale, laminatartige Strukturobjekt zu fabrizieren.
Ein derartiges Verfahren zur schnellen Prototypherstellung läßt sich veranschaulichen durch die Herstellung dreidimensionaler Objekte mittels Stereolithographie, wie sie in der US-A-4,575,330 von C. W. Hull beschrieben ist. Jenes Patent lehrt eine Schaffung dreidimensionaler Objekte durch die Erzeugung eines Querschnittsmusters des zu formenden Objekts auf einer ausgewählten, ebenen Oberfläche eines Fluidmediums, das eine Änderung seines physikalischen Zustands mittels auftreffender Strahlung od. dgl. zuläßt, um das Muster der Fluidoberfläche in einen festen, ebenflächigen Querschnitt zu ändern und sodann nacheinander korrespondierende, fortfolgend aneinandergesetzte Querschnitte des Objekts auf deren Oberseite zu bilden mit nacheinander geschaffenen, aneinanderliegenden Querschnitten, die zu einem laminatartigen Aufbau des gewünschten Objekts zusammengeformt sind.
Weitere Systeme zum schnellen Herstellen von Prototypen, zur Schreibtisch- Herstellung od. dgl. werden bspw. in "Mechanical Engineering", April 1991, Seiten 34-43, in einem speziellen Bericht beschrieben, der mit "Rapid Prototyping Systems" betitelt ist, sowie in dem "Tool And Manufacturing Engineers Handbook", 4. Auflage, Band VI, 1992, Kapitel 7, Seiten 7-9 bis 7-26, mit dem Titel "Rapid Prototyping".
Viele der vorgeschlagenen Systeme, welche sich nun in der kommerziellen Praxis oder in der Entwicklung befinden, erzeugen Polymerharz-Artikel aus flüssigen Monomeren oder Polymerpulvern unter Einsatz der Technologien der laserinduzierten Polymerisation, einer durch breitbandiges Licht eingeleiteten Photopolymerisation, einem selektiven Pulversintern mittels Laser und dgl. mehr. Nur zwei Systeme aus dem bekannten Stand der Technik haben sich als für das freie Formen eines Körpers aus einer anorganischen Substanz wie bspw. Keramik od. dgl. geeignet erwiesen. Eines dieser Systeme zur Formung von Schichten würde ein Muster einer Oberfläche eines anorganischen Pulvers mittels eines Lasers direkt selektiv sintern, oder würde ein Muster aus einem dem anorganischen Pulver hinzugemischten Bindemittel mit einem niedrigeren Schmelzpunkt indirekt selektiv sintern, und sodann durch eine Wiederholung dieses Vorgangs gesinterte Schichten des Musters zu dem Objekt aufbauen. Ein anderes System würde eine Tintenstrahl-Drucktechnik verwenden, um eine Schicht keramischer Partikel durch selektive Anwendung eines Bindemediums auf die anorganischen Partikel zusammenzubinden, und durch Wiederholung Querschnittsschichten zu dem geformten Körper oder der Struktur aufzubauen ("Proceedings of the Solid Free-Form Fabrication Symposium", Univ. Of Texas, 1990, M. J. Cima und E. M. Sacks, "Three-Dimensional Printing: Form, Materials and Performance", Seiten 187-194).
Umfaßt von den gerade beschriebenen Systemen zur schnellen Prototyp- Herstellung und zur Schreibtisch-Herstellung von Prototypen und anderen Körpern sind die Technologien der rechnergestützten Entwicklung (CAD) und der rechnergestützten Herstellung (CAM). Bspw. kann man bei der gerade erwähnten US-A-4,575,330 verschiedene Prinzipien computererzeugter Grafiken verwenden, um konstruierte, dreidimensionale Objekte direkt anhand von Computerbefehlen herzustellen. Somit kann der betrachtete Strukturkörper mittels CAD von einer Bedienperson eines Computers unter Verwendung von computererzeugten Grafiken und von Computerfunktionen konstruiert werden, um ein gewünschtes, dreidimensionales Modell oder einen Prototyp-Körper od. dgl. zu entwickeln und/oder zu gestalten, dessen gespeichertes Bild auf einem Computerbildschirm (CRT) für eine spätere Betrachtung und Modifikation dargestellt werden kann, falls dies gewünscht wird. Daraufhin kann der Computer über CAM mathematische Schnitte oder Scheiben des konstruierten dreidimensionalen Objektmodells entlang von aneinandergereihten Querschnittsschichten erzeugen, und mittels CAM eine Herstellung des von dem Bild dargestellten Objekts anhand einer speziellen Technologie veranlassen. Der Lehre des obengenannten Patents entsprechend wird CAM bspw. das Bild des mittels CAD konstruierten Körpers oder Prototypen in eine Vielzahl aufeinanderfolgender Querschnittsschichten schneiden und die Steuerbefehle und Parameter herausgeben, um mittels Stereolithographie die sukzessive aneinandergrenzenden Querschnittsschichten jeweils eine auf der Oberseite der anderen zu formen, wobei die Schichten zu einer laminatartigen Baustruktur des gewünschten Körpers aus einem Polymerharz verbunden sind.
In Abhängigkeit von bei der Herstellung verschiedener Körper insbesondere anhand der schnellen Prototypenherstellung, Schreibtischherstellung oder formfreier Herstellungsverfahren oder ähnlicher Verfahren verwendeten, besonderen Zusammensetzungen und Materialien sind die verschiedenen, hergestellten Körper nützlich bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen. Eine natürliche Anwendung ist die Schaffung eines Konzeptmodells, so dass ein konstruiertes Teil angefaßt, untersucht und hinsichtlich ästhetischer Eigenschaften überprüft und ggf. im Hinblick auf seine Eignung, seine ergomatische Realisierbarkeit u. dgl. Gebrauchserfordernisse getestet werden kann. Wo eine limitierte Produktion von wenigen bis einigen Modellen erforderlich ist, kann die Wirtschaftlichkeit der Produktion sogar vorteilhafter sein als die Verwendung sorgfältiger ausgearbeiteter Herstellungswerkzeuge. Modelle und Prototypen können somit bewertet werden und ihre Parameter und Dimensionen geändert und vervollkommnet werden für eine weitere Bewertung und Prüfung der geänderten Körper. Einige weitere, beispielhafte Gebrauchseignungen für verschiedenartig erzeugte Körper aus verschiedenen Materialien umfassen: Kalziumphosphat- und Hydroxylapatit-Werkstoffe, um kundenspezifische Körper für orthopädische Hartgewebeimplantate zu erzeugen; poröse Fest-Flüssig-Filter aus verschiedenen körnigen, durch Sintern nach Wegbrennen eines ursprünglichen Klebstoff-Bindemittels aneinander gebundenen Materialien; feste Wärme- und Elektroisolatoren; wie auch Keramikkerne und -schalen für Metallguß und andere Zwecke aus Aluminiumoxid mit kolloidalen Siliziumoxid-Bindemitteln oder aus vorherrschendem Siliziumoxid oder feuerfesten, anorganischen Oxiden; u. dgl.
Die US-A-5,257,657 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines formfreien, festen Objekts aus einem Material in der flüssigen Phase, das in dem gattungsgemäßen Teil des Anspruchs 1 reflektiert wird. Jenem Dokument entsprechend wird das Objekt aus Tröpfchen des flüssigen Materials hergestellt, welche eine abschätzbare Oberflächenspannung und wohldefinierte Verfestigungseigenschaften haben. Das flüssige Material wird aus einem Ausstoßkopf in Form diskreter Tröpfchen auf ein Substrat abgegeben. Um ein relativ glattes, stangenförmiges Objekt oder eine Leiste herzustellen, wird ein Ausstoßkopf relativ zu der Substratoberfläche bewegt und gibt dabei nacheinander zu kontrollierbaren Zeitintervallen Tröpfchen in Richtung auf das wachsende Ende der Leiste ab. Die Tröpfchen verschmelzen mit dem wachsenden Ende der Leiste, während sich vorher herausgepreßte Tröpfchen zu dem Keimpunkt oder einem ursprüngliches Ende hin verfestigen.
Um das obige Verfahren zu modifizieren und zu verfeinern, wird das Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen jenes Verfahrens sind durch die abhängigen Ansprüche gegeben.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt im allgemeinen das Herstellen eines freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörpers, der in fertigem Zustand hauptsächlich aus anorganischem Material besteht, durch sukzessives Erzeugen aneinandergrenzender, ebenflächiger Querschnittsschichten des Körpers mittels einer sukzessiven Tröpfchen-Plazierungs-Technologie, mit einer frisch erzeugten Schicht oben auf einer angrenzenden, früher erzeugten Querschnittsschicht sowie unter Zusammenformen früher und später erzeugter Schichten zur Bildung einer den freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörper umfassenden Gesamtheit. Insbesondere umfaßt die Erfindung das sukzessive Aufeinanderschichten früher und später erzeugter Querschnittsschichten, indem auf einer Stützfläche eine Mehrzahl von individuellen Flüssigkeitstropfen von Flüssigkeitszusammensetzungen aufgebracht werden, die eine oder mehrere Sorten von Reagenzien aufweisen. Das Aufbringen der Tropfen geschieht in Form von diskreten, individuellen Tropfen in einem Muster entsprechend einer ebenen Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers, gefolgt von dem Aufbringen auf, Verbinden mit und/oder Überlappen der früher aufgebrachten Mehrzahl individueller Flüssigkeitstropfen der ersten Zusammensetzung durch individuelle Flüssigkeitstropfen einer anderen Flüssigkeitszusammensetzung, umfassend eine andere Reagenz, wobei die andere Reagenz derart ausgebildet ist, dass bei Kontakt der Reagenz in den Flüssigkeitstropfen der früher aufgebrachten Zusammensetzung die Reagenz und die andere Reagenz miteinander reagieren, um ein anorganisches Material zu bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren enthalten die aufgebrachten Tropfen der Flüssigkeitszusammensetzung und der anderen Flüssigkeitszusammensetzung zusätzlich zu der Reagenz auch eine anorganische Substanz, die darin gelöst und/oder verteilt oder als feste Partikel darin suspendiert ist, und optional können sie andere (nicht notwendigerweise anorganische) Materialien enthalten, bspw. einen Viskositätsverstärker, eine Bindeharz-Substanz od. dgl. Material, um eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Bildung des Strukturkörpers zu erleichtern. Wie hieraus später ersichtlich wird, können die Flüssigkeitszusammensetzungen, welche die aufgebrachten Tropfen bilden, gelöste, verteilte oder suspendierte Partikel der selben oder unterschiedlicher Zusammensetzung der Feststoffteilchen enthalten, die aus der Reaktion der Reagenzien in den aufgebrachten Tropfen resultieren.
Darüber hinaus ist die Stützfläche, auf der ein anfängliches Tropfenmuster wie auch ein späteres Tropfenmuster aufgebracht werden, um die anfängliche Querschnittsschicht des Körpers zu bilden, vorzugsweise geeignet, die Entfernung der Flüssigkeit von den aufgebrachten Tropfen zu erleichtern, indem sie bspw. porös ausgebildet ist, um diese durch Kapillarwirkung zu absorbieren oder nach Art eines Dochts von den aufgebrachten Tropfen abzusaugen.
Bei einer idealen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Technologien der rechnergestützten Entwicklung (CAD) und der rechnergestützten Fertigung (CAM) eingesetzt, wobei CAD verwendet wird, um einen gewünschten, herzustellenden Körper zu entwerfen, auf einem Bildschirm darzustellen und zu überprüfen, und wobei CAM verwendet wird, um den gewünschten und entwickelten Körper in Querschnittsschichten geeigneter Größe zu schneiden, und auch, um die Vorrichtungselemente zu manipulieren und die Parameter der Flüssigkeitstropfen hinsichtlich Größe, Plazierung u. dgl. bei der Herstellung des freistehenden Körpers von dreidimensionaler Struktur zu steuern.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung werden gleiche Ziffern verwendet, um die selben, äquivalenten oder ähnlichen Verfahrensschritte und/oder Merkmale zu bezeichnen mit Ursprungskennzeichen in einander entsprechenden, aufeinanderfolgenden Figuren.
Fig. 1 zeigt in einem überwiegend schematischen Format verschiedene, aufeinanderfolgende Schritte des Verfahrens zur schnellen Prototyperzeugung unter Verwendung von CAD- und CAM-Technologien zur Herstellung eines frei stehenden, dreidimensionalen Strukturkörpers, wobei ein größeres, schematisches Gewicht auf die Erzeugung und Integration aneinandergrenzender, querschnittlicher, ebenflächiger Schichten in einen gewünschten, freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörper mittels der Technologie aufeinanderfolgender Tropfen gemäß der aktuellen Erfindung gelegt wird.
Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Schnittbereich eines anzufertigenden, partiell freistehenden, dreidimensionalen Körpers, der an einer Stelle einer früher erzeugten, integrierten Querschnittsschicht des Körpers aufgeschnitten ist, wobei diese früher erzeugte Schicht als Stützfläche dient, auf der die teilweise Bildung der nächsten, angrenzenden, zu bildenden Querschnittsschicht dargestellt wird.
Fig. 3 zeigt eine ebene Teilansicht einer oberen Ecke, entlang der Koordinatenachsen X und Y, des oberen Bereichs des anzufertigenden Schichtbereichs des freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörpers.
Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche in der Zeichnung wiedergegeben ist, wird zum Zweck der Klarheit von einer speziellen Terminologie Gebrauch gemacht. Jedoch ist damit nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf die speziellen, so gewählten, spezifischen Begriffe beschränkt ist, und jeder spezifische Begriff soll so aufgefaßt werden, dass er alle technischen Äquivalente einschließt, die in derselben Weise wirken, um einen vergleichbaren Zweck zu erreichen. Beispielsweise werden in Bezug auf Tropfen häufig die Worte plaziert oder abgelegt oder dazu ähnliche Begriffe verwendet. Diese sind nicht beschränkt auf das Ablegen unter Gravitationseinfluß, sondern umfassen auch die Plazierung über andere Mittel, bspw. erzwungenes Sprühen, elektrische Anziehung, etc., sofern solche Mittel den Fachleuten als nützlich zur Plazierung von Flüssigkeitstropfen bekannt sind.

Detaillierte Beschreibung

Bei dem in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen Verfahren und/oder System bezeichnet 10 einen Anfangsschritt der Entstehung und/oder Entwicklung eines Strukturmodells oder -körpers (10) eines zu erzeugenden, freistehenden Körpers von dreidimensionaler Struktur, welches (-er) auf einem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht werden kann. Bspw. kann die Entwicklung von einem ursprünglichen (bspw. erzeugten) Konzept stammen, anhand von mittels Computer erzeugten Entwicklungstechniken unter Verwendung von rechnergestützten Graphikprogrammen und dgl. und, falls gewünscht, erzeugt zu dem Zweck, Entwicklungsparameter einzuhalten und zu entsprechen einschließlich der Gestalt, Größe und Dimensionierungen, für die Darstellung auf einer Kathodenstrahlröhre.
Ein Gesamt-Ablaufschema aufeinanderfolgender Schritte zum erfindungsgemäßen Anfertigen eines selbsttragenden oder freistehenden, Körpers von dreidimensionaler Struktur mittels einer Technologie der schnellen Prototypherstellung einschließlich der Computertechnologien des CAD und CAM ist wie folgt:
- Erschaffen eines CAD-Modells eines dreidimensionalen Körpers,
- Beschaffen der Daten der querschnittlich aufgeschnittenen Schichten des CAD- Modells des Körpers,
- aufeinanderfolgendes Erzeugen querschnittlicher Schichten mittels einer Technologie der sukzessiven Ablage von Tropfen,
- Nachbehandlung (optional).
Alternativ dazu kann ein früheres (bspw. manuell geformtes oder angefertigtes) Modell oder Körper abgetastet werden und/oder seine Gestalt, Parameter, etc. übertragen und in eine Computerdatenbank eingespeichert werden, um anschließend in der Lage zu sein, dieses auf einem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre darzustellen und sichtbar zu machen. In Fig. 1 ist beispielhaft ein solcher Strukturkörper, mit 10 bezeichnet, schematisch dargestellt als fünfseitiger, kurzer Stab mit einem etwa zentral positionierten, zylindrischen, sich longitudinal hindurch erstreckenden Loch, wobei dieser Strukturkörper auf dem Bildschirm einer schematisch wiedergegebenen Kathodenstrahlröhre dargestellt ist.
Kommerziell verfügbar sind Rechner und. CAD-Systeme und Programme, unter denen schnell eine Auswahl getroffen werden kann im Hinblick auf die Eignung im Rahmen des ersten Schrittes bei der Ausführung des gesamten, erfindungsgemäßen Verfahrens mit mehreren Schritten. Kenntnisse des Rechnerprogrammierers sind wichtig, aber mit Praxis und Experimentierfreude liegt es innerhalb des Stands der Technik, im Rahmen des gesamten Verfahrens diesen anfänglichen Schritt der Erzeugung einer Computer-Speicherdatei eines mit Rechnerunterstützung entwickelten Modells oder des Körpers des anzufertigenden Objekts von dreidimensionaler Struktur zu erreichen.
In Fig. 1 bezeichnet 11 auf schematische Weise einen folgenden Schritt und/oder das aufgeschnittene Ergebnis (11) dieses folgenden Schrittes, wobei die in der Computer-Datenbank abgelegten Entwicklungsdaten oder das erwünschtermaßen zu erzeugende Strukturmodell oder -körper in eine Mehrzahl von querschnittlichen (ebenen oder relativ zweidimensionalen) Scheiben geschnitten wurden, für die folgende Verwendung bei dem nächsten Schritt, 12, welcher den Hauptbestandteil der Erfindung des Anmelders bildet.
Die tatsächliche oder spezifische Anzahl der Querschnitts-Scheiben und deren Dicke hängt ab von den bei dem nächstfolgenden Schritt verwendeten Parametern und Materialien. In dem gegenwärtigen Stadium der FFM- Anwendungen findet man Dicken der Querschnittsschichten in einem Bereich von 0,0127 mm bis 0,0384 mm (0,0005 bis 0,0015 Zoll) als brauchbar. Das Erreichen dieses Grades der Auflösung bei der Erfindung bedeutet eine Optimierung der Bauteilentwicklung derart, dass Materialien, Teilchengrößen, Tröpfchengrößen, Tröpfchendüsengrößen, die zu erreichende Auflösung erfüllen. Es wird erwartet, dass dieser Grad der Auflösung von einem Fachmann der FFM-Technologie in Kenntnis der zum Patent angemeldeten, erfindungsgemäßen Lehre schnell und ohne übermäßiges Experimentieren erreicht wird. Natürlich bedeuten kleinere, nacheinander abgelegte Tropfen sowie mehr pro Flächeneinheit abgelegte Tropfen i. a. kleinere Schichtdicken zusammen mit einer Verbesserung der Auflösung und einer Steuerung der Dimensionen des zu formenden Körpers, und man erwartet, dass diese sehr wünschenswert und nützlich sind.
Kommerziell erhältlich sind Rechner und Programme (bspw. CT-Technologie) und Software für ein geeignetes Aufschneiden des rechnergestützt entworfenen Modells des herzustellenden dreidimensionalen Objekts oder Körpers in die gewünschte Mehrzahl von Querschnittsscheiben von gewünschter Dicke, und es liegt im Rahmen der üblichen Kenntnisse eines Fachmanns, die erforderlichen Parameter ohne übermäßiges Experimentieren zu erlangen und eine Computer- Speicherdatei der aufeinanderfolgend aneinandergereihten, aufgeschnittenen (querschnittlichen) Schichten des herzustellenden Strukturobjekts oder -körpers zu erstellen.
In Fig. 1 umfaßt der nächste, wiedergegebene Schritt einen gesamten Erzeugungs- und Integrationsschritt (12) von der Computerdatei mit aufeinanderfolgenden, querschnittlich aneinandergrenzenden Schichtungsscheiben in einen gewünschten Strukturkörper (32'). Fig. 1 zeigt in einem detaillierteren Schema den Schritt (12) der Erzeugung und Integration mehrerer Schichtungsscheiben einschließlich der erfindungsgemäß einzigartigen, aufeinanderfolgenden Ablage flüssiger Tropfen 27 mit einem ersten Reagenz in einem Muster, gefolgt von der Ablage von kontaktierenden Tropfen 30 mit einem anderen Reagenz in einem überlagerten Kontaktmuster.
Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, wo ein bewegbarer, unterstützender Untergrund 20 schematisch wiedergegeben ist, wie bspw. eine derart einstellbare Hubplattform, dass sie mittels eines Kolbens 21 sowie mittels eines nicht wiedergegebenen, mechanischen, hydraulischen oder ähnlichen Bewegungsmittels in eine obere oder eine untere Position bewegt werden kann. Der unterstützende Untergrund 20 bewegt sich innerhalb von Führungsschienen 22, um die Bewegung, Ausrichtung und Stillsetzung der Stützschicht besser kontrollieren zu können.
Obwohl in Fig. 1 der Stütz-Untergrund 20 und der Kolben 21 sowie die Gleitschienen 22 zum Zwecke einer auf- und abwärts gerichteten Bewegung dargestellt sind, kann die Positionierung der Elemente 20, 21 und 22 in Abhängigkeit von dem verwendeten, besonderen Tropfenauftragsmittel und dessen Position sowie der spezifischen oder besonderen Anordnung des zu erzeugenden Körpers unter verschiedenen Vertikalwinkeln erfolgen, selbst bis hin zu einer seitlichen (horizontalen) Anordnung und selbst zur Schaffung einer aufwärts gerichteten Bewegung und einem aufwärts oder in einem Winkel gerichteten Tropfenauftrag in Abhängigkeit von dem verwendeten, entsprechenden Tropfenauftragmittel und der spezifischen Zusammensetzungen der ersten sowie weiterer Flüssigkeitstropfen.
Auf dem beweglichen Stützgrund 20 sitzt ein im allgemeinen daran befestigter, poröser Stütz-Untergrund 23, auf welchem mit Hilfe des erfindungsgemäßen, aufeinanderfolgenden Tropfenauftrags eine anfängliche, ebenflächige Querschnittsschicht des zu erzeugenden, dreidimensionalen Körpers erzeugt wird. Der Stütz-Untergrund 23 wird als porös geschildert, damit er Flüssigkeit der nachfolgend aufgetragenen Tropfen 27 und 30 besser wegsaugen kann (bspw. durch Kapillarwirkung).
Nicht dargestellt, aber als nützlich betrachtet werden weitere Mittel zum Beaufschlagen des porösen Stütz-Untergrundes 23 mit Unterdruck, um Flüssigkeit schneller zu entfernen und/oder abzusaugen. Ein herkömmliches Wasserhahn- Absaugmittel, wie es bspw. bei der Unterdruck-Filtration nützlich ist, oder mechanische Pumpen als Unterdruckgeneratoren, welche ebenfalls nicht dargestellt sind, könnten von einem Fachmann installiert werden, befestigt und derart angepaßt, dass sich die porösen Teile des Stütz-Untergrundes 23 auf einem Unterdruck-Niveau befinden, und damit solchermaßen angepaßt, dass die Entfernung der Flüssigkeit von aufgetragenen Tropfen 27 und 30 beschleunigt wird. Statt dessen und/oder in Kombination damit können andere und zusätzliche Mittel zur Beschleunigung der Flüssigkeitsentfernung aufgenommen sein. Bspw. könnten Heizmittel wie nicht dargestellte, versiegelte, elektrische Widerstandselemente innerhalb des porösen Stütz-Untergrundes 23 und/oder des Stütz-Untergrundes 20 verwendet werden, um die Flüssigkeit der aufgetragenen Tropfen zu verdampfen, und, falls solche Elemente vorhanden sind, würden dieselben auf wünschenswerte Weise ergänzt durch ein installiertes (nicht dargestelltes) Leitungssystem und durch einen (nicht dargestellten) Ventilationslüfter od. dgl. als Zwangsabsaugmittel, welcher geeignet ist, Flüssigkeitsdämpfe aus der Umgebung der aufgetragenen Tropfen abzusaugen, wenn die aufgetragenen Tropfen erhitzt werden. Derartige Wärme könnte auch die Reaktion der Reagenzien beschleunigen. Andere Mittel und Techniken zur Förderung der Flüssigkeitsentfernung aus aufgetragenen Tropfen ergeben sich aus der Technik und werden als im Rahmen sowie in der Absicht der Erfindung liegend angesehen.
Wie schematisch in Fig. 2 wiedergegeben, ist ein unter dem Schritt 12 teilweise erzeugter Körper 25 dargestellt des auf der Kathodenstrahlröhre in mehrfach quer durchgeschnittenem Zustand wiedergegebenen Körpers 11 des zu erzeugenden Körpers 10 in Form einer fünfseitigen, kurzen Stange mit einem etwa zentral angeordneten, längs hindurchlaufenden, zylindrischen Loch. Der teilweise erzeugte Körper 25 befindet sich in der Darstellung ganz links in einem halbfertigen Stadium der Erzeugung oder Anfertigung, so dass der teilweise geformte Körper bei einem Verfahrensschritt der Anfertigung einer horizontalen Querschnittsschicht etwa auf halbem Weg in vertikaler Richtung zu sehen ist, über einer darunter liegenden, horizontalen Querschnittsschicht, welche angefertigt worden ist durch Auftragen und/oder Absetzen einer Mehrzahl von Tropfen 27 einer Flüssigkeitszusammensetzung in einem vorbestimmten Muster der anzufertigenden Querschnittsschicht durch ein Auftrags-Auslaßmittel, wie eine Düse 26, eines nicht dargestellten Abgabe- oder Auftragsmittels. Im Anschluß an den gemusterten Auftrag von Tropfen 27 in der linkesten Darstellung des teilweise erzeugten Körpers 25 ist durch einen Pfeil ein Übergang zu einer zentralen Darstellung des teilweise erzeugten Körpers 25 angedeutet (der nun eine Mehrzahl von darauf in einem Muster abgelegten Tropfen 27 aufweist), auf welchem nun mit einem nicht wiedergegebenen Verteilungs- oder Auftragsmittel durch ein Abgabe- oder Auslaßmittel, bspw. eine Düse 29, eine Mehrzahl von Tropfen 30 einer anderen Flüssigkeitszusammensetzung in einem Muster aufgetragen oder plaziert werden. In der rechtesten Darstellung (auf welche der Übergang durch einen Pfeil angedeutet ist) des Körpers 25 und seiner begleitenden (dem Herstellungsschritt dienenden) Elemente 20, 21, 22 und 23, welche bei der Erzeugung des Körpers verwendet werden, ist der Körper 25 mit einer besonderen, gemäß der zentralen und der linken Darstellung geformten Querschnittsschicht zu sehen, welche im Rahmen des Tropfenauftragsverfahrens des Anmelders gebildet wurde. Natürlich ist der gemusterte Tropfenauftrag 30 bei der zentralen Darstellung des Teilkörpers 25 so mit dem früheren Tropfenauftrag 27 ausgerichtet, dass die sich die beiden, aufgetragenen Substanzen in einer Weise berühren, welche solchermaßen beschaffen ist, dass die Reagenzien in den Tropfen in Kontakt treten bzw. sich allgemein überlappen, um mit dem gebildeten Reaktionsprodukt zu reagieren und sich in einen Festkörper zu verwandeln, der sich mit einer früher angefertigten, unterlagerten Schicht vereinigt.
In der Darstellung ganz rechts setzt sich die Reaktion zwischen den Reagenzien in der aufgetragenen, ersten Tropfenzusammensetzung und der aufgetragenen, zweiten oder weiteren Tropfenzusammensetzung fort bis zu einem vollständigen Zustand einer Querschnittsschicht, aus der ein erheblicher und hauptsächlicher Flüssigkeitsinhalt der aufgetragenen Tropfen weggeflossen ist und/oder durch andere Mittel entfernt worden ist, obwohl die gerade angefertigte Querschnittsschicht in ihrer Konsistenz immer noch feuchtnaß und/oder teigartig sein kann. In diesem Stadium des Schrittes 12 schließt sich die Herstellung einer nächsten Schicht auf der obersten Querschnittsschicht durch einen (durch Richtungspfeile wiedergegebenen) Übergang des Teilkörpers 25 und seiner begleitenden Hilfselemente in die ganz linke Ausgangsposition an, wobei ein Tropfenauftrag 27 in Form eines Musters stattfindet, gefolgt von einem Übergang in die mittlere Phase mit einem abermaligen, gemusterten Tropfenauftrag 30, vor dem Übergang in den rechts dargestellten Zustand. Anschließend wird diese Sequenz wiederholt, bspw. n-mal, wobei n die Gesamtzahl der nacheinander angefertigten Querschnittsschichten darstellt, welche den erzeugten und nun mit 32 bezeichneten Körper bilden. In diesem Vollendungszustand der Herstellung gemäß Schritt 12 kann die Festigkeit des Körpers 32 dem eines Rohlings entsprechend eingeschätzt werden, in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Flüssigkeitsentfernung daraus, dem Ausmaß des Reaktionsfortschritts zwischen den Reagenzien, der Beschaffenheit der Komponenten oder Zusammensetzungen einschließlich der Menge, Art, Größe u. dgl. des verteilten Materials einschließlich Bindemittel, Viskositätsverstärkern u. dgl., wobei von der Festigkeit des Rohlings relativ schnell ein Festigkeitswert erreicht wird, welcher die Entfernung des Körpers 32 von dem porösen Untergrund 23 erlaubt und, nach einem weiteren Trocknen mit oder ohne einem (nicht dargestellten) Heizmittel, einen Abschluß der Reaktion oder eine ausreichende Trocknung, um nun als Körper 32' bezeichnet werden zu können.
Obwohl Fig. 1 im Rahmen des Schrittes 12 Übergänge des zu erzeugenden Körpers 32 und 32' zwischen verschiedenen Positionen zeigt, wie bspw. eine Bewegung von links nach rechts und eine Vertikalbewegung von oben nach unten an verschiedene Positionen für den verfahrensmäßigen Tropfenauftrag einer Zusammensetzung, gefolgt von einem Tropfenauftrag einer anderen Zusammensetzung, und an eine Position, falls erforderlich, zur Trocknung und/oder zur Vollendung einer Reaktion, vor einem Übergang zur Wiederholung dieser Sequenz, wobei diese ganze Bewegung als relativ anzusehen ist. Eine solche Bewegung kann auch von rechts nach links erfolgen. Ebenso können der poröse Stütz-Untergrund 23 und dessen der Positionierung dienende Hilfselemente sowie der anzufertigende Teilkörper 25 an einer ortsfesten Position festgehalten werden, und statt dessen kann eine Bewegung von dem Auftragsauslaßmitteln 26 und 29 vollführt werden, um die erforderliche Positionierung für den Auftrag der Tropfen 27 und 30 zu erreichen sowie für eine Trocknungs-/Reaktionsperiode vor der Wiederholung des Kreislaufs und der Erzeugung einer nächstfolgenden Querschnittsschicht auf einer früher erzeugten Schicht. In ähnlicher Form kann, wie weiter oben erwähnt, eine wiedergegebene, schematische Position abhängig von spezifischen Komponenten in den Zusammensetzungen der Tropfen, dem speziellen Tropfenauftragsmittel u. dgl., hinsichtlich ihres Winkels von horizontal bis vertikal variieren, wie dies eben für eine besondere strukturelle Anordnung des zu erzeugenden Körpers erforderlich ist.
Wie weiter unten erläutert werden wird, kann abhängig von dem erzeugten Körper 32', der Festigkeit des Rohlings, der den Körper 32' bildenden Werkstoffkomponenten u. dgl., dieser im Anschluß an den Schritt 12 optional im Rahmen eines in Fig. 1 mit 13 bezeichneten Schrittes weiterbearbeitet werden, nach einem von zahllosen, später zu erörternden Verfahren, um einen erzeugten und optional nachbearbeiteten Körper 32" zu schaffen mit noch erstrebenswerteren oder notwendigen Eigenschaften und einer Verträglichkeit für seine endgültige Gebrauchsanwendung.
Wie dies aus den hier wiedergegebenen Beispielen hervorgeht, kann man die Erfindung durch manuelle und individuelle Mittel ausführen und auch den speziellen, freistehenden, dreidimensionalen Körper in Augenschein nehmen, sowohl den herzustellenden wie auch den zu praktischen Führungszwecken in eine Mehrzahl von Querschnittsschichten zerteilten, und man kann relativ grobe Tropfen-Abgabemittel verwenden wie bspw. Mikropipetten, und diese mit Handmitteln füllen und positionieren, bspw. durch manuelles Füllen der Pipetten und Bewegen derselben an die gewünschten Positionen und Abgabe von Tropfen; es wird jedoch bevorzugt, dass im Idealfall ein höher entwickeltes, technisches Mittel eingesetzt wird. Bspw. sind die rechnergestützte Entwicklung (CAD) und die rechnergestützte Herstellung (CAM) sowie Programme dafür bevorzugte Techniken zum Einbinden der Fähigkeiten von Rechnern in das Entwicklungs- und Herstellungsverfahren. Es ist beabsichtigt, die Prinzipien computererzeugter Grafik bei CAD und CAM nutzbar zu machen, um die in Fig. 1 dargelegten Schritte auszuführen. Einige Lehren für die Anwendung solcher Computer- Technologien kann man in dem oben erwähnten Dokument US-A-4,575,330 finden, für den Gebrauch von durch UV härtbarem Plastik sowie anhand des stereolithographischen Verfahrens der "Prototypherstellung". Weitere Details und Informationen über einen derartige Rechnereinsatz findet man ebenfalls in "Manufacturing Engineering", November 1991, Seiten 77-79: "The Real Cost of Rapid Prototyping" von Terry T. Wohlers. Insbesondere werden in diesem Zeitschriftenartikel eine Anzahl von kommerziell erhältlichen Rechnern und Programmen u. dgl. vorgestellt, welche sich für die Ausführung der Schritte 10 und 11 nach Fig. 1 eignen.
Für die Ausführung von Schritt 12 nach Fig. 1 wird anstelle der Verwendung von Mikropipetten in einem bald zu beschreibenden Beispiel I der Einsatz einer Vorrichtung von der Beschaffenheit eines Tintenstrahldruckers oder eines ähnlichen Geräts empfohlen, wie sie bei der Computertechnik verwendet werden, mit einer geringfügigen, für die Anwendung des Schrittes 12 notwendigen oder ohne Modifikation von kommerziell erhältlichen Tintenstrahldruckern.
Ein Tintenstrahldrucker arbeitet unter bedarfsgerechter, tropfenweiser Zuführung einer Tintenzusammensetzung auf eine Druckoberfläche. Eine als "Bubble-Jet" bezeichnete Ausführungsform arbeitet unter Zuführung der Tinte von einem Reservoir zu einer winzigen Röhre sowie mit einem elektrischen Widerstand in Kontakt mit der winzigen Röhre. Bei einer bestimmten Anforderung fließt ein elektrischer Strom durch den Widerstand, und die Tinte in der Röhre wird erhitzt. Wenn sich die Tinte erhitzt, verdampft ein Anteil nahe der Heizeinrichtung, dehnt sich aus und drückt dabei einen Tintentropfen aus der Düse der winzigen Röhre. Die Verdampfung in der Röhre erzeugt eine Blase, und bei dem Zusammenziehen der Blase, nachdem der Tintentropfen herausgedrückt und abgegeben worden ist, wird ein Tropfen ansaugender Druck erzeugt, der mehr Tinte in die Röhre zieht. Daraufhin erlaubt eine abermalige Aktivierung der Widerstands-Heizeinrichtung die Abgabe eines neuen Tropfens. Mit der Anordnung eines Vorrichtungselements, umfassend eine Mehrzahl von winzigen Röhrchen und gerichteten Düsen derselben, sowie unter Betrieb der Widerstands- Heizeinrichtungen wie beschrieben und von einem Computer gesteuert, kann man Tinte schnell auftragen, um Buchstaben in zahlreichen Schriftgattungen, Grafiken u. dgl. zu drucken, mit Punktauflösungen von einigen Tropfen pro Zoll (bspw. 6-10 Tropfen pro Zoll in der Breite und 6-10 Tropfen pro Zoll in der Höhe) bis hinauf zu höheren Auflösungen wie 360 mal 360 Punkte pro Zoll (dots per inch, dpi) hoch und breit pro gedrucktem Schriftzeichen. Eine andere, nützliche Ausführungsform eines Tintenstrahldruckers verwendet zur Aktivierung ein piezoelektrisches Mittel, um einen Tintentropfen zu verschieben und aus einer Düse einer winzigen Röhre abzugeben.
Welche Modifikation(en) eines kommerziellen Tintenstrahldruckers auch immer erforderlich sind, es zeigt sich, dass diese innerhalb des handwerklichen Könnens liegt (-en) und nur Aspekte betrifft wie bspw. die Befestigung des (der) verwendeten Tintenstrahldrucker(s) an der erforderlichen, ortsfesten oder verschiebbaren Stelle gegenüber einem porösen Stütz-Untergrund 23, damit die Strahldüsen 26 und 29 des Druckers von einem Computer angesteuert werden, um die verschiedenen Tropfenaufträge 27 und 30 im Rahmen aufeinanderfolgender, in erforderlichem Umfang ausgerichteter Muster der Querschnittsschichten des zu erzeugenden Körpers 32 abzugeben. Es wird vorausgesetzt, dass ein Fachmann die Anzahl und Größe der Düsen des Tintenstrahldruckers sowie ein Mittel für die kontinuierliche Zuführung, welches mit "Tinten"-Vorratsbehältern verbunden ist (zur Ausführung der Erfindung kommen anstelle der Tintenvorratsbehälter nun Zuführbehälter zum Einsatz, welche das flüssige Reagenz mit den Zusammensetzungen für die Tropfen 27 und 30 enthalten), schnell und ohne übermäßiges Experimentieren ermitteln kann, um die betreffenden, diskreten Tropfen 27 bzw. 30 an ihre erwünschten und erforderlichen Positionen innerhalb des Musters anzupassen und entsprechend aufzutragen, um die aufeinanderfolgenden Querschnittsschichten zu erschaffen.
Nützliche Reagenzien zur Aufnahme in die Flüssigkeitszusammensetzungen, welche als anfängliche Tropfen sowie als darauffolgend aufzutragende Tropfen abzugeben sind, umfassen eine große Anzahl unterschiedlicher Materialien. Beispielhaft und nicht in der Absicht einer Beschränkung werden die folgenden genannt:
Um bspw. ein implantierbares, nichttragendes Protheseteil aus einem Kalziumphosphat-Werkstoff zu erzeugen, verwendet man als Zusammensetzungen für die aufgetragenen und in einem Muster verteilten Flüssigkeitstropfen eine Flüssigkeitszusammensetzung, welche in jedem Flüssigkeitstropfen ein Kalzium-Ion enthält und eine Flüssigkeitszusammensetzung, welche in einem anderen Flüssigkeitstropfen ein Phosphat-Ion enthält, wobei die Ionen-Komponenten der beiden Flüssigkeitszusammensetzungen derart aufeinander eingestellt sind, dass sie bei einem Kontakt miteinander reagieren, um ein gewünschtes Prothesenmaterial aus Kalziumphosphat zu bilden. Beispielhafte Substanzen für die Zuführung des Kalzium-Ions umfassen: Kalziumchlorid (CaCl&sub2;), Kalziumhydroxid (Ca(OH)&sub2;) und Kalk (CaO), und für die Zuführung des Phosphat-Ions: Einwertiges Natriumphosphat (NaH&sub2;PO&sub4;), zweiwertiges Natriumphosphat (Na&sub2;HPO&sub4;), Phosphorsäure (H&sub3;PO&sub4;), einwertiges Kaliumphosphat (KH&sub2;PO&sub4;), zweiwertiges Kaliumphosphat (K&sub2;HPO&sub4;), etc., wobei Wasser als Flüssigkeit eingesetzt wird. Bei einigen Fällen ist das Wasser von mittlerem Säuerungsgrad, wie bspw. bei Zugabe geringer Mengen von Phosphor-, Salz- oder anderen Säuren zu dem Wasser, oder sogar basischer Substanzen, welche kompatibel zu der speziellen Ionen-Reaktion zwischen den besonderen Kalzium- oder Phosphat-Ionen sind, welche in den Flüssigkeitszusammensetzungen enthalten sind.
Die Aufzählung nützlicher Flüssigkeitszusammensetzungen der Tropfen für die Herstellung eines Strukturkörpers zur Verwendung als Prothese oder für ähnliche Anwendungen läßt sich fortsetzen mit einem Strukturkörper für derartige Anwendungen, welcher wünschenswerterweise einen erheblichen, biokompatiblen Anteil von Ca&sub5;(PO&sub3;)OH (Hydroxylapatit) enthält.
Verfahren zur Schaffung eines Anteils von Hydroxylapatit in dem erzeugten Körper umfassen eine Übersättigung der das Reagenz enthaltenden Flüssigkeitszusammensetzungen, wobei die ersten und zweiten Tropfen mit gelöstem Hydroxylapatit versehen werden, und/oder feine Hydroxylpartikel darin suspendiert werden, und/oder alternativ dazu Reagenzien verwendet werden, welche bei einer Reaktion direkt Hydroxylapatit bilden oder eine Vorgänger- Phosphat-Zusammensetzung, die in der Lage ist, bei einer anschließenden Nachbehandlung Hydroxylapatit zu bilden, wie bspw. durch die Umwandlungstechnik, welche bei der Produktion der Replamin-Form von Kalziumkarbonat-Korallen praktiziert wird, wenn der erfindungsgemäß erzeugte Körper einen erheblichen Vorgänger-Anteil von Kalziumkarbonat enthält. Für die Bildung von Hydroxylapatit aus einem kohlensauren Salz eines Skeletts durch hydrothermale Umwandlung vgl. bspw. "Nature", Band 27, Jan. 25, 1974, Seiten 41-43.
Zur Darstellung einer Verfahrensweise für die Zuführung von Hydroxylapatit kann man eine zahlreichen, bekannten Reaktionen für die Herstellung von Hydroxylapatit einsetzen. Beispielhaft dafür ist eine Flüssigkeitszusammensetzung zur Bereitstellung von Tropfen, welche Ca&sub4;(PO&sub4;)&sub6;·5H&sub2;O (Tetrakalziumphosphat) als Reagenz enthält, wobei die andere Flüssigkeitszusammensetzung zur Bereitstellung von Tropfen als anderes Reagenz eines von verschiedenen Kalziumphosphaten enthält, nämlich CaHPO&sub4;·2H&sub2;O (Dihydrat des Kalziumhydrogenphosphats oder Brushit), CaHPO&sub4; (Monetit); Ca&sub8;H&sub2;(PO&sub4;)&sub6;5H&sub2;O (Oktakalziumphosphat), α-Ca&sub3;(PO&sub4;)&sub2;, β-Ca&sub3;(PO&sub4;)&sub2;, (Trikalziumphosphate), oder durch die Zufügung von Protonen oder von bis zu etwa 10 Gew.-% Magnesium modifizierte Trikalziumphosphate ("Whitlockite", trigonales Kalziumphosphat), oder Kombinationen von diesen Kalziumphosphaten in der anderen Flüssigkeitszusammensetzung. Eine chemische Reaktion der vorangehend beschriebenen Natur ist in der US-A-4,518,430 von W. E. Brown et al. beschrieben, mit der Ausnahme, dass die patentierte Zusammensetzung alle Phosphat-Reagenzien in einer einzigen, aufgeschlämmten oder pastenförmigen Zusammensetzung enthält, für nützliche Anwendungen wie die Remineralisierung von Kariesschäden im Zahnschmelz und als Dentalzement und ähnliche Anwendungen. Im Gegensatz dazu ist das Tetrakalziumphosphat-Reagens wie auch die anderen Reagenzien bei der Ausführung der Erfindung jeweils in der Zusammensetzung einer Tropfenflüssigkeit verteilt und die andere in der Zusammensetzung der anderen Tropfenflüssigkeit, wobei die betreffenden, verschiedenen Tropfen mit jeweils einer Größe sowie unter Bedingungen aufgetragen werden, die sich für eine Reaktion der Reagenzien eignen, bspw. mittels einer Kraft, welche in der Lage ist, die bereits aufgetragenen Tropfen mit den anderen, aufgetragenen Kontakttropfen zu vermischen, zwecks einer Reaktion zwischen den Phosphat-Reagenzien, um innerhalb eines vernünftigen Zeitraums fortzufahren und Hydroxylapatit zu erzeugen.
Obwohl bisher die bei der Ausführung der Erfindung aufgetragenen Tropfen beschrieben wurden als von einer ersten Flüssigkeitszusammensetzung und von einer anderen Flüssigkeitszusammensetzung, wobei jede der beiden Flüssigkeitszusammensetzungen ein Reagenz mit unterschiedlichen Ionen enthält, wovon die ionisierten Reagenzien bei einem Tropfenkontakt miteinander reagieren, um nacheinander aufgebaute Querschnittsschichten des erzeugten Strukturkörpers zu bilden, der überwiegend aus dem Reaktionsprodukt der beiden ionisierten Reagenzien besteht, so sind diese speziellen Verfahrensweisen nur zur Vermittlung der gegenwärtig bevorzugten und besten Arten zur Ausführung der Erfindung gedacht. Im Rahmen des Umfangs der Erfindung sind jedoch auch "reagenzartige" Verfahren und Mechanismen umfaßt, wovon die folgenden die Erzeugung des Strukturkörpers vermitteln und/oder steuern:
(i) eine oder beide der Flüssigkeitskompositionen sowie die andere Flüssigkeitskomposition für den Auftrag der betreffenden Tropfen kann eine leicht untersättigte oder metastabile Konzentration aufweisen und die zweitplazierten Tropfen können eine ionische Substanz einer oder beider Reagenzien enthalten, oder Kristallite mit Keimbildung oder Kristallkeime der ionisierten Bestandteile, um die Konzentrationen in den Kontakttropfen auf einen übersättigten Zustand anzuheben, wodurch ein spontanes Kristallwachstum verursacht wird;
(ii) die Zusammensetzung der aufgetragenen Tropfen der ersten Flüssigkeitszusammensetzung kann metastabil sein, und die Kontaktgabe der zuerst aufgetragenen Tropfen mit den Tropfen der anderen Flüssigkeitszusammensetzung, welche ein Mittel oder eine Verbindung in einer Menge enthält, führt dazu, dass die Übersättigung in den zuerst aufgetragenen Tropfen in einen nicht länger metastabilen Zustand verschoben wird, so dass ein Wachstum des Kristalls oder anderer Ausfällungen auftritt. Nützlich für eine solche Destabilisierung sind Reagenzien und Verbindungen wie saure oder basische Substanzen, bspw. HCl, NaOH, Ca(OH)&sub2;, CaO, H&sub3;PO&sub4;, u. dgl., um den pH-Wert zu ändern, oder Substanzen, bspw. NaCl, um die Ionisierungsstärke der Reagenzien zu ändern;
(iii) die aufgetragenen Tropfen von einer der ersten, der anderen, der dritten oder einer weiteren Flüssigkeitszusammensetzung befinden sich in einem stabilen Zustand, und später oder zuerst plazierte Tropfen umfassen eine katalytische Substanz, wie bspw. einen Auslöser von freien Radikalen, bspw. Benzoylperoxid für Tropfen, welche die Reagenzien Acrylnitril oder Methacrylsäure enthalten, oder Vinylchlorid, um selektiv die Tropfen oder Reagenzien in den Tropfen, welche keine katalytische Substanz enthalten, in einen festen oder unlöslichen Bestandteil umzuwandeln, bspw. Polyacrylnitril; und
(iv) eine oder beide der nacheinander aufgetragenen Tropfen einer Verbindung können einen Polymerbestandteil oder eine andere Substanz zu folgenden Zwecken aufweisen: Um den übersättigten Zustand in den aufgetragenen Tropfen zu modifizieren und/oder zu regulieren; oder um die Viskosität der Zusammensetzung der Tropfenflüssigkeit zu modifizieren und zu steuern, damit der Tropfenauftrag begünstigt wird; oder um als verteiltes Armierungsmittel zu dienen und/oder als Bindemittel (entweder permanent oder flüchtig, um anschließend entfernbar zu sein, bspw. durch einen Nachbehandlungsschritt), oder um bspw. mechanische, elektrische, optische od. dgl. Eigenschaften des erzeugten Strukturkörpers zu modifizieren und/oder zu steuern, oder um seine abschließenden Anwendungseigenschaften zu verbessern, wie bspw. durch Zufügen von Kollagen, um seine Biokompatibilität für Implantatanwendungen zu steigern. Beispielhafte Polymerwerkstoffe oder andere Substanzen sowie der Zweck für deren Aufnahme in die eine und/oder die andere Flüssigkeitszusammensetzung beinhalten: Dispersionsmittel wie bspw. ein Natriumsalz eines Polymethacrylats, Verflüssigungssubstanzen wie bspw. sulfatiertes/sulfoniertes Rizinusöl; Bindemittel für Partikel wie bspw. Polyvinylalkohole oder Polyethylenglykole; Additive zur Beeinflussung der Viskosität einschließlich natürlicher Makromoleküle wie bspw. Kollagen, Gelatine, Eier-Albumin und synthetische Polymere wie polyalkoxylierte, aliphatische Ester; und Schaumverhütungsmittel wie ethoxyliertes Rizinusöl.
Von dem Schritt 12 der Tropfen-für-Tropfen-Technik zur Erzeugung aufeinanderfolgender Querschnittsschichten, welche ggf. aufeinander aufbauen und zusammen den Strukturkörper 32' mit der Festigkeit eines Rohlings bilden, kann man in manchen Fällen, wenn dies gewünscht oder wünschenswert ist, optional mit einem Nachbehandlungsschritt 13 (Fig. 1) fortfahren, welchem der Strukturkörper 32' mit der Festigkeit eines Rohlings unterzogen wird, um einen Körper 32" zur Verfügung zu stellen, welcher gegenüber dem Körper 32' eine oder mehrere, vorteilhafte Eigenschaften hat. Wie schon erwähnt, ist bspw. bei Kalziumphosphaten, Hydroxylapatit und Produkten aus mehreren Keramikoxiden, wobei alle Tropfenreagenzien zu dem zu erzeugenden, dreidimensionalen Körper zusammengeformt werden, und eine Aufheiz- und/oder Nachheizbehandlung in einem Ofen oder Brennofen nützlich. Eine Brandbehandlung wie ein allmähliches Anheben der Temperatur des Rohlings 32' während eines Zeitraums auf eine Temperatur zwischen 1000ºC bis 1200ºC und sodann Aufrechterhalten dieser höheren Temperatur für ¹/&sub2; bis 2 Stunden wird einen Körper 32' von gesteigerter Festigkeit liefern, durch Sintern und Zusammenbinden von zusammengeformten Partikeln, welche den Körper 32" bilden. In ähnlicher Form ist, falls ein durch Hitze aktivierbares, wasserlösliches Klebemittel auf Polymerbasis in einer Flüssigkeitsverbindung für die Tropfen 27 und/oder 30 und sodann in dem Körper 32' enthalten ist, ein Aufheizen des Körpers 32' auf eine notwendige Temperatur und für eine erforderliche Zeit als Nachbehandlung wünschenswert, um das hitzeaktivierbare Klebemittel zu aktivieren.
Obwohl, wie gerade beschrieben, gemäß einer gewöhnlichen Vorgehensweise der Erfindung ein Tropfenmuster einer ersten Flüssigkeitszusammensetzung aufgetragen wird und sodann, in Kontakt mit diesen Tropfen tretend, weitere Tropfen einer anderen Flüssigkeitszusammensetzung, so dass ein oder mehrere Reagenzien in den Tropfen reagieren, um einen Festkörper zu bilden, welcher eine Querschnittsschicht des anzufertigenden Körpers darstellt, können auch zusätzliche Tropfen weiterer Flüssigkeitszusammensetzungen aufgetragen werden, um Festkörper zu erzeugen, welche aus jeder beliebigen Anzahl von Reagenzien in den zwei, drei, vier oder mehr aufgetragenen Flüssigkeitszusammensetzungen infolge der sich berührenden Tropfen gebildet werden. Bemerkenswert ist, dass verschiedene aufgetragene Tropfen mehr als ein einziges Reagens enthalten können. Bspw. können verschiedene Tropfen unterschiedliche, individuelle Reagenzien enthalten, die in der Lage sind, zwecks Schaffung eines anorganischen Festkörpers zu reagieren, und die selben oder andere, aufgetragene Tropfen können zusätzliche, andere Reagenzien enthalten, welche geeignet sind, einen anderen Festkörper zu bilden (bspw. ein Bindemittelharz), der teilweise als feste Komponente bei der Bildung einer Querschnittsschicht des anzufertigenden Körpers dient. In ähnlicher Form können solche als drittes, viertes, etc. aufgetragene Tropfen zusätzlich zu Reagenzien auch andere, hierin beschriebene Substanzen enthalten, wie bspw. Katalysatoren, Inhibitoren, Füllmittel, Bindemittel, etc.

Beispiel I

Das folgende liefert ein Demonstrationsbeispiel, welches primär anhand einer manuellen Technik (anstelle von CAD und CAM) eine erfindungsgemäße Verfahrensweise wiedergibt.

Zubereitung metastabiler Flüssigkeitszusammensetzungen zum Einsatz als Tropfen

Bei Raumtemperatur wurden 0,75M einer CaCl&sub2;-Lösung zubereitet durch Vermischen von 41,6 g CaCl&sub2; von trockener Beschaffenheit in 500 ml von destilliertem H&sub2;O mittels eines Magnetrührers bis zur Auflösung (etwa 20 Minuten).
0,5M einer Na&sub2;HPO&sub4;-Lösung wurden zubereitet durch Vermischen von 35,4 g Na&sub2;HPO&sub4; von reaktionsfähiger Beschaffenheit in 500 ml von destilliertem H&sub2;O bis zur Auflösung (etwa 40 Minuten).
In einen separaten Becher wurden 400 ml der 0,5M-Na&sub2;HPO&sub4;-Lösung gegeben, und ein Rühr-Mischvorgang wurde begonnen. Während des Mischens wurden langsam, in Form eines dünnen Stroms, 486 ml der vorbereiteten 0,75M-CaCl&sub2;- Lösung hinzugefügt, mit dem Ergebnis der Bildung einer Suspension, einer Ausfällung feiner Partikel, nach einstündigem Rühren. Sodann wurde der Mischvorgang abgebrochen und den suspendierten Partikeln wurde Gelegenheit gegeben, sich zu setzen. Nach etwa einer Stunde wurde der obere Anteil abgegossen und der Schlamm durch Hinzufügen von destilliertem Wasser auf sein ursprüngliches Volumen zurückgeführt und eine Stunde lang gemischt. Wiederum gab man der Suspension Gelegenheit, sich zu setzen; der obere Anteil wurde dekantiert; der Schlamm durch Hinzufügen von destilliertem Wasser auf sein ursprüngliches Volumen gebracht; und eine Stunde lang durch Rühren vermischt, bevor der Suspension Gelegenheit zum Setzen gegeben wurde, unter zweimaliger, weiterer Wiederholung dieser Waschprozedur, wobei nach jedem Waschen so viel des oberen Wasseranteils dekantiert wurde, als praktisch möglich war, ohne den Präzipitat-Satz zu verlieren. Anschließend wurde die wäßrige, abgesetzte Zusammensetzung mit dem enthaltenen Präzipitat feiner Partikel in Zentrifugenröhrchen plaziert und über 5 Minuten hinweg bei 10.000 Umdrehungen pro Minute zentrifugiert, gefolgt von einem Abgießen der überschüssigen Flüssigkeit. Das resultierende Produkt war eine wäßrige, weiß- glänzende Paste, die als wäßrige Paste bis zu einem späteren Gebrauch aufgehoben wurde. Ein kleiner Anteil dieser Paste wurde hitzegetrocknet und mit einem Mikroskop visuell untersucht und als nadelförmige Kristalle mit einer Länge von etwa 5-20 um identifiziert. Die Zusammensetzung der Paste wurde chemisch nicht analysiert, war jedoch ein wäßriges Kalziumphosphat-Präzipitat feiner Partikel mit einer unbestimmten Reinheit und Zusammensetzung.
Zusätzlich wurden 0,5M einer reaktionsfähigen, wäßrigen Na&sub2;HPO&sub4;-Lösung zubereitet, wie vorher bereits beschrieben. 0,86M einer wäßrigen Lösung von Kalziumchlorid trockener Qualität wurden anhand des früher im Zusammenhang mit der Anfertigung der wäßrigen 0,75M-CaCl&sub2;-Lösung beschriebenen, allgemeinen Verfahrens zubereitet. Eine Kollagen-Lösung vom Kalbsleder-Typ I, insbesondere eine 0,3-prozentige, in Säure lösliche Pancogene-S®-Lösung, wurde als Kollagen-Quelle verwendet. Die Kollagen-Lösung wurde vor dem Gebrauch mit verdünnter Salzsäurelösung mit einem pH-Wert von 2-3 dialysiert. Die dialysierte Lösung enthielt 3 mg Kollagen pro Milliliter der dialysierten Lösung.
Leicht untersättigte oder metastabile Flüssigkeits-Suspensionen wurden wir folgt zubereitet:
Eine erste Suspension wurde hergestellt durch Vermischen von 2 ml der vorbereiteten, wäßrigen 0,86M-CaCl&sub2;-Lösung, 2 ml der vorbereiteten, wäßrigen, weiß-glänzenden Paste des Präzipitats feiner Partikel aus Kalziumphosphat, und 1 ml der vorbereiteten Kollagen/Salzsäure-Lösung.
Eine zweite Suspension wurde hergestellt durch Vermischen von 2 ml der vorbereiteten, wäßrigen 0,5M-Na&sub2;HPO&sub4;-Lösung, 2 ml der vorbereiteten, wäßrigen, weiß-glänzenden Paste des Präzipitats feiner Partikel aus Kalziumphosphat, und 1 ml der vorbereiteten Kollagen/Salzsäure-Lösung.
Zwei Lösungen wurden wie folgt zubereitet:
Eine erste Lösung wurde hergestellt durch Vermischen von 2 ml der vorbereiteten, wäßrigen 0,86M-CaCl&sub2;-Lösung und 1 ml der vorbereiteten Kollagen/Salzsäure- Lösung.
Eine zweite Lösung wurde hergestellt durch Vermischen von 2 ml der vorbereiteten 0,5M-Na&sub2;HPO&sub4;-Lösung und 1 ml der vorbereiteten Kollagen/Salzsäure-Lösung:
Eine Anzahl von 10 ul-Pipetten und -Spitzen wurden verwendet.

I(A) Experimentalversuch

Auf einer Glasplatte wurde eine Mehrzahl von 10 ul-Tropfen der ersten Suspension derart plaziert, dass sie sich nicht berührten, jedoch nahe genug, so dass ein später an der Seite benachbarter Tropfen plazierter Tropfen mit diesen in Kontakt träte oder sich überlappte. 10 ul-Tropfen der zweiten Lösung wurden sodann derart plaziert, dass sie mit den abgelegten Tropfen der ersten Suspension in Kontakt traten und diese miteinander verbanden. Es bildeten sich Präzipitat-Linien mit Erhebungen an den Zwischenstellen der miteinander in Kontakt tretenden Tropfen der ersten und zweiten Suspension. Beobachtungen mit einer 70-fachen Vergrößerung zeigten, dass sich nadelförmige Kristalle mit einem Seitenverhältnis von 4 : 1 gebildet hatten. Die Erhebungen schienen von dichteren Kristallen gebildet zu sein im Vergleich zu den Kristallen in den zentralen Bereichen der Tropfen.
Es erfolgte ein ähnlicher Auftrag aufeinanderfolgender Tropfen der ersten und zweiten Suspensionen, wobei die Reihenfolge der Tropfenablage in vertikaler Richtung umgekehrt wurde, so dass Tropfen der Suspension mit Phosphat-Ionen zuerst abgelegt wurden und anschließend durch Ablegen von Tropfen der Suspension mit Kalzium-Ionen verbunden wurden.
Die Reihenfolge der Plazierung der Tropfen beider Suspensionen schien keinen Unterschied hinsichtlich des Ergebnisses der gebildeten, mit gratförmigen Erhebungen versehenen, verfestigten Strukturen zu machen, mit der Ausnahme, dass ein die zuerst abgelegten Tropfen umgebender Kollagenfilm breiter war als um die als zweites abgelegten Tropfen. Die Gratbildungen an den Tropfen- Zwischenstellen schienen ein bevorzugter Ort für das Auftreten von Kalziumphosphatbildung und -präzipitation zu sein anläßlich des Kontakts zwischen den Tropfen der ersten und der zweiten, unterschiedlichen Suspensions-Zusammensetzungen und der Interaktion zwischen diesen anläßlich einer Kontaktvermischung zwischen den Tropfen. Der Kollagengehalt der Tropfen dient offensichtlich dazu, dass die meisten der gebildeten Präzipitat-Kristalle auf Positionen an oder nahe den Tropfenzwischenstellen beschränkt werden und in ihrer Natur dichter sind als Kristalle, welche sich in dem inneren Bereich eines Tropfens durch Kristallisation bilden, wenn das Wasser aus den verschiedenen Tropfen allmählich verdunstet (bspw. durch Verdampfung bei Zimmertemperatur).

I(B) Experimentalversuch

Unter Verwendung der ersten und zweiten, vorbereiteten Lösungen anstelle der ersten und zweiten, vorbereiteten Suspensionen, welche bei I(A) eingesetzt worden waren, würde das experimentelle Verfahren des I(A)- Experimentalversuchs mit 10 ul-Tropfen der ersten Lösung wiederholt, die in einer Petrischale aus Plastik abgelegt wurden, wobei die Abstände zwischen abgelegten, individuellen Tropfen eng genug waren, damit nachfolgend abgelegte Tropfen der vorbereiteten, zweiten Lösung die zuerst abgelegten, benachbarten Tropfen durch Kontaktgabe mit den zuerst hinterlegten Tropfen verbinden und/oder durch ein leichtes Überlappen der zuerst abgelegten, individuellen Tropfen. Wie bei dem I(A)-Experimentalversuch, so gab es auch ein anschließendes, individuelles Ablegen getrennter Tropfen mit vertauschter Ablage der Tropfen der ersten und zweiten Lösung. Wie bei dem I(A)-Experiment, so bildeten sich anläßlich des Kontakts oder Überlappens der als zweites abgelegten Tropfen mit den zuerst abgelegten Tropfen Linien des kristallinen Präzipitats an Zwischenstellen benachbarter Tropfen. Beobachtungen bei einem 70-fachen Vergrößerungsfaktor zeigten die Bildung einer kristallinen Fasermatrix, die von feinen ausgefällten Kristallen durchflochten war.
Ein Vergleich der Ergebnisse gemäß I(A) mit I(B) zeigt, dass die Gegenwart von suspendiertem und gelöstem Na&sub2;HPO&sub4; in den abgelegten Tropfen keinen starken Einfluß darauf hat, ob an den kontaktierenden Tropfenzwischenstellen Erhebungen gebildet werden. Die Ergebnisse führen darüber hinaus zu der Hypothese, dass die abwechselnde Ablage von entgegengesetzt ionisierten Tropfen unter großer Überlappung und/oder oben auf den zuvor abgelegten Tropfen in einem weniger erhabenen und vollständiger integrierten sowie miteinander verbundenen Gitter von Kristallpartikeln resultiert, um eine erstrebenswertere, mit einer FFM-Technologie angefertigte, relativ ebenflächige Schicht für einen anzufertigenden Körper zu schaffen.

I(C) Experimentalbeispiel

Dreidimensionale FFM-Strukturen oder -körper wurden wie folgt angefertigt:
(1) Auf der Bodenfläche einer Petrischale aus Plastik wurde eine Reihe von 10 ul großen Tropfen der vorbereiteten, ersten Suspension (d. h., CaCl&sub2; enthaltend) abgelegt, mit einem Abstand zwischen benachbarten Tropfen, wobei der Abstand zu dem (den) nächsten Tropfen kleiner ist als die Größe eines Tropfens. Sodann wurden 10 ul große Tropfen der vorbereiteten, zweiten Suspension (d. h., Na&sub2;HPO&sub4; enthaltend) so abgelegt, dass sie die abgelegten Tropfen der ersten Suspension verbinden. Man ließ eine Absetzzeit zwischen 10 bis 15 Minuten verstreichen, um der zuerst erzeugten Schicht ein Absetzen zu erlauben (d. h., damit die CaCl&sub2;-Tropfen mit den Na&sub2;HPO&sub4;-Tropfen reagieren und sich einiges Wasser verflüchtigt, bspw. durch Verdunstung). Daraufhin wurde oben auf der zuerst erzeugten Schicht eine weitere Reihe von 10 ul großen Tropfen der vorbereiteten, ersten Suspension abgelegt, wobei der Abstand zwischen den Tropfen kleiner war als die Größe eines Tropfens, gefolgt von dem Auftrag von 10 ul großen Tropfen der vorbereiteten zweiten Suspension, um die gerade aufgetragenen Tropfen der ersten Suspension miteinander zu verbinden, wobei der Gesamtheit aus der ersten Lage und der zweiten Lage oben darauf ein Zeitraum von 10 bis 15 Minuten gewährt wurde, um sich zu setzen. Sodann wurde eine dritte Schicht in der selben Weise oben auf die zweite Schicht aufgetragen, wie diese zweite Schicht auf die erste aufgetragen worden war, gefolgt von einem fortgesetzten, sukzessiven Schichtenauftrag, bis eine Gesamtzahl von fünf Schichten aufgetragen worden war, wobei der resultierende Strukturkörper aus integrierten Schichten nun frei stand und etwa 0,25 Zoll (6,4 mm) hoch war, was die Berechnung der Dicke einer erzeugten Schicht zu etwa 0,05 Zoll oder 1,2 mm zuließ.
Der schichtmäßig aufgebaute Strukturkörper ließ sich einfach formen und behielt die Gestalt seiner freigeformten Struktur. Sobald die unterlagerten Schichten relativ trocken waren (lufttrocken), absorbierte die Masse der unterlagerten Keramik die Flüssigkeit der zur Bildung der nächsten Schicht frisch aufgetragenen Tropfen. Dies erleichterte den Tropfenauftrag und die Lokalisierung, da sich die Viskosität in frisch aufgetragenen Tropfen nach dem Auftrag schnell zu steigern schien, und erlaubte es den präzipitierten Kristallen, an örtlich streng festgelegten Stellen erzeugt zu werden. Solange ein Körper relativ naß oder feucht war, gestaltete sich der Auftrag frischer Tropfen und deren Halten an erwünschten Positionen schwierig, da das Wasser von frisch hinzugefügten Tropfen durch die Kapillarwirkung der Stützschicht nicht schnell entfernt wurde. Bei einer oder mehreren, relativ nassen oder feuchten, unterlagerten Stützschicht(en) tendierten frisch aufgetragene Tropfen dazu, auseinanderzufließen (insbesondere bei der ersten Schicht) und/oder entlang der Seiten herabzufließen (bei der zweiten und den folgenden Schichten), aber dieses Zerfließen oder Fließen war steuerbar, indem frische Tropfen nur auf eine relativ trockene, teilweise geformte Struktur aufgetragen wurden und/oder die Viskosität der Suspension der Tropfenflüssigkeit gesteigert wurde, wie bspw. durch die Menge und Art eines hinzugegebenen Viskositätsverbesserers (bspw. Kollagen), welcher in den Flüssigkeitszusammensetzungen enthalten war. Nachdem mehrere Schichten angesammelt worden waren, reduzierten sich offensichtlich Erhebungen, wie sie bei dem Einzelschichtauftrag der Experimentalversuche I(A) und I(B) bemerkbar waren, und die gebildete Schicht stellte eine gleichmäßigere Anlagerung der durch den Auftrag gebildeten Kristalle plus der Kristalle des in den Tropfen suspendierten und gelösten Materials bei der Verflüchtigung des Wassers dar. Wenn dem hergestellten und schichtmäßig aufgebauten Strukturkörper Gelegenheit zur Lufttrocknung gegeben wurde, hatte er eine vernünftige Festigkeit für eine sanfte Handhabung, konnte jedoch durch Biegen gebrochen werden, durch Senken, etc.
(ii) Anschließend wurden andere, frei geformte Strukturkörper aus mehreren Schichten wie in (i) beschrieben angefertigt, mit der Ausnahme, dass die Bodenfläche der Petrischale zunächst mit einer manuell geglätteten Schicht der wie oben beschrieben vorbereiteten, wäßrigen, weiß-glänzenden Paste des Präzipitats feiner Partikel aus Kalziumphosphat bedeckt wurde, die nach ihrem Auftrag in der Schale luftgetrocknet wurde, um zu Beginn einen porösen Träger zur Verfügung zu stellen, bevor im Rahmen der Schaffung der ersten Schicht ein erster Tropfenauftrag stattfand. Auf diese Weise wurde ein ausgewähltes Muster einzelner Tropfen für den Auftrag der ersten und folgender Schichten besser eingehalten und lokalisiert unter Minimierung und/oder Vermeidung eines Zerfließens und Wegfließens von Tropfen aus dem erstrebten Muster der zuzubereitenden Querschnittsschicht(en).
Mit einer relativ trockenen, porösen Untergrundschicht aus Na&sub2;HPO&sub4; in der Petrischale wurden anschließend zusätzliche freistehende, vertikal geschichtete Strukturkörperformen angefertigt, einschließlich vertikaler Säulen, Auslegerstützen (beides durch Einsatz der ersten und zweiten Suspensionen mit und ohne einem Kollagenanteil darin).
Ein vierseitiger, hohler Pyramidenstumpf mit einer Höhe von mehreren Zoll (750 mm) und einer Grundseitenlänge von 1,5 Zoll (~35-40 mm) wurde ebenfalls angefertigt. Die hergestellten Auslegerstützen aus Tropfen ohne Kollagen zeigten die Tendenz, bei Erreichen einer Höhe von ¹/&sub4; bis ¹/&sub2; Zoll (6,8 mm bis 12,4 mm) unter ihrem eigenen Gewicht zu brechen, wenn sie naß waren, während andere Formen einschließlich vertikaler, säulenförmiger Pfeiler und der Pyramide dies nicht taten. Anschließend ergab eine Lufttrocknung der angefertigten Körper diesen eine ausreichende Festigkeit für eine sanfte Handhabung.
Wenn eine größere Festigkeit gewünscht wird, können die erzeugten und luftgetrockneten Körper in einem Ofen für 1 bis 5 Stunden bei 1.100ºC bis 1.300 ºC getrocknet werden, um festere, schmelzgeformte und/oder gesinterte Körper zu erhalten. Durch Hitze schmelzgeformte und/oder gesinterte Körper sind nützliche, elektrische Isolierrohre von flacher, säulenförmiger, röhren- oder ringförmiger oder anderer Gestalt.

Beispiel II

Hierbei wird entsprechend des allgemeinen Verfahrens und der Technologien verfahren, wie sie im Beispiel I gelehrt wurden, solange nichts anderes erwähnt wird.
Kristalle aus Hydroxylapatit werden angefertigt, wie dies von T. Aaba und E. C. Moreno in J. Dent. Res., Juni 1984, Seiten 874-880, gelehrt wurde, und sie wurden anstelle des im Beispiel I zubereiteten, wäßrigen Präzipitats feiner Partikel aus Kalziumphosphat von unbestimmter Reinheit und Zusammensetzung verwendet.
Die zubereiteten Hydroxylapatit-Kristalle wurden in feuchtem Zustand und als Ersatz für das Kalziumphosphat-Präzipitat aus Beispiel I sowohl in der ersten als auch in der zweiten Suspension als Kristallisationskeime verteilt, wobei die erste und zweite Suspension zwecks Übersättigung jeweils Keimanteile enthielt, so dass metastabil übersättigte Fluidzusammensetzungen geschaffen wurden.
Daraufhin wurden einzelne Tropfen der ersten Suspension in einem Linienmuster auf einen porösen Stützuntergrund aufgetragen, gefolgt von dem Auftrag einzelner Tropfen der zweiten Suspension in benachbart plazierte Tropfen der ersten Suspension überlappender Form, wobei diese Reihenfolge des Tropfenauftrags so oft vollständig wiederholt wurde, wie dies für den Aufbau eines dreidimensionalen Rohlings eines Strukturkörpers einer vertikalen Wand mit einer Breite von 0,25 Zoll (6,4 mm) und einer Höhe von 1 Zoll (25,4 mm) erforderlich war, wobei diese Wand einen erheblichen Anteil von Hydroxylapatit-Keimkristallen enthielt, welche von einem Kalziumphosphat-Präzipitat umgeben waren, das durch die Reaktion des Kalziumchlorids in den Tropfen der ersten Suspension mit dem Na&sub2;HPO&sub4;-Anteil in den Tropfen der zweiten Suspension entstanden war. Der solchermaßen angefertigte, wandförmige und etwas poröse Körper enthielt auch Kollagen und wird als nützlich für die restaurative Chirurgie als nichttragendes Knochenimplantat bei Tieren erachtet. Vor einigen Anwendungen wird der erzeugte Rohling zwecks einer größeren Festigkeit für 1 Stunde bei 1.100ºC bis 1.200ºC gebrannt.

Beispiel III

Es folgt eine Darstellung einer Vorgehensweise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, welche die CAD- und CAM-Technologie in jeder Hinsicht einschließt und als relativ ideale Verfahrensweise der Erfindung angesehen wird.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird der betreffende Anfangsschritt 10 ausgeführt, um ein Modell des anzufertigenden oder zu erschaffenden Objekts oder Körpers mittels CAD-Technologie sowie verwendeten Erzeugungs- und Visualisierungstechniken zu erzeugen und/oder zu visualisieren. Das mit CAD erzeugte Modell wird dann im Rahmen der CAM-Computertechnologie und - programmierung dem Schritt 11 unterzogen, der Erzeugung einer Computerdatei von zueinander benachbarten Querschnittsschichten des mit CAD erzeugten Modells. Daraufhin wird der verfahrenstechnisch wichtige, mit 12 bezeichnete Ablaufschritt durchgeführt, wobei aus dem mit CAD erzeugten und in Form von benachbarten Querschnittsschichten abgespeicherten Modell der schichtförmig hergestellte oder erzeugte Strukturkörper physikalisch erzeugt und zusammengeformt wird. Bei diesem Schritt wird CAM-Technologie eingesetzt, u verschiedene Verfahrensparameter zu spezifizieren, zu steuern und regeln, bspw. die Tropfengröße, der Tropfenauftrag, die Orte der Stützeinrichtung für den aufeinanderfolgenden Tropfenauftrag und die sukzessive Querschnittsschichtenerstellung, etc., über eine Verbindung mit einem oder mehreren "Bubblejet"-Tintenstrahldrucker(n), entlang deren Vorschubeinrichtungen sich modifizierte "Tinten"-Patronen gesteuert bewegen, wobei eine Patrone geeignet ist, eine Flüssigkeitszusammensetzung zu enthalten mit verteilten Partikeln und einem Reagenz, und wobei die zweite, folgende Patrone geeignet ist, eine Flüssigkeitszusammensetzung zu enthalten mit verteilten Partikeln und dem anderen Reagenz, um Tropfen in einer gemusterten Anordnung zu spenden und aufeinanderfolgende Querschnittsschichten zu erzeugen. (Nicht dargestellte) Modifikationen an (einem) modifizierten Tintenstrahldrucker(n) umfassen, anstelle der gewöhnlichen Papierzuführmechanik, einen beweglichen Stützuntergrund 20, an welchem ein poröser Stützuntergrund 23 befestigt ist, gemeinsam mit Zusatzelementen für die Ortszuweisung und Bewegung, wie dies weiter oben beschrieben worden ist, und wobei CAM-Technologie eingesetzt wird, um Positionierung und Ortszuweisung des porösen Stützuntergrunds 23 im Verhältnis zu den bewegten und gesteuerten Patronen und dem Tropfenauftrag zu steuern und zu emulieren. Beabsichtigt ist eine optisch kodierte X-Y-Z-Tabelle, die sich eignet, um den Auftragskopf in einer X-Y-Ebene gegenüber dem Untergrund zu bewegen. Hersteller dieser Art von Ausrüstung behaupten, sie könnten einen beweglichen Kopf überall in dieser Ebene mit einer Genauigkeit von +/- 2 um positionieren.
Auf diese Weise werden selbsttragende und freistehende, dreidimensionale Körper mit einheitlicher Struktur hergestellt.
Am Schluß des Schrittes 12 haben einige erzeugte Körper sofortigen Gebrauchswert, abhängig von ihrer Zusammensetzung und/oder dem endgültigen Verwendungszweck, während andere einen Nachbehandlungsschritt erfordern, der allgemein mit 13 bezeichnet wird, bevor sie die erforderlichen Eigenschaften für ihre letztlich nützliche Anwendung besitzen.

Beispiel IV

Durch Änderung der Zusammensetzung der zugeführten Flüssigkeit in dem Tropfenauftragssystem wird erwartet, dass dreidimensionale Körper aus anderen synthetische Zusammensetzungen ebenfalls gemäß der Erfindung hergestellt werden können. Als Beispiel könnten Tonerdepartikel zwecks Beimengung in einer sauren, wäßrigen Lösung gelöster Aluminimsalze suspendiert werden. Daraus könnte die Zusammensetzung 1 bestehen. Die Zusammensetzung 2 könnte eine wäßrige Salmiakgeistlösung sein, die ebenfalls Tonerdepartikel enthielte. Durch die Reaktion zweier solcher Tropfen könnten Tonerdepartikel auf eine Oberfläche aufgetragen werden, während Aluminiumhydroxidpartikel aus der Reaktion der beiden Lösungen ausgefällt würden. Nach Fertigstellung des geformten Körpers könnte eine Hitzebehandlung angewendet werden, um das Alumioniumhydroxidpräzipitat zu Tonerde zu oxidieren. Da Tonerde mit einem elektrischen Widerstand behaftet ist, stellt dies einen vorzüglichen Weg dar, um eine dreidimensionale Schaltkreistafel herzustellen, im Gegensatz zu den gegenwärtigen, zweidimensionalen und mit Oberflächenmontage hergestellten Schaltkreistafeln. Eine dreidimensionale Schaltkreistafel ist ein Bauteil, bei dem leitfähige Pfade durch das Volumen hindurchlaufen und nicht nur entlang der Oberfläche. Eine dreidimensionale Schaltkreistafel verwendet den Raum effektiver als typische, zweidimensionale Schaltkreistafeln.
Der Vorteil dieses Herstellungsverfahrens wird in der obigen Beschreibung als tropfenweise Schaffung von Schichten und schichtenweise Schaffung ganzer Körper herausgestellt. Normalerweise exotische Elemente werden in einer solchen Tafel automatisch eingebaut. Bspw. könnte dort, wo ein leitender Draht entlanglaufen soll, anstelle Löcher zu lassen von einem dritten Auftragskopf ein Kupferbrei aufgetragen werden, der einen leitfähigen Pfad ergibt, wenn nach der Formgebung eine Heiznachbehandlung angewendet wird. Eine Heiznachbehandlung verdichtet nicht nur das keramische Material, sondern schmilzt auch das Kupferpulver zu einem einzigen Leiter zusammen. Falls gewünscht, könnte ein vierter Kopf ein thermisch leitendes Material auftragen, bspw. Beryllium oder Aluminiumnitrid, um Wärme aus empfindlichen elektrischen Komponenten entlang des thermischen Leiters bis zu einer äußeren Wärmesenke abzuführen.
Tonerde, Kieselerde, Bariumtitanat oder andere Materialien, welche geeignete elektrische Eigenschaften aufweisen, werden bei dieser Art der Anwendung als nützlich erachtet. Nützliche Strukturen, welche erzeugt werden könnten, umfassen Winkel, welche zu sich selbst zurück gerichtet verlaufen, Kanäle, welche am unteren Ende weit, in der Mitte eng und weit an der Oberseite sind, dreidimensionale Pfade und variable Anordnungen innerhalb einer einzigen Schicht der laminierten Struktur.
Dies Illustration dient als Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Technologie und bildet den Ausgangspunkt für weitere Anwendungen, die Materialien mit funktionellen Gradienten umfassen könnten, wie bspw. Keramik einerseits und Metall andererseits, welche Anwendung finden könnten zum Auskleiden von Kolbenmänteln in einem keramischen Motor, als piezoelektrische Aktuatoren und Meßwandler, Kondensatoren und selbst im Rahmen der Optik.

Beispiel V

Ein weiteres Beispiel würde das hier vorgestellte System des sukzessiven Tropfenauftrags einsetzen, um dreidimensionale Körper aus Polymerzusammensetzungen von Kunstharzen herzustellen, was nicht nur solche Körper umfaßt, die teilweise aus einem Kunstharzpolymer bestehen, sondern auch solche Körper, die hauptsächlich oder vollständig aus einem Kunstharzpolymer bestehen, das durch Polymerkomponentenreagenzien gebildet wird, welche in situ reagieren, um den dreidimensionalen Körper zu formen.
Als Beispiel dafür würde man ein Muster diskreter Tropfen einer ersten, flüssigen Zusammensetzung mit einer Reaktionskomponente für das Harzpolymer auftragen und diesen aufgetragenen Tropfen in kontaktgebender Weise diskrete Tropfen einer oder mehrerer flüssiger Zusammensetzungen mit einer oder mehreren anderen Reaktionskomponenten für das Harzpolymer überlagern. Nach der gegenseitigen Kontaktgabe reagieren sodann die unterschiedlichen Reaktionskomponenten in den verschiedenen, aufgetragenen Tropfen unter Bildung eines Kunstharzpolymers, mit oder ohne Reaktionseinleitung durch andere Komponenten innerhalb der Tropfen und/oder durch auf die Tropfen während und/oder nach deren Absetzung aufgetragenen Mitteln. Auf diese Weise erzeugt man sukzessive Querschnittsschichten des Körpers, eine auf der anderen, wobei diese Querschnittsschichten bei ihrer Entstehung integriert und miteinander verbunden werden, um einen laminat- oder schichtförmigen dreidimensionalen Kunstharzpolymerkörper zu bilden, der vollständig oder nur zum Teil aus einem Kunstharzpolymer besteht, welches in situ gebildet wurde.
Zur Illustration ein Beispiel: Man verwendet für die verschiedenen, aufzutragenden Tropfen nacheinander verschiedene Flüssigkeitszusammensetzungen, welche in der Technik als Zweikomponenten-Reaktionsverbindungen bekannt sind, wobei jede der Reaktionskomponenten in einer getrennten Flüssigkeitszusammensetzung enthalten ist, um schnell zu reagieren und ein festes Epoxydharz zu bilden; oder verschiedene Zwei- und Dreikomponenten- Regenzien in zwei oder mehr der Flüssigkeitszusammensetzungen, aus denen die Tropfen bestehen, welche in der Technik dafür bekannt sind, dass sie schnell reaktionsfähig sind, um ein festes Urethanharz oder Epoxydurethanharz zu bilden.
Um ausführlicher zu sein, beispielsweise enthält eine Flüssigkeitszusammensetzung 1 Epichlorhydrin und wird verwendet für diskrete Tropfen, welche Epichlorhydrin enthalten. Sodann wird eine Flüssigkeitszusammensetzung 2 aufgetragen, welche Bisphenol A® enthält, in Form von berührenden Tropfen, welche Bisphenol A® enthalten, so dass das Epichlorhydrin und das Bisphenol A® miteinander reagieren, um eine Querschnittsschicht aus einem Epoxydpolymerharz zu erzeugen als eine Laminatschicht des anzufertigenden, dreidimensionalen Körpers. Anschließende Wiederholungen des sukzessiven Tropfenauftrags werden nacheinander ausgeführt, eine auf der anderen, um eine Mehrzahl von Querschnittsschichten zu erzeugen und damit den anzufertigenden, dreidimensionalen Körper aus Epoxydpolymerharz aufzubauen. Epichlorhydrin und Bisphenol A® bilden Reaktionsprodukte aus Glycidylätherharzen, welche durch die Gegenwart der Epoxygruppe gekennzeichnet sind (Oxiran). Bei geeigneter Wahl des Einsatzverhältnisses der Reagenzien Epichlorhydrin und Bisphenol A®, wie dies in der Technik bekannt ist, ergibt sich als Reaktionsprodukt ein Festkörper aus Epoxydharz mit einem erheblichen Molekulargewicht. Da die Reaktion exotherm abläuft, können nicht dargestellte Hilfsmittel zur Kühlung verwendet werden, falls dies nötig oder erwünscht ist, bspw. eine Verdampfung eines Lösungsmittels mittels Lüfter und Rohrleitung, um die Lösungsmitteldämpfe von der gebildeten Schicht abzuführen, so dass die Wiederholungen der Querschnittsschichtbildung relativ schnell aufeinander folgen können. Die Flüssigkeit in den Flüssigkeitszusammensetzungen, welche das Epichlorhydrin und Bisphenol A® enthalten, ist im allgemeinen eine organische Flüssigkeit, bevorzugt ein Alkohol, da die Reaktionskomponenten in oxidierten Lösungsmitteln löslich sind, bspw. in Ketonen, Estern, Ätheralkoholen und Alkoholen, während feste Epoxydharze üblicherweise nicht in Alkoholen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen und aromatischen Kohlenwasserstoffen löslich sind. Natürlich können die Flüssigkeitszusammensetzungen für den Tropfenauftrag andere Reaktionsmodifikatoren enthalten, suspendierte Füllpartikel (wie Kieselerde, Aluminium, etc.), bekannte Katalysatoren und Härtungsmittel in erforderlichen Mengen, um den Reaktionsablauf zu beschleunigen, wie auch andere Partikelmaterialien von geeigneter Größe, die für ihre Eignung bei der Anfertigung von Gußkörpern od. dgl. aus Epoxydharzpolymeren bekannt sind.
Um die Herstellung eines dreidimensionalen Strukturkörpers aus einem festen Polyurethanharz ausführlicher darzustellen, eine Flüssigkeitszusammensetzung 1 enthält ein Polyisocyanat und wird in Form einzelner Tropfen in einem erwünschten Muster aufgetragen und sodann durch Auftragen einzelner, berührender Tropfen einer Flüssigkeitszusammensetzung mit einem mehrwertigen Alkohol überlagert, bspw. einem mehrwertigen Polyätheralkohol (Molekulargewicht 1.000-4.000), oder einem mehrwertigen Alkohol eines linearen oder verzweigten Polyesters (Molekulargewicht 500-5.000), als Koreagenz für das Polyisocyanat. Bei der Reaktion des Koreagenz in Form des mehrwertigen Alkohols mit dem Polyisocyanat zwecks Erschaffung eines festen Reaktionsprodukts erhält man eine Querschnittsschicht aus einem Polyurethanharzpolymer. Anschließende Wiederholungen des sukzessiven Tropfenauftrags werden nacheinander ausgeführt, eine auf der anderen, um eine Mehrzahl von Querschnittsschichten zu erzeugen und damit den anzufertigenden, dreidimensionalen Körper aus Polyurethanharzpolymer aufzubauen. Besonders nützlich als Polyisocyanat-Reaktionskomponente in der Flüssigkeitszusammensetzung 1 ist ein Polyisocyanat-Additionsprodukt des Toluol-2,4-Diisocyanats (TDI) mit einem trifunktionellen Alkohol, bspw. Trimethylpropan, gefolgt von einem Abdestillieren des überschüssigen, monomeren TDI, um das in monomerer Form enthaltene TDI auf eine Konzentration von weniger als 1% zu reduzieren. Ein anderes, beispielhaft nützliches Polyisocyanat ist ein Biuret des Hexamethyl-Diisocyanats (HDI), das bei der Reaktion von 3 Mol HDI mit Wasser oder einem anderen Biurettiermittel in Gegenwart von überschüssigem HDI entsteht, gefolgt von der Entfernung des überschüssigen HDI. Wie bei der Herstellung des gerade beschriebenen dreidimensionalen Körpers aus einem Epoxydharzpolymer, so kann eine Vielfalt und große Anzahl von Flüssigkeiten und anderen Komponenten und Substanzen bei den verschiedenen Flüssigkeitszusammensetzungen verwendet werden, welche das Polyisocyanat einerseits und Koreagenzien aus mehrwertigen Alkoholen andererseits enthalten zwecks Bildung eines festen Polyurethanharzkörpers. Somit können die flüssigen Lösungsmittelzusammensetzungen, welche die verschiedenen Koreagenzien zur Bildung des Polyurethans enthalten, zusätzlich zu der Flüssigkeit und den Koreagenzien bspw. Bindemittel, Pigmente, Füllstoffe und Additivsubstanzen enthalten, wie bspw. Katalysatoren, Feuchtigkeitsausspülmittel, Flußbeschleuniger oder Flußverzögerer, etc., je nach Wunsch oder Bedarf, vorausgesetzt, dass jedes von einer Größe ist, die den Tropfenauftrag nicht beeinflußt oder stört. Allgemein nützliche Flüssigkeiten sind auch Lösungsmittel für ein oder mehrere Koreagenzien und umfassen Ester, Ketone, Ätherester sowie aromatische Lösungsmittel wie Toluol, Xylol und Erdöldestillate mit einem geringen Feuchtigkeitsgehalt, um die Reaktion von Wasser mit dem Isocyanat- Reaktionsmittel zu vermeiden. Pigmente, Füllstoffe, Farbstoffe, andere Substanzen, welche üblicherweise in Polyurethanüberzügen enthalten sind, u. dgl. können ebenfalls in den Flüssigkeitszusammensetzungen aufgenommen sein, welche als Reagenzien den mehrwertigen Alkohol und das Polyisocyanat enthalten.
Aufgrund der erwünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften der hergestellten dreidimensionalen Körper aus einem Kunstharzpolymer können diese Körper nicht nur die Struktur eines Prototypmodells verschiedenartiger Teile oder Herstellungsartikel haben, deren Bewertung oder Test gewünscht wird, und für solche Zwecke nützlich sein, vielmehr werden solche Körper auch als nützlich erachtet für Muster, Gießformen, etc.
Es versteht sich, dass die obige Offenbarung einschließlich der Beispiele nur einige spezifische und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung hervorhebt, und dass alle offensichtlichen und/oder äquivalenten Modifikationen und Alternativen innerhalb des rechtmäßigen Sinns und Bereichs der Erfindung liegen.
Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, so soll dies dahingehend verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Erfindungsgedanken oder den Bereich der folgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur formfreien Anfertigung eines freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörpers (32") durch sukzessives Erzeugen aneinandergrenzender Querschnittsschichten des Körpers mit einer frisch erzeugten Schicht auf der Oberseite einer zuvor erzeugten Schicht und Vereinigung der zuvor erzeugten mit der frisch erzeugten Schicht, um den freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörper (32") zu bilden, wobei das Verfahren das aufeinanderfolgende Wiederholen der folgenden Schritte umfaßt:

a) Plazieren einer Mehrzahl von individuellen Flüssigkeitstropfen (27) einer Flüssigkeits-Zusammensetzung auf einer tragenden Oberfläche (20) als einzelne, individuelle Tropfen (27) in einem Muster entsprechend einer Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers (25, 32, 32')

b) Plazieren einer Mehrzahl von einzelnen, individuellen Flüssigkeitstropfen (30) einer anderen Flüssigkeits-Zusammensetzung in dem besagten Muster der Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers (25, 32, 32'), wobei die Ablage der einzelnen, individuellen Flüssigkeitstropfen (30) der anderen Flüssigkeits-Zusammensetzung derart innerhalb des besagten Musters positioniert wird, dass von diesen abgesetzte Tropfen (27) der Flüssigkeits-Zusammensetzung berührt und miteinander verbunden werden, um einen Festkörper zu bilden, der die Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers (25, 32, 32') aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) die abgelegten Tropfen (27) der Flüssigkeitszusammensetzung derart innerhalb des Musters abgelegt werden, dass sie sich nicht berühren, wobei die Flüssigkeits-Zusammensetzung ein erstes Reaktionsmittel enthält, und wobei die andere Flüssigkeits- Zusammensetzung ein anderes Reaktionsmittel enthält, das in der Lage ist, bei Kontakt mit dem ersten Reaktionsmittel mit diesem chemisch zu reagieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) eine zuvor erzeugte Querschnittsschicht des Körpers (25) als tragende Oberfläche verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt aus Anspruch 2 sukzessive wiederholt wird, bis sich eine einheitliche Anhäufung von erzeugten Querschnittsschichten gibt, um den freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörper (32') zu bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem anfänglichen Ausführen des Schrittes a) eine feste, poröse Stützfläche als tragende Oberfläche (20) verwendet wird, die in der Lage ist, Flüssigkeit von den darauf abgelegten Flüssigkeitströpfchen (27) zu absorbieren.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu und im Anschluß an die Schritte a) und b) ein Schritt c) ausgeführt wird, welcher umfaßt:

c) Plazieren einer Mehrzahl von einzelnen, individuellen Tropfen von wenigstens einer dritten Flüssigkeits-Zusammensetzung in dem besagten Muster der Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers (25, 32, 32'), wobei die Ablage der Tropfen der dritten Flüssigkeits- Zusammensetzung derart innerhalb des besagten Musters positioniert wird, dass diese einen oder mehrere der in den Schritten a) und b) abgelegten Tropfen (27, 30) oder eine Mischung der in den Schritten a) und b) abgelegten Tropfen (27, 30) nicht berühren oder berühren, und wobei wenigstens die dritte Flüssigkeits-Zusammensetzung eine oder mehrere der folgenden Substanzen enthält:

i) ein drittes Reaktionsmittel, das in der Lage ist, bei Kontakt mit dem ersten oder dem zweiten Reaktionsmittel mit jenem zu reagieren und einen Festkörper zu bilden,

ii) einen Katalysator, um bei Kontakt mit der Mischung abgelegter Tropfen die Reaktion zwischen dem ersten Reaktionsmittel und dem anderen Reaktionsmittel oder zwischen dem ersten Reaktionsmittel, dem zweiten Reaktionsmittel und dem dritten Reaktionsmittel einzuleiten oder zu beschleunigen,

iii) eine von dem ersten, zweiten oder dritten Reaktionsmittel unterschiedliche Substanz, wobei die Substanz enthaltende Tropfen solchermaßen positioniert werden, dass sie leitende Passagen in dem herzustellenden Körper schaffen, wobei die abgelegte Substanz ggf. im Anschluß an eine Nachbehandlung einen Leiter für Wärme oder Elektrizität darstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den in den Schritten a) und b) verwendeten Flüssigkeits-Zusammensetzungen jeweils um wäßrige Flüssigkeiten handelt, wobei in Schritt b) die andere, wäßrige Flüssigkeits-Zusammensetzung ein anderes Reaktionsmittel enthält, das in der Lage ist, nach Kontakt mit dem ersten Reaktionsmittel chemisch zu reagieren, um einen anorganischen Festkörper zu bilden, der die Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers (25, 32, 32') aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) eine zuvor erzeugte Querschnittsschicht des Körpers (25) als tragende Oberfläche verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt aus Anspruch 7 sukzessive wiederholt wird, bis sich eine einheitliche Anhäufung von erzeugten Querschnittsschichten gibt, um den freistehenden, dreidimensionalen Strukturkörper (32') zu bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem anfänglichen Ausführen des Schrittes a) eine feste, poröse Stützfläche als tragende Oberfläche (20) verwendet wird, die in der Lage ist, Flüssigkeit von den darauf abgelegten Flüssigkeitströpfchen (27) zu absorbieren.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den in den Schritten a), b) und c) verwendeten Flüssigkeits-Zusammensetzungen jeweils um wäßrige Flüssigkeiten handelt, wobei in Schritt b) die andere, wäßrige Flüssigkeits-Zusammensetzung ein anderes Reaktionsmittel enthält, das in der Lage ist, nach Kontakt mit dem ersten Reaktionsmittel chemisch zu reagieren, um einen anorganischen Festkörper zu bilden, der die Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers (25, 32, 32') aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß von der wäßrigen Flüssigkeitslösung, der anderen wäßrigen Flüssigkeitslösung und der dritten wäßrigen Flüssigkeitslösung eine oder mehrere gelöste, dispergierte oder suspendierte Festkörperpartikel einer Substanz enthält/enthalten, die bei Austrocknung der abgelegten Tropfen zurückbleibt, um einen Bereich des Festkörpers zu bilden, der die Querschnittsschicht des herzustellenden Körpers aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten, dispergierten oder suspendierten Festkörperpartikel aus einer Zusammensetzung des festen Materials bestehen, die durch Reaktion des ersten und des zweiten Reaktionsmittels gebildet wird, oder aus einer Zusammensetzung des festen Materials, die durch Reaktion des ersten Reaktionsmittels, des anderen Reaktionsmittels und des drillen Reaktionsmittels gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten, dispergierten oder suspendierten Festkörperpartikel eine andere Zusammensetzung aufweisen als festes Material, das aus einer durch Reaktion des ersten und des zweiten Reaktionsmittels gebildet wird, und eine andere Zusammensetzung als festes Material, das durch Reaktion des ersten Reaktionsmittels, des anderen Reaktionsmittels und des dritten Reaktionsmittels gebildet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Flüssigkeits-Zusammensetzung wie auch die andere Flüssigkeits- Zusammensetzung Ionen enthält, wobei in der Lösung enthaltene Ionen in der Lage sind, mit unterschiedlichen Ionen in der anderen Lösung zu reagieren, und die bei Kontakt derart reagieren, dass ein anorganischer Festkörper geschaffen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Na&sub2;HPO&sub4; und CaCl&sub2; verwendet wird, welche Substanzen getrennt voneinander enthalten sind, die eine in der Flüssigkeits-Zusammensetzung und die andere in der anderen Flüssigkeits-Zusammensetzung.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Flüssigkeits-Zusammensetzung als auch die andere Flüssigkeits- Zusammensetzung darin gelöste und suspendierte Na&sub2;HPO&sub4; Partikel enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in der Lösung als auch in der anderen Lösung zusätzlich Ionen einer gelösten, viskositätserhöhenden Substanz enthalten sind.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Kollagen als gelöste, viskositätserhöhende Substanz verwendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Chondroitinsulfat D als gelöste, viskositätserhöhende Substanz verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

i) Einsatz einer CAD-Technologie zur Entwicklung des freistehenden Körpers (10') von dreidimensionaler Struktur;

ii) Einsatz einer CAM-Technologie, um das durch Einsatz der CAD- Technologie entwickelte Modell eines freistehenden Körpers (11') von dreidimensionaler Struktur in Querschnittsschichten von geeigneter Größe zu zerschneiden; und

iii) Einsatz einer CAM-Technologie zur Durchführung der Schritte a) und b) von Anspruch 6.

21. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Computer betriebener, modifizierter Tintenstrahldrucker verwendet wird, um beim Schritt a) die Tropfen (27) der Flüssigkeits-Zusammensetzung zu plazieren und beim Schritt b) die Tropfen (30) der anderen Flüssigkeits- Zusammensetzung.

22. Ein freistehender, dreidimensionaler Strukturkörper (32"), hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1.