JP4977710B2 - 義歯の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー輸送する放射線を用いて焼結可能な材料からなる個々の粉末層中へエネルギー導入することにより層状に義歯を製造する、局所的焼結による義歯の製造方法に関する。

先行技術では、ラピッドプロトタイピングの原理を用いた個々の義歯の製造方法は公知である。

金属材料から義歯を製造するこのような方法は、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）もしくは選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）である。加工すべき材料は、この場合たいていは粉末状の形で存在し、その際、前記材料は基材上で又はシャーレ中で均質な厚さで配分されている。

レーザーのエネルギー導入は、前記粉末の局所に著しい温度上昇を引き起こし、それにより金属粒子の溶融もしくは焼結を引き起こす。前記粉末の溶融もしくは焼結により、既に照射された面の物質的な結合が生じる。層が作成されたらすぐに、新規の粉末を設置し、次の層を照射する。

この方法の場合に、一般的にＣＡＤ製作データは、通常２０〜５０μｍの厚さの個々の層を立体的に分断する。欧州特許公開公報（ＥＰ−Ａ１）第１３５８８５５号明細書は、このような方法を開示している。金属製又は非金属性の製品を、金型なしのレーザー焼結により製造し、その際、この製品は、データ制御によりガイドされるレーザー放射線を用いて粉末状の材料から基材プレート上で層状に垂直方向に構築される。前記基材プレートと前記製品の間に目標破断箇所を備えたウェブが設けられる。
欧州特許公開公報第１３５８８５５号

しかしながら、この方法は、実際に明らかなように、製造すべき義歯の全ての様式に適用することができず、かつこうして製造された義歯は目標破断箇所に存在する凹凸を取り除くために後処理しなければならないという欠点を有する。

一般に先行技術では、義歯をコア又はフレームワークキャップの作成の後で見栄えのする光学特性を作成するため及び周囲の組織との良好な適合性を作成するために、セラミック又はポーセランで外装を施すことは公知である。

上記の問題に基づき、本発明の課題は、特に様々な義歯を製造可能にする局所的焼結を用いた義歯の製造方法を提供することにある。

前記課題は、独立請求項１の特徴をもって本発明による方法により解決される。

本発明の場合に、義歯を層状にかつエネルギーを輸送する放射線を用いて焼結可能な材料からなる個々の粉末層内へエネルギー導入することにより製造する局所的焼結を用いた義歯の製造方法が提案される。この場合、製造時の焼結プロセスの１つ又は複数のパラメータを変化させ、前記材料が局所的に異なる強さに焼結され、つまり、製造すべき義歯の焼結されるべき層の周辺領域では、焼結されるべき層の内側領域よりも高密度になる。

ブリッジワークフレーム及び解剖学的に成形された歯冠全体若しくは全体歯は例えば本発明による方法を適用することができる前記の種類の義歯である。ブリッジフレームワークは、通常では、０．３〜０．５ｍｍの範囲内の壁厚を有する極めて薄壁のブリッジポストと、これと比べて著しく嵩張る中間部及び結合部とからなる。製造可能なエレメントは、従って異なる寸法形状を有する部分領域を有する。個々の層中で、ブリッジポストは、環状面からなる主要部分と、完全な平面からなる中間部又は結合部とに分解される。

この場合、大抵は薄い環状のブリッジポストはエネルギー導入の後に、中間部及び結合部よりも速く冷却されることが問題である。この環状面はその僅かな面積のために、完全な平面の中間部及び結合物よりも熱量を吸収する熱量が少ない。さらに、ほぼ環状のエレメントは熱放出のために粉末床中で比較的大きな表面積になる。前記のブリッジフレームワーク内のこの異なる急激な冷却による温度差により熱応力が形成され、この熱応力は特にブリッジポストと中間部と結合部との間の移行領域に著しく生じる。これにより、一方でブリッジポストが固定エレメントから構築プラットホーム（支持構造体）の方向へ剥離し、他方ではブリッジフレームワークの変形を引き起こす結果になりかねない。このように変形したフレームワークはもはや使用できず、製造プロセスの間に被覆ユニットとの衝突を引き起こしかねない。たいていの場合に複数の部材が同時に１つの製造工程で製造されるため、この製造の進行の中断により、大抵はこの製造工程で製造すべき全ての部材を使用できなくなる。

補強された支持構造体によるブリッジポストと構築プラットホームとの強化された結合により前記問題を解決しようとすると、ブリッジフレームワークの後加工の際に著しい超過支出をともなう。この方法の経済性がこれにより著しく低下する。

これとは別に焼結度を低下させることが試みられた。この焼結度とは、本発明の範囲内で、焼結された物品の達成された密度対理論的に可能な密度の比を表す。理論的に可能な密度の約８０％〜９０％の焼結度の場合に、前記した問題は極めてまれにしか生じない。もちろん、このような多孔性のフレームワークの正常な外装は極めて困難である。それというのも周辺領域での連続気泡に基づき膨れたような損傷、剥離等が生じることがあり、これらはこの義歯を使用不可能にする。本発明による方法を用いて、前記の問題を解消することができる。有利に、エネルギー輸送する放射線として、レーザー放射線又は電子線が使用される。この放射線の特性は学問的に調査され、粉末の局所的な加熱のために適している。

有利に、焼結されるべき層の周辺領域は理論的に可能な密度の９５％より高い密度にまで焼結され、焼結されるべき層の内側領域は理論的に可能な密度の６０％〜９５％の密度で焼結される。

周辺領域が理論的に可能な密度の少なくとも９９％まで焼結されている場合、義歯は一方で十分な強度を有し、変形による不良品は低減され、かつ他方でこの周辺領域での高い焼結度は連続気孔を存在させず、それにより欠陥のない前装が製造可能であるために特に有利である。

有利に、この周辺領域は０．１〜１ｍｍの幅である。最高でも０．３ｍｍの周辺領域の幅が特に有利である。それにより、極めて薄壁で、高い強度を有するエレメントが製造され、それにもかかわらず比較的低い密度を有する義歯の大部分を焼結させることが保証される。

有利に、作成速度、つまり粉末層の厚さ、放射線の軌道幅及び照射速度の積は、周辺領域よりも内部領域内がより大きい。従って、空間的に異なる強さの焼結を達成することができる。

有利に、放射線のエネルギー導入量は０．５Ｊ／ｍｍ^２〜８Ｊ／ｍｍ^２である。このエネルギー導入量は、慣用のエネルギー放射線を用いて達成することができる。

周辺領域での作成速度は１ｍｍ^３／ｓ〜２．３ｍｍ^３／ｓであり、面積単位当たりの放射線のエネルギー導入量は１．３Ｊ／ｍｍ^２〜８Ｊ／ｍｍ^２であるのが特に有利であることが判明した。従って、より高い品質を有する義歯を製造することができる。

有利に、内部領域の作成速度は２．３ｍｍ^３／ｓ〜５ｍｍ^３／ｓであり、前記放射線のエネルギー導入は０．５Ｊ／ｍｍ^２〜１．８Ｊ／ｍｍ^２である。

周辺領域の引張強度及び曲げ強度が、内部領域の引張強度及び曲げ強度の１．１倍よりも大きい場合が特に有利である。従って、より硬い周辺領域により十分な形状安定性が保証される。

材料が金属である場合が特に有利である。金属は良好に加工することができ、かつブリッジフレームワーク又は他の歯科複製品として使用するために良好な機械強度、例えば引っ張り強度又は曲げ強度又は高いＥモジュラスを有する。

有利に、前記義歯は本発明による方法により製造される。

図１は、本発明による方法を実施するための公知のレーザー焼結装置１を示す。

このレーザー焼結装置１は、制御ユニット２′により制御されるレーザー２と、高さ調節可能なキャリアプラットフォーム３と、レーザー放射線７を粉末６の表面の平面中へガイドするための変向ミラー４と、被覆ユニット５とを有する。

前記制御ユニット２′は、レーザー２、キャリアプラットフォーム３、変向ミラー４及び被覆装置５の制御のために利用される。前記制御ユニット２′は、前記構造の３Ｄボリュームデータから義歯の製造すべき層についての層データを計算することができる。

前記レーザー２は制御ユニット２′によりその強度について制御される。

これとは別に、レーザー放射線７の粉末６の表面上の位置を変更する態様も、同様に考慮できる。例えば、これは旋回可能及び／又は走行可能なレーザ又はスキャンユニットにより達成することができる。レーザー放射線７は、製造すべき義歯の表面内にある粉末床６の表面のそれぞれの点に到達することが重要である。

被覆ユニット５は、焼結されるべき層の製造の後に新たな粉末層を適用するために用いられる。この粉末６は、レーザー２により作成されるレーザー放射線７により照射される。

図２は、先行技術によるレーザー焼結によるブリッジフレームワーク８の製造を示す。

レーザー放射線７は粉末６の表面にフォーカスされている。ブリッジフレームワーク８の製造すべき部材層８′の輪郭は、コンピュータ又は制御ユニットにより計算される。ＣＡＤ立体モデルはこのために層に分解されるこの層から、レーザー７とキャリアプラットフォーム３との間の相対運動のための軌道データが計算される。このレーザー放射線７は、軌道の例示的にスケッチされた経路９に沿って走行し、前記軌道の間隔は、レーザー放射線７のフォーカス部７．１の幅よりも小さい。部材層８′のまだ仕上がっていない部分８″は破線で示されている。

部材層８′が完全に照射された後に新たな粉末層の適用が行われ、次の部材層が照射される。

本発明の場合には、図３により説明された義歯の他の製造方法が提案される。

レーザー焼結により製造されるブリッジフレームワーク１０はブリッジポスト１１と結合部１２とからなる。レーザー放射線７のフォーカス部７．１が、図２中に示されたと同様に、粉末床６上の軌道上を走行する。

図２に図示された方法と異なるのは、面積単位当たりのエネルギー導入量がこの方法の場合に局所的に異なることである。

前記ブリッジフレームワーク１０の周辺領域１４では、プロセスパラメータは、材料の焼結度が、理論的に可能な密度の少なくとも９９％であるように選択される。面積単位当たりのエネルギー導入量、つまりレーザー出力／軌道幅×照射速度は、周辺領域１４では、２．０８ｍｍ^３／ｓの作成速度の場合に約２Ｊ／ｍｍ^２である。

ブリッジフレームワーク１０の内部領域１５は、周辺領域１４と比較して作成速度が高められ、レーザー出力は低減され、それにより全体として面積単位当たりのエネルギー導入量は低下し及びそれにより焼結度も低下する。内部領域１５中の作成速度は２．４ｍｍ^３／ｓであり、レーザー出力は３５００Ｗ／ｍｍ^２である。この焼結度は理論的に可能な密度の９０％で十分に高く、存在する残留多孔性にもかかわらず荷重能力に関する要求は満たしている。理論的に可能な密度の８０％より高い焼結度は、適当な材料の選択の場合に利用できることが判明した。

周辺領域１４の幅ｄ_１は、理想的には０．３ｍｍである。ブリッジフレームワーク１０の幅が２倍の幅つまり２×０．３ｍｍより小さい箇所、例えばブリッジポスト１１（ブリッジポスト１１の壁厚ｄ_２は平均で０．４〜０．５ｍｍ）では、この部分は緻密に焼結された材料だけからなる。

ブリッジフレームワーク１０の平面エレメントの幅が２×ｄ_１より大きい場合に初めて、例えば０．８ｍｍの幅の箇所ｄ_３では、より低い焼結度を有する内部領域１５が存在する。前記ブリッジポスト１１及び結合部への移行領域も、従って通常では強固に焼結されかつ荷重能力が高い。

本発明による方法を適用するための有利な材料は、タングステン及びモリブデンの割合を有するコバルト−クロム合金である。有利に、前記合金の質量割合は、Ｃｏ＞６０％、Ｃｒ＞２５％、Ｗ＞５％、Ｍｏ＞５％である。金含有量の高い金合金及びチタン合金も適している。

本発明による方法を、次に記載の図面により説明する。
レーザー焼結装置を示す図である。 先行技術によるブリッジフレームワークの製造を示す図である。 本発明によるブリッジフレームワークの製造を示す図である。

Claims (10)

1. 局所的焼結を用いた義歯（１０）の製造のための方法であって、前記義歯（１０）が、エネルギー輸送する放射線（７）を用いたエネルギー導入により、焼結可能な材料（６）からなる個々の粉末層内で層状に製造され、焼結プロセスの１つ又は複数のパラメータが前記製造の間に変化され、前記材料（６）が局所的に異なる強さに焼結され、つまり製造されるべき義歯（１０）の焼結されるべき層の周辺領域（１４）は、前記焼結されるべき層の内部領域（１５）よりも高密度にされ、前記焼結されるべき層の前記周辺領域（１４）は、理論的に可能な密度の９５％よりも高い密度に焼結され、かつ前記焼結されるべき層の前記内部領域（１５）は、理論的に可能な密度の８０％〜９５％の密度に焼結され、前記周辺領域（１４）での作成速度は１ｍｍ^３／ｓ〜２．３ｍｍ^３／ｓであり、かつ面積単位当たりの前記放射線（７）のエネルギー導入量は１．３Ｊ／ｍｍ^２〜８Ｊ／ｍｍ^２であり、かつ前記内部領域（１５）での作成速度は２．３ｍｍ^３／ｓ〜５ｍｍ^３／ｓであり、かつ前記放射線（７）のエネルギー導入量は０．５Ｊ／ｍｍ^２〜１．８Ｊ／ｍｍ^２であり、前記義歯（１０）はブリッジフレームワーク又は解剖学的に形成された全部歯冠若しくは解剖学的に形成された全体歯であることを特徴とする、方法。
2. 前記エネルギー輸送する放射線（７）は、レーザー放射線又は電子線であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記焼結されるべき層の前記周辺領域（１４）は、０．１〜１ｍｍの幅であることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記粉末層の厚さ、前記放射線（７）の軌道幅、及び照射速度の積である作成速度が、前記周辺領域（１４）よりも前記内部領域（１５）でより大きいことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記放射線（７）のエネルギー導入量は０．５Ｊ／ｍｍ^２〜８Ｊ／ｍｍ^２であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記周辺領域（１４）の引張強さ及び曲げ強さは、前記内部領域（１５）の引張強さ及び曲げ強さの１．１倍よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
7. 前記材料（６）は金属であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。
8. 局所的焼結が行われた材料（６）からなる義歯であって、前記義歯（８，１０）の焼結されるべき層の周辺領域（１４）は、理論的に可能な密度の９５％よりも高い密度に焼結され、かつ前記焼結されるべき層の内部領域（１５）は、理論的に可能な密度の８０％〜９５％の密度に焼結され、前記義歯（８，１０）の前記周辺領域（１４）は、前記内部領域（１５）よりも高密度に焼結され、前記義歯（８，１０）はブリッジフレームワークであることを特徴とする、義歯。
9. 前記周辺領域（１４）は、０．１〜１ｍｍの幅であることを特徴とする、請求項８記載の義歯。
10. 前記材料（６）が金属であることを特徴とする、請求項８又は９記載の義歯。

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