IT201900019118A1

IT201900019118A1 - “Processo per la realizzazione di componenti biomedicali e prodotto realizzato con tale processo”

Info

Publication number: IT201900019118A1
Application number: IT102019000019118A
Authority: IT
Inventors: Igor Tamburrino
Original assignee: Quartex Informatica S A S Di Tamburrino Igor & C
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-04-17
Also published as: EP4044961C0; EP4044961A1; EP4044961B1; WO2021074268A1

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“Processo per la realizzazione di componenti biomedicali e prodotto realizzato con tale processo”

DESCRIZIONE

Settore della Tecnica

La presente invenzione si riferisce, in generale, ad un processo per la realizzazione di componenti biomedicali o di modelli ad uso biomedicale oltre che al prodotto ottenuto con tale processo.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un processo per la realizzazione di componenti ad uso dentistico come ad esempio protesi dentarie di dimensioni variabili a cui di qui in avanti si fa preferibilmente riferimento.

Arte Nota

Sono noti, in generale, processi per la realizzazione di componenti biomedicali di vario tipo, ad esempio componenti ad uso dentistico quali singoli o molteplici elementi dentari, componenti da impiantare, protesi, modelli, dime chirurgiche, ecc.

In particolare sono noti processi in cui la realizzazione dei singoli componenti è effettuata mediante tecnologie di tipo additivo.

Un esempio tipico di processo additivo prevede le seguenti fasi:

- una fase iniziale di progetto del componente realizzata mediante un sistema comprendente pacchetti software di Computer Aided Design (CAD) o sistema CAD. In questa fase è previsto venga generato in uscita un file di dati, ad esempio di tipo STL, comprendente i dati relativi al componente da realizzare;

- una seconda fase, immediatamente successiva alla fase iniziale, in cui i dati di progetto vengono elaborati mediante un sistema comprendente pacchetti software di Computer Aided Manufacturing (CAM) o sistema CAM o anche sistema di Additive Manufacturing AM o sistema AM. In tale fase viene generato un file di dati atto a comandare una macchine di produzione comprendente, ad esempio, una stampante 3D.

Il processo noto permette di realizzare, ad esempio per accrescimento su un piattello, i singoli componenti biomedicali da utilizzare.

Un problema di tale processo è dato dai materiali impiegati e dalla loro trasformazione insita nel processo di stampa (dallo stato liquido allo stato solido o da polvere a solido) che è particolarmente sensibile a molteplici variabili quali: luce, temperatura, umidità ecc. che influenzano la precisione del componente creato.

Un ulteriore problema di tale processo è che per poter utilizzare efficacemente i componenti biomedicali si rende necessario l’uso di stampanti 3D ad elevata precisione in quanto risulta impossibile rettificare i componenti così realizzati in modo semplice e automatico.

Sono anche noti processi in cui la realizzazione dei singoli componenti è effettuata mediante tecnologie di tipo sottrattivo.

Un esempio tipico di processo prevede le seguenti fasi:

- una fase iniziale effettuata con un sistema CAD equivalente a quella descritta sopra per il processo additivo;

- una seconda fase, immediatamente successiva alla fase iniziale, in cui i dati di progetto vengono elaborati mediante un sistema comprendente pacchetti software di Computer Aided Manufacturing (CAM) o sistema CAM. In tale fase viene generato un file di dati atto a comandare una macchine di produzione comprendente, ad esempio, una fresatrice di precisione;

- una terza fase in cui la fresatrice, per mezzo del file di dati generato nella seconda fase, realizza uno o più componenti ricavandoli da una cialda o piattello a forma cilindrica in materiale biomedicale.

Un problema di questo tipo di processo è che il materiale utilizzato nella fresatrice è tutto materiale biomedicale, i.e. materiale di pregio, e che buona parte di tale materiale di pregio viene scavata all’interno del piattello per sottrazione con notevole scarto di materiale oltre che con consumo di tempo dovuto alla necessità di scavare il componente dal piattello o, in altri termini, dal pieno.

In sintesi, i processi noti o sono troppo critici per permettere di raggiungere la qualità desiderata, in termini di precisione, o sono tali da produrre un’elevata quantità di scarti di materiali di pregio, sotto forma di sfridi e di porzioni di piattello non utilizzati, e necessitano di lunghi tempi di lavorazione.

In generale, la Richiedente ha osservato che l'arte nota relativa ai processi di realizzazione di componenti biomedicali non è in grado di risolvere in modo efficace i problemi sopra citati dell’arte nota.

Descrizione dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è un processo che nel suo complesso permetta di risolvere i problemi tecnici sopra descritti.

Raggiunge lo scopo il processo per la realizzazione di componenti biomedicali o modelli come rivendicato.

La presente invenzione riguarda anche i prodotti ottenuti con il processo dell’invenzione.

Le rivendicazioni come pubblicate costituiscono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in merito all’invenzione.

La seguente descrizione sintetica dell'invenzione è data allo scopo di fornire una comprensione di base di alcuni aspetti dell'invenzione.

Questa descrizione sintetica non è una descrizione estesa e come tale non va intesa come atta a identificare tutti gli elementi chiave o critici dell'invenzione, o atta a delineare completamente lo scopo dell'invenzione. Il suo solo scopo è di presentare alcuni fra molteplici concetti dell'invenzione in una forma semplificata e sintetica così da anticipare alcuni elementi presenti nelle figure e nella descrizione di dettaglio riportate sotto.

In accordo ad una caratteristica di una forma preferita di realizzazione viene descritto un processo in cui è previsto che vengano combinati nel processo complessivo un processo additivo ed un processo sottrattivo per la realizzazione di componenti biomedicali.

In accordo ad un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, il processo additivo prevede, preferibilmente, la realizzazione di un inserto con perimetro standard mediante l’uso di una stampante 3D ed il processo sottrattivo prevede la lavorazione per fresatura di un prodotto frutto dell’unione in un oggetto standardizzato di una semi-cella e di un inserto ottenuto con la stampa 3D.

Descrizione Sintetica delle Figure

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla seguente descrizione di forme preferite di realizzazione fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle annesse figure, in cui elementi indicati con uno stesso o un simile riferimento numerico indicano elementi che hanno stessa o simile funzionalità e costruzione ed in cui:

Fig. 1 rappresenta schematicamente una cialda o piattello previsto per essere lavorato da una stampante 3D o da una fresatrice dentale in accordo all’arte nota;

Fig. 2 rappresenta un esempio di semi-cialda prevista in accodo ad una forma preferita di realizzazione;

Fig. 3 e Fig. 4 rappresentano in una vista in prospettiva ed in pianta un esempio di inserto previsto in accodo ad una forma preferita di realizzazione; e

Fig. 5 rappresenta in una vista prospettica una cialda integrale composita o prodotto in accodo ad una forma preferita di realizzazione.

Si precisa che nell’ambito della presente descrizione eventuali termini quali: superiore, inferiore, longitudinale, ortogonale, laterale, sopra, sotto, ecc. sono usati nel loro significato convenzionale fatte salve indicazioni in contrario.

Descrizione di Forme Preferite di Realizzazione

Con riferimento alla Fig. 1 viene illustrata una cialda integrale 5a prevista in accordo all’arte nota per essere utilizzata su una fresatrice di ripresa a 4 o 5 assi di tipo noto.

In accordo all’arte nota le fresatrici dentali, a cui qui si fa riferimento, sono atte a trattare cialde integrali 5a di forma cilindrica con contorno pieno 6 o incavato e con dimensioni standardizzate, ad esempio diametro di 98 mm e altezza variabile compresa, preferibilmente, fra 10 e 30 mm.

Le dimensioni standardizzate delle cialde permettono di montare sulla fresatrice le cialde integrali 5a in modo che la stessa fresatrice possa realizzare o rettificare un qualunque componente biomedicale operando su facce opposte della cialda integrale 5a.

Come illustrato nelle Figure 2-5, in accordo al presente esempio di realizzazione sono previste semicialde o cialde parzializzate 10 sezionate in modo da comprendere, ciascuna nella parte sezionata, almeno un alloggiamento 11 in cui inserire, a misura, un rispettivo inserto o intarsio 12 realizzato, ad esempio, per mezzo di una stampante 3D.

In accordo al presente esempio di realizzazione con il termine prodotto si intende il prodotto intermedio comprendente una semi-cialda 10 ed almeno un inserto 12. Tale prodotto realizza una cialda integrale composita 5b atta ad essere lavorata da una fresatrice, ad esempio da una fresatrice CNC dentale quale il modello DWX-52D della Società ROLAND.

Preferibilmente è previsto che le semi-cialde 10 abbiano dimensioni esterne standardizzate, che possano comprendere alloggiamenti 11 di dimensioni variabili e che non vengano assoggettate al processo di fresatura e che dunque possano essere riutilizzate più volte.

Ancor più preferibilmente le semi-cialde o cialde parzializzate 10 sono realizzate, anche per fusione, in un materiale qualsiasi, anche di basso pregio, come ad esempio plastica, alluminio, acciaio, PMMA, ecc.

In accordo al presente esempio di realizzazione, l’inserto o intarsio 12 è realizzato con una qualsiasi stampante 3D anche di bassa qualità in termini di precisione. Ad esempio nel caso di stampanti 3D per uso dentistico, l’inserto 12 può essere realizzato con qualsiasi tipologia di stampante 3D, come ad esempio stampanti di tipo:

- FDM (Fused Deposition Modeling),

- SLA (stereolithography),

- DLP (digital light processing),

- SLS (Selective Laser Sintering),

ecc.

Preferibilmente l’inserto 12 è realizzato con una qualsiasi stampante 3D utilizzando, preferibilmente, un materiale biomedicale di pregio, ad esempio nel caso di uso dentistico: PMMA per corone e ponti, resine per modelli, resine per dime chirurgiche, resine per fusioni, resine per dentature.

Preferibilmente l’alloggiamento 11 della semi-cialda 10 è configurato in modo da poter alloggiare, a misura, per mezzo di guide laterali 14a, preferibilmente parallele, l’inserto 12 che comprende, nella forma preferita di realizzazione, guide laterali speculari 14b a quelle dell’alloggiamento 11.

In accordo ad altre forme di realizzazione le guide possono essere sostituite da viti di fissaggio passanti attraverso la semi-cialda 10.

In accordo alla forma preferita di realizzazione ciascun inserto 12 una volta inserito nell’alloggiamento 11 è atto a completare, almeno esternamente, la forma cilindrica di una cialda integrale composita 5b di tipo standardizzato in modo che possa essere montata sulla fresatrice, ad esempio una fresatrice dentale CNC di precisione.

Preferibilmente gli inserti 12 possono avere dimensioni diversificate corrispondenti a rispettive dimensioni diversificate degli alloggiamenti 11.

In accordo alla forma di realizzazione descritta l’inserto 12 è realizzato per accrescimento, ad esempio con una stampante 3D modello 4D della Società Richiedente, e comprende un perimetro esterno 21 comprendente pareti esterne 21a configurate in modo da corrispondere al perimetro della cavità 11 e da essere inseribile per mezzo delle guide 14b nelle guide 14a della cavità 11.

In particolare, in accordo al presente esempio di realizzazione, è previsto che l’inserto 12 comprenda, su una parete interna 21b del perimetro esterno 21 almeno un componente biomedicale o modello 22, ad esempio una protesi dentale, fissato alla parete interna 21b per mezzo di opportuni peduncoli 24.

In accordo a possibili ulteriori forme di realizzazione è previsto che gli inserti possono avere superficialmente forma qualsiasi anche con guide non parallele.

Ad esempio gli inserti possono avere, superficialmente, forma di arco di cerchio o tronco di cerchio purché, in uso, risultino inseribili a misura in rispettivi alloggiamenti con forme speculari.

In accordo alle varie forme di realizzazione gli inserti possono avere dimensioni variabili così da essere ottimizzati per tipo e dimensioni dell’almeno un componente biomedicale da realizzare.

Come facilmente comprensibile per persona esperta del ramo ed anticipato sopra gli inserti possono essere realizzati con stampati 3D di qualsiasi tipo.

In accordo alla forma preferita di realizzazione il processo per realizzare componenti biomedicali o modelli 22, come ad esempio protesi dentali o modelli dentali, comprende le seguenti fasi:

- una prima fase preliminare in cui sono predisposte semi-cialde 10 comprendenti rispettive cavità 11 di dimensioni diversificate;

- una seconda fase preliminare in cui il componente biomedicale viene progettato, ad esempio con un sistema CAD, ed in cui viene generato un file di dati CAD, ad esempio di tipo STL, relativo al componente da realizzare;

- una prima fase effettiva del processo in accordo al presente esempio di realizzazione in cui, ad esempio, il file di dati CAD viene elaborato da un operatore con un sistema CAM o un sistema di Additive Manufacturing. Tale prima fase comprende, in accordo alla forma preferita di realizzazione le sotto-fasi di:

- inserire l’almeno un componente 22 da realizzare nel perimetro esterno 21 di un inserto 12 compatibile con le dimensioni di una determinata cavità 11;

- stampare con un primo file 25 o file per stampante 3D l’inserto 12 in cui sono compresi, in particolare, il perimetro esterno 21, l’almeno un componente biomedicale 22 ed i peduncoli 24 di aggancio dell’almeno un componente 22 alla parete interna 21b del perimetro 21;

- fresare con un secondo file 27 o file per fresatrice, ad esempio per fresatrice di ripresa, l’inserto in modo da fornire al componente dimensioni con la precisione desiderata ed in modo da staccare, almeno parzialmente, il componente dall’inserto.

In uso, è previsto che il sistema CAM sia configurato per generare il primo file 25 per realizzare l’inserto 12 completo delle sue parti e per generare il secondo file 27 per effettuare la fresatura di ripresa.

In uso è anche previsto che, successivamente alla stampa 3D, l’inserto 12 sia inserito da un operatore nella cavità 11 e che, la fresatrice di ripresa affini la precisione dell’almeno un componente 22 operando su entrambi i lati del prodotto o cialda integrale composita 5b con il secondo file 27 generato dal sistema CAM.

Vantaggiosamente, grazie al processo sopra descritto, è possibile ottenere un qualsiasi componente biomedicale mediante un primo processo additivo ed un secondo processo di ripresa di tipo sottrattivo.

Vantaggiosamente, l’uso di materiale pregiato è limitato, sostanzialmente, al perimetro dell’inserto ed all’almeno un componente compreso nell’inserto.

Vantaggiosamente la precisione dell’intero processo può essere demandata al solo processo di ripresa effettuato, ad esempio, mediante una fresatrice di precisione; in effetti il processo complessivo di stampa 3D e di ripresa con fresatrice è certamente più affidabile in termini di qualità e precisione rispetto ad un processo che usi solo una stampanti 3D di precisione, a parità di caratteristiche.

Vantaggiosamente le semi-cialde sono oggetti standard che possono essere utilizzati più volte in quanto non soggetti a consumo.

In sintesi il processo, in accordo all’esempio di realizzazione illustrato ed alle sue varianti, permette di:

- utilizzare semi-cialde standard comprendenti cavità standardizzate di dimensioni variabili,

- ottimizzare l’utilizzo di materiale pregiato limitandolo solo ad inserti di dimensioni corrispondenti a quelle delle cavità standardizzate, e

- produrre all’interno di tali inserti, mediante processi additivi, ad esempio mediante stampanti 3D, i componenti biomedicali desiderati.

Vantaggiosamente i componenti biomedicali ottenuti con tale processo godono del vantaggio di:

- essere realizzati, inizialmente anche in modo grossolano, con tecnologie di tipo additivo e sfruttando una minima quantità di materiale pregiato, e

- essere ripresi meccanicamente con tecnologie di precisione di tipo sottrattivo.

Naturalmente, modifiche ovvie e/o varianti sono possibili alla descrizione di cui sopra, nelle dimensioni, forme, materiali e componenti, così come nei dettagli degli oggetti e del processo illustrati senza staccarsi dall'invenzione come precisata nelle rivendicazioni seguenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un processo per la realizzazione di componenti biomedicali o modelli (22), in particolare componenti o modelli ad uso dentistico, comprendente le fasi di - predisporre una semi-cialda o cialda parzializzata (10) comprendente almeno una rispettiva cavità (11) configurata per ospitare a misura un inserto (12), - inserire il componente in detto inserto, in particolare con un sistema AM o CAM, - realizzare, in particolare con una stampante 3D, l’inserto (12), detta fase comprendendo almeno le fasi di - realizzare un perimetro (21) dell’inserto, - realizzare il componente (22) all’interno di detto perimetro (21), - realizzare una pluralità di peduncoli (24) configurati per agganciare il componente (22) a detto perimetro (21), - inserire l’inserto a misura nella rispettiva cavità (11) in modo da comporre una cialda integrale composita o prodotto (5b) di tipo standardizzato, - fresare di ripresa il componente (22) compreso nell’inserto.
2. Il processo in accordo alla rivendicazione 1, in cui la fase di inserire il componente in detto inserto comprende le fasi di - generare un primo file (25) per realizzare l’inserto (12) completo delle sue parti, in particolare con la stampante 3D, e - generare un secondo file (27) per effettuare la fresatura di ripresa.
3. Il processo in accordo alle rivendicazioni 1 o 2, in cui la fase di inserire l’inserto a misura nella rispettiva cavità (11) comprende la fase di comporre una cialda integrale composita (5b) di forma cilindrica.
4. Il processo in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui la fase di realizzare l’inserto (12) comprende la fase di realizzare per accrescimento l’inserto con una stampante 3D.
5. Il processo in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui la fase di fresare di ripresa il componente (22) compreso nell’inserto (12) è effettuata da una fresatrice dentale di precisione.
6. Il processo in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui, in una fase preliminare, è prevista che - il componente biomedicale sia progettato con un sistema CAD, configurato per generare un file di dati atto ad essere elaborato nella fase di inserimento del componente biomedicale nell’inserto.
7. Un prodotto realizzato con il processo come rivendicato nelle rivendicazioni 1 a 6, il prodotto comprendendo - una semi-cialda o cialda parzializzata (10), detta semi-cialda essendo sezionata in modo da comprendere nella parte sezionata almeno un alloggiamento (11), caratterizzato dal fatto di comprendere - almeno un inserto (12) configurato per essere inserito a misura nella parte sezionata, - detto almeno un inserto essendo realizzato con materiale biomedicale e comprendendo - un perimetro esterno (21) configurato in modo da essere inserito a misura nella cavità (11), - un componente o modello biomedicale (22), - una pluralità di peduncoli configurati per agganciare il componente biomedicale o modello (22) al perimetro esterno (21), per cui detta semi-cialda (10) con inserito detto inserto (12) sono atti a realizzare il prodotto sotto forma di cialda integrale composita (5b) di tipo standardizzato atto ad essere montato su una fresatrice di ripresa.
8. Il prodotto in accordo alla rivendicazione 7, in cui detta cavità (11) di detta semi-cialda (10) comprende prime guide laterali (14a) e detto inserto (12) comprende seconde guide laterali (14b) speculari a dette prime guide e configurate per cooperare con dette prime guide per realizzare detta cialda integrale composita (5b).
9. Il prodotto in accordo alla rivendicazione 7 o 8, in cui detta cialda integrale composita (5b) ha forma cilindrica.
10. IL prodotto in accordo ad una qualsiasi delle rivendicazioni 7 a 9, in cui detto materiale biomedicale di detto inserto 12 è compreso in un gruppo di materiali per uso dentistico quali: PMMA per corone e ponti, resine per modelli, resine per dime chirurgiche, resine per fusioni, resine per dentature.