JP2022553877A - 冷間鋳造型を製造する方法、および成形品、特に歯科修復物の製造への冷間鋳造型の使用 - Google Patents

冷間鋳造型を製造する方法、および成形品、特に歯科修復物の製造への冷間鋳造型の使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、混合コンパウンド(200)から歯科用成形品(210)を製造するための冷間鋳造型(100)を製造する方法であって、冷間鋳造型(100)に、デジタルデータセットによる、患者の口腔の空間モデルに基づく、歯科用成形品(210)に幾何学的に対応するキャビティ(110)と、混合コンパウンド(200)の充填のための、キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第1の開口部(111)とを、付加材料構築法、特に3Dプリンタ(300)を用いた3D印刷法によって出発原料(150)から付加構築する、方法に関する。本発明はまた、易焼結性または光硬化性の混合コンパウンド(200)から歯科用成形品(210)を製造する方法のためのこのような付加構築された冷間鋳造型(100)の使用または製造に関する。冷間鋳造型(100)には、気体、特に封入空気(208)および/または液体、特に希釈剤(207)の排出のための、キャビティ(110)に開口しかつ/またはキャビティ(110)外へ通じる少なくとも1つの第2の開口部(112)が付加構築される。【選択図】図1

Description

本発明は、混合コンパウンドから成形品、特に歯科用成形品を製造するための冷間鋳造型を製造する方法であって、冷間鋳造型に、デジタルデータセットによる、患者の口腔の空間モデルに基づく、成形品、特に歯科用成形品に幾何学的に対応するキャビティと、混合コンパウンドの充填のための、キャビティに開口する少なくとも1つの第1の開口部とを、付加材料構築法、特に3Dプリンタを用いた3D印刷法によって出発原料から付加構築する、方法に関する。本発明はまた、易焼結性混合コンパウンドまたは光硬化性混合コンパウンドから成形品、特に歯科用成形品を製造する方法のためのこのような付加構築された冷間鋳造型の使用または製造に関する。
コンピュータ支援法(CAD/CAM)による成形品の製造は、様々な技術分野で知られている。歯科用成形品、特にクラウンおよびブリッジ等の歯科修復物、さらには歯科インプラントおよび義歯、またはブラケット等の歯科矯正に関連するパーツも、多くの歯科医院および歯科技工所においてコンピュータ支援法(CAD/CAM)によって製造されている。この場合、初めに患者の口腔のデジタル空間モデルを作成する。必要とされる歯科修復物を、ソフトウェアを用いて設計し、作成されたデータセットを、例えばフライス盤に伝送し、完成歯科修復物をブランクから削り出す。ブランクは一般に、初めに歯科技術に適したセラミック粉末または金属粉末から混合コンパウンドを製造する冷間鋳造法に従って製造される。混合コンパウンドとして、例えばペースト状の物質、スラリー、懸濁液あるいはまた「乾燥」バルク粉末を使用することができる。歯科用金属粉末から歯科修復物を製造する方法は、欧州特許第2470113号明細書から知られている。この場合、CrCo歯科用金属粉末を混ぜ合わせてスラリーとし、鋳造型に冷間充填し、その中で乾燥させる。スラリーに添加されたバインダにより、乾燥後に十分な保形性が与えられるため、乾燥させたスラリーを圧粉体として冷間鋳造型から取り出し、伝送されたデジタルデータセットに基づき、フライス盤によって所望の空間的形状にフライス加工する。最終(緻密)焼結により、歯科修復物に必要とされる硬度および密度が与えられる。歯科用成形品としての承認に必要とされる材料特性は、国内および/または国際規格によって厳格に規定されている。かかる冷間鋳造法は、ブランクの製造にしか適していない。実際の歯科修復物の微細で複雑な形状は、続いて切削加工によってブランクから削り出される。歯科技術のための金属またはセラミックスラリーについての教示は、従来技術であり、例えば欧州特許第1658018号明細書、欧州特許第1047355号明細書、国際公開第2013007684号、欧州特許第1558170号明細書および欧州特許第1885278号明細書に見ることができ、それらの調整に関する情報は、独国特許発明第102005023727号明細書および独国特許出願公開第19801534号明細書に見ることができる。最終緻密焼結の実施についても従来技術に十分に説明されており、対応する方法および焼結炉は、欧州特許第2765950号明細書、欧州特許出願公開第2844412号明細書、国際公開第2011020688号に見ることができる。
バルク粉末を混合コンパウンドとして使用する場合、十分な保形性を得るためには、一般に、追加の作業工程である静水圧プレス成形の実施が必要とされる。この場合、混合コンパウンドにあらゆる方向から均一に高圧がかけられる。セラミック粉末、例えば酸化ジルコニウムからセラミック歯科修復物を製造する対応する方法も同様に従来技術から十分に知られている。セラミック粉末から歯科パーツを製造する方法が国際公開第2008/114142号に記載されている。
口腔のデジタル空間モデルは、プラスチックからの暫間補綴物の製造にも使用される。この場合、歯科修復物のために作成したデータセットを3Dプリンタに転送し、暫間補綴物を付加材料構築法(3D印刷)によってプラスチック出発原料から層状に構築する。
付加材料構築法の分野では、プラスチックの他に無機物質も出発原料として用いられ得るようになった。SLM(選択的レーザー溶融)等の付加材料構築法、FDM(溶融堆積成形)およびFFF(溶融フィラメント製造)等の押出法が知られている。同様に、例えばSLAまたはSTL(ステレオリソグラフィ)、DLP(デジタルライトプロセッシング)、LCM(セラミック光造形(Lithography-based Ceramic Manufacturing))等の、出発物質の光硬化特性を利用した付加材料構築法が知られている。
したがって、付加材料構築法を用いて金属またはセラミックから歯科修復物を製造する最初の試みも既に始まっている。付加材料構築法を用いて歯科用クラウンをジルコニアから製造する方法が国際公開第2018/065856号から知られている。ただし、金属もしくはセラミックの物体用の3Dプリンタは非常に高価であり、かつ/または印刷された成形品は、歯科用途に承認されるための高い材料要件を満たしていない。特に、付加材料構築法では、出発原料中のバインダの割合を非常に高くする必要があるため(約30%)、所要の最終密度または最終硬度を達成することができないか、または達成に極めて高いコストがかかる。セラミックまたは金属から歯科用成形品を印刷することの経済的実現は目処が立っていない。
3Dプリンタによる複雑な形状の緻密焼結された歯科修復物のパーツの製造に口腔のデジタル空間データを使用する別の可能性は、国際公開第2019/210285号に開示されている。このためには、歯科修復物ではなく、自壊する鋳造型を3Dプリンタによって印刷するのが望ましい。印刷プロセスの出発原料として、易焼結性アルミナ粉末と熱膨張係数(WAK)が高い粉末状バインダとの2つの成分からなる粉末混合物が使用される。印刷された鋳造型に易焼結性の乾燥ジルコニアバルク粉末を混合コンパウンドとして充填する。続いて、鋳造型を同じ材料から印刷された蓋で密閉し、鋳造型をその中にあるジルコニアバルク粉末とともに400MPaの圧力で静水圧プレス成形する。この方法において決定的な要因は、均一なプレス成形を可能にするためにバルク粉末がバインダを含まないことである。バルク粉末はこの場合、鋳造型とともに圧縮され、続いて鋳造型を取り外すことなく焼結される。焼結時に鋳造型に含まれるバインダが膨張することで鋳造型が破裂する。完成した焼結成形品を鋳造型から外すためには、鋳造型の焼結温度がバルク粉末の焼結温度よりも高くなければならない。開示の方法の不利な点は、一方では、セラミック出発原料の3D印刷および400MPaという極めて高い圧力での静水圧プレス成形に関連した高いコストである。しかしながら、バルク粉末よりも高い焼結温度を有するセラミック出発原料の使用が記載の方法にとって決定的である。他方で、方法の適用可能性も限られている。使用する混合コンパウンドは、均一なプレス成形を達成するためにバインダを含まないものである必要がある。さらに、圧縮プレス法、特に成形品に対して圧力をあらゆる方向から均一に作用させるのが望ましい静水圧プレス成形は、水分含量が7%を超える混合コンパウンドには適していない。液体は、ほぼ非圧縮性である。静水圧プレス成形を行うためには、蓋を閉めた鋳造型の内部にバルク粉末を完全に閉じ込める必要がある。これにより、混合コンパウンドに含まれるいかなる水分も逃げることができない。
したがって、本発明の課題は、クラウン、ブリッジ、歯科インプラント(Kieferimplantaten)、アバットメント、義歯等に見られるような複雑な解剖学的形状、色合いおよび光屈折表層構造を有する歯科用成形品の、従来技術と比べて低コストであり、より大量生産に向いた製造を可能にする、付加構築される、特に3D印刷される冷間鋳造型を提供することである。同時に、適用可能性を広げることも望ましい。特に、易焼結性および非焼結性の金属および/もしくはセラミックの材料、またはプラスチックからなり、乾燥粉末形態の、またはスラリー、懸濁液もしくはペースト状の物質としての多様な混合コンパウンドの使用が可能である。
この課題は、請求項1記載の冷間鋳造型を製造する方法によって解決される。冒頭でより詳細に説明したタイプの冷間鋳造型を製造する方法は、冷間鋳造型に、気体、特に封入空気および/または液体、特に希釈剤の排出のための、キャビティに開口しかつ/またはキャビティ外へ通じる少なくとも1つの第2の開口部を付加構築することを特徴とする。
このため、本発明によると、キャビティに混合コンパウンドを充填するために設けられる第1の開口部に加えて、第1の開口部と同様に、流体を通すようにキャビティに開口するかまたはその外へ通じる少なくとも1つの第2の開口部が形成されることが企図される。原則として、冷間鋳造型の付加構築が完了した後に、第1の開口部および/または第2の開口部を形成、特に穿設することが考えられる。しかしながら、第1の開口部および/または第2の開口部を付加材料構築の間に直接に形成することで、追加の作業工程を回避することが有利である。例えば(真空)ボトル充填システムと同様に、第2の開口部(排気用)を付加材料構築の間に形成し、第2の開口部に、特に同心円状に充填チャネルを差し込むことによって第1の開口部(充填用)を形成することも考えられる。第2の開口部により、冷間鋳造型の充填時に既に流体、すなわち気体および/または液体を排出させることが(TetraPak(登録商標)の注入時の換気口と同様に)可能である。充填後、混合コンパウンドの硬化および/または固化のために、少なくとも1つの第1の開口部および/または少なくとも1つの第2の開口部を密閉せずに残すことで、流体を逃がすことが可能である。一方では、例えば冷間鋳造型に混合コンパウンドを充填する際に発生する封入空気をそのように排出させることができる。他方では、ペースト状の、湿ったまたはスラリー状の混合コンパウンドまたは懸濁液に含まれる希釈剤等の液体も冷間鋳造型のキャビティから排出させることができ、それにより混合コンパウンドを冷間鋳造型内で乾燥させることが可能である。少なくとも1つの第2の開口部を形成することで、本発明による方法に従って付加構築される冷間鋳造型を、任意の水分含量を有する混合コンパウンドに使用することができるだけでなく、少なくとも1つの第2の開口部は、バルク粉末を使用する場合の、例えば振盪によって補助することができる排気も可能にする。
したがって、本発明の好ましい実施形態によると、冷間鋳造型のキャビティの境界をなす少なくとも1つの壁に、全体的にまたは部分的に、気体、特に封入空気および/または液体、特に希釈剤の排出のための、キャビティに開口しかつこの壁を貫通する複数の第2の開口部が付加構築される。
冷間鋳造型の1つ以上の壁に複数の互いに隣接する第2の開口部を貫通させることで、液体および気体の通過を可能とする一方で固体を保持する篩状の面を形成することができる。好ましくは、それぞれの第2の開口部の直径は、この場合、金属粉末、セラミック-ガラスセラミック粉末またはプラスチック粉末等の混合コンパウンドに含まれる粉末の粒径および/または生じる粒子凝集体の大きさよりも小さい。
したがって、この実施形態の発展形態では、複数の第2の開口部が、壁を貫通する細孔および/または毛細管のようにも形成されるため、壁が全体的にまたは部分的に多孔性および/または吸湿性を有する。
かかる設計はさらに、混合コンパウンドに含まれる水分が、隣接する多孔性および/または吸湿性の壁に取り込まれるか、または吸収され、好ましくは内部から冷間鋳造型を取り巻く雰囲気に向かって排出されるという利点を有する。この効果は、冷間鋳造型を取り巻く周囲の温度を上昇させるか、または周囲の空気湿度を下げるための他の処置によって、より乾燥した周囲空気を生じさせることで補助することができる。
冷間鋳造型を互いに異なる物理的特性を有する異なる出発原料から製造することも有利である。例えば、多孔性および/または吸湿性の領域の吸湿能を適切な出発原料によって高めることができる。充填チャネル、補償容積部または支持構造等の冷間鋳造型の他の領域または構造は、別の特性、例えば水溶性、色、透明度等を有する別の出発原料を選択することで形成することができる。
例えばシリンジまたはカニューレまたは同様のツールによる冷間鋳造型の充填を容易にするために、冷間鋳造型に、少なくとも1つの第1の開口部に流体を通すように接する充填チャネルを付加構築することができる。
充填チャネルは、好ましくは冷間鋳造型と一体に形成される。特に、充填チャネルにより、例えば射出成形による冷間鋳造型の加圧充填が可能となる。
発展形態では、充填チャネルは、混合コンパウンドを保持するための少なくとも1つの補償容積部と、流体を通すように連結される。
好ましくは、補償容積部も冷間鋳造型と一体に付加構築される。特に、含水率がより高い混合コンパウンドを使用する場合、および/または封入空気がある場合に、補償容積部は、或る種のリザーバとして機能し、気体および/または液体が少なくとも1つの第2の開口部を介してキャビティから逃げることによって生じる体積減少を補償するために、混合コンパウンドの流下(Nachlaufen)または滴下(Nachrieseln)を可能にする。
代替的な本発明の変形形態によると、冷間鋳造型に、混合コンパウンドを同時にまたは時間をずらして充填するために、それぞれキャビティに開口する2つ以上の第1の開口部を付加構築することで、冷間鋳造型のキャビティのより迅速かつ/または均一な充填を実現することができる。
充填のために設けられた2つ以上の第1の開口部がそれぞれ異なる位置でキャビティに開口することで、例えば異なる混合コンパウンドをキャビティの異なる位置に充填することもできる。追加的な第1の開口部は、充填のために使用されない場合、流体の排出のための第2の開口部として機能させることができる。
冷間鋳造型の付加構築に有機材料、特に有機ワックスおよび/またはポリマーおよび/またはプラスチックを出発原料として使用することが特に有利であり、これにより冷間鋳造型が可塑化可能であり、かつ/または熱的にかつ/もしくは熱化学的に分解可能である。
ワックスおよび/またはポリマーおよび/またはプラスチック等の有機材料は、付加材料構築法、例えば3D印刷に、はるかに簡単に、ひいては低コストで使用することができる。プラスチックの耐熱性は比較的低いため、有機材料から付加構築された冷間鋳造型を可塑化するか、またはさらには熱的にかつ/または熱化学的に、特に熱分解および/または燃焼によって分解することができる。有利には、冷間鋳造型のキャビティの境界をなし、例えばポリマーまたはプラスチックから付加構築される壁よりも、キャビティの境界をなさない、またはこれに直接に接続しない冷間鋳造型の構造および/または壁、特に支持構造、充填チャネル、補償容積部等に、融点がより低い出発原料、例えばワックスを使用することができる。このようにして、成形品の損傷を引き起こす恐れがある、冷間鋳造型の可塑化または分解時に、特に熱によって発生する応力を低下させるか、またはさらには完全に回避することができる。有機出発原料には無機材料を少量添加してもよい。例えば、プラスチックに無機添加剤を混ぜることが一般的である。しかしながら、有機成分の割合は、常に無機成分の割合を上回る。
好ましくは、冷間鋳造型の付加構築に使用される有機材料は、40℃~300℃、好ましくは60℃~300℃の温度範囲の融点および/または分解温度を有する。
したがって、冷間鋳造型の溶融温度または溶融温度範囲は、一般に使用される混合コンパウンドの溶融および/または焼結温度を下回る。有利には、分解温度、すなわち冷間鋳造型の熱的および/または熱化学的分解が始まる温度も、使用される混合コンパウンドの溶融および/または焼結温度を下回る。
発展形態では、冷間鋳造型の付加構築に使用される有機材料は、熱の作用により、特に35℃~300℃の温度範囲、好ましくは50℃~300℃の温度範囲の温度で可塑化可能であり、かつ/または熱の作用により、特に200℃~650℃の温度範囲の温度で熱分解によって熱的に、かつ/または燃焼によって熱化学的に分解可能である。例えば、ワックスは耐熱性が特に低い材料群である。ワックスを含有する有機材料を使用することで、冷間鋳造型の軟化または可塑化を約35℃の温度で既に達成することができる。
熱的および/または熱化学的分解は、好ましくは完了するまで、かつ/または1300℃~2500℃の焼結温度範囲の高温で継続することができるため、熱の作用による冷間鋳造型の残留物のない、または少なくとも殆ど残留物のない分解が可能である。
しかしながら代替的には、有利な実施形態によると、冷間鋳造型のキャビティの境界をなす少なくとも1つの壁に目標破断点、特に部分的により小さな壁厚を有する目標破断点を付加構築することで、冷間鋳造型の機械的破壊を、付加材料構築法の際に既に企図することもできる。
提案する製造方法は、特に患者の口腔の空間デジタルデータに基づく。この空間デジタルデータから導き出される、成形品、特に歯科用成形品の幾何学的形状データは、付加材料構築法において冷間鋳造型のキャビティの幾何学的設計の基礎として直接に使用される。したがって、例えば歯科技術において患者の口腔内での歯科用成形品、特にクラウン、ブリッジ、歯科インプラントパーツおよび/または義歯の正確な適合を保証するために、冷間鋳造型のキャビティの幾何学的設計のためのデジタルデータセットは、好ましくは混合コンパウンドの焼結および/または硬化に起因する体積収縮を含む。使用する混合コンパウンドに応じて、混合コンパウンドの硬化もしくは固化および/または焼結時の対応する体積収縮を考慮しなければならず、冷間鋳造型のキャビティを相応に適応化された(より大きな)初期形状で形成しなければならない。例えば、セラミック粉末を含有する混合コンパウンドでは25%~50%の範囲の焼結収縮、ゾルおよび酸化ジルコニウムナノ粒子を含有する混合コンパウンドでは50%~95%の範囲、金属粉末を含有する混合コンパウンドでは8%~25%の範囲の焼結収縮を、それぞれ初期形状に対して考慮する必要がある。光および/または乾燥による混合コンパウンドの硬化については、初期形状に対して約2%~20%の体積収縮を考慮する必要がある。成形品の製造のための冷間鋳造型自体についても、初期形状に対して1%~10%の範囲の体積収縮を考慮することができる。本発明による方法に従って製造される冷間鋳造型は、多様な混合コンパウンドからの成形品、特に歯科用成形品の低コストの製造を可能にする。
したがって、冒頭に提示した本発明の課題は、請求項13による冷間鋳造型によっても解決される。
本発明による冷間鋳造型は、混合コンパウンドの充填のための、キャビティに開口する少なくとも1つの第1の開口部を有し、気体、特に封入空気および/または液体、特に希釈剤の排出のための、キャビティに開口する少なくとも1つの第2の開口部を特徴とする。
一形態では、冷間鋳造型は、40℃~300℃、特に60℃~300℃の温度範囲の融点および/または分解温度を有する有機材料、特に有機ポリマーまたはプラスチックを含むため、冷間鋳造型は、特に35℃~300℃、特に50℃~300℃の温度範囲の温度で可塑化可能であり、かつ/または特に200℃~650℃の温度範囲の温度で熱的にかつ/もしくは熱化学的に分解可能である。
クラウン、ブリッジ、歯科インプラントパーツおよび/または義歯等の歯科用成形品の場合、繊細な薄肉の構造が必要とされることが多い。特にセラミックまたは金属からの歯科用成形品の製造には、高い焼結温度が必要とされる。冷間鋳造型の熱膨張による成形品の損傷を回避するために、冷間鋳造型の線熱膨張が、その初期形状に対して有利には最大10%、好ましくは最大3%、特に好ましくは最大0.8%であり、冷間鋳造型の最大熱膨張は、240℃以下、好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下、特に好ましくは100℃以下の温度で達成される。好ましくは、混合コンパウンドの熱膨張係数(WAK値)は、使用する金属、セラミックまたはガラスセラミックの粉末のそれぞれのWAK値を考慮して、高分子電解質およびバインダ(ポリマー)の割合により、冷間鋳造型のWAK値に適合させることができ、冷間鋳造型および混合コンパウンドが同様または同一の熱膨張を受ける。付加的または代替的には、バインダの割合を増加させることによって(圧粉体状態の)混合コンパウンドの機械的安定性を高めることができる。
圧力充填方法でも歯科用成形品に必要とされる冷間鋳造型の寸法安定性を達成するためには、冷間鋳造型は、ショア-Aに準拠した少なくとも15および/またはショア-Dに準拠した少なくとも10のショア硬度、ならびに少なくとも5MPaの弾性率を有する。冷間鋳造型のキャビティの境界をなす壁は、好ましくはそれぞれ少なくとも0.01mmの壁厚を有する。ショア硬度は、エラストマーおよびプラスチックの材料パラメータであり、DIN EN ISO 868、DIN ISO 7619-1およびASTM D2240-00の規格で規定されている。引張係数またはヤング率とも称される弾性率は、プラスチックについては特にDIN EN ISO 527-1:2019-12に準拠して決定される。
歯科用成形品の製造に適した本発明による冷間鋳造型の例示的なプロトタイプは、ステレオリソグラフィ3D印刷法に従い、以下の物理的特性、すなわち
ASTM法 特性の説明 メートル法 ヤードポンド法
D638M 引張係数 2100MPa 305000psi
D638M 破断強度 44.9MPa 6500psi
D638M 破断伸び 6.1% 6.1%
D790M 曲げ強さ 74.3MPa 10770psi
D790M 曲げ弾性率 2200MPa 329000psi
D224 硬度(ショアD)85 85
D256A アイゾッド衝撃強さ 0.23J/cm 0.46ft lb/in
D570-98 吸水率 0.7% 0.7%
D648 0.46MPa(66psi)でのHDT 59℃ 138°F
D648 1.82sMPa(264psi)でのHDT 50℃ 122°F
で製造されている。
冷間鋳造型のキャビティの境界をなす1つ以上の壁を透明かつ/または紫外線透過性に形成する冷間鋳造型の付加構築のための出発原料の使用により、冷間鋳造型の充填の光学モニタリングが可能である。例えば、混合コンパウンドまたは複数のそれぞれ異なる混合コンパウンドを光学マーカー、特に食用色素で標識することができる。その後、冷間鋳造型の充填をカメラで自動的にモニタリングすることができる。
さらに、冷間鋳造型の適用可能性を光硬化性混合コンパウンドにも拡大することができ、相応に適応化された、成形品、特に歯科用成形品を製造する方法にて冷間鋳造型の内部で混合コンパウンドを光硬化させる。
したがって、冒頭に提示した本発明の課題は、先の実施形態の1つに従って本発明による冷間鋳造型を用いて易焼結性混合コンパウンドから成形品、特に歯科用成形品を製造する請求項20による方法、および先の実施形態の1つに従って本発明による冷間鋳造型を用いて光硬化性混合コンパウンドから成形品、特に歯科用成形品を製造する請求項30による方法によっても解決される。
本発明による冷間鋳造型を用いて歯科用セラミックまたはガラスセラミック粉末またはスラリー、歯科用金属粉末またはスラリー等の易焼結性混合コンパウンドから成形品、特に歯科用成形品、特にクラウン、ブリッジ、歯科インプラントパーツ、義歯等を製造する本発明による方法は、以下の方法工程:
-キャビティと、キャビティに開口する少なくとも1つの第1の開口部と、キャビティに開口する少なくとも1つの第2の開口部とを有する、冷間鋳造型を準備および/または製造する工程と、
-冷間鋳造型のキャビティに、少なくとも1つの第1の開口部を介して易焼結性混合コンパウンドを充填する工程と、
-易焼結性混合コンパウンドを冷間鋳造型のキャビティ内で硬化および/または固化させる工程と
を有する。
充填時にも、混合コンパウンドの硬化および/または固化時にも、混合コンパウンドに含まれかつ/または閉じ込められた気体および/または液体は、少なくとも1つの第2の開口部を介してキャビティから排出される。任意に、充填に続いて、混合コンパウンドに含まれかつ/または閉じ込められた気体および/または液体は、方法の全過程にわたって密閉されないままの少なくとも1つの第1の開口部を介して逃げることもできる。
混合コンパウンドの硬化および/または固化中に既に、あるいは選択的には、混合コンパウンドが完全に、特に圧粉体硬度まで硬化した後に初めて、
-冷間鋳造型の熱的および/または熱化学的分解を、特に200℃~650℃の温度範囲の温度で開始する。最後に、
-混合コンパウンドを最終硬度まで、特に900℃~2500℃の温度範囲の温度で、即時使用可能な成形品、特に歯科修復物等の歯科用成形品が得られるまで焼結する。任意に、冷間鋳造型の熱的および/または熱化学的分解は、焼結中に継続しても、または終了してもよい。
本発明によると、特許請求される製造方法は、流体を通すようにキャビティと連結された少なくとも2つの開口部を有する冷間鋳造型を用いて行われ、冷間鋳造型のキャビティは、一方の第1の開口部を介して充填され、少なくとも他方の第2の開口部を介して、混合コンパウンドに含まれる流体、例えば希釈剤または混合コンパウンドに閉じ込められた流体、例えば封入空気が混合コンパウンドからまたはキャビティから排出される。また、本発明による方法では、少なくとも2つの開口部によって、スラリーまたは懸濁液等の、バインダを含有し、かつ/または湿ったもしくはペースト状の混合コンパウンドの硬化および/または固化が可能となる。
したがって、方法の発展形態によると、混合コンパウンドがスラリーおよび/またはペースト状の物質として存在し、希釈剤、特に水を含み、混合コンパウンドを冷間鋳造型のキャビティ内で乾燥により硬化させ、混合コンパウンドの液体部分および/または水分を、少なくとも1つまたは複数の第2の開口部によって冷間鋳造型から排出させ、特に混合コンパウンドから取り去ることが好ましい。
有利な方法構成では、混合コンパウンドは金属粉末、特にCrCo粉末、またはセラミック粉末、特に酸化ジルコニウム粉末および/もしくは酸化アルミニウム粉末、またはガラスセラミック粉末、特に二ケイ酸リチウム粉末と、バインダとを含み、この方法構成の発展形態では、混合コンパウンドを冷間鋳造型のキャビティ内で圧粉体硬度まで硬化させる。
バインダを含有する混合コンパウンドは、加圧せずに乾燥させるだけで冷間鋳造型内で圧粉体硬度まで硬化させることができる。すなわち、バインダの使用により、従来技術から既知の高コストの静水圧プレス成形なしで済ませることができる。しかしながら、この場合、同様に従来技術に記載される方法とは対照的に、混合コンパウンドの硬化を冷間鋳造型を開けた状態で(「蓋」なしで)行う必要があり、その際には、流体は、少なくとも1つの第2の開口部を介し、場合によりさらに少なくとも1つの第1の開口部を介して冷間鋳造型のキャビティから排出される。
多くのタイプのバインダが従来技術から既知であり、大部分が比較的低い融点をもたらす樹脂、界面活性剤、高分子電解質、ポリマーおよび/またはワックス等の有機物質からなる。
脱バインダを行う前またはバインダが溶融し始める前に混合コンパウンドからの冷間鋳造型の慎重な剥離を実現するために、方法の変形形態によると、冷間鋳造型の耐熱性および/または熱形状安定性、特に冷間鋳造型の融点および/または分解温度は、バインダの融点を下回り、かつ/または金属粉末もしくはセラミック粉末の焼結温度を下回る。
本発明による方法については、熱的にかつ/または熱化学的に分解可能な冷間鋳造型の使用が企図される。好ましくは、冷間鋳造型の熱的および/または熱化学的分解は、焼結炉内で行われ、冷間鋳造型を開き、その中にある混合コンパウンドとともに焼結炉に入れる。冷間鋳造型の分解は、200℃~650℃の範囲の温度で既に開始するか、または完全に行うことができる。易焼結性混合コンパウンドに含まれるセラミック粉末または金属粉末のそれぞれの焼結温度は、1200℃~2500℃の範囲にあるため、完成した、すなわち最終硬度まで緻密焼結された成形品、特に歯科用成形品が得られるまでに、冷間鋳造型が完全またはほぼ完全に熱的にかつ/または熱化学的に分解される。このようにして焼結プロセスの前またはその最中に追加の作業工程を行わずに、冷間鋳造型を慎重に、成形品を損傷することなく取り外すことができる。
任意の方法工程では、混合コンパウンドが、実際の焼結の前に、特に650℃~1300℃の温度範囲の温度で予備焼結され、成形品を最終硬度まで圧縮する前にバインダ部分を除去することが企図される。
方法の変形形態によると、冷間鋳造型の分解を無酸素条件下で熱分解的に行うことができる。このため、特に、冷間鋳造型は、その中に含まれる混合コンパウンドとともに、真空および/または保護雰囲気下での焼結が可能な焼結炉に入れられる。この方法の変形形態は、酸化による成形品の損傷を回避するための、例えばCrCo合金からなる金属の歯科用成形品の製造に特に適している。
しかしながら、方法の別の変形形態によると、酸素供給下で燃焼によっても冷間鋳造型の分解が可能であり、特にセラミックによる歯科の利点が得られる。
本発明による冷間鋳造型を用いて光硬化性混合コンパウンドから成形品、特に歯科用成形品を製造する本発明による方法は、以下の工程:
-キャビティと、キャビティに開口する少なくとも1つの第1の開口部と、キャビティに開口する少なくとも1つの第2の開口部とを有する、冷間鋳造型を準備および/または製造する工程と、
-冷間鋳造型のキャビティに、少なくとも1つの第1の開口部を介して光硬化性混合コンパウンドを充填する工程と、
-光硬化性混合コンパウンドを冷間鋳造型のキャビティ内で硬化および/または固化させる工程であって、混合コンパウンドに含まれかつ/または閉じ込められた気体および/または液体を、少なくとも1つの第2の開口部を介してキャビティ(110)から排出させる工程と
を含む。光硬化性混合コンパウンドからの成形品、特に歯科用成形品の製造についても、本発明によると、その中に含まれる流体が充填および/または硬化もしくは固化の際に少なくとも1つの第2の開口部を介して逃げることができることが企図される。特に、充填時に互いに混合する必要がある多成分材料を使用する場合、望ましくない封入空気が生じることが多い。かかる封入空気は、混合コンパウンドがまだ充填されている間に冷間鋳造型の少なくとも1つの第2の開口部を介して逃げることができる。
選択的に、冷間鋳造型の熱的および/または熱化学的分解なしで済ませることができる。本発明によると、冷間鋳造型は、冷間鋳造型の1つ以上の目標破断点に沿って混合コンパウンドから分離または剥離され、特に即時使用可能な成形品、特に歯科修復物等の歯科用成形品が得られる。目標破断点は、好ましくは冷間鋳造型の製造時に既に形成され、特に他の壁部と比べて小さな壁厚を有する壁部であってもよい。特に、圧縮空気を吹き込むか、または偏心工具を使用することで、混合コンパウンドの硬化および/または固化後に冷間鋳造型を目標破断点に沿って「引き裂き」、成形品から引き離すことができる。
有利な方法構成によると、混合コンパウンドは、有機材料、特にプラスチックまたはプラスチック系複合材料、特にプラスチック系ハイブリッド複合材料またはナノハイブリッド複合材料を含む。このようなコンポジットは、歯科技術ではこれまで主に充填物または暫間補綴物に使用されている。しかしながら、特に、ナノメートル範囲の粒径を有する繊維または粒子の充填量が高いナノハイブリッド複合材料を用いて、歯科修復物等の歯科用成形品に必要とされる硬度および不浸透性に関する材料特性を原則として達成することもできる。
方法の有利な変形形態では、混合コンパウンドを、例えば二成分バインダを用いた化学反応によって冷間鋳造型のキャビティ内で硬化させる。この化学反応は、熱の作用および/または水分除去によって開始することができる。特に好ましくは、化学反応は光の作用によって引き起こされ、その際、冷間鋳造型のキャビティの境界をなす壁は透明かつ/または紫外線透過性であり、冷間鋳造型に光源、特に紫外線ランプで照射を行う。
好ましくは、混合コンパウンドを冷間鋳造型のキャビティ内で所望の最終硬度、すなわち完成成形品の硬度まで硬化させた後、冷間鋳造型を剥離または除去する。
以下の説明の段落は、易焼結性混合コンパウンドからの成形品の本発明による製造と、化学硬化性、特に光硬化性混合コンパウンドからの成形品の本発明による製造との両方に適用可能な有利な方法の変形形態を含む。
したがって、例えば、冷間鋳造型、特に冷間鋳造型のキャビティの境界をなす壁を、混合コンパウンドを充填する前にコーティング剤でコーティングし、冷間鋳造型と混合コンパウンドとの間の摩擦結合および/または材料結合を回避することができる。
混合コンパウンドを充填する少し前または直前に冷間鋳造型を有機油性液体、例えば石油の入ったボウルに沈めるか、または代替的には、有機油性液体、例えば石油ですすぐことが考えられる。このようにして、第1および/または第2の開口部を閉じることなく、冷間鋳造型のキャビティの境界をなす壁と混合コンパウンドとの間に耐熱保護層を簡単かつ単純に形成することができる。
好ましくは、冷間鋳造型のキャビティを圧力の作用下で充填し、その際、キャビティに存在する内圧は、混合コンパウンドをキャビティに供給する充填圧力よりも小さい。
実用化においては、このために2つの基本的な変形形態が考えられる。いわゆる真空充填(例えばボトルの充填システムでも同様に実施される)の場合、キャビティの内部に周囲に対する陰圧または真空(0.1mbar~0.5mbar)を生じさせ、混合コンパウンドをキャビティ内に「吸い込ませる」ことができる。充填後に真空または陰圧を解放することで、液体および/または気体が少なくとも1つの第2の開口部および/または少なくとも1つの第1の開口部から漏出することができる。この第1の変形形態においては、充填圧力は周囲圧力に相当する。第2の変形形態では、例えばポンプ、スクリューコンベヤまたは簡単な加圧シリンジを用いて、例えば1.5mbar~10barの範囲の過圧で混合コンパウンドをキャビティに注入することができ、液体および気体は、充填時に既に少なくとも1つの第2の開口部から漏出することができる。既知の圧力充填方法は、例えば射出成形法である。
充填後に、混合コンパウンドを冷間鋳造型のキャビティ内にて熱の作用下で硬化させると有利であり、その際、混合コンパウンドを充填し、開いた冷間鋳造型を乾燥キャビネットもしくは気候キャビネット、または焼結炉に入れ、温度を35℃~120℃、好ましくは50℃~120℃の温度範囲に設定する。必要に応じて、空気湿度も所望の値に設定することができる。慎重で均一であり、同時に迅速な乾燥のためには、1%~最大50%の範囲の空気湿度が有利であることが判明した。
熱の作用および必要に応じて空気湿度の低下により、例えば乾燥プロセスの場合の混合コンパウンドの硬化および/または固化を促進することができる。特に、周囲、すなわち乾燥キャビネットもしくは気候キャビネット内、または焼結炉内に存在する雰囲気もしくは周囲空気を乾燥させることで、混合コンパウンドに含まれる水分および/または液体がキャビティから周囲へと迅速に排出される。特に、複数の第2の開口部が細孔および/または毛細管のように貫通する多孔性および/または吸湿性の面によって冷間鋳造型の壁が設計されている場合、この効果は乾燥時間に相当な影響を及ぼす可能性がある。
方法の一選択肢によると、キャビティの境界をなす壁とその中にある混合コンパウンドとの剥離を容易にするために、冷間鋳造型を混合コンパウンドの充填後、好ましくはその硬化後にも可塑化し、その際、混合コンパウンドを充填した冷間鋳造型を乾燥キャビネットもしくは気候キャビネット、または焼結炉に入れ、温度を35℃~300℃、好ましくは45℃~180℃の温度範囲に設定する。この際に有機材料またはプラスチックの材料特性を利用することができる。冷間鋳造型の融点に到達する前に有機材料、特にプラスチックが軟化し始め、冷間鋳造型が可塑化可能または塑性変形可能になる。圧縮空気を適切に吹き込むことで、軟らかく変形しやすい冷間鋳造型を、好ましくは硬化した混合コンパウンドから引き離すことができる。
例えば、特に迅速かつ均一な充填は、冷間鋳造型のキャビティに複数の第1の開口部を介して混合コンパウンドを充填する、方法の一実施形態に従って行うことができる。
したがって、例えば充填時の早すぎる(光による)硬化および/または固化を防ぐために、例えば2つ以上の成分からなる混合コンパウンドを、対応する2つ以上の第1の開口部を介して冷間鋳造型のキャビティに充填することができる。
この実施形態の発展形態では、冷間鋳造型のキャビティに、複数の第1の開口部を介して、着色ならびに/または不透明度の生成のための添加剤を含有するそれぞれの混合コンパウンドを充填し、互いに異なる色合いならびに/または不透明度の領域を有する成形品、特に歯科用成形品を製造する。
このようにして、歯の自然な外観を模倣することができる。このために、それぞれ異なる混合コンパウンドが、特に完成成形品にBad SaeckingenのVita社の標準カラーリング(Farbrings)A1~A4、B1~B4、C1~C4およびD1~D4に従う色合いをもたらす種々異なる添加剤を含むことができる。対応する添加剤が従来技術から多数知られている。適切な着色元素の例はFe、Mn、Cr、Ni、Co、Pr、Ce、Eu、Gd、Nd、Yb、Tb、ErおよびBiである。
最後に、有利な方法の変形形態によれば、冒頭で説明した冷間鋳造型の製造方法の方法の変形形態の1つに従って冷間鋳造型を製造する。
本発明に基づく更なる詳細、特徴、(下位)特徴の組合せ、利点および効果が、本発明の好ましい実施例の以下の説明および図面から明らかとなる。
充填チャネルと補償容積部とを備える本発明による冷間鋳造型の第1の実施例の概略的な斜視図である。 図1の冷間鋳造型の断面図である。 充填チャネルを備える本発明による冷間鋳造型の第2の実施例の概略的な斜視図である。 合計5つの充填チャネルを備える本発明による冷間鋳造型の第3の実施例の断面図である。 5つの充填チャネルと混合手段とを備える本発明による冷間鋳造型の第5の実施例の概略的な斜視図である。 充填手段が接続された図5の冷間鋳造型の断面図である。 壁補強材および目標破断点を有する本発明による冷間鋳造型の第4の実施例の概略的な側面図である。 本発明による冷間鋳造型を用いて製造された成形品の概略的な斜視図である。 それぞれ異なる混合コンパウンドが充填された図4の冷間鋳造型の断面図である。 それぞれ異なる混合コンパウンドが充填された、図9の冷間鋳造型のキャビティの概略図である。 それぞれ異なる混合コンパウンドが充填された、図9の冷間鋳造型のキャビティの断面図である。 成形品、特に歯科用成形品を製造する本発明による方法の例示的な進行の流れ図である。 混合コンパウンドを電気泳動で充填した図1および2の冷間鋳造型の概略的な断面図である。 圧力の作用下で混合コンパウンドを充填した図1および2の冷間鋳造型の概略的な断面図である。 キャビティが歯科修復物の形状に対応する冷間鋳造型の概略図である。
図面は単なる例示であり、本発明の理解を助けるためのものにすぎない。同じ要素には同じ参照符号を付しているため、通例、一度しか説明しない。
図1および図2はそれぞれ、本発明による冷間鋳造型100の第1の実施例を概略的な斜視図または断面図で示す。冷間鋳造型100は、ここでは例示的に試験片の形態で製作され、そのキャビティ110は、成形品210の壁厚を0.30mm~10mmの範囲とする、歯科用成形品210に典型的な幾何学的特性を有する。冷間鋳造型100のキャビティ110は、冷間鋳造型100の外壁121および内壁122によって画定されるため、完成成形品210、例えばクラウンが、例えばアバットメントの形状に対応する内部空洞211(図8参照)を有し、それによりクラウンをアバットメントに装着することができる。内壁122は、このために円筒形または円錐台形をなす。第1の開口部111が、歯科用成形品210に対する咬合外壁121の1つを貫通して、キャビティ110に開口する。第1の開口部111を介してキャビティ110に混合コンパウンド200が充填される。内壁122には、例えば混合コンパウンド200に含まれる流体205、207および/または封入空気208を充填時に既に逃がすことを可能にする複数の第2の開口部112が貫通形成されている。充填後に、流体205、207、208は任意に、さらに第1の開口部111を介して漏出することができる。複数の第2の開口部112が、ここに例示的に示されているように、キャビティ110の内殻面に篩のように貫通形成されてもよい。代替的には、複数の第2の開口部112を細孔および/または毛細管のように製作し、多孔性および/または吸湿性の面を形成することができる。
第1の開口部111には、補償容積部131を有する充填チャネル130が流体を通すように接続されている。充填チャネル130には、キャビティ110への混合コンパウンド200の充填を容易にするために、充填手段400、例えば注入シリンジ420、特に低圧注入シリンジ(図15参照)、またはホース410のような導管(図6参照)を接続することができる。補償容積部131は、混合コンパウンド200の或る種のリザーバとして働くため、第2の開口部112から逃げる流体205、207、208の体積減少は、補償容積部131に保持される混合コンパウンド200によって補償され得る。図示した実施例においては、冷間鋳造型100が充填チャネル130および補償容積部131と一体に製造されている。
図3に、本発明による冷間鋳造型100の第2の実施例の概略的な斜視図を示す。この冷間鋳造型100は、充填チャネル130が(任意の)補償容積部131なしに形成されており、チャネル状の第2の開口部112が咬合外壁121に一体的に開口していることを除いて、図1および図2に示した第1の実施例に相当する。充填チャネル130は、選択的に一体的に、あるいは冷間鋳造型(100)の付属部分として実装することができ、その第1の開口部111がキャビティ(110)に開口する。この変形形態では、第1の開口部111が第2の開口部112を同心円状に貫通している。必要に応じて、別個の補償容積部131を、特に充填手段400の構成要素として充填チャネル130に接続することができる。
合計5つの充填チャネル130を備える本発明による冷間鋳造型100の第3の実施例の断面図を図4に見ることができる。充填チャネル130はそれぞれ、冷間鋳造型100の咬合外壁121を貫通する第1の開口部111を介してキャビティ100に開口する。充填チャネル130の各々が、流体を通すように対応する補償容積部131と連結される。冷間鋳造型100には、選択的に充填チャネル130の1つ以上を介して同じまたは異なる混合コンパウンド200を充填することができ、この場合、充填に使用されない充填チャネル130がそれぞれの第2の開口部112として機能し、混合コンパウンド200に含まれる流体205、207および/または封入空気208を排出させるように働く。特に、全ての充填チャネル130を使用する場合、冷間鋳造型100のキャビティ110の迅速かつ特に均一な充填が可能である。
図5には、本発明による冷間鋳造型100の第4の実施例の概略的な斜視図を見ることができる。この冷間鋳造型100は、咬合外壁121を貫通する第1の開口部111を介してキャビティ110に開口する、合計5つの充填チャネル130を有する。充填チャネル130の1つが、ここではスクリューコンベヤの形態の搬送および/または混合手段132を備える。この充填チャネル130は、他の4つの充填チャネル130よりも断面積が大きく、特に直径が大きく形成される。示している図によると、搬送および/または混合手段132は、好ましくは冷間鋳造型100と一体に製作された充填チャネル130に追加の構成要素として挿入される。特に有利には、搬送および/または混合手段132を冷間鋳造型100の製造の最中に充填チャネル130の内部に直接に付加形成することができる。
図6には、それぞれの充填チャネル130に流体を通すように接続された追加のそれぞれの補償容積部131を有する図5による冷間鋳造型を断面図で示す。充填手段400が、搬送および/または混合手段132を含む充填チャネル130に2本のホース420を介して接続される。混合コンパウンド200がホース420を介して冷間鋳造型100に供給される。ここに示した実施例は、例えば2つの成分から構成される混合コンパウンド200に特に好適である。この2つのホース420を介して、成分を初めに充填チャネル130に別々に導き、そこで搬送および/または混合手段132によって互いに混合することができ、その後、混合された混合コンパウンド200が第1の開口部111を介してキャビティ110に入る。
本発明による冷間鋳造型100の第5の実施例を図7に概略的な側面図で見ることができる。冷間鋳造型100は、キャビティ110の境界をなす外壁121に沿って、それぞれフランジ状の2つの壁補強材または突出部123と一体に形成されている。両壁補強材123の間に位置する、対応する外壁121の部分は、壁補強材123と比べて小さな壁厚で製造されるため、目標破断点124として働く。偏心工具125を2つの壁補強材123の間に差し込むことで、冷間鋳造型100を目標破断点124に沿って「こじ開け」、冷間鋳造型100をその中で硬化した混合コンパウンド200から引き離すことができる。
歯科用成形品210に必要とされる最終硬度まで硬化させた混合コンパウンド200を、試験片として形成した冷間鋳造型100を用いて製造された完成成形品210として図8に見ることができる。成形品210は、0.3mm~10mmの範囲の壁厚を有する。成形品210の下部先端部分には、凹部211が形成され、その形状は歯科用成形品210、例えばクラウンを装着するためのアバットメントの形状に対応する。冷間鋳造型100の内壁122を篩様構造で貫通する複数の第2の開口部112により(図2参照)、凹部211の内向きの壁は、ネップ状の(noppenartigen)表面212を備える。ネップ状の表面212は、歯科用成形品210、例えばクラウンと、例えばアバットメントとの間の保持を改善する。
図9に図4の冷間鋳造型100を断面図で示す。ここでは、冷間鋳造型100のキャビティ110に充填手段400を介してそれぞれ異なる混合コンパウンド201、202、203、204が充填される。混合コンパウンド201、202、203、204は、完成成形品210の着色および/または不透明度の生成に適した添加剤をそれぞれ含有する。混合コンパウンド201、202、203、204の各々が、好ましくは、それ自体の充填チャネル130およびそれぞれに接続された第1の開口部111を介してキャビティ110に充填される。
図10および図11はそれぞれ、それぞれ異なる混合コンパウンド201、202、203、204が充填されたキャビティ110の概略的な断面図を示す。例えば、キャビティ110の下部先端部分には第3の混合コンパウンド203、2つの外側の咬合部分には第1の混合コンパウンド201または第4の混合コンパウンド204、中間の咬合部分には第2の混合コンパウンド202を充填することができる。最終硬度まで硬化および/または固化すると、完成歯科用成形品210は、それぞれ異なる色合いもしくは歯色、および/またはそれぞれ異なる不透明度もしくは透明度の領域または部分を有する。
図12は、歯科用成形品210を製造する本発明による方法の例示的な進行の流れ図を示す。この場合、初めに冷間鋳造型100が準備または製造される(1)。冷間鋳造型100は、付加材料構築法によって、例えば3Dプリンタを用いて構築され、冷間鋳造型100は、少なくとも1つの第1の開口部111と少なくとも1つの第2の開口部112とを有する。出発原料150として、好ましくは熱的にかつ/または熱化学的に分解可能なプラスチックが使用される。選択的に、冷間鋳造型100には製造時に既に1つ以上の目標破断点124が形成されてもよい。任意に、冷間鋳造型100は、混合コンパウンド200を充填する前にコーティング剤220でコーティングされてもよい(1.1)。コーティング剤220としては、例えば石油が適切であり、この場合、冷間鋳造型100は好ましくは石油の入ったボウルに沈められる。続いて、冷間鋳造型100に混合コンパウンド200が充填される(2)。所望の成形品210に応じて、混合コンパウンド200は、歯科用成形品の製造に適したセラミック、金属またはプラスチックの粉末209を含む。好ましくは、それぞれの粉末209が、希釈剤205、例えば水または有機溶媒と混ぜ合わせてスラリーまたはペースト状の物質とされ、バインダ206と混合されて、使用前に調整される。混合コンパウンド200は、少なくとも1つの第1の開口部111を介して冷間鋳造型100のキャビティ110に充填される。充填時に既に、混合コンパウンド200に含まれる流体207、特に希釈剤205または封入空気208が少なくとも1つの第2の開口部112を介して逃げることができる。充填後に、混合コンパウンド200は、冷間鋳造型100の内部、より正確にはそのキャビティ110内で硬化する(3)。硬化を促進するために、冷間鋳造型100は、例えば周囲の所望の空気湿度を調整するための乾燥キャビネットまたは気候キャビネットに置かれ、熱230に曝されることで、混合コンパウンド200の液体成分の迅速な乾燥または蒸発が行われる。この場合、流体207、希釈剤205または封入空気208は、さらに少なくとも1つの第2の開口部112を介し、任意にさらに少なくとも1つの第1の開口部111を介して逃げることができる。プラスチック製の歯科用成形品210の製造では、冷間鋳造型100は透明に形成され、光231、特に紫外光に曝される。歯科用プラスチックの場合、冷間鋳造型100内で最終硬度まで硬化させることが可能である。セラミックまたは金属の歯科用成形品210の製造では、冷間鋳造型100内での硬化は、好ましくは圧粉体硬度まで行われる。圧粉体の安定性は、バインダ206の使用によって達成することができる。
硬化後、選択的に冷間鋳造型100の可塑化(3.1)を行うことができる。このために、冷間鋳造型100は、その中にある硬化した混合コンパウンド200とともに焼結炉に入れられ、焼結炉内は35℃~300℃、特に50℃~300℃の範囲の温度に設定される。冷間鋳造型100のプラスチックは、軟化し、例えば圧縮空気232を吹き込むことで「膨らまされ」、混合コンパウンド200から剥離させることができる。歯科用プラスチック成形品210の場合、冷間鋳造型100が、機械的な力の作用により、製造時に形成された1つ以上の目標破断点124に沿って開かれ(4.B)、完成した歯科用成形品210が取り出される。
セラミックまたは金属の歯科用成形品210の製造では、混合コンパウンド200が最終硬度まで硬化する前またはその最中に、冷間鋳造型100が熱的にまたは熱化学的に分解する(4.A)。このために、冷間鋳造型100は、その中にある混合コンパウンド200とともに焼結炉に入れられ、熱的分解、すなわち酸素排除下での熱分解、または熱化学的分解、すなわち酸素による燃焼が、出発原料150が完全またはほぼ完全に溶解する200℃~650℃の温度範囲の温度で開始される。混合コンパウンド200を650℃~1300℃の温度範囲の温度で任意に予備焼結してもよく(5.1)、この際、バインダ206が気化する。最後の最終または緻密焼結(5)では、混合コンパウンド200が900℃~2500℃の温度範囲の温度で最終硬度まで圧縮され、これを完成した歯科用成形品210として焼結炉から取り出すことができる。未だ完全に分解されていなかった、冷間鋳造型100の存在し得る残留物は、予備または最終焼結の際にも分解される。
図13は、電気泳動、特に電気濾過による図2の冷間鋳造型100の可能な充填の概略図を示す。充填手段400は、ここでは電気泳動装置の形式で形成される。電気濾過のためには、混合コンパウンド200が導電性であり、例えば金属粉末を含む必要があるが、冷間鋳造型100は、選択的に絶縁体として、例えばプラスチックから、または同様に導電性として導電性のポリマーから製造される。冷間鋳造型100の少なくとも1つの第1の開口部111は、混合コンパウンド200を介して充填手段400の陰極430と導電的に接続される。複数の第2の開口部112は、同様に導電性の混合コンパウンド200を介して充填手段400の陽極431と導電的に接続される。電圧源432によって電圧を印加することで、陰極430から陽極431への粒子輸送を引き起こす電流を生じさせることができる。冷間鋳造型100の電気泳動による充填中に既に、希釈剤205の約80%が混合コンパウンド200から逃げ、プロセス時間が相当に短縮されることが実験から判明した。混合コンパウンド200中に留まる残留水分は、上で詳述したように、混合コンパウンド200が硬化および/または固化するまで、複数の第2の開口部112を介し、特にそれによって形成される多孔性および/または吸湿性の面を介して逃げる。好ましくは、陰極430の領域に配置された第1の開口部111またはこれに接続された充填チャネル130は、水性の混合コンパウンド200の場合に、混合コンパウンド200の均質性を確実にするために、そこで形成される水素を逃がすことを可能にする管状サイフォン433を備える。
図14は、圧力の作用下で混合コンパウンド200が空気圧によって充填された図1および図2の冷間鋳造型100の概略的な断面図を示す。この方法は、粉末状の混合コンパウンド200の均質な充填に特に好適であるが、スラリーまたはペースト状の物質にも適している。充填のために、冷間鋳造型100またはそのキャビティ110が集塵袋のように使用され、キャビティ110の内部に存在する圧力は、周囲圧力よりも小さい。これは、ここでは加圧装置として形成される充填手段400の加圧下の搬送管440を介して混合コンパウンド200をキャビティ110に供給することによっても実現することができる。搬送管440への混合コンパウンド200の導入は、回転弁、圧力容器および/または圧力搬送システムを用いて実現することができる。
さらに、代替的または付加的には、冷間鋳造型100のキャビティ110内に真空を生じさせることもでき、これにより混合コンパウンド200の真空搬送あるいはまた吸引搬送が実現される。混合コンパウンド200を少なくとも1つの第1の開口部111を介して吸い込ませ、冷間鋳造型100のキャビティ110内に搬送するために、真空発生器441を用いて中心にまたは分散的に真空が形成される。混合コンパウンド200は、複数の第2の開口部112またはその間の壁部を介してキャビティ110の内部に押し留められる。混合コンパウンド200の搬送に使用される搬送用空気442は、複数の第2の開口部112を通過し、粒子フィルタ443を介して周囲から供給される。充填の制御は、流体を通すように充填チャネル130と連結されたバイパスチャネル444によって簡易化される。
最後に、図15は、冷間鋳造型100が歯科用成形品210の形状に対応するキャビティ110を有する本発明の例示的な実施形態を示す。3Dプリンタ300の印刷ノズル310も図に概略的に示されており、この印刷ノズル310により冷間鋳造型100が出発原料150から一体に付加構築される。冷間鋳造型100は、バルブ制御された補償容積部131を介して充填チャネル130に流体を通すように接続される第1の開口部111を有する。充填チャネル130を介し、充填手段400、ここでは例示的に注入シリンジ420によってキャビティ110に混合コンパウンド200が充填される。混合コンパウンド200に含まれる流体207または充填時に生じる封入空気208は、複数の第2の開口部112を介してキャビティ110から排出される。第2の開口部112は、ここでは外壁121の毛細管または細孔として形成されるため、肉眼では認識することができない。複数の第2の開口部112によって、混合コンパウンド200に含まれる流体207または水分をキャビティから外部環境へと導く多孔性または吸湿性の面が生じる。
100 冷間鋳造型
110 キャビティまたはツール形状
111 第1の開口部
112 第2の開口部
120 壁
121 外壁
122 内壁
123 壁補強材/壁突出部
124 目標破断点
125 偏心工具
130 充填チャネル
131 補償容積部
132 搬送および/または混合手段
140 支持構造
150 出発原料
200 混合コンパウンド
201、202、203、204 添加剤を含む混合コンパウンド
205 希釈剤
206 バインダ
207 流体
208 封入空気
209 粉末
210 成形品
211 凹部
220 コーティング剤
230 熱/空気湿度
231 光
232 圧縮空気
300 3Dプリンタ
310 印刷ノズル
400 充填手段
410 ホース
420 注入シリンジ、特に低圧注入シリンジ
430 陰極
431 陽極
432 電圧源
433 管状サイフォン
440 搬送管
441 真空発生器
442 搬送用空気
443 粒子フィルタ
444 バイパスチャネル
方法工程:
1 冷間鋳造型の準備および/または製造
1.1 冷間鋳造型のコーティング
2 冷間鋳造型への混合コンパウンドの充填
3 冷間鋳造型内の混合コンパウンドの硬化および/または固化
3.1 冷間鋳造型の可塑化
4.A 冷間鋳造型の熱的または熱化学的分解
4.B 冷間鋳造型と混合コンパウンドとの機械的分離
5.1 予備焼結
5 焼結

Claims (41)

  1. 混合コンパウンド(200)から成形品(210)、特に歯科用成形品(210)を製造するための冷間鋳造型(100)を製造する方法であって、
    前記冷間鋳造型(100)に、デジタルデータセットによる、特に患者の口腔の空間モデルに基づく、前記歯科用成形品(210)に幾何学的に対応するキャビティ(110)と、前記混合コンパウンド(200)の充填のための、前記キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第1の開口部(111)とを、付加材料構築法、特に3Dプリンタ(300)を用いた3D印刷法によって出発原料(150)から付加構築する、方法において、
    前記冷間鋳造型(100)に、気体、特に封入空気(208)および/または液体、特に希釈剤(205)の排出のための、前記キャビティ(110)に開口しかつ/または前記キャビティ(110)外へ通じる少なくとも1つの第2の開口部(112)を付加構築することを特徴とする、方法。
  2. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)の境界をなす少なくとも1つの壁(120)に、全体的にまたは部分的に、気体、特に封入空気(208)および/または液体、特に希釈剤(205)の排出のための、前記キャビティ(110)に開口しかつ前記壁(120)を貫通する複数の第2の開口部(112)を付加構築することを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 前記複数の第2の開口部(112)が、前記壁(120)を貫通する細孔および/または毛細管のように形成されるため、前記壁(120)が全体的にまたは部分的に多孔性および/または吸湿性を有することを特徴とする、請求項2記載の方法。
  4. 前記冷間鋳造型(100)に、前記少なくとも1つの第1の開口部(111)に流体を通すように接する充填チャネル(130)を付加構築することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 前記充填チャネル(130)が、混合コンパウンド(200)を保持するための少なくとも1つの補償容積部(131)と、流体を通すように連結されることを特徴とする、請求項4記載の方法。
  6. 前記冷間鋳造型(100)に、混合コンパウンド(200)を同時にまたは時間をずらして充填するために、それぞれ前記キャビティ(110)に開口する2つ以上の第1の開口部(111)を付加構築することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 前記冷間鋳造型(100)の付加構築に有機材料、特に有機ポリマーまたはプラスチックを出発原料(150)として使用することで、前記冷間鋳造型(100)が可塑化可能であり、かつ/または熱的にかつ/もしくは熱化学的に分解可能であることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 前記冷間鋳造型(100)の付加構築に使用される前記有機材料が、40℃~300℃の温度範囲の融点または分解温度を有することを特徴とする、請求項7記載の方法。
  9. 前記冷間鋳造型(100)の付加構築に使用される前記有機材料が、熱の作用により、特に35℃~300℃の温度範囲、好ましくは45℃~180℃の温度範囲の温度で可塑化可能または軟化可能であることを特徴とする、請求項7または8記載の方法。
  10. 前記冷間鋳造型(100)の付加構築に使用される前記有機材料が、熱の作用により、特に200℃~650℃の温度範囲の温度で熱分解によって熱的に、かつ/または燃焼によって熱化学的に分解可能であることを特徴とする、請求項7から9までのいずれか1項記載の方法。
  11. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)の境界をなす少なくとも1つの壁(120)に目標破断点(124)、特に部分的により小さな壁厚を有する目標破断点(124)を付加構築することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
  12. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)の幾何学的設計のための特に患者の口腔の空間モデルに基づく前記デジタルデータセットが、前記混合コンパウンド(200)の焼結および/または硬化に起因する体積収縮を含むことを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
  13. 混合コンパウンド(200)から成形品(210)、特に歯科用成形品(210)を製造するための冷間鋳造型(100)であって、
    付加材料構築法、特に請求項1から12までのいずれか1項記載の方法によって一体に製造されており、成形品(210)、特に歯科用成形品(120)に幾何学的に対応し、デジタルデータセットを用い、特に患者の口腔の空間モデルに基づいて作製されたキャビティ(110)と、前記混合コンパウンド(200)の充填のための、前記キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第1の開口部(111)とを有する、冷間鋳造型(100)において、
    前記冷間鋳造型(100)が、気体、特に封入空気(208)および/または液体、特に希釈剤(205)の排出のための、前記キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第2の開口部(112)を有することを特徴とする、冷間鋳造型(100)。
  14. 前記冷間鋳造型(100)が、40℃~300℃の温度範囲の融点または分解温度を有する有機材料、特に有機ポリマーまたはプラスチックを含むため、前記冷間鋳造型(100)が、特に35℃~300℃、好ましくは45℃~180℃の温度範囲の温度で可塑化可能であり、かつ/または特に200℃~650℃の温度範囲の温度で熱的にかつ/もしくは熱化学的に分解可能であることを特徴とする、請求項13記載の冷間鋳造型(100)。
  15. 前記冷間鋳造型(100)の線熱膨張が、その初期形状に対して最大10%、好ましくは最大3%、特に好ましくは最大0.8%であり、前記冷間鋳造型(100)の最大熱膨張が240℃以下、好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下、特に好ましくは100℃以下の温度で達成されることを特徴とする、請求項13または14記載の冷間鋳造型(100)。
  16. 前記冷間鋳造型(100)が、ショア-Aに準拠した少なくとも15および/またはショア-Dに準拠した少なくとも10のショア硬度を有することを特徴とする、請求項13から15までのいずれか1項記載の冷間鋳造型(100)。
  17. 前記冷間鋳造型(100)が、少なくとも5MPaの弾性率を有することを特徴とする、請求項13から16までのいずれか1項記載の冷間鋳造型(100)。
  18. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)の境界をなす前記壁(120)が、それぞれ少なくとも0.01mmの壁厚を有することを特徴とする、請求項13から17までのいずれか1項記載の冷間鋳造型。
  19. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)の境界をなす1つ以上の壁(120)が、透明かつ/または紫外線透過性であることを特徴とする、請求項13から18までのいずれか1項記載の冷間鋳造型(100)。
  20. 請求項13から19までのいずれか1項記載の冷間鋳造型(100)を用いて易焼結性混合コンパウンド(200)から成形品(210)、特に歯科用成形品(210)を製造する方法であって、以下の方法工程:
    (1)キャビティ(110)と、前記キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第1の開口部(111)と、前記キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第2の開口部(112)とを有する、冷間鋳造型(100)を準備および/または製造する工程と、
    (2)前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)に、前記少なくとも1つの第1の開口部(111)を介して易焼結性混合コンパウンド(200)を充填する工程と、
    (3)前記易焼結性混合コンパウンド(200)を前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)内で硬化および/または固化させる工程であって、
    前記易焼結性混合コンパウンド(200)に含まれかつ/または閉じ込められた気体および/または液体を、前記少なくとも1つの第2の開口部(112)を介して前記キャビティ(110)から排出させる工程と、
    (4.A)前記冷間鋳造型(100)の熱的および/または熱化学的分解を、特に200℃~650℃の温度範囲の温度で開始する工程と、
    (5)前記易焼結性混合コンパウンド(200)を最終硬度まで、特に900℃~2500℃の温度範囲の温度で成形品(210)、特に歯科修復物等の歯科用成形品(210)が得られるまで焼結する工程と
    を含む、方法。
  21. 前記混合コンパウンド(200)がスラリーおよび/またはペースト状の物質として存在し、希釈剤(205)、特に水を含み、前記混合コンパウンド(200)を前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)内で乾燥により硬化させ、前記混合コンパウンド(200)の液体部分および/または水分を、前記少なくとも1つまたは複数の第2の開口部(112)によって前記冷間鋳造型(100)から排出させ、特に混合コンパウンド(200)から取り去ることを特徴とする、請求項20記載の方法。
  22. 前記混合コンパウンド(200)が、金属粉末(209)、特にCrCo粉末、またはセラミック粉末(209)、特に酸化アルミニウム粉末および/もしくは酸化ジルコニウム粉末、および/またはガラスセラミック粉末、特に二ケイ酸リチウム粉末と、バインダ(206)とを含むことを特徴とする、請求項20または21記載の方法。
  23. 前記混合コンパウンド(200)を前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)内で圧粉体硬度まで硬化させることを特徴とする、請求項22記載の方法。
  24. 前記冷間鋳造型(100)の融点および/または分解温度が、前記バインダ(206)の融点または分解温度を下回ることを特徴とする、請求項22または23記載の方法。
  25. 前記混合コンパウンド(200)を、脱バインダのために、特に650℃~1300℃の温度範囲の温度で予備焼結する(5.1)ことを特徴とする、請求項22から24までのいずれか1項記載の方法。
  26. 前記冷間鋳造型(100)の融点および/または分解温度が、前記金属粉末(209)またはセラミック粉末(209)の焼結温度を下回ることを特徴とする、請求項22から25までのいずれか1項記載の方法。
  27. 前記冷間鋳造型(100)の熱的および/または熱化学的分解を焼結炉内で行い、その際、前記冷間鋳造型(100)をその中にある前記混合コンパウンド(200)とともに前記焼結炉に入れることを特徴とする、請求項20から26までのいずれか1項記載の方法。
  28. 前記冷間鋳造型(100)の分解を無酸素条件下にて熱分解的に行うことを特徴とする、請求項20から27までのいずれか1項記載の方法。
  29. 前記冷間鋳造型(100)の分解を酸素供給下で燃焼により行うことを特徴とする、請求項20から28までのいずれか1項記載の方法。
  30. 請求項13から19までのいずれか1項記載の冷間鋳造型(100)を用いて光硬化性混合コンパウンド(200)から成形品(210)、特に歯科用成形品(210)を製造する方法であって、
    (1)キャビティ(110)と、前記キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第1の開口部(111)と、前記キャビティ(110)に開口する少なくとも1つの第2の開口部(112)とを有する、冷間鋳造型(100)を準備および/または製造する工程と、
    (2)前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)に、前記少なくとも1つの第1の開口部(111)を介して光硬化性混合コンパウンド(200)を充填する工程と、
    (3)前記混合コンパウンド(200)を前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)内で硬化および/または固化させる工程であって、
    前記光硬化性混合コンパウンド(200)に含まれかつ/または閉じ込められた気体および/または液体を、前記少なくとも1つの第2の開口部(112)を介して前記キャビティ(110)から排出させる工程と、
    (4.B)硬化した前記混合コンパウンド(200)から前記冷間鋳造型(100)を1つ以上の目標破断点(124)に沿って機械的に分離し、成形品(210)、特に歯科修復物等の歯科用成形品210を得る工程と
    を含む、方法。
  31. 前記混合コンパウンド(200)が有機材料、特にプラスチックを含むことを特徴とする、請求項30記載の方法。
  32. 前記混合コンパウンド(200)がプラスチック系複合材料、特にプラスチック系ハイブリッド複合材料またはナノハイブリッド複合材料、例えば歯科用コンポジットおよび/または歯科用コンポマーを含むことを特徴とする、請求項30または31記載の方法。
  33. 前記混合コンパウンド(200)を前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)内で光の作用により硬化させ、その際、前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)の境界をなす前記壁(120)が透明かつ/または紫外線透過性であり、前記冷間鋳造型(110)に光源、特に紫外線ランプからの光(231)を照射することを特徴とする、請求項30から32までのいずれか1項記載の方法。
  34. 前記混合コンパウンド(200)を前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)内で最終硬度まで硬化させることを特徴とする、請求項30から33までのいずれか1項記載の方法。
  35. 前記冷間鋳造型(100)、特に前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)の境界をなす前記壁(120)を、前記混合コンパウンド(200)を充填する前にコーティング剤(220)でコーティングし、前記冷間鋳造型(100)と前記混合コンパウンド(200)との間の摩擦結合および/または材料結合を回避することを特徴とする、請求項20から34までのいずれか1項記載の方法。
  36. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)を圧力の作用下で充填し、その際、前記キャビティ(110)に存在する内圧が、前記混合コンパウンド(200)を前記キャビティ(110)に供給する充填圧力よりも小さいことを特徴とする、請求項20から35までのいずれか1項記載の方法。
  37. 前記混合コンパウンド(200)を前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)内にて熱の作用下で硬化させ、その際、前記混合コンパウンド(200)を充填した前記冷間鋳造型(100)を乾燥キャビネットまたは焼結炉に入れ、30℃~120℃の温度範囲の温度および/または1%~50%の範囲の空気湿度を設定することを特徴とする、請求項20から36までのいずれか1項記載の方法。
  38. 前記キャビティ(110)の境界をなす前記壁(120)とその中にある前記混合コンパウンド(200)との剥離を容易にするために、前記冷間鋳造型(100)を前記混合コンパウンド(2)の充填後に可塑化し、その際、前記混合コンパウンド(200)を充填した前記冷間鋳造型(100)を乾燥キャビネットまたは焼結炉に入れ、温度を40℃~300℃の温度範囲に設定することを特徴とする、請求項20から37までのいずれか1項記載の方法。
  39. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティに、複数の第1の開口部(111)を介して前記混合コンパウンド(200)を充填することを特徴とする、請求項20から38までのいずれか1項記載の方法。
  40. 前記冷間鋳造型(100)の前記キャビティ(110)に、前記複数の第1の開口部(111)を介して、着色ならびに/または不透明度および/もしくは透明度の生成のための添加剤を含有するそれぞれの混合コンパウンド(201、202、203、204)を充填し、互いに異なる色合いならびに/または不透明度および/もしくは透明度の領域を有する成形品(210)、特に歯科用成形品(210)を製造することを特徴とする、請求項39記載の方法。
  41. 前記冷間鋳造型(100)を請求項1から12までのいずれか1項記載の方法に従って製造することを特徴とする、請求項20から40までのいずれか1項記載の方法。
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