JP2004344623A

JP2004344623A - Automatic forming device for dental structure

Info

Publication number: JP2004344623A
Application number: JP2003183558A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Inoue; 智之井上
Original assignee: Shofu Inc
Current assignee: Shofu Inc
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a computerized forming device and method for a dental structural material that can improve conventional automatizing and forming efficiency, beauty and functionality and that can extend acceptable extent of cases. <P>SOLUTION: A dental molding device has a powder laminating system that laminates a powder and a fluid discharging system that discharges a fluid. In the device, a molded article is molded by repeatedly piling powder layers from the powder laminating system and discharging the fluid from the fluid discharging system to form laminations and impregnated layers. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はコンピュータ制御による歯科用構造材の立体造形装置であり、従来の歯科用構造材の製造方法よりも自動化率、製造効率を向上することができ、審美性、機能性を向上させ、適用症例の拡大を図ることができる歯科用構造材の製造方法に関する。本発明は歯科分野における補綴物を作製する作製装置およびその方法であり、特にＣＡＭシステムである。
【０００２】
【従来の技術】
歯科臨床および歯科研究においては、矯正用ブラケット・矯正力発現部材、インレイ、オンレイ、ブリッジ、コア材、インプラント上部構造、局部床義歯、全部床義歯、各種模型、実験用治具、実験用構造材などの歯科用構造材の製造には主に手作業による型取り、複製模型の作製、ワックスアップ、埋没、脱鑞、鋳型、築盛などを組み合わせた煩雑かつ多段階の工程からなる方法が用いられているのが現状である。これらの方法の実施には多岐に渡る材料、器材の調達と正しい使い分け、適用のための正しい知識が必須であり、更には操作を実施するための十分な習熟と技能が求められる。こうした条件下で歯科用構造材を製造するには多大な労力と時間が必要であり、製造効率、生産性の向上には限界がある。また数度に渡る型取り作業や鋳造作業による誤差の発生が避けられないため、最終製造品の適合性や色調に不満の残る結果になることが多く、この問題の解消のために熟練と手間と時間を要する調整、修正作業を強いられているのが現状である。そのため、近年著しく発達したコンピュータによる加工技術を元にして、品質改善、製造効率の向上を目的とした多くの方法が開発されてきた。
【０００３】
コンピュータを応用したこれらの方法の多くは一般工業界において特に１９８０年以降に急激に発達し、実用性の高まったコンピュータによる数値制御技術を骨格とした機械による自動加工技術の応用によって実現された。この段階での加工技術としては回転する刃物を動かして被加工物を削って目的の形状に加工する方式が主流であった。刃物を移動させる方向をＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の３軸で制御すると３次元の加工が可能になり、立体形状の製作が可能になる。刃物の移動経路を数値化してプログラムとし、自動的に目的の形状を加工する方法が確立された。
【０００４】
歯科特有の問題として、扱う形状が患者ごとに異なる点、形状が曲面を主体にして構成される点があり、当初の歯科への応用は極めて限定された範囲でしかなかったが、これらの特徴を持つ形状の数学的な定義や演算方法の確立と加工装置の制御技術の発達、およびコンピュータの処理能力の飛躍的な向上により普及度も徐々に向上しつつある。
【０００５】
このような加工装置を用いて目的の形状を作るための型を加工製作する方法が数多く考案されている。特開平１１−１２８２４８にはこの種の人工歯製造システムが示されている。この方法によれば、型を用いた成型作業によって同じ形状の歯科用構造物を幾つも作製できるという特徴を有するが、本来、歯科用構造物は患者によって大きさや形態などが異なっているため、複製製作可能という特徴は大きなメリットとはなりえない。あくまで大量の人工歯を生産する工場などでしかその利点を享受できないという問題がある。また、加工装置で加工製作した型を用いて成型するための工程とそれに用いる成型機その他の設備が必要になり、時間と場所と手間がかかるという重大な問題があった。
【０００６】
一方で、型を製作するのではなく、直接目的の形状を加工製作する方式が開発されている。特開平９−１０２３３に歯冠補綴物の製作方法が示されている。この方式によれば原則として１つだけ製作すればよい場合においては、型を製作する方式と比較して時間、場所、手間が低減できるという利点がある。
【０００７】
しかし、目的の歯科用構造物を直接削りだして加工製作する方式では、基本的に被削材が単色であるため、従来方法で作製されたものと比べると、審美性が著しく劣っているという問題がある。近年になって被削材に色調的なグラデーションをつけてこの問題を改善する方法も考案されているが、サイズ、形状、色調が患者個々で異なっているという現状に完全に適用することは難しく、満足のいく方法ではない。さらにこの方式で用いられる被削材は基本的に単一の材料でできており、部分ごとに異なる物性や特性をもたせる事は不可能である。また、この方式では、ラミネートベニアやシェルのような薄い形状の歯科用構造物を製作する際には欠けたりクラックが入ったりしやすく、形状作製の自由度に大きな制約がある。さらに、この方法では機械による加工が終了するまで被削材を保持するためのスプルーが必要であり、機械による加工が終了した後に手作業でこのスプルーを除去し、その切断面を整形する必要がある。
【０００８】
更には切削加工装置の工具の移動方向が３方向以下であれば、アンダーカット形状で一部加工できないケースが発生する。この問題を解決する方法として、特開平９−５６７３１に歯型の製造方法が示されている。この方法では通常のＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の３軸での工具の制御に加えて、ワーク材の保持部分にも回転軸を持たせて４軸による加工方式とすることによって、３軸加工では製作することが極めて困難であったアンダーカット部分もある程度加工できるように工夫してある。しかしながら、これによってもワークの回転方向によっては一部加工できない部分が生じる場合がある。
【０００９】
その他、削り出しによる方式では一般に削り出しに用いる工具の径が大きいほど一回の切削量が多く、それだけ加工時間が短くなるが、細かな形状の加工はできなくなる。逆に工具径を小さくすると細部の加工は可能になるが、全体の加工に要する時間は多くなる。この問題に対し、異なる径の工具を複数用意して最初の粗加工には大きな工具を使い、細部の加工には小さな径の工具を用いるという方式が考案されている。しかし、この方式では、複数工具の収納や工具の交換機構が必要になる。また、工具を変えながら加工する際に精度的に不十分であれば加工物に段差が生じるなどの問題も発生する。
【００１０】
いずれにしてもボールエンドミルを使う限りにおいて、切削部分は球面の移動した軌跡となり、削り残しが発生するのは避けられない。直角を出したい部分も使用工具径分の丸みが残ってしまうため、手作業を中心とした修正のための後加工が必要になり、自動化率向上に対して大きな妨げとなっている。これらの問題の存在により、この削り出し方式で作製した歯科用構造物は手作業による研磨、調整作業を十分に行わないと患者への十分な適合性が得られなかったり、セメントのスペースが大きすぎたりすることが多いという問題がある。したがって、金属冠など露出する部分への適用には手作業による研磨などの長時間、熟練、多大な手間を要する後加工の実施が前提となる。このように、審美性、用途、生産性、効率、適合精度、付随する作業、設備の設置スペースの面から大きな制約を受けるため、臨床応用への普及には限りがあるのが現状である。
【００１１】
以上述べたように削り出しによる加工製作の欠点を解決するため、削り出しによらない種々の加工方法が考案、開発されている。比較的初期から実用化され、歯科への応用も検討されてきた方法に光造形法がある。この方法では、目的の形状を積層造形する積層槽に、特定の波長を持つ光線を照射することによって重合硬化する樹脂を一定の厚みになるように注入する。この状態で重合硬化させたい部分に光線を当てて重合させる。この操作を繰り返して積層造形して目的の形状を作製する。
【００１２】
この方法によれば前述の削り出し方式に見られたアンダーカット形状の製作において制約がほとんどなくなり、所望の形状を製作することが可能になる。また、薄い形状の加工も削り出し方式よりも容易に製作できる。
【００１３】
しかしながら光造形システムでは基本的に光による重合硬化を用いるため、積層硬化させる樹脂は一回の積層時に光が層の底部まで透過する程度の透明性を有する必要があるので、自由な着色や十分な不透明性を持つことが極めて困難であり、歯科での適用範囲が大変狭いという問題がある。また、液状の樹脂のみから製作するため強度面で限界があり、長期間口腔内で咀嚼力などがかかるという状況下での耐久性の確保が困難であるという問題がある。また積層槽に液状樹脂を注入するという方式のため、多色化、多成分化はできず、色調的な審美性の向上はできない。したがって、不透明性や色調的な審美性を要求される用途での実績はほとんどなく、このような条件がつかない一部の研究用試作などでわずかに使用されているに過ぎない。
【００１４】
シート状の材料をレーザー光線などで切断して必要な部分を残しながら積層して目的形状を製作する薄膜積層法と呼ばれる方法も開発されている。
【００１５】
この方法では不透明な目的形状の製作が可能であるが、シート状材料の不要部分の再利用ができないので材料ロスが甚だ多くなる。また多色化、他成分化は一層単位でしか行えないので歯科における用途に要求されるような多色化、多成分化ができないという問題は解決できない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の歯科用補綴物自動作製装置に見られる自動化率や生産効率の頭打ち、審美性、機能性における限界点の存在、適用範囲の制約、加工形状の制約などの課題を解決するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は歯科用構造物を積層造形するための上下方向に移動可能な造形ステージと、造形ステージ上に粉状体を一定の厚みに積層する機構と、造形ステージ上の任意の位置に液状体を一定量吐出する機構と、液状体を含浸させた含浸層を重合する手段と、目的形状データを記憶、編集、保持、保存し、形状データに基づいて上記の各構成要素を制御するためのコンピュータから構成される歯科用構造材自動作製装置によって粉状体を造形ステージ上に一層づつ積層し、硬化させたい部分にのみ所望する色調や物理的または化学的特性を持った液状体を粉状体層中に微量吐出して粉状体層中に含浸した部分のみを硬化機構により硬化させ、これを繰り返して積層することによって目的の歯科用構造物を造形することにより上記の課題を解決する。
【００１８】
本発明は粉状体を積層する粉状体積層機構と液状体を吐出させる液状体吐出機構を有する歯科用造形装置において、粉状体積層機構による粉状体積層と液状体吐出機構による液状体の吐出を繰返すことにより重層し含浸層を形成させ造形物を造形することを特長とする歯科用造形装置である。
【００１９】
本発明は造形手段制御部、造形ステージを有し、粉状体積層機構が１個以上の粉状体フィーダを有し、液状体吐出機構が１個以上の液状体吐出ノズルを有する歯科用造形装置であって、粉状体積層機構による粉状体積層と液状体吐出機構による液状体の吐出の間で、粉状体を均厚機構で均一な厚みとすることを特徴とする歯科用造形装置である。
【００２０】
本発明は粉状体が有機粉体、無機粉体、金属粉体のうちいずれか１種類または２種類以上の混合物である歯科用造形装置である。
【００２１】
本発明は液状体が、水、モノマー、オリゴマー、有機溶媒から選ばれる１種以上の組成物または混合物である歯科用造形装置である。
【００２２】
本発明は液状体中にフィラーまたは繊維状体が含まれることを特徴とする歯科用造形装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳しく説明する。
液状体は粉状体中に含浸して形状を構成するためのバインダーとなる液材である。
液状体の組成は、水、モノマー、オリゴマー、有機溶媒のうち１種類、または２種類以上の組み合わせからなる。
具体的には水、アクリル系、ウレタン系または他の系統を主成分とするモノマー、又はオリゴマーおよび、これらのモノマーやオリゴマーと可塑剤とからなる組成物、有機溶媒のうち少なくとも１種類以上から成る組成物、または混合物である液状体、またはこれらの液状体にフィラーまたは繊維状体が含まれる液状体が好ましい。
【００２４】
本発明は歯科用構造物を積層造形するための上下方向に移動可能な造形ステージと、造形ステージ上に粉材を一定の厚みに積層する粉材積層機構と、造形ステージ上の任意の位置に液状体を一定量吐出する液状体吐出機構と、液状体を含浸させた粉材凝固部分を重合する手段と、目的形状データを記憶、編集、保持、保存し、形状データに基づいて上記の各構成要素を制御するためのコンピュータから構成される歯科用構造材自動作製装置とこの装置で歯科用構造材を積層造形するために用いる粉状体および液状体を用いた歯科用構造材の製造方法に関する。
【００２５】
歯科用構造物を積層造形するための高さ方向に移動可能な造形ステージは、垂直に立てたリニアアクチェータの移動部分に移動方向と垂直にステージを設置して上下方向に移動できるようにして構成する。造形ステージは一回の粉状体積層高さ単位で自由に上下動可能な精度を持っており、コンピュータで制御される。
【００２６】
造形ステージ上に粉状体を一定の厚みに積層する機構は、造形ステージの平面に平行に、縦あるいは横方向に移動可能なスライド機構上に造形ステージ幅全体に渡って粉状体を流出させるスリットを有する粉状体フィーダとその粉状体フィーダの直後に取り付けられたすり板、および造形ステージの周囲を巡らせた高さが一定の壁から構成される。このスリットには必要時のみ粉状体を流出させ、不要時には流出させないように自在に開閉できるふたを設ける。すり板はその下端辺が造形ステージとの間に一定の間隔を空けるように平行に設置される。
【００２７】
好適にはすり板はスリットの後ろ側に設置されており、スリットと同時に移動するのが好ましく、このような位置関係で設置することによって、粉体積層機構が造形ステージ平面上を一回掃引するだけで粉状体の積層と均一化が達成される。すり板はスリットの前後に設置されていることが好ましい。この場合、液状体吐出機構はすり板が移動した後に位置するように移動可能とするか、それぞれのすり板の掃引方向の後ろ側に各１個づつ設けることが好ましい。すり板が一枚しかない構成では一回の粉材積層作業後もとの位置に戻らなければならないのに対し、すり板がスリットの前後に設置され、かつどちらの方向に掃引しても前述のように液状体吐出機構が設けられていれば新たに散布された粉状体上に液状体を吐出できるので粉材積層機構が造形ステージ平面上をどちらの方向から掃引しても粉材を均一に積層することができ、また粉体積層後に元の位置に戻る必要がなくなるので加工時間を短縮することが可能である。
【００２８】
すり板を用いる方法の他に、粉体積層後に上から板やブロックなどの平面部分で押さえる方法も利用できる。
【００２９】
積層厚みは用途に応じて可変とすることができる。これによって製作する歯科用構造物に応じて最適な積層厚みを選択することができる。
【００３０】
このすり板が造形ステージ周囲の壁の上辺に沿って移動することで積層された粉状体を均して造形ステージ上に一定の厚みで均一にする働きをする。または押さえ板を用いる場合は、押さえ板で押さえたときに造形ステージ周囲の壁の上端縁まで粉状体を圧縮しながら、同時に余剰の粉状体は周囲の壁より外側に押し出される。
【００３１】
すり板、または押さえ板で層の厚みを均一にする工程で造形ステージ周囲の壁を越えて余剰の粉状体が排除されるが、この余剰粉状体が飛散するのを防止するためにさらに外壁やカバーを設けることが好ましい。
【００３２】
また排除されて落下した粉状体を効率よく回収するためのトレイ、吸引装置や運搬機構を造形ステージの下部に設けてもよい。この機構によって回収した粉材は再び粉状体貯留タンクに戻して繰り返して使用することもできる。
【００３３】
粉状体は貯留タンク内に準備しておき、チューブを通してスリットに供給する方式や、スリット上部に貯留タンクを配置して重力によってスリットに供給する方法などをとることができる。
【００３４】
粉状体の貯留タンクは複数設置することができ、夫々の貯留タンクには異なる組成や色調などを持つ複数種類の粉材を準備しておき、加工時に目的に合わせてこれらを適宜使い分け、組み合わせて使用することができる。
【００３５】
必要な精度と速度で粉状体を一定の厚みに積層するためには、スリットや粉状体フィーダ、粉状体貯留タンクからの粉状体供給もコンピュータによって制御されることが好ましい。
【００３６】
スリットの横方向の大きさは使用する粉状体組成中の最大の粒子径の１．０１倍以上で造形ステージと等幅以下であることが好ましく、高さ方向の大きさは使用する粉材組成中の最大の粒子径の１．０１倍以上、３００倍以下であることが好ましい。
【００３７】
造形ステージ上の任意の位置に液状体を一定量吐出させる機構は、一定量の液状体を吐出する吐出ノズルを、このノズルをステージ平面状の任意の場所に移動させるための一個以上のスライド機構で構成される移動機構に固定して構成する。
【００３８】
液状体吐出ノズルは液状体貯留タンクと直接、あるいはチューブを介して間接的に接続できる構造になっている。液状体貯留タンクは移動機構とは別に設置することも移動機構上に搭載することも可能である。
【００３９】
液状体貯留タンクはカートリッジとするすることも勿論好ましい。これにより液状体の種類を変更したり、液状体を補充する際に作業が簡便となる。
【００４０】
液状体吐出ノズルの口径は目的の加工形状に合わせて任意の大きさとすることができるが、好適には１μｍから２ｍｍの範囲にあることが好ましい。通常歯科用に製造される構造材の大きさに鑑みるならばより好適には３μｍから１ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００４１】
液状体吐出ノズルには様々な動作原理のものを用いることができる。一定量の液状体を吐出する機構は空気や窒素ガスなどの気体を用いてその圧力によって吐出する方式や、ピエゾ素子を用いて微小量の液状体を飛ばす方法、バブルジェット方式、液状体を帯電させて電気的な引力を利用して吐出する方法、超音波などのエネルギーを利用して液状体を飛ばす方法などを使用材料や使用目的に応じて自由に選択して用いることができる。空気などの圧力によって液状体を吐出させるタイプやピエゾ素子を用いたタイプ、バブルジェットタイプなどが好ましい。
【００４２】
一個の液状体吐出ノズルに１個または２個以上の液状体供給を行うことも可能である。この場合、各々の液状体供給パイプをノズルに直結してもよいし、また各液状体供給パイプを一本にまとめてから液状体吐出ノズルに接続してもよい。
【００４３】
また、液状体吐出ノズルは複数設置することが可能であり、各々のノズルごとに異なる液状体を供給して使用できる。
【００４４】
ノズルは吐出量と造形時の分解能に基づいてその吐出量にあった口径を持つ。
【００４５】
その個数は用いる液状体の種類数と同数を基本単位とし、一層あたりの吐出処理速度を向上させるためには基本単位の倍数単位で増加させることができる。
【００４６】
その配置には特に制約を設けないが、直線状や行列状、または円形に配置するのが好ましい。
【００４７】
異なる色調を有する液状体を組み合わせて使用すれば各液状体の吐出量を変化させることで幅広い色調の再現が可能になる。
【００４８】
また、硬化後の物性が異なるように調整した液状体を組み合わせて使用すれば必要な部分だけに必要な物性を持たせた歯科用構造材を製造することが可能になる。
【００４９】
液状体吐出ノズルは造形ステージ幅全体に渡って多数配置することも可能であり、その場合はスライド機構を一軸のみで構成しても造形ステージ平面上の任意の場所に液状体を吐出することが可能である。
【００５０】
さらには液状体吐出ノズルを造形ステージ平面上全面に渡って縦横に配列することも可能である。この場合は液状体吐出ノズルを造形ステージ平面上の任意の場所に移動させるための移動機構を必ずしも設ける必要はないが、粉材積層時に液状体吐出ノズルを退避させるための移動手段が必要になる。
【００５１】
２つのスライド機構を互いに直交するように配置しておき、コンピュータによって各軸が独立して制御されるように構成することももちろん可能である。２軸以上のスライド機構を用いた場合には、液状体吐出ノズルが一個であっても造形ステージ平面上の任意の場所に液状体を吐出させることが可能になる。またこの移動機構にさらにスライド機構を組み合わせる事によってノズルと造形ステージの距離を変化させることを可能にしたり、移動機能を水平方向に回転させて座標系を変化させることを可能にするように構成することもできる。
【００５２】
含浸層を重合する手段としては、光重合、化学重合、熱重合、近赤外線重合、遠赤外線重合、超音波重合など歯科または工業界において広く普及している任意の方法をひとつ、あるいは複数用いることができる。
【００５３】
粉状体を予め加熱しておき、吐出され、粉状体に含浸した段階で粉状体から熱を供給して液状体を熱重合させる方法も有効である。
【００５４】
光重合を用いる場合には光照射器を、造形ステージの当該箇所に光を照射できるように位置と向きを調整して設置する。必要があればコンピュータによる光照射方向制御装置を設けることも可能である。一層分を積層して必要な箇所に液状体を吐出して粉状体に液状体を含浸させた後、光を照射して重合、硬化させる。この場合には液状体にのみ光重合触媒を配合しておけば、液状体の含浸した部分だけが重合硬化し、液状体を含浸させなかった部分は重合硬化しない。したがって不要な部分の粉状体は次の加工時に再び使用できる。
【００５５】
粉状体に過酸化ベンゾイル、液状体に３級アミンを配合しておけば、液状体を吐出した部分だけが液状体と粉状体に夫々配合した化学重合触媒が接触することで化学重合が起こって硬化する。この場合も液状体の含浸した部分だけが重合硬化し、液状体を含浸させなかった部分は重合硬化しない。したがって不要な部分の粉状体は次の加工時に再び使用できる。このような化学重合のみを用いる場合、重合用設備を特に設ける必要はない。
【００５６】
熱重合を用いる場合、いくつかの実施方法があり、目的に応じて自由に選択することが可能である。
【００５７】
例えば過酸化ベンゾイルなど熱を加えることでラジカルを発生する重合開始材を粉材のみに配合した系、および液状体にのみ重合開始材を配合した系のどちらも使用可能である。
【００５８】
この方法では必ずしも一層積層ごとに重合操作を行う必要がなく形状が完成後に一度に熱を加え硬化させることができる。形状作製中には重合工程が無いため、一層積層ごとの重合操作とそれに必要な時間を無くすことができ、省力化と加工時間の短縮を図ることができる。
【００５９】
近赤外線を用いた重合方法では、近赤外線照射装置は造形ステージ上の任意の場所に近赤外線ビームを照射できるように位置と向きを調整して設置する。必要があればコンピュータによる光照射方向制御装置を設けることも可能である。この場合、重合エネルギーを近赤外線の細いビームの形で目的の形状に与えることができるため、一層積層するごとに必要部分だけに熱エネルギーを加えて重合させることが可能になる。したがって前述の加熱による重合方法と同様の材料系を用いることができる。
【００６０】
また、近赤外線は必ずしもビームにして照射する必要は無く、通常のヒーターのようにして加工品全体を同時に加熱することもできる。この場合も粉材のみに重合開始材を配合した系と液状体にのみ重合開始材を配合した系のどちらも使用可能である。
【００６１】
いずれの場合にも一層積層するごとに重合操作を加えても、形状の積層加工が終了した後に一度に重合硬化させることも可能である。
【００６２】
この点において近赤外線による重合硬化という方法は従来の光重合法と加熱重合法の特徴を併せ持ち、なおかつこれらの方法のもつ欠点を解消もしくは軽減したような形態で重合操作を行うことを可能にする。
【００６３】
従来から樹脂材料の重合硬化に用いられているような複数の重合方式の併用による重合硬化方法を用いることももちろん可能である。この場合、例えば光重合と化学重合を組み合わせれば、光の到達しない部分は化学重合にて硬化させ、一般的に化学重合では重合性の悪い表面を光重合で十分に硬化させるというように夫々の欠点を夫々の利点で補うような重合方法を用いることができる。
【００６４】
目的形状データを記憶、編集、保持、保存し、形状データに基づいて上記の各構成要素を制御するためのコンピュータは、ハードウェアに関しては広く普及している一般的なパーソナルコンピュータが使用できる。ソフトウェアは目的の形状を記憶、編集、保持、保存する機能と、異なる材料を使い分けるための演算機能と、目的形状のデータに基づいて前述の各構成要素の制御データを生成する機能、生成した制御データにしたがって前述の各構成要素を制御して自動的に目的の形状を加工するための機能を持つ必要がある。
【００６５】
更にはネットワークを介して必要なデータのやり取りをする機能や形状計測装置の制御機能、形状計測データから目的形状のデータを生成する機能、機器の状態をモニタする機能、必要に応じて警告を発したり、各構成要素の動作を緊急停止する安全機能などを持たせることができる。
【００６６】
本発明に用いる粉状体の組成には有機物、無機物、酸化金属など任意の種類の粒体を一種類、または複数種類を組み合わせて使用することが可能である。
【００６７】
その形状には特に制限を加えるものではない。不定形、球形、ドーナツ型、ポーラス状、凝集塊、ウィスカ、棒状、針状などの形状や表面性状など目的に応じて必要な形状を持つ材料を自由に用いることができる。
【００６８】
不定形、球形、ドーナツ型、ポーラス状などは造形しやすいという利点を持つ。ウィスカ、棒状、針状のものは、硬化後の強度向上に大変効果がある。凝集塊、多孔質、ディンプル状などは、粉状体と液状体の接着性の向上に効果があり、硬化後は機械的な維持力を発現するという利点を持つ。
【００６９】
粒径についても特に制限を加えるものではないが、一回の粉状体積層厚さより小さい粒径である必要がある。好適には平均粒子径が０．００１μｍ以上、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．１μｍ以上、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７０】
これらの粉状体には必要に応じて各種の表面処理を施すことも可能である。例えばシラン処理や加熱処理が実施できる。使用する粉状体には特に制限を加えるものではないが、安全性や加工性の観点からは特に歯科において広く用いられている実績のある材料を用いることが好ましい。具体的にはガラス系材料、各種の金属酸化物、金、白金、銀、銅、錫、パラジウム、ニッケル、クロム、チタン、鉄、アルミニウム、モリブデン、ベリリウム、マグネシウム、コバルトなどの純金属、またはこれらのうち１種類以上を含む歯科用合金、または他の金属、その他セラミックス材を主成分とする溶融品の粉材材料、およびこれらの粉状体を含有するまたは含有しないポリマーを単独で用いるか又はこれらを組み合わせた組成物が好ましい。
【００７１】
本発明に用いる液状体の組成としては重合性単量体を基本として目的に応じて各種の添加剤を配合したものを使用することが可能である。また液状体として本発明の実施上求められる粘度や各種物性を損なわない限りにおいて任意の粒体、繊維状物質などを含むことも可能である。液状体として用いる材料には特に制限を加えるものではないが、安全性や加工性の観点からは特に歯科において広く用いられている実績のある材料を用いることが好ましい。具体的には水、アクリル系、ウレタン系または他の系統を主成分とするモノマー、又はオリゴマーおよび、これらのモノマーやオリゴマーと可塑剤とからなる組成物、有機溶媒のうち少なくとも１種類以上から成る組成物、または混合物である液状体、またはこれらの液状体にフィラーまたは繊維状体が含まれる液状体が好ましい。
【００７２】
３次元の立体を数値化した形状データは各構成要素を制御するために必要な処理を施して制御データを作成する目的に供する。
【００７３】
いくつかの色調を用意しておき、これらの液状体の吐出量をそれぞれ変えて配合量を変化させることにより混色されて任意の色調を得る方法が好適に用いられる。基本的に減算混色理論で所望の色調を得る。
【００７４】
明度の制御は透明液状体、および不透明液状体との混合で行う。すなわち、透明液状体の配合量を多くすれば透明性が向上し、不透明液状体を多くすれば透明性が低下する。不透明液状体の不透明材を白色としておけば、同時に明度向上の役割も持たせることができる。明度を低下させるためには黒色液状体を使用するのが好適である。
【００７５】
この方法で用いられる色調のセットには、歯科用構造材の使用目的に合致する限りにおいて任意の色調を選択でき、その色相、明度、彩度の範囲には一切の制限はない。この方法で用いられる色調セットの色調数は、歯科用構造材の使用目的に応じて単色から多数色セットまで任意の数で構成することができる。多数色の上限は特に設けないが、通常は液状体の保守や設置スペースの確保などの観点から見ると可能な限り少ない色調セットで色調再現範囲を可能な限り広くような色調セット構成とすることが好ましい。そのため、好適には１色から２４色のセットとすることが好ましい。より好適には２色から１２色のセットとすることが好ましい。さらに好適には３色から８色のセットとすることが好ましい。
【００７６】
液状体のセット構成については異なる色調の組み合わせのみを考慮するのではなく、重合後の物理的、あるいは／または化学的特性がそれぞれ異なるように組成を違えた多種類のセットとすることもできる。例えば歯牙形状内面部には強靭性を持った樹脂を主成分とする液状体を用い、エナメル質部には表面硬度が高く耐磨耗性に優れた樹脂を主成分とする液状体を用いることで磨耗しにくく、且つ割れにくいという特徴を持たせることで長期間の使用に耐える義歯を作製することができる。
【００７７】
異なる色調と異なる物性を持った各液状体を任意に組み合わせて液状体セットとすることも勿論可能である。このような構成をとることにより、従来の手作業、あるいは機械による自動製作による歯科用構造材の作成方法と比較して、審美性と機能性の向上と、これらの両立が可能になり、歯科臨床、および研究用として幅広い用途への応用が可能である。
【００７８】
（装置の構成）
以下に試作した歯科用造形装置について、簡単に説明する。
１辺が１００ｍｍの中空正方形四角柱であって上端縁が水平な壁を基台に固定し、壁の内側に擦設する造形ステージを設け、造形ステージが上下に２００ｍｍ移動するスライド機構を設けた。
さらに壁の外側周囲に１ｃｍの間隔を空けて外壁を設け、壁と外壁の間に粉状体回収トレイを設けた。
【００７９】
外壁の外側に水平方向に２００ｍｍ移動するスライド機構を設け、スライド機構により造形ステージ上を移動する作業腕を設けた。
作業腕には移動方向に合わせて順に粉状体散布機構として一定量の粉状体を造形ステージに供給するフィーダー、壁の上端縁を滑りながら移動するすり板、作業腕を移動させるスライド機構と直角にスライド機構を設けそのスライド機構を介してノズルヘッドを設けた。
フィーダーは造形ステージと同じ１００ｍｍ幅で高さが２ｍｍのスリットを持ち、スリットを開閉するふたで構成する。また、すり板はスリットに平行に５ｍｍの間隔を空けて取り付けた。
【００８０】
ノズルヘッドは直径０．０５ｍｍの吐出ノズル７２個を有する。６個のノズルで１列とし、これを１２段並べて構成する。本装置には容量１００ｃｃの液状体貯留タンクを６個設けてあり、各液状体貯留タンクは各列のノズルとチューブによってそれぞれ接続されている。すなわち、各列の１段目から１２段目までの１２個のノズルはそれぞれに対応する列の液状体貯留タンクと接続されている。各ノズルは制御コンピュータからの信号により、ピエゾ素子によって１回の信号につき０．０５ｃｃづつ造形ステージ上に吐出される。
造形ステージに光放射する５個のハロゲンランプを硬化機構として設けた。この硬化機構はハロゲンランプが造形ステージ上面を均一に照射できるように位置と向きを調整して設置した。
【００８１】
本装置はパーソナルコンピュータに接続し、各スライド機構、スリットのふたの開閉、ノズルヘッドからのバインダーの吐出、ハロゲンランプの点灯、を制御する。
【００８２】
（形状データ取得）
まず造形の準備として造形データを用意する。目的の形状データを得るには、形状計測を行うか、コンピュータ内で形状データを作成するシステムやＣＡＤによる形状データの作成を行う。また、形状計測データをＣＡＤや他のソフトを用いて編集して用いることも勿論可能である。
【００８３】
このようにして得られた３次元データに対して必要ならば内部構造を与える。更に必要な場合には各構造部に異なる色調や異なる物性を設定することができる。さらに必要な場合にはグラデーション様の色調、あるいは物性の順次変化をつけることも勿論可能である。
【００８４】
この作業の際に色調を決定するために機械測色装置のデータを用いることもできる。本装置の制御ソフトによって、これらの装置によって指示されるシェードと呼ばれる色調指定記号を入力するとそれに対応した色調を再現するために必要な液材の色調と各色調の液材の吐出量を算出して液材吐出制御データに付加される。
【００８５】
このようにして作成した３次元データを水平線方向に切断して、液状体吐出制御データを作成する。このとき、隣接する切断面間の距離は一回の積層高さと同じになる。
【００８６】
（装置準備）
造形装置の準備として粉状体と液状体を用意する。粉状体貯留タンクに粉状体を入れ、液状体貯留タンクには液状体を入れる。複数の液状体を用いる場合はそれぞれの液状体貯留タンクに対応する液状体を入れる。
【００８７】
次に作業開始時にすぐに造形ステージ上に粉状体、液状体を供給できるようにするため、各貯留タンクから粉状体フィーダーと液状体吐出ノズルの間に残っている空気を排出するためのドレン操作を行う。具体的には、造形装置にドレン排出弁がある場合にはそれを操作して空気を排出し、ない場合には空運転操作によって空気を排出する。
【００８８】
ピエゾ素子を用いた方式やバブルジェット方式を用いた液材吐出ノズルが用いる造形装置の場合も何度かテスト吐出を行ってかすれやむらのないことを確認する。
【００８９】
（造形作業積層と硬化）
ここまでの準備が整ったら造形作業に入る。造形作業は「粉状体積層」工程、「液状体吐出」工程、「硬化」工程を必要回数繰り返すことによって進行する。
【００９０】
「粉状体積層」工程は造形ステージ上に粉状体を一定の厚みに積層する工程である。造形ステージ上面の高さ方向に一定の距離を置いて造形ステージ上面と平行に移動する粉状体フィーダーを駆動して粉状体を散布する。前述したすり板を用いて粉状体の厚みを均一にする。
【００９１】
「粉状体積層」工程が終了後、「液状体吐出」工程に移る。この工程では、液状体吐出ノズル制御データに従って液状体吐出ノズルを搭載したスライド機構を制御し、液状体吐出ノズルを造形ステージ上の任意の位置に移動させ、任意の種類の液状体を吐出する。このようにして硬化させたい部分にのみ必要な種類の液状体を吐出して一層分の液状体吐出を完了する。
【００９２】
一層分の液状体吐出が終了すると、「硬化」工程に入る。硬化方法としては光重合や熱重合などを選択して用いる。粉状体と液状体の組み合わせによっては化学重合を併用するなど硬化性を高めるための工夫を施すことができる。
【００９３】
造形ステージを一単位だけ下げて、再び「粉状体積層」工程に戻る。このようなサイクルを必要回数繰り返して目的の形状を積層造形する。
【００９４】
必要回数の積層造形を繰り返して目的の形状を造形した後、硬化させなかった余剰の粉状体を除去する。空気圧によって吹き飛ばす、または造形ステージを上下反転させて余剰粉状体を落下させる、吸引させるなどの手段が好適に用いられる。
【００９５】
取り出した造形物は必要がある場合には表面滑沢材への浸漬処理や研磨を行い、段差の解消と表面滑沢性を付与して完成する。
【００９６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。なお、以下の実施例は本発明の実施の形態を明確にするための詳細な例示であり、本発明の内容、範囲を限定するものではない。
【００９７】
実施例１：クラウン、ブリッジの作製
本発明の装置を用いてメタルレスのクラウンおよびブリッジを作製した。この実施例では一層毎に光を照射して硬化させる方法を用いた。
（粉状体の調整）
材料は粉状体にポリメチルメタアクリレートの球状粒子体（平均粒子径１０μｍ）９５重量部、酸化チタン５重量部の混合物を用いた。
（液状体の調整）
液状体には食用インクにて着色したメチルメタアクリレートモノマー液１００重量部にカンファーキノンを１重量部とジメチルアミノパラトルイジンを１．７５重量部配合して光重合可能とした組成物を色調の異なる４種類として用いた。すなわち、液状体１は透明に、液状体２は乳白色、液状体３は茶褐色、液状体４は黒色に調色した。
【００９８】
（形状及びプログラムの設定）
これらの液状体を吐出時に目的の色調の液状体となるようにコンピュータによって配合量を自動的に算出して用いた。目的形状データを編集して実際の歯の構造を模して内部に複数の層からなる構造を持たせ、これに基づいてＣＡＤによってＳＴＬデータを作成した。
【００９９】
（歯科用造形装置の説明）
試作した装置を用いた。
【０１００】
（造形工程）
このＳＴＬデータを用いて装置の各構成要素を制御して目的のクラウンとブリッジを作製した。
造形後の補綴物は造形ステージより取り外して最終研磨を施した。
なお、この実施例では造形ステージ上に一度にクラウン２個、ブリッジ２個を配置し、さらにこの配置状態を高さ方向に３段分設定し、１２個の補綴部材を一度に作製した。液状体の含浸しない粉状体がそのままサポート材として機能するのでこのような作製方法が実施できた。作製したクラウンおよびブリッジは内部、外部ともに３色の色調を使い分けて作製されたため、概観は複数の異なる色調の重ね合わせによって、従来のＣＡＤ／ＣＡＭ応用技術を用いた方法では加工できないような極めて高い審美性を有していた。
【０１０１】
実施例２：デンチャーの作製
（粉状体及び液状体の調整）
粉状体及び液状体は実施例１と同一のものを用いた。
但し、実施例１で、液状体４は黒色に調色したが、ここでは歯肉色に調色した。
（形状及びプログラムの設定）
実施例１と同様にデンチャーの作製の設定した。
（歯科用造形装置の説明）
実施例１と同一の器械を用いた。
【０１０２】
（造形工程）
このＳＴＬデータを用いて装置の各構成要素を制御して目的のデンチャーを作製した。
造形した義歯は造形ステージから取り外し最終研磨を施した。
なお、この実施例では造形ステージ上にデンチャー１つを作製した。
作製したデンチャーは歯肉色、デンチン色、エナメル色の色調を使い分けて作製されたため、非常に美しいデンチャーに仕上がった。
従来のＣＡＤ／ＣＡＭ応用技術を用いた方法では加工できないような極めて高い審美性を有していた。
【０１０３】
実施例３：矯正用ブラケットにつけて使用するワイヤ部材の作製
（粉状体及び液状体の調整）
粉状体及び液状体は実施例１と同一のものを用いた。
（形状及びプログラムの設定）
実施例１と同様に設定した。
（歯科用造形装置の説明）
実施例１と同一の器械を用いた。
但し、ハロゲンランプの代わりに、近赤外線ビームを設けた。
【０１０４】
（造形工程）
矯正用ブラケットにつけて使用するワイヤ部材を本発明の装置によって樹脂線材として製作した。この実施例では一層毎に近赤外線のビームを造形ステージ平面上で掃引し、液状体の含浸した部分のみを加熱重合させた。造形したワイヤ部材は造形ステージから取り外して最終研磨を施した。
【０１０５】
実施例４：マウスガードの作製（ＤＤＳマウスピース）
（液状体の説明）
液状体はＡ組成としてメチルメタアクリレート９２重量部、両末端アクリル変成ポリブタジエン樹脂５重量部、硼酸アルミニウムウィスカ３重量部、カンファーキノン１．７重量部、ジエタノールパラトルイジン２．２重量部で構成されるものと、Ｂ組成としてメチルメタアクリレート８０重量部、トリエチレングリコールジメタアクリレート１５重量部、カンファーキノン１．２重量部、ジエタノールパラトルイジン１．８重量部としたものを用い、Ａ組成液、Ｂ組成液それぞれについて３原色、黒色、白色、透明の６色を調合して合計１２種類をセットとして使用した。
【０１０６】
（粉状体の説明）
Ａ液を粉状体に吐出して重合すると適度な弾力性を持った樹脂組成物となり、Ｂ液を粉状体に吐出して重合すると変形しにくく十分な強度と耐衝撃性を持つ樹脂組成物となる。
（形状及びプログラムの設定）
使用者の口腔内を象って得られた模型を計測して数値化し、マウスピース形状データを作成した。このデータを編集して、歯牙、歯肉を一定の厚みで取り巻くようにオフセット形状データを作成して弾力材料使用部とし、その外側を強度保持部として製作に供した。
【０１０７】
（歯科用造形装置の説明）
実施例１と同一の器械を用いた。
但し、液状体吐出機構は液状体貯留タンクを１２個とし、液状体吐出ノズルは１２列１２段の合計１４４個とした。
（造形工程）
オフセットデータによって確保した歯牙、歯肉周りの一層はＡ液を使用した。その他の部分はＢ液を用いた。また色調は、Ａ液、Ｂ液の使用区分に関わらずマーブル状に複雑に変化する色調とした。このマーブル状の色調は応力解析結果を色階調で表示したデータをそのまま用いた。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明により、アンダーカット形状の制約を受けることがなく加工できるので所望の形状を製作することが可能になった。また、薄い形状の加工も削り出し方式よりも容易に製作できる。また必要な場所に必要な特性をもたせることができるようになった。さらに色調を自由に設定できるため、審美性が格段に向上した。
【０１０９】
従来の手作業による方法では、既成の人工歯を蝋堤上に排列し、石膏埋没、熱湯中での脱蝋、床用レジン注入、熱湯中での重合、石膏型材からの義歯取り出しという一連の煩雑且つ長時間を要する熟練作業によって初めて製作可能な義歯を自動的に作製することができる。しかも自動的に作製した義歯は従来のＣＡＤ／ＣＡＭ応用技術を用いた方法では決して作製できなかった大きなサイズの補綴物であり、歯牙部分と床部分を一括して自動的に作製できた。しかも歯牙部と床部は色調が異なるだけで材料としては一体構造であり、均一な物理特性を持っており、従来の手作業で作製された義歯に見られるような人工歯の脱落などの恐れがない補綴物とすることができる。
【０１１０】
本発明によって、透明で目立ちにくく、従来法ではまっすぐな線材を曲げたり微調整したりしながら作製する矯正用ブラケットにつけるワイヤ部材と同様の働きをする矯正力発現部材を自動的に、しかも最初から正確な矯正力を保持していて使用時の調整作業を大幅に低減できるワイヤ部材が製作できる。本発明は必要な場所に必要な特性を有し、且つ色調的にカラフルで斬新なしかも物理的根拠に基づいた色調を呈した高付加価値のマウスピースを自動的に作製することができる。本発明は従来方法と比較しても物理的特性並びに視覚的デザインを細かくコントロールでき、使用者への適合性、満足度、実用性に優れたマウスピースを製作できる。
【０１１１】
【図面の簡単な説明】
【図１】歯科用造形装置の斜視図
【図２】歯科用造形装置の断面図
【符号の説明】
１作業腕
２スライド機構
３粉状体フィーダ
４ふた
５すり板
６液状体吐出ノズル
７スライド機構
８中空正方形四角柱であって上端縁が水平な壁
９外壁
１０造形テーブル
１１スライド機構
１２基台
１３粉状体回収トレイ
１４ハロゲンランプ[0001]
[Industrial applications]
The present invention is a computer-controlled three-dimensional shaping apparatus for dental structural materials, which can improve the automation rate and manufacturing efficiency, improve the aesthetics and functionality, and can be applied to conventional dental structural material manufacturing methods. The present invention relates to a method for manufacturing a dental structural material capable of increasing the number of cases. The present invention relates to a manufacturing apparatus and a method for manufacturing a prosthesis in the field of dentistry, and particularly to a CAM system.
[0002]
[Prior art]
In dental clinic and dental research, orthodontic brackets and orthodontic members, inlays, onlays, bridges, core materials, implant superstructures, local dentures, full dentures, various models, experimental jigs, experimental structural materials In the manufacture of dental structural materials such as, it is mainly a method consisting of complicated and multi-step processes combining manual molding, making replica models, waxing, burial, dewaxing, molds, building, etc. That is the current situation. The implementation of these methods requires the procurement of a wide variety of materials and equipment, the proper use of them, and the correct knowledge of their application, as well as sufficient proficiency and skills to perform the operations. A great deal of labor and time is required to produce a dental structural material under such conditions, and there is a limit in improving production efficiency and productivity. In addition, since errors due to molding and casting operations over several degrees are unavoidable, it often results in dissatisfaction with the compatibility and color tone of the final product. At present, adjustments and corrections that require time are being forced. For this reason, many methods have been developed for the purpose of improving quality and improving manufacturing efficiency based on computer processing techniques which have been remarkably developed in recent years.
[0003]
Many of these computer-based methods have been rapidly developed in the general industry, particularly since 1980, and have been realized by the application of automatic machining technology using a machine based on numerical control technology using a computer, which has become more practical. As a processing technique at this stage, a method of cutting a workpiece by moving a rotating blade and processing it into a target shape has been mainly used. When the direction in which the blade is moved is controlled by three axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis, three-dimensional processing can be performed, and a three-dimensional shape can be manufactured. A method was established in which the movement path of the blade was digitized into a program, and the desired shape was automatically processed.
[0004]
The unique problems of dentistry are that the shape handled is different for each patient, and that the shape is mainly composed of curved surfaces, and its initial application to dentistry was only in a very limited range. Due to the mathematical definition of the shape having the shape and the calculation method, the development of the control technology of the processing device, and the dramatic improvement of the processing capability of the computer, the spread of the shape is gradually increasing.
[0005]
Many methods have been devised for processing and manufacturing a mold for forming a target shape using such a processing apparatus. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-128248 discloses this type of artificial tooth manufacturing system. According to this method, there is a feature that a plurality of dental structures having the same shape can be manufactured by a molding operation using a mold, but originally, the dental structures are different in size and form depending on patients, The feature of being able to make copies cannot be a great advantage. There is a problem that the advantages can only be enjoyed in factories that produce a large amount of artificial teeth. Further, a process for molding using a mold processed and manufactured by a processing device and a molding machine and other equipment used for the process are required, and there is a serious problem that it takes time, place, and labor.
[0006]
On the other hand, a method of directly processing and manufacturing a target shape instead of manufacturing a mold has been developed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-10233 discloses a method for manufacturing a crown prosthesis. According to this method, when only one device is to be manufactured in principle, there is an advantage that time, place, and labor can be reduced as compared with the method of manufacturing a mold.
[0007]
However, in the method in which the intended dental structure is directly cut out and machined, the aesthetics are remarkably inferior to those manufactured by the conventional method because the work material is basically a single color. There's a problem. In recent years, a method has been devised to improve this problem by applying a color gradation to the work material, but it is difficult to completely apply it to the current situation where the size, shape, color tone differs for each patient. Not in a satisfactory way. Further, the work material used in this method is basically made of a single material, and it is impossible to give different physical properties and characteristics to each part. In addition, in this method, when a dental structure having a thin shape such as a laminate veneer or a shell is manufactured, the structure is easily chipped or cracked, and there is a great limitation on the degree of freedom in forming the shape. Furthermore, this method requires a sprue to hold the work material until the machining by the machine is completed, and it is necessary to remove the sprue manually after the machining by the machine and shape the cut surface. is there.
[0008]
Furthermore, if the direction of movement of the tool of the cutting device is three or less, there may be a case in which a part cannot be machined due to the undercut shape. As a method for solving this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-56731 discloses a method for manufacturing a tooth mold. In this method, in addition to the normal control of the tool with three axes of X-axis, Y-axis, and Z-axis, the holding part of the work material is also provided with a rotation axis to perform the four-axis machining method. The undercut part, which was extremely difficult to manufacture, has been devised so that it can be processed to some extent. However, even in this case, a part that cannot be partially processed may occur depending on the rotation direction of the work.
[0009]
In addition, in the method using cutting, generally, the larger the diameter of a tool used for cutting, the larger the amount of one cut, and the shorter the processing time, but the processing of a fine shape becomes impossible. Conversely, if the tool diameter is reduced, machining of details becomes possible, but the time required for the entire machining increases. To solve this problem, a method has been devised in which a plurality of tools having different diameters are prepared, and a large tool is used for the first rough machining, and a small diameter tool is used for the fine machining. However, this method requires storage of a plurality of tools and a tool exchange mechanism. In addition, if the precision is insufficient when machining while changing the tool, there arises a problem that a step occurs in the workpiece.
[0010]
In any case, as long as the ball end mill is used, the cut portion has a trajectory of a moving spherical surface, and it is inevitable that uncut portions are generated. The roundness corresponding to the diameter of the tool to be used remains in the portion where a right angle is desired, so that post-processing for correction mainly by manual work is required, which greatly hinders an improvement in the automation rate. Due to the existence of these problems, dental structures manufactured by this shaving method cannot achieve sufficient compatibility with patients without sufficient manual polishing and adjustment work, and require a large amount of cement space. There is a problem that it is often too much. Therefore, application to an exposed portion such as a metal crown is premised on performing post-processing requiring a long time, skill, and a great deal of labor such as manual polishing. As described above, there is a great limitation in terms of aesthetics, application, productivity, efficiency, fitting accuracy, associated work, and installation space of equipment, and thus, at present, its spread to clinical applications is limited.
[0011]
As described above, in order to solve the drawbacks of machining by machining, various machining methods without machining have been devised and developed. Stereolithography is a method that has been put into practical use from a relatively early stage and has been considered for application to dentistry. In this method, a resin that is polymerized and cured by irradiating a light beam having a specific wavelength into a lamination tank for laminating and shaping a target shape is injected so as to have a constant thickness. In this state, a light beam is applied to a portion to be polymerized and cured, thereby performing polymerization. This operation is repeated to produce a desired shape by additive manufacturing.
[0012]
According to this method, there is almost no restriction in the production of the undercut shape seen in the above-mentioned cutting method, and a desired shape can be produced. Further, the processing of a thin shape can be more easily manufactured than the cut-out method.
[0013]
However, since the stereolithography system basically uses polymerization and curing by light, the resin to be laminated and cured must be transparent enough to transmit light to the bottom of the layer during a single lamination. It is extremely difficult to have a high degree of opacity, and the range of application in dentistry is very narrow. In addition, there is a problem in that there is a limit in strength because it is manufactured only from a liquid resin, and it is difficult to ensure durability under a situation where a chewing force or the like is applied in the oral cavity for a long period of time. In addition, because of the method of injecting the liquid resin into the laminating tank, it is not possible to increase the number of colors and components, and it is not possible to improve the aesthetics of color tone. Therefore, it has hardly been used in applications requiring opacity or color tone aesthetics, and is only slightly used in some research prototypes where such conditions are not met.
[0014]
A method called a thin film lamination method has been developed in which a sheet-like material is cut with a laser beam or the like and laminated while leaving a necessary portion to form a desired shape.
[0015]
Although this method enables the production of an opaque target shape, the unnecessary portion of the sheet-like material cannot be reused, so that the material loss increases significantly. In addition, since multicoloring and other components can be performed only in units of one layer, the problem that multicoloring and multicomponents required for dental use cannot be solved.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the problems such as the limitation of the automation rate and the production efficiency, the aesthetics, the existence of the limit point in the functionality, the limitation of the applicable range, the limitation of the processing shape, etc., which are found in the above-mentioned automatic dental prosthesis manufacturing apparatus. It is.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a molding stage that can be moved vertically in order to laminate-mold a dental structure, a mechanism for laminating a powdery substance to a constant thickness on the molding stage, and a liquid material at an arbitrary position on the molding stage. And a means for polymerizing the impregnated layer impregnated with the liquid material, storing, editing, holding, and storing the target shape data, and controlling each of the above-described components based on the shape data. A powdery material is layered on a modeling stage one by one by a dental structure automatic manufacturing device consisting of a computer, and a liquid material having a desired color tone or physical or chemical properties is powdered only in the part to be cured. The above problem is solved by shaping only a portion which is discharged in a small amount into the body layer and impregnated in the powder layer by a curing mechanism, and by repeating and laminating the same to form a desired dental structure.
[0018]
The present invention relates to a dental shaping apparatus having a powder stacking mechanism for stacking powders and a liquid discharging mechanism for discharging a liquid, wherein the powder stacking by the powder stacking mechanism and the liquid by the liquid discharging mechanism are provided. A dental molding apparatus characterized by forming a molded article by forming an impregnated layer by layering by repeating the discharge of the liquid.
[0019]
The present invention includes a modeling unit control unit, a modeling stage, a powder layering mechanism having one or more powder material feeders, and a liquid material discharging mechanism having one or more liquid material discharging nozzles. Dental molding, characterized in that the powder has a uniform thickness by a uniform thickness mechanism between the powder lamination by a powder lamination mechanism and the discharge of the liquid by the liquid discharge mechanism. Device.
[0020]
The present invention is the dental modeling apparatus in which the powder is any one kind of an organic powder, an inorganic powder, and a metal powder or a mixture of two or more kinds.
[0021]
The present invention is the dental shaping apparatus, wherein the liquid material is at least one composition or mixture selected from water, monomers, oligomers, and organic solvents.
[0022]
The present invention is a dental shaping apparatus characterized in that a liquid material contains a filler or a fibrous body.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The liquid material is a liquid material that becomes a binder for impregnating the powder material to form a shape.
The composition of the liquid material is one or a combination of two or more of water, monomers, oligomers, and organic solvents.
Specifically, it is composed of at least one kind of water, acrylic, urethane or other monomer or oligomer as a main component, a composition comprising these monomers or oligomers and a plasticizer, and an organic solvent. A liquid material that is a composition or a mixture, or a liquid material containing a filler or a fibrous material in these liquid materials is preferable.
[0024]
The present invention provides a molding stage that can be moved in the vertical direction for stacking and molding a dental structure, a powder material stacking mechanism that stacks a powder material on the modeling stage to a certain thickness, and an arbitrary position on the modeling stage. A liquid material discharging mechanism for discharging a fixed amount of liquid material, a means for polymerizing a solidified portion of the powder material impregnated with the liquid material, storing, editing, holding, and storing target shape data; Dental structural material automatic manufacturing apparatus composed of a computer for controlling constituent elements and method for manufacturing dental structural material using powder and liquid used for laminating and shaping dental structural material with this apparatus About.
[0025]
The height-movable modeling stage for additive manufacturing of dental structures is configured so that it can be moved vertically by installing the stage vertically on the moving part of the linear actuator set up vertically. I do. The modeling stage has the accuracy of being able to freely move up and down in units of a single powder layer height, and is controlled by a computer.
[0026]
The mechanism for laminating the powdery material on the modeling stage to a certain thickness allows the powdery material to flow out over the entire width of the modeling stage onto a slide mechanism that can move in the vertical or horizontal direction parallel to the plane of the modeling stage. It is composed of a powdery feeder having a slit, a rubbing plate attached immediately after the powdery feeder, and a wall having a constant height around the modeling stage. The slit is provided with a lid which can be freely opened and closed so that the powdery substance flows out only when necessary and not when unnecessary. The slide plate is installed in parallel so that the lower end side of the slide plate is spaced apart from the modeling stage by a certain distance.
[0027]
Preferably, the slider is installed behind the slit, and preferably moves at the same time as the slit. By installing in such a positional relationship, the powder stacking mechanism sweeps once on the plane of the molding stage. The lamination and homogenization of the powdery material are achieved only by this. It is preferable that the grinding plate is provided before and after the slit. In this case, it is preferable that the liquid material discharge mechanism be movable so as to be located after the sliding plate has moved, or that one of the liquid material discharging mechanisms is provided behind each of the sliding plates in the sweep direction. In the configuration where there is only one slide, it is necessary to return to the original position after one layering operation of the powder material, whereas the slide is installed before and after the slit, and even if sweeping in either direction If the liquid discharge mechanism is provided as shown in the figure, the liquid can be discharged onto the newly dispersed powder, so that the powder lamination mechanism can sweep the powder even if it Uniform lamination can be achieved, and it is not necessary to return to the original position after lamination of the powder, so that the processing time can be reduced.
[0028]
In addition to the method using a ground plate, a method in which the powder is laminated on a flat portion such as a plate or a block from above after lamination can be used.
[0029]
The lamination thickness can be varied according to the application. As a result, an optimum lamination thickness can be selected according to the dental structure to be manufactured.
[0030]
When the grounding plate moves along the upper side of the wall around the molding stage, it functions to level the stacked powdery material and to make it uniform on the molding stage with a constant thickness. Alternatively, when a pressing plate is used, the excess powder is simultaneously pushed out of the surrounding wall while compressing the powder to the upper end edge of the wall around the molding stage when pressed by the pressing plate.
[0031]
Excessive powder is removed beyond the wall around the molding stage in the process of making the layer thickness uniform with a grinding plate or holding plate, but in order to prevent this excess powder from scattering, Preferably, an outer wall or cover is provided.
[0032]
In addition, a tray, a suction device, and a transport mechanism for efficiently collecting the powdered material that has been dropped and dropped may be provided below the modeling stage. The powder material recovered by this mechanism can be returned to the powder storage tank again and used repeatedly.
[0033]
A method in which the powdery material is prepared in a storage tank and supplied to the slit through a tube, or a method in which the storage tank is disposed above the slit and supplied to the slit by gravity can be used.
[0034]
A plurality of powdery storage tanks can be installed.A plurality of types of powder materials having different compositions and color tones are prepared in each storage tank, and these are appropriately used and combined according to the purpose at the time of processing. Can be used.
[0035]
In order to stack the powdery material to a constant thickness with the required accuracy and speed, it is preferable that the supply of the powdery material from the slit, the powdery material feeder, and the powdery material storage tank is also controlled by the computer.
[0036]
The size of the slit in the horizontal direction is preferably at least 1.01 times the maximum particle size in the powder composition to be used and equal to or less than the width of the molding stage, and the size in the height direction is the powder material to be used. It is preferable that the diameter is 1.01 times or more and 300 times or less the maximum particle diameter in the composition.
[0037]
The mechanism for discharging a fixed amount of the liquid material to an arbitrary position on the molding stage includes at least one slide mechanism for moving the discharge nozzle for discharging the fixed amount of the liquid material to an arbitrary position on the stage plane. And is fixed to the moving mechanism constituted by.
[0038]
The liquid discharge nozzle has a structure that can be connected directly to the liquid storage tank or indirectly through a tube. The liquid storage tank can be installed separately from the moving mechanism or can be mounted on the moving mechanism.
[0039]
It is, of course, preferable that the liquid storage tank is a cartridge. Thereby, the operation becomes simple when changing the type of the liquid material or when replenishing the liquid material.
[0040]
The diameter of the liquid discharge nozzle can be arbitrarily set in accordance with the desired processing shape, but is preferably in the range of 1 μm to 2 mm. In view of the size of the structural material usually manufactured for dental use, it is more preferably in the range of 3 μm to 1 mm.
[0041]
As the liquid discharge nozzle, those having various operation principles can be used. The mechanism to discharge a certain amount of liquid material uses a gas such as air or nitrogen gas to discharge by the pressure, the method to fly a small amount of liquid material using a piezo element, the bubble jet method, the liquid material is charged A method in which the liquid material is discharged using electric attraction and a method in which a liquid material is ejected using energy such as ultrasonic waves can be freely selected and used depending on the material or purpose of use. A type in which a liquid material is discharged by pressure of air or the like, a type using a piezo element, a bubble jet type, and the like are preferable.
[0042]
It is also possible to supply one or two or more liquids to one liquid discharge nozzle. In this case, each liquid supply pipe may be directly connected to the nozzle, or each liquid supply pipe may be integrated into one and then connected to the liquid discharge nozzle.
[0043]
Further, a plurality of liquid material discharge nozzles can be provided, and a different liquid material can be supplied and used for each nozzle.
[0044]
The nozzle has a diameter suitable for the discharge amount based on the discharge amount and the resolution at the time of molding.
[0045]
The number thereof is set to the same number as the number of types of the liquid material to be used as a basic unit, and can be increased in multiples of the basic unit in order to improve the discharge processing speed per layer.
[0046]
There is no particular limitation on the arrangement, but it is preferable to arrange them in a linear, matrix, or circular shape.
[0047]
If liquid materials having different color tones are used in combination, a wide range of color tones can be reproduced by changing the discharge amount of each liquid material.
[0048]
In addition, if a liquid material adjusted so that physical properties after curing are different from each other is used in combination, it is possible to manufacture a dental structural material in which only necessary parts have necessary physical properties.
[0049]
It is also possible to arrange a large number of liquid discharge nozzles over the entire width of the molding stage, in which case the liquid can be discharged to any position on the plane of the molding stage even if the slide mechanism is configured with only one axis. It is possible.
[0050]
Further, the liquid material discharge nozzles can be arranged vertically and horizontally over the entire surface of the molding stage. In this case, it is not always necessary to provide a moving mechanism for moving the liquid discharge nozzle to an arbitrary position on the plane of the molding stage, but a moving means for retracting the liquid discharge nozzle when laminating the powder material is required. .
[0051]
Of course, it is of course possible to arrange the two slide mechanisms so as to be orthogonal to each other and to control each axis independently by a computer. When a slide mechanism having two or more axes is used, the liquid material can be discharged to an arbitrary position on the plane of the molding stage even with one liquid material discharge nozzle. Further, by combining the moving mechanism with a slide mechanism, the distance between the nozzle and the molding stage can be changed, or the moving function can be horizontally rotated to change the coordinate system. You can also.
[0052]
As the means for polymerizing the impregnated layer, use one or more of any method widely used in the dental or industrial industries, such as photopolymerization, chemical polymerization, thermal polymerization, near-infrared polymerization, far-infrared polymerization, and ultrasonic polymerization. Can be.
[0053]
It is also effective to heat the powder in advance, supply heat from the powder when the powder is discharged and impregnated into the powder, and thermally polymerize the liquid.
[0054]
When photopolymerization is used, a light irradiator is installed with its position and orientation adjusted so that light can be applied to the relevant portion of the modeling stage. If necessary, a light irradiation direction control device by a computer can be provided. After laminating one layer, the liquid material is discharged to a necessary location to impregnate the powder material with the liquid material, and then irradiated with light to be polymerized and cured. In this case, if the photopolymerization catalyst is blended only in the liquid, only the portion impregnated with the liquid is polymerized and cured, and the portion not impregnated with the liquid is not polymerized and cured. Therefore, the unnecessary portion of the powder can be reused in the next processing.
[0055]
If benzoyl peroxide is blended into the powder and tertiary amine is blended into the liquid, only the part where the liquid is discharged comes into contact with the chemical polymerization catalysts blended into the liquid and the powder, respectively. It happens and hardens. Also in this case, only the portion impregnated with the liquid material is polymerized and cured, and the portion not impregnated with the liquid material is not polymerized and cured. Therefore, the unnecessary portion of the powder can be reused at the next processing. When only such a chemical polymerization is used, it is not necessary to particularly provide a polymerization facility.
[0056]
When using thermal polymerization, there are several implementation methods, which can be freely selected according to the purpose.
[0057]
For example, both a system in which a polymerization initiator such as benzoyl peroxide which generates a radical by applying heat to a powder material and a system in which a polymerization initiator is blended only in a liquid material can be used.
[0058]
In this method, it is not always necessary to carry out a polymerization operation for each layer, and it is possible to apply heat at a time after the shape is completed and to cure it. Since there is no polymerization step during the formation of the shape, the polymerization operation for each lamination and the time required for it can be eliminated, and labor saving and processing time can be reduced.
[0059]
In the polymerization method using near-infrared rays, the near-infrared ray irradiation device is installed with its position and orientation adjusted so that a near-infrared beam can be irradiated to an arbitrary place on the modeling stage. If necessary, a light irradiation direction control device by a computer can be provided. In this case, since the polymerization energy can be given to the target shape in the form of a narrow beam of near infrared rays, it becomes possible to apply heat energy only to a necessary portion and polymerize each time the layers are further laminated. Therefore, a material system similar to the above-described polymerization method by heating can be used.
[0060]
Further, it is not always necessary to irradiate the near-infrared ray as a beam, and the whole processed product can be heated at the same time using a normal heater. In this case, either a system in which the polymerization initiator is blended only with the powder material or a system in which the polymerization initiator is blended only with the liquid material can be used.
[0061]
In any case, even if a polymerization operation is added every time one layer is laminated, it is also possible to carry out polymerization and curing at once after the lamination of the shape is completed.
[0062]
In this regard, the method of polymerization and curing by near infrared rays has the characteristics of conventional photopolymerization and heat polymerization, and also allows the polymerization operation to be performed in a form that eliminates or reduces the disadvantages of these methods. .
[0063]
Of course, it is also possible to use a polymerization curing method using a combination of a plurality of polymerization methods as conventionally used for polymerization and curing of a resin material. In this case, for example, if photopolymerization and chemical polymerization are combined, the parts where light does not reach are cured by chemical polymerization, and generally, the surface with poor polymerizability by chemical polymerization is sufficiently cured by photopolymerization. Polymerization methods can be used to make up for the disadvantages described above with their respective advantages.
[0064]
As a computer for storing, editing, holding, and storing the target shape data and controlling each of the above components based on the shape data, a general personal computer widely used in terms of hardware can be used. The software has functions of storing, editing, holding, and storing the target shape, an arithmetic function for properly using different materials, a function of generating control data of each of the above-described components based on the data of the target shape, and a generated control. It is necessary to have a function to control each of the above-described components according to the data and automatically process a target shape.
[0065]
Furthermore, the function of exchanging necessary data via the network, the control function of the shape measuring device, the function of generating the data of the target shape from the shape measurement data, the function of monitoring the state of the equipment, and issuing a warning as necessary Or a safety function for urgently stopping the operation of each component.
[0066]
In the composition of the powder used in the present invention, any kind of granules such as an organic substance, an inorganic substance, and a metal oxide can be used alone or in combination of two or more kinds.
[0067]
The shape is not particularly limited. A material having a required shape such as an irregular shape, a spherical shape, a donut shape, a porous shape, an agglomerate, a whisker, a rod shape, a needle shape, or the like, or a surface property can be freely used.
[0068]
Irregular, spherical, donut, and porous shapes have the advantage that they are easy to shape. Whiskers, rods and needles are very effective in improving the strength after curing. Agglomerates, porosity, dimples, and the like are effective in improving the adhesiveness between the powdery material and the liquid material, and have the advantage of exhibiting mechanical retention after curing.
[0069]
Although there is no particular limitation on the particle size, it is necessary that the particle size be smaller than the thickness of a single powder layer. Preferably, the average particle diameter is 0.001 μm or more and 0.5 mm or less. More preferably, the thickness is 0.1 μm or more and 0.3 mm or less.
[0070]
These powders can be subjected to various surface treatments as necessary. For example, silane treatment or heat treatment can be performed. The powder used is not particularly limited, but from the viewpoint of safety and workability, it is preferable to use a material which has been widely used especially in dentistry. Specifically, glass-based materials, various metal oxides, pure metals such as gold, platinum, silver, copper, tin, palladium, nickel, chromium, titanium, iron, aluminum, molybdenum, beryllium, magnesium, cobalt, and the like A dental alloy containing at least one of the above, or other metal, powder material of a molten product mainly composed of other ceramic materials, and a polymer containing or not containing these powders alone or Compositions combining these are preferred.
[0071]
As the composition of the liquid material used in the present invention, it is possible to use a mixture of various additives based on a polymerizable monomer depending on the purpose. Further, the liquid material may contain any granules, fibrous substances, and the like as long as the viscosity and various physical properties required in the practice of the present invention are not impaired. The material used as the liquid material is not particularly limited, but from the viewpoint of safety and workability, it is preferable to use a material that has been widely used in dentistry. Specifically, it is composed of at least one kind of water, acrylic, urethane or other monomer or oligomer as a main component, a composition comprising these monomers or oligomers and a plasticizer, and an organic solvent. A liquid material that is a composition or a mixture, or a liquid material containing a filler or a fibrous material in these liquid materials is preferable.
[0072]
The shape data obtained by digitizing the three-dimensional solid is subjected to processing necessary for controlling each component, and is provided for the purpose of creating control data.
[0073]
Several color tones are prepared in advance, and a method of obtaining an arbitrary color tone by mixing the color materials by changing the mixing amount by changing the discharge amount of each of the liquid materials is suitably used. Basically, a desired color tone is obtained by subtractive color mixing theory.
[0074]
The brightness is controlled by mixing with a transparent liquid and an opaque liquid. That is, increasing the amount of the transparent liquid increases the transparency, and increasing the amount of the opaque liquid lowers the transparency. If the opaque material of the opaque liquid material is white, it can also have a role of improving brightness. In order to reduce the brightness, it is preferable to use a black liquid.
[0075]
The color set used in this method can select any color as long as it matches the intended use of the dental structural material, and there is no limitation on the range of hue, lightness, and saturation. The number of color tones of the color tone set used in this method can be an arbitrary number from a single color to a multiple color set depending on the intended use of the dental structural material. Although there is no particular upper limit for the number of colors, the color tone set configuration should be such that the color tone reproduction range is as wide as possible with the smallest possible color tone set from the viewpoint of maintenance of the liquid material and securing of installation space. Is preferred. Therefore, it is preferable that a set of 1 to 24 colors be used. More preferably, a set of 2 to 12 colors is preferable. More preferably, a set of three to eight colors is preferable.
[0076]
As to the set configuration of the liquid material, not only a combination of different color tones is taken into consideration, but also various types of sets having different compositions such that physical or / and chemical properties after polymerization are respectively different can be used. For example, use a liquid material mainly composed of tough resin for the inner surface of the tooth shape, and use a liquid material mainly composed of resin with high surface hardness and excellent wear resistance for the enamel part. By making it hard to wear and hard to be broken, a denture that can be used for a long time can be manufactured.
[0077]
Of course, it is also possible to form a liquid material set by arbitrarily combining liquid materials having different colors and different physical properties. By adopting such a configuration, compared with the conventional method of preparing a dental structural material by manual operation or automatic production by a machine, it is possible to improve aesthetics and functionality and to achieve both of them, It can be applied to a wide range of applications for clinical and research purposes.
[0078]
(Structure of the device)
The prototype of the dental modeling apparatus will be briefly described below.
A wall having a horizontal square quadrangular prism with a side of 100 mm and a top edge fixed to a base was provided on a base, a molding stage rubbed inside the wall was provided, and a slide mechanism for moving the molding stage up and down by 200 mm was provided. .
Further, an outer wall was provided at an interval of 1 cm around the outer periphery of the wall, and a powdery substance collecting tray was provided between the walls.
[0079]
A slide mechanism that moves 200 mm in the horizontal direction was provided outside the outer wall, and a working arm that moved on the modeling stage by the slide mechanism was provided.
A feeder that supplies a certain amount of powder to the molding stage as a powder spraying mechanism in order according to the moving direction on the work arm, a slide plate that moves while sliding the upper edge of the wall, and a slide mechanism that moves the work arm A slide mechanism was provided at a right angle, and a nozzle head was provided via the slide mechanism.
The feeder has a slit having a width of 100 mm and a height of 2 mm, which is the same as the molding stage, and is configured with a lid that opens and closes the slit. In addition, the sliders were attached in parallel with the slits at an interval of 5 mm.
[0080]
The nozzle head has 72 discharge nozzles having a diameter of 0.05 mm. Six nozzles are arranged in one row, and are arranged in 12 rows. The apparatus is provided with six liquid material storage tanks each having a capacity of 100 cc, and each liquid material storage tank is connected to each row of nozzles and tubes. That is, the 12 nozzles from the first stage to the twelfth stage in each row are connected to the liquid material storage tanks in the corresponding row. Each nozzle is ejected by a piezo element on a molding stage at a rate of 0.05 cc per signal according to a signal from a control computer.
Five halogen lamps that emit light to the molding stage were provided as a curing mechanism. This curing mechanism was installed with its position and orientation adjusted so that the halogen lamp could uniformly irradiate the upper surface of the molding stage.
[0081]
This device is connected to a personal computer and controls each slide mechanism, opening and closing of the lid of the slit, discharge of the binder from the nozzle head, and lighting of the halogen lamp.
[0082]
(Shape data acquisition)
First, molding data is prepared as preparation for molding. In order to obtain target shape data, shape measurement is performed, or shape data is created by a CAD system or a system for creating shape data in a computer. It is of course possible to edit and use the shape measurement data using CAD or other software.
[0083]
If necessary, an internal structure is given to the three-dimensional data thus obtained. If necessary, different color tones and different physical properties can be set for each structural part. If necessary, it is of course possible to add gradation-like color tones or sequential changes in physical properties.
[0084]
In this operation, data of a mechanical colorimeter can be used to determine a color tone. When a color tone designation symbol called a shade designated by these devices is input by the control software of this device, the color tone of the liquid material necessary to reproduce the corresponding color tone and the discharge amount of the liquid material of each color are calculated. Is added to the liquid material discharge control data.
[0085]
The three-dimensional data created in this way is cut in the horizontal direction to create liquid ejection control data. At this time, the distance between the adjacent cut surfaces is equal to the height of one lamination.
[0086]
(Equipment preparation)
A powdery body and a liquid body are prepared as a preparation for the molding apparatus. The powder is put into the powder storage tank, and the liquid is put into the liquid storage tank. When a plurality of liquids are used, liquids corresponding to the respective liquid storage tanks are put.
[0087]
Next, in order to be able to supply powders and liquids onto the modeling stage immediately at the start of work, it is necessary to discharge air remaining between the powdery feeder and the liquid discharge nozzle from each storage tank. Perform drain operation. Specifically, if the molding apparatus has a drain discharge valve, it is operated to discharge air, and if not, the air is discharged by idle operation.
[0088]
Also in the case of a molding apparatus using a liquid material discharge nozzle using a piezo element or a bubble jet method, test discharge is performed several times to confirm that there is no blurring or unevenness.
[0089]
(Modeling work Lamination and curing)
When the preparations up to this point are completed, modeling begins. The modeling operation proceeds by repeating the “powder lamination” step, “liquid discharge” step, and “curing” step as many times as necessary.
[0090]
The “powder lamination” step is a step of laminating the powder to a constant thickness on the modeling stage. The powdery material is sprayed by driving a powdery material feeder that moves parallel to the modeling stage upper surface at a fixed distance in the height direction of the modeling stage upper surface. The thickness of the powdery material is made uniform using the above-mentioned rubbing plate.
[0091]
After the “powder lamination” step is completed, the process proceeds to the “liquid discharge” step. In this step, the slide mechanism equipped with the liquid material discharge nozzle is controlled according to the liquid material discharge nozzle control data, and the liquid material discharge nozzle is moved to an arbitrary position on the molding stage to discharge an arbitrary type of liquid material. In this way, the necessary kind of liquid is discharged only to the portion to be cured, and the discharge of one layer of liquid is completed.
[0092]
When the discharge of the liquid material for one layer is completed, a “hardening” step is started. As a curing method, photopolymerization, thermal polymerization, or the like is selected and used. Depending on the combination of the powdery material and the liquid material, it is possible to take measures to enhance the curability, such as using chemical polymerization in combination.
[0093]
The modeling stage is lowered by one unit, and the process returns to the “powder lamination” process. Such a cycle is repeated as many times as necessary to produce a desired shape by lamination.
[0094]
After forming the target shape by repeating the required number of times of lamination molding, the excess powder that has not been cured is removed. Means such as blowing off by air pressure, or turning the modeling stage upside down to drop or suck excess powder is preferably used.
[0095]
If necessary, the taken-out object is immersed in a surface lubricating material or polished to eliminate a step and impart surface lubricity to complete.
[0096]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described. The following examples are detailed examples for clarifying the embodiments of the present invention, and do not limit the contents and scope of the present invention.
[0097]
Example 1: Production of crown and bridge
Metalless crowns and bridges were made using the apparatus of the present invention. In this embodiment, a method of irradiating each layer with light to cure the layers is used.
(Adjustment of powder)
As the material, a mixture of 95 parts by weight of spherical particles of polymethyl methacrylate (average particle diameter: 10 μm) and 5 parts by weight of titanium oxide was used as a powder.
(Adjustment of liquid material)
In the liquid material, 100 parts by weight of a methyl methacrylate monomer liquid colored with an edible ink is mixed with 1 part by weight of camphorquinone and 1.75 parts by weight of dimethylamino paratoluidine to obtain a photopolymerizable composition having a different color tone. Four types were used. That is, the liquid 1 was transparent, the liquid 2 was milky white, the liquid 3 was brown, and the liquid 4 was black.
[0098]
(Setting of shape and program)
The amounts of these liquids were automatically calculated by a computer so that the liquids of the desired color tone were obtained when the liquids were ejected, and used. The target shape data was edited to have a structure having a plurality of layers inside to simulate the actual tooth structure, and based on this, STL data was created by CAD.
[0099]
(Explanation of dental molding device)
The prototype device was used.
[0100]
(Modeling process)
Using the STL data, each component of the apparatus was controlled to produce a desired crown and bridge.
The prosthesis after modeling was removed from the modeling stage and subjected to final polishing.
In this example, two crowns and two bridges were arranged at one time on the modeling stage, and the arrangement was set in three steps in the height direction, thereby producing 12 prosthetic members at one time. Such a manufacturing method could be implemented because the powdery material not impregnated with the liquid material directly functions as a support material. Since the produced crown and bridge were made by using three color tones for both the inside and the outside, the appearance was extremely high due to the superposition of a plurality of different tones, which could not be processed by the conventional CAD / CAM application technology. It had aesthetic properties.
[0101]
Example 2: Fabrication of denture
(Preparation of powder and liquid)
The same powder and liquid were used as in Example 1.
However, in Example 1, the liquid 4 was toned to black, but here, it was toned to gum.
(Setting of shape and program)
The production of the denture was set in the same manner as in Example 1.
(Explanation of dental molding device)
The same instrument as in Example 1 was used.
[0102]
(Modeling process)
Using the STL data, each component of the apparatus was controlled to produce a target denture.
The molded denture was removed from the molding stage and subjected to final polishing.
In this example, one denture was manufactured on the modeling stage.
The dentures were produced using different colors of gum, dentin, and enamel, resulting in very beautiful dentures.
It had extremely high aesthetics that could not be processed by a method using the conventional CAD / CAM application technology.
[0103]
Example 3: Preparation of a wire member used by attaching to a bracket for correction
(Preparation of powder and liquid)
The same powder and liquid were used as in Example 1.
(Setting of shape and program)
The settings were made in the same manner as in Example 1.
(Explanation of dental molding device)
The same instrument as in Example 1 was used.
However, a near-infrared beam was provided instead of the halogen lamp.
[0104]
(Modeling process)
A wire member to be attached to the bracket for correction was manufactured as a resin wire by the apparatus of the present invention. In this example, a near-infrared beam was swept on the plane of the molding stage for each layer, and only the portion impregnated with the liquid material was heated and polymerized. The formed wire member was removed from the forming stage and subjected to final polishing.
[0105]
Example 4: Production of mouth guard (DDS mouthpiece)
(Explanation of liquid)
The liquid material is composed of 92 parts by weight of methyl methacrylate, 5 parts by weight of acrylic-modified polybutadiene resin at both ends, 3 parts by weight of aluminum borate, 1.7 parts by weight of camphorquinone, and 2.2 parts by weight of diethanol paratoluidine as the A composition. And 80 parts by weight of methyl methacrylate, 15 parts by weight of triethylene glycol dimethacrylate, 1.2 parts by weight of camphorquinone, and 1.8 parts by weight of diethanol paratoluidine. Six primary colors, black, white and transparent colors were prepared for each of the composition liquids, and a total of 12 types were used as a set.
[0106]
(Explanation of powder)
When the liquid A is discharged into a powder and polymerized, it becomes a resin composition having an appropriate elasticity. When the liquid B is discharged and polymerized, the resin composition is hardly deformed and has sufficient strength and impact resistance. Things.
(Setting of shape and program)
Mouthpiece shape data was created by measuring and digitizing a model obtained by imitating the mouth of the user. By compiling this data, offset shape data was created so as to surround the teeth and gums with a certain thickness, used as a portion using elastic material, and the outside thereof was used as a strength holding portion for production.
[0107]
(Explanation of dental molding device)
The same instrument as in Example 1 was used.
However, the liquid material discharge mechanism has 12 liquid material storage tanks, and has a total of 144 liquid material discharge nozzles in 12 rows and 12 stages.
(Modeling process)
Liquid A was used for the teeth and the gingival layer secured by the offset data. Liquid B was used for the other parts. The color tone was a color tone that changed in a marbled manner irrespective of the type of use of the solution A and the solution B. As the marble-like color tone, data obtained by displaying the stress analysis result in color gradation was used as it is.
[0108]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to perform processing without being restricted by the undercut shape, and thus it is possible to manufacture a desired shape. Further, the processing of a thin shape can be more easily manufactured than the cut-out method. In addition, it has become possible to provide necessary characteristics in necessary places. Furthermore, since the color tone can be freely set, the aesthetics are remarkably improved.
[0109]
In the conventional manual method, existing artificial teeth are arranged on a wax embankment, buried in gypsum, dewaxed in hot water, resin for flooring, polymerized in hot water, and denture removal from gypsum mold. It is possible to automatically produce a denture that can be produced for the first time by a complicated and time-consuming skillful operation. In addition, the automatically manufactured denture is a large-sized prosthesis that could never be manufactured by the method using the conventional CAD / CAM application technology, and the tooth part and the floor part could be automatically manufactured at once. In addition, the tooth and floor are different in color tone only, and the material is of an integral structure, has uniform physical properties, and may cause artificial teeth to fall off as seen in conventional dentures manufactured by hand. There can be no prosthesis.
[0110]
According to the present invention, a straightening force expressing member that functions in the same manner as a wire member attached to a straightening bracket manufactured by bending or finely adjusting a straight wire in the conventional method while being transparent and inconspicuous is automatically and firstly provided. Thus, it is possible to manufacture a wire member that can maintain an accurate correction force and can greatly reduce adjustment work during use. The present invention can automatically produce a high-value-added mouthpiece that has the necessary characteristics in the required places, and is colorful in color, novel and has a color based on physical grounds. According to the present invention, physical properties and visual design can be finely controlled as compared with the conventional method, and a mouthpiece excellent in user suitability, satisfaction, and practicality can be manufactured.
[0111]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a dental shaping apparatus.
FIG. 2 is a sectional view of a dental shaping apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Working arm
2 slide mechanism
3 Powder feeder
4 Lid
5 Slipped board
6 Liquid discharge nozzle
7 Slide mechanism
8. A hollow square quadrangular prism with a horizontal top edge
9 Exterior wall
10 modeling table
11 Slide mechanism
12 bases
13 Powder recovery tray
14 Halogen lamp

Claims

In a dental modeling apparatus having a powder stacking mechanism for stacking powders and a liquid discharging mechanism for discharging a liquid, the powder stacking by the powder stacking mechanism and the discharge of the liquid by the liquid discharging mechanism are performed. A dental shaping apparatus characterized by forming an impregnated layer by overlapping to form a shaped article by repeating.

The molding means control unit, a molding stage, a powder stacking mechanism having one or more powder stacking feeders, and a liquid discharging mechanism having one or more liquid discharging nozzles. A dental shaping device,
A molding apparatus for dental use, characterized in that a powder body is made uniform in thickness by a uniform thickness mechanism between a powder body stacking by a powder body laminating mechanism and a discharge of a liquid body by a liquid body discharging mechanism.

3. The dental modeling apparatus according to claim 1, wherein the powdery material is one or a mixture of two or more of an organic powder, an inorganic powder, and a metal powder.

A dental molding apparatus, wherein the liquid according to any one of claims 1 to 3 is at least one composition or mixture selected from water, monomers, oligomers, and organic solvents.

The dental shaping apparatus according to claim 4, wherein the liquid material contains a filler or a fibrous body.

A shaping stage that is a hollow square quadrangular prism and has a horizontal top edge fixed to the base, provided with a shaping stage rubbed inside the wall, a slide mechanism for the shaping stage to move up and down, and a space around the outside of the wall , An outer wall is provided, a powdery substance collection tray is provided between the walls, a slide mechanism is provided outside the outer wall in a horizontal direction, and a work arm is provided by the slide mechanism to move on the molding stage. The arm is provided with a powdery spraying mechanism in order according to the moving direction, a slide plate that slides along the upper edge of the wall, and a slide mechanism that moves at right angles to the slide mechanism that moves the work arm, and discharges liquid through the slide mechanism. A dental modeling device provided with a mechanism and provided with a curing mechanism for curing the discharged liquid material.