JP6949024B2 - 付加製造システム及び付加製造方法 - Google Patents

Description

本発明は付加製造システムに関し、特に、異なる光硬化性樹脂からワークピースをビルドアップするために、光透過性ベース上に、異なる光硬化性樹脂を互いに直接接触するように供給するための複数の樹脂供給部を有する付加製造システムに関する。本発明は、更に、ワークピースを付加製造する方法に関する。

歯科学の分野では、歯科用修復材、例えば代替歯が、自動化工程で製造されることがますます多くなっており、そのような自動化工程は、典型的にはコンピュータ支援設計（computer−aided design、ＣＡＤ）技術の使用、及びコンピュータ数値制御（Computer Numerical Controlled、ＣＮＣ）機械による製造を含む。更に、歯科用修復材の製造には、いわゆるビルドアップ工程が提案されている。そのようなビルドアップ工程は、大きめのサイズの標準化されたブランクを提供しその後の工程でそのブランクから材料を取り除くのではなく、概ね、順次材料を加えて所望の個々の形状を生成することによって、典型的には、個々の歯科用修復材を実質的にその形状にビルドアップすることを可能にする。

ビルドアップ工程は一方では迅速なプロトタイピングのために業界で広く用いられているが、最終製品の製造は、多くの領域においてなお困難である。歯科用修復材を製造するためには、人体での使用に適合性のある材料を使用することが概ね必要である。更に、ビルドアップ工程によって製造される歯科用修復材は、機械的安定性に対する要件、並びに例えば色の陰影及び色調に関する審美性についての期待を満足しなくてはならない。

いくつかのラピッドプロトタイピングシステムは、ステレオリソグラフィに基づいている。ステレオリソグラフィでは、一般的に、光硬化性樹脂又は感光性樹脂を硬化させるために光（通常は紫外線レーザー）を使用する。コンピュータ支援設計及び／又はコンピュータ支援製造（computer aided design and／or computer aided manufacturing、ＣＡＤ／ＣＡＭ）に基づくデータが、光硬化性樹脂の層上に光パターンを投影するために使用される。感光性樹脂は、通常は光が照射されることによって硬化し、パターンにしたがって硬化した樹脂の層が形成される。連続的に層を重ねることにより、所望の三次元物体が作成される。そのため、パターンは、三次元物体の所望の外形に応じて制御される。典型的なステレオリソグラフィシステムは、単一の樹脂を用いて動作するように構成されている。

歯科用修復材を製造するための既存の工程は、種々の点において有利であるが、高度に自動化されて、最大限の品質、及び最小限のコストで、個々の又はカスタマイズされた歯科用修復材の製造方法を提供することが、全般的に望まれている。

本発明は、付加製造システムに関する。このシステムは、特に歯科用修復材をビルドアップするために構成されていることが好ましい。このシステムは、光透過性ベースを含む又は形成する樹脂槽と、システムによってビルドアップされたワークピースを保持するためのビルドキャリヤと、光透過性ベースを通して、光硬化性樹脂とビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射するように配置された光源と、を備える。光透過性ベース及びビルドキャリヤは、ワークピースがビルドアップされるビルド方向において互いに関連して位置決め可能である。このシステムは、当該樹脂槽内に、異なる光硬化性樹脂を互いに直接接触するように供給するための少なくとも１つの樹脂供給部を更に備える。

本発明は、最終的な材料構造及び高レベルの視覚的美観において歯科用修復材をビルドアップすることを可能にする点で有利である。特に、本発明は、焼結工程を全く必要とせずに、歯科用修復材の製造に使用することができる。更に、本発明は、自然の歯に似た歯の色のグラデーションを含む歯の色を備えた歯科用修復材を製造することを可能にする点で有利である。したがって、本発明のシステム及び方法は、歯科産業及び歯科医の治療（「チェアサイド」）において使用することができる。本発明は、歯科用修復材を迅速に、例えば、患者の治療の間に又は治療に並行して製造することを可能にする点においても有利である。

更に、光透過性ベースは、好ましくはビルド面を形成し、そしてビルドキャリヤは保持面を形成する。保持面は、ワークピースをビルドキャリヤに保持する働きをする。そのため、ビルドキャリヤを移動及び位置決めすることによって、ワークピースを移動及び位置決めすることができる。ビルド面及びビルドキャリヤは、互いに対向していることが好ましい。特に、ビルド面及びビルドキャリヤは、互いに反対側に配置される。

更なる実施形態においては、システムは、異なる光硬化性樹脂を供給するための複数の樹脂供給部を備える。複数の樹脂供給部のそれぞれは、異なる光硬化性樹脂を供給するために設けられてもよい。

一実施形態では、本システムは、ワークピースをビルドアップする間、槽内に存在する光硬化性樹脂に直接接触するように新たな光硬化性樹脂を付加するために、システムが少なくとも１つの樹脂供給部を制御できるように構成される。

一実施形態では、このシステムは、以下のステップ：
（ａ）少なくとも１つの樹脂供給部を使用して、樹脂槽内に光硬化性樹脂の一部を供給するステップ、
（ｂ）ビルドキャリヤ及び光透過性ベースを、互いに所定の間隔で位置決めするステップ、
（ｃ）光源によって、光透過性ベースとビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射し、領域内の硬化性樹脂を硬化させるステップ、及び、
（ｄ）ステップ（ａ）からステップ（ｃ）を連続的に繰り返すステップ、
を実行することでワークピースをビルドアップするように構成され、
ワークピースをビルドアップする間、ステップ（ａ）は、少なくとも、第１の時間において、第１の光硬化性樹脂を樹脂槽に供給し、第２の時間において、異なる第２の光硬化性樹脂を樹脂槽に供給するように、実行される。これは、ワークピースをビルドアップする間に、少なくとも２つの異なる光硬化性樹脂が槽内に供給されることを意味している。

このシステムは、以下のステップ：
（ａ）少なくとも１つの樹脂供給部を任意選択的に使用して、樹脂槽内に光硬化性樹脂の一部を供給するステップ、
（ｂ）ビルドキャリヤ及び光透過性ベースを、互いに所定の間隔で位置決めするステップ、
（ｃ）光源によって、光透過性ベースとビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射し、領域内の硬化性樹脂を硬化させるステップ、及び、
（ｄ）ステップ（ａ）からステップ（ｃ）を連続的に繰り返すステップ、
を実行することでワークピースをビルドアップするように構成されてもよく、
ワークピースをビルドアップする間、少なくとも２つの異なる光硬化性樹脂が槽内に供給される。この実施形態では、光硬化性樹脂の一部は、樹脂槽に予め供給されてもよい。例えば、ユーザーが手動で供給してもよいし、又は樹脂供給部の１つによって自動的に供給されてもよい。

このシステムは、それぞれの樹脂供給部を独立して制御できるように構成されることが好ましい。したがって、ワークピースをビルドアップする間、異なる樹脂供給部を使用して、異なる光硬化性樹脂を連続的に槽内に供給することができる。異なる光硬化性樹脂を槽内で互いに重なるように供給することも好ましいが、システムは、２つ以上の樹脂供給部を使用して、異なる光硬化性樹脂を槽内に同時に供給するように更に構成されていることが好ましい。そのため、異なる光硬化性樹脂が異なる色及び／又は半透明性を示す場合、１つ以上の方向に色のグラデーションを有するワークピース、特に歯科用修復材を供給することができる。

一実施形態では、このシステムは、コンピュータベースの制御システムを備える。制御システムは、ビルドの進捗に基づいて樹脂供給部を制御するように構成されていることが好ましい。特に、制御システムは、ステップ（ｂ）及び／又はステップ（ｃ）のうちの１つ又は両方に関連して、複数の異なる光硬化性樹脂のうちの１つの供給を開始するように構成されていることができる。

一実施形態では、このシステムは、以下のステップ：
・ワークピースの形状の少なくとも一部における、データに基づいたコンピュータモデルを準備するステップと、
・コンピュータモデルに基づいて、ワークピースの少なくとも１層における、硬化された樹脂又は硬化される樹脂の体積を決定するステップと、
・少なくとも１つの樹脂供給部を使用して、樹脂槽内に、ある量の光硬化性樹脂を供給するステップであって、当該量は、硬化された樹脂又は硬化される樹脂の決定された体積に基づいて決定されるステップ、
を実行するように構成される。

このシステムは、更に、ワークピースを層状にビルドアップするための基礎として、コンピュータモデルを複数のレイヤーに仮想的にスライスするステップを実行するように構成することができる。データに基づいたコンピュータモデルは、ビルドアップされるワークピースの一部又は全部を表していることが好ましい。このようなコンピュータモデルは、コンピュータ支援設計（computer−aided design、ＣＡＤ）システムから得ることができる。データは、ＳＴＬであってもよいし、又は他のいずれかの適切なデータ形式であってもよい。更に、仮想的なスライスは、周辺境界がワークピースの外側境界の一部に対応する平面スライスを形成するコンピュータアルゴリズムによって実行されることが好ましい。データに基づいたコンピュータモデルを準備するＣＡＤ技術と、コンピュータモデルをビルドアップ工程に適した形式に変換するスライスソフトウェアとは、どちらも当業者に知られている。

したがって、本発明のシステムは、ワークピースをビルドアップする間、使用量に応じた樹脂の供給を可能にすることが好ましい。特に、本発明のシステムは、工程をビルドアップする間、硬化して槽内の樹脂浴から除去された樹脂が、対応する量の新たな硬化性樹脂によって、制御された方法で置換されるように構成されていることが好ましい。これに関して、「対応する量」には、工程中に発生し得る誤差の補償分が含まれてもよい。例えば、ワークピースの硬化部分に付着し、その結果、ワークピースと共に浴から除去された未硬化の樹脂が、あらゆる新たな樹脂を供給するステップにおいて考慮されてもよい。更に、このシステムは、ワークピースのコンピュータモデルに基づいて（又は、コンピュータモデルに関連する追加のデータに基づいて）、ワークピースをビルドアップする間に供給されるあらゆる硬化性樹脂の種類を自動的に選択するように構成されることが好ましい。したがって、異なる部分で異なる特性（例えば、色及び／又は半透明性）を備えるワークピースを供給することができる。

一実施形態では、樹脂供給部は、光透過性ベースの周辺に配置され、ワークピースをビルドアップし得るビルド領域を取り囲んでいる。樹脂供給部は、槽内に延び、光透過性ベースに隣接して樹脂出口が形成されてもよい。更に、樹脂供給部は、槽内に設けられてもよい。例えば、槽の内部に、関連する樹脂供給部の樹脂出口が形成されてもよい。槽は、好ましくは周囲に槽壁を有し、槽壁内に樹脂供給部を設けることができる。更に、樹脂供給部は、光透過性ベース内に設けられてもよい。例えば、ビルド面は、関連する樹脂供給部の樹脂出口を形成してもよい。

システムは、異なる光硬化性樹脂が、同一の樹脂供給部を通して樹脂槽に供給されるように構成されてもよい。例えば、樹脂供給部は、異なる光硬化性樹脂を貯蔵する異なる貯蔵タンクに接続可能であってもよい。

一実施形態では、樹脂供給部のそれぞれはノズルの形態である。それぞれのノズルは、１つ以上の樹脂貯蔵タンクと選択的に流体連通することができる。それぞれのノズルは、それぞれの樹脂供給部の自由端を形成することが好ましい。ノズルは、槽内の樹脂を特定の方法で案内するための形状を有していてもよい。例えば、ノズルは、光硬化性樹脂をフラットストランドの形態で供給するためのフラットダイに相当するものであってもよい。これは、槽内の樹脂を迅速に分配することに役立ち得る。更に、それぞれの樹脂供給部は、特定の光硬化性樹脂を保持する、関連する貯蔵タンクと接続され、又は接続可能とすることができる。したがって、このシステムは、異なる光硬化性樹脂を保持する異なる貯蔵タンクを有していてもよい。このシステムは、異なる光硬化性樹脂を一体化する手段を更に有していてもよい。特に、樹脂供給部は、異なる光硬化性樹脂をそれぞれ保持する１つ超の貯蔵タンクに接続され、又は接続可能であってもよい。

一実施形態では、少なくとも１つの樹脂供給部はリング形状であり、ビルド領域を取り囲んでいる。樹脂供給部は、円周にわたって分配された複数のノズルを有していてもよい。あるいはまた、樹脂供給部は、円周方向に延びるフラットノズルを有していてもよい。

更なる実施形態では、樹脂供給部及びビルドキャリヤは、ビルド方向に対して本質的に平行に配置された回転軸を中心に回転可能である。更に、槽及びビルドキャリヤが、その回転軸を中心に回転可能であってもよい。この回転可能性によって、槽内の硬化性樹脂を混合又は攪拌することが可能になる。更に、光硬化性樹脂の供給部は、ワークピースに関連して角度調整されていてもよい。したがって、ワークピースの色及び色のグラデーションを制御することができる。

一実施形態では、光源はイメージプロジェクタを備える。イメージプロジェクタは、特に、デジタルライトプロセッシング（Digital Light Processing^TM、ＤＬＰ）に基づいている。イメージプロジェクタは、光透過性ベースに向けて光を照射するように配置されることが好ましい。更に、イメージプロジェクタは、ビルドキャリヤに向けて光を照射するように配置されることが好ましい。ここで、ビルドキャリヤは光透過性ベースに関連して光学的に後方に配置される。イメージプロジェクタは、二次元パターンの形態で光を投影するように構成されていることが好ましい。パターンは、ビットマップベースのマトリックスの形態であることが好ましい。マトリックスの解像度は、約１９２０×１０８０ピクセルである。したがって、パターンは、光透過性ベースの上に配置された光硬化性樹脂に光が照射される位置に明るいピクセルを有し、その他の位置は暗い（そのため、明るいピクセルの外側は、光硬化性樹脂に光が全く届かないか、わずかな量の光しか届かない）。

このシステムで使用される光は、光硬化性樹脂を硬化させるのに適するように選択される。例えば、光硬化性樹脂は、ＢＡＳＦ Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能な光開始剤であって、約３１０ｎｍ〜４３０ｎｍの波長の光を吸収する、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標） ８１９を含んでいてもよい。必要に応じて、他の光開始剤を含むことも可能である。したがって、本発明のシステムで使用される光は、この波長範囲の光を含むか、又はこの波長範囲の光からなる。例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ）、アクティブマトリックスＬＥＤ、アクティブマトリックス有機ＬＥＤ、又は１つ以上のレーザーなどの他の光源を使用してもよい。

光透過性ベース及びビルドキャリヤは、コンピュータ制御によって互いに関連して移動可能であり、それによって、互いに関連して位置決め可能であることが好ましい。このシステムは、光透過性ベース及びビルドキャリヤを、１μｍと１００μｍの間のステップで段階的に互いに離れるように移動させるように構成されていることが好ましい。

本発明のシステムは、光硬化性樹脂を備えていてもよい。光硬化性樹脂は、２０重量％〜９９重量％の範囲の量のラジカル硬化性不飽和モノマーと、１重量％〜８０重量％の範囲の量の無機充填剤と、０．００１重量％〜５重量％の範囲の量の光開始剤とを含んでいてもよい。

更なる態様において、本発明は、ワークピース、特に歯科用ワークピースを付加製造する方法に関する。この方法は、
（ａ）システムを準備するステップであって、当該システムは、光透過性ベースを形成する樹脂槽と、システムによってビルドアップされたワークピースを保持するためのビルドキャリヤと、光透過性ベースを通して、光透過性ベースとビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射するように配置された光源と、更に、少なくとも１つの樹脂供給部とを備える、ステップと、
（ｂ）少なくとも１つの樹脂供給部を任意選択的に使用して、樹脂槽内に光硬化性樹脂の一部を供給するステップと、
（ｃ）ビルドキャリヤ及び光透過性ベースを、互いに所定の間隔で位置決めするステップと、
（ｄ）光源によって、光透過性ベースとビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射し、当該領域内の硬化性樹脂を硬化させるステップと、
（ｅ）ステップ（ｂ）からステップ（ｄ）を連続的に繰り返してワークピースをビルドアップするステップと、を含み、
ワークピースをビルドアップする間、ステップ（ａ）は、少なくとも、第１の時間において、第１の光硬化性樹脂を樹脂槽に供給し、第２の時間において、異なる第２の光硬化性樹脂を樹脂槽に供給するように、実行される。

ワークピースをビルドアップする間、少なくとも２つの異なる光硬化性樹脂が、当該槽内に互いに直接接触するように供給されてもよい。

一実施形態では、この方法は、
（ａ）システムを準備するステップであって、当該システムは、光透過性ベースを形成する樹脂槽と、システムによってビルドアップされたワークピースを保持するためのビルドキャリヤと、光透過性ベースを通して、光透過性ベースとビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射するように配置された光源と、更に、少なくとも１つの樹脂供給部とを備える、ステップと、
（ｂ）少なくとも１つの樹脂供給部を使用して、樹脂槽内に光硬化性樹脂の一部を供給するステップと、
（ｃ）ビルドキャリヤ及び光透過性ベースを、互いに所定の間隔で位置決めするステップと、
（ｄ）光源によって、光透過性ベースとビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射し、当該領域内の硬化性樹脂を硬化させるステップと、
（ｅ）ステップ（ｂ）からステップ（ｄ）を連続的に繰り返してワークピースをビルドアップするステップと、を含み、
ステップ（ｂ）において、少なくとも２つの異なる光硬化性樹脂が使用される。

この方法は、光硬化性樹脂の一部を樹脂槽に供給するステップと、ビルドキャリヤ及び光透過性ベースを、互いに所定の初期間隔で位置決めするステップと、光源によって、光透過性ベースとビルドキャリヤの間の光硬化性樹脂に向けて光を照射し、硬化性樹脂を硬化させるステップと、を含むことが好ましい。これによって、光透過性ベースとビルドキャリヤとの間に延びる硬化性樹脂の初期層が生成される。初期層を生成するために、樹脂槽が、光硬化性樹脂によって予め充填されていてもよい。この方法は、この段階からステップ（ｂ）によって更に実行されてもよい。そのため、同一の又は異なる光硬化性樹脂を使用することができる。続いて、初期距離に対応する距離にわたってビルドキャリヤを変位させることにより、ビルドキャリヤ及び光透過性ベースを位置決めするステップ（ｃ）を実行してもよい。ステップ（ｄ）を実行し、それによって初期層と光透過性ベースとの間の樹脂に光が照射されると、初期層と本質的に同じ厚さを有する第２の層が生成される。この段階からステップ（ｂ）から（ｄ）を繰り返して、複数の層からなるワークピースをビルドアップすることができる。このように、光透過性ベースと既に生成されたワークピースの部分との間の光硬化性樹脂に対して光を照射することで、それぞれの新たな層が生成される。所定の間隔は、ワークピースをビルドアップする間に増加することが好ましい。この増加は、ワークピースを層状にビルドアップするのと本質的に等しいステップで段階的に制御される。ワークピースをビルドアップする間、光透過性ベース及びビルドキャリヤは、互いに離れるように段階的に移動することが好ましい。これらのステップは、約２００μｍと約１０μｍの間である。

一実施形態では、この方法は、
ワークピースの形状の少なくとも一部における、データに基づいたコンピュータモデルを準備するステップと、
コンピュータモデルに基づいて、ワークピースの少なくとも１層における、硬化された樹脂又は硬化される樹脂の体積を決定するステップと、
少なくとも１つの樹脂供給部を使用して、樹脂槽内に、ある量の光硬化性樹脂を供給するステップであって、当該量は、硬化された樹脂又は硬化される樹脂の決定された体積に基づいて決定されるステップと、を含む。

この方法は、ワークピースを層状にビルドアップするための基礎として、コンピュータモデルを複数のレイヤーに仮想的にスライスするステップを更に含んでいてもよい。

一実施形態では、この方法は、ワークピースをビルドアップするのにあわせて（並行して）、補助コンパートメントをビルドアップするための１つ以上のステップを含む。補助コンパートメントは、樹脂槽内に供給された、より大きい体積から一部の体積を分離する形状であることが好ましい。更に、補助コンパートメントは、樹脂槽内の光硬化性樹脂によって生成された膜によって形成されることが好ましい。膜は、光透過性ベースに隣接する槽壁上の第１の位置から、光透過性ベースに隣接する槽壁上の異なる第２の位置まで延びる第１の線に沿って槽壁に当接する第１の端部を形成してもよい。膜は、更に、第１及び第２の位置の間を延びる第２の線に沿って光透過性ベースに対して平行に延びる第２の端部を形成してもよい。膜は、第１の線と第２の線との間を連続して延びていることが好ましい。更に、膜は、補助コンパートメント内の少なくとも１つの樹脂出口を囲むように配置されてもよい。したがって、補助コンパートメントは、囲まれた樹脂出口によって供給された樹脂を主に含む。例えば、補助コンパートメントは、槽の残りの部分の樹脂の色とは異なる色の樹脂を含むことができる。（例えば、異なる色の代わりに又は異なる色に追加して、樹脂は、想定される異なる半透明性、及び／又は、異なる硬度又は異なる弾性のような機械的特性に適合することができる。）一般的に、樹脂は化学的に相溶性であることが好ましい。これにより、ビルド方向に陰影付けされたものだけでなく、ビルド方向に対して横方向に異なる色の領域を更に有するワークピースをビルドアップすることが可能となる。ビルドキャリヤ及び光透過性ベースを互いに所定の間隔で位置決めするステップの際に、補助コンパートメントが光透過性ベースから離すことに注意する。しかしながら、この状態の補助コンパートメントは光透過性ベースによって完全にはシールされていないが、補助コンパートメントの内側と外側における異なる樹脂は、実質的に分離したままである。これは、補助コンパートメントによって囲まれた樹脂と、補助コンパートメントの外側に存在する樹脂との両方が、ビルドキャリヤ及び光透過性ベースが互いに離れるように移動するときに、光透過性ベースに向かって実質的に同時に流れるからである。補助コンパートメントの内側からの樹脂と外側からの樹脂とは、第２の線に沿った膜の下で実質的に合流する。樹脂の粘度は、それらが合流する領域における２つの異なる樹脂が、多かれ少なかれ混じり合うように調整することができる。例えば、粘度が低いと、粘度が高い場合よりも多く混じり合う。

このような、対象物中に設計された陰影に基づいた膜を自動的に生成するためのＣＡＤシステムを備えていてもよい。ＣＡＤシステムは、対象物の、異なる特性を有する２つの部分（例えば異なる色の部分）の間の融合線を決定するように構成されていてもよい。融合線は、膜に対応する仮想的な投影を自動的に形成するために使用される。

この方法は、ワークピースをビルドアップする間、使用量に応じて樹脂を供給することを含むことが好ましい。特に、工程をビルドアップする間、硬化して槽内の樹脂浴から除去された樹脂が、対応する量の新たな硬化性樹脂によって、制御された方法で置換されてもよい。更に、ワークピースをビルドアップする間に供給されるあらゆる硬化性樹脂の種類は、ワークピースのコンピュータモデルに基づいて（又は、コンピュータモデルに関連する追加のデータに基づいて）、自動的に選択されてもよい。したがって、ワークピースは、異なる部分で異なる特性（例えば、色及び／又は半透明性）を備えることができる。

本発明の一実施形態における付加製造システムの、正面から見た部分断面図である。 本発明の一実施形態における付加製造システムの斜視図である。 図２に示したシステムの、異なる動作ステージにおける斜視図である。 本発明の一実施形態における更なる付加製造システムの、正面から見た部分断面図である。 本発明の一実施形態における付加製造システムの斜視図である。 図５に示したシステムの、異なる動作ステージにおける斜視図である。 本発明の一実施形態における付加製造システムの、正面から見た部分断面図である。 図７の詳細図である。

図１は、付加製造システム１を示している。システム１は、この実施例では槽３の一部である、光透過性ベース２を備えている。槽３、特に光透過性ベース２は、透明な材料によってできている。適切な材料には、例えば、シリカガラス又はポリカーボネートが含まれる。必要に応じ、他の材料を用いることもできる。槽３は、一般的にカップ形状である。特に、槽３は、底壁３ａと側壁３ｂとを有し、底壁３ａの反対側に開口３ｃが形成されている。この実施例における槽３は、一般的に円形（円形の側壁を有している）であるが、他の形状であってもよい。

システム１は、一般的に、ワークピースを上方に向けて連続的に移動させながら、材料（硬化した樹脂）の増加分又は層を、ワークピースの底部に付加することによってワークピース１００をビルドアップするように構成されている。これに関して、用語「底部」は、本質的に重力の中心に面するワークピースの端部を指し、用語「上方」は、重力の中心と反対の方向を指す。更に、ワークピース１００は、その底部が光硬化性樹脂の槽に浸漬された状態に維持される。そして、槽内の材料の一部が硬化してワークピースに付加される間、ワークピースは樹脂槽から離れる方向に連続的に引っ張られる。

システム１は、ビルドキャリヤ４を備えている。ビルドキャリヤ４は、以下で更に詳細に説明するように、システムによってビルドアップされたワークピースを保持するように構成されている。更に、システム１は光源５を備えている。光源５は、この実施例では、デジタルライトプロセッシング（商標）に基づくイメージプロジェクタである。デジタルライトプロセッシング（Digital Light Processing、ＤＬＰ）は、半導体チップ上にマトリックス状に配置されたマイクロミラーを使用する。このような半導体チップは、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Devices、ＤＭＤ）として知られている。典型的なＤＭＤのミラーは、約５μｍ以下のサイズを有している。それぞれのミラーは、半導体の制御によって、２つの位置の間を移動可能である。一方の位置では、光出力を通してミラー上に向けられた光を反射するようにミラーが配置され、他方の位置では、ミラー上に向けられた光がプロジェクタを出ないようにミラーが配置される。それぞれのミラーは、通常は投影画像中の１つのピクセルを表しており、そのため、ミラーの数は、通常は投影画像の解像度に対応している。当業者であれば、他のプロジェクタ技術又はレーザービームを、本発明のシステムにおいて同様に使用することができることを認識するだろう。

この実施例では、システムは、少なくとも光透過領域７を有するハウジング６を有している。光透過領域は、概ね水平に（重力方向に対して垂直に）配置されている。槽３は、光透過性ベース２を、光透過領域７の上に取り外し可能に配置している。そのため、光源５によって照射され、ハウジング６の光透過領域７を通過した光は、槽３の光透過性ベース２もまた通過する。光透過領域７と光透過性ベース２とは、透明でくもっていないことが好ましい。それによって、光透過性ベースに投影された画像の画像鮮鋭度が最大化される。これはまた、ワークピースを最高の精度でビルドアップするための基礎となる。

ビルドキャリヤ４は、コンピュータ制御によって、光透過性ベース２に関連して位置決め可能である。特に、ビルドキャリヤ４は、少なくとも光透過性ベース２に対して本質的に垂直な（そして光透過領域７に対して垂直な）方向に移動可能である。光透過性ベース２に対して本質的に垂直な方向は、本明細書では、「ビルド方向」とも呼ばれる（図中、「Ｂ」として示される）。更に、ビルド方向は一般的に鉛直（重力方向に一致）である。ワークピース１００は、システム１内で、ビルド方向Ｂにビルドアップされる。特に、最初に作製されたワークピースの部分に関連して下方に（重力方向に）向けて、ビルドアップ工程が実行される。これは、ワークピースを、ビルドアップしながら連続的に上方に引き上げることで達成される。

別の実施例では、ビルドキャリヤは、三次元デカルト座標系にしたがって、１つ又は２つの更なる方向に移動可能とすることができる。ビルドキャリヤ４は、支持体８を介してリニアドライブ９に接続されている。実施例のリニアドライブ９は、支持体８に機械的に結合されたスピンドル（図示せず）を有し、支持体８はビルド方向内の２つの方向に移動可能である。リニアドライブ９は、モーター１０と、位置測定システムとを更に有している。そのため、支持体８及び取り付けられたビルドキャリヤ４は、システム１の制御によって精密に位置決めすることができる。当業者であれば、別の実施例として、支持体を直接ビルドキャリヤとして構成することができ、ビルドキャリヤが別の手段によってリニアドライブに結合されてもよいということを認識するだろう。

この実施例では、歯冠がワークピース１００を形成している。図示された段階において、歯冠は既にシステム１内で部分的にビルドアップされている。一般的に、ワークピース１００は、ビルドキャリヤ４と光透過性ベース２との間の領域にビルドアップされる。特に、ワークピース１００は、ワークピース１００の第１の端部１０１でビルドキャリヤ４によって保持されている。図示された段階において、ビルドキャリヤ４は、ワークピース１００の反対側の第２の端部１０２と光透過性ベース２との間に空間１２が形成されるように配置されている。空間１２は、ビルド方向において所定の厚さを有している。更に、槽３内には光硬化性樹脂１１が供給されている。光硬化性樹脂１１の量は、所定の充填高さの樹脂浴が形成されるように選択される。光硬化性樹脂１１の充填高さは、空間１２の厚さに対応しているか、又はそれよりも高い。したがって、空間１２は、光硬化性樹脂１１によって完全に充填されている。この段階で、イメージプロジェクタ５を使用して、光透過性ベース２を介して空間１２内に光を照射することができる。光は、光透過性ベース２に対して平行な平面内において、二次元パターンの形態で照射されることが好ましい。したがって、光硬化性樹脂１１は、光パターンのパターンに応じて局所的に照射される。特に、パターンの光ピクセルは、光ピクセルの光に露光された光硬化性樹脂１１の部分を硬化させる。光硬化性樹脂１１は、通常、ある程度光を透過するため、光は、空間１２内の光硬化性樹脂１１を完全に通過する。その結果、硬化された部分が既にビルドアップされたワークピース１００に接続され、補完されたワークピースの一部となる。この段階から、補完されたワークピースは光透過性ベース２から引き離されて、硬化性樹脂によって充填された新たな空間が生成される。硬化性樹脂が更に光パターンによって露光されて更にワークピースが補完され、最終的に、層が積み重なって完全にワークピースがビルドアップされる。ビルドキャリヤは、ワークピース１００が接着する保持面を有している。保持面の硬化性樹脂に対する保持力は、光透過性ベース２の硬化性樹脂に対する保持力よりも優っている。そのため、ワークピースを光透過性ベースから引き離す際に、ワークピースは光透過性ベースから離されるが、ビルドキャリヤには保持されたままで残る。当業者であれば、ビルドキャリヤ４及び光透過性ベース２の材料の選択、ビルドキャリヤ４及び光透過性ベース２の表面粗さの構成、保持エレメントの配置、又はこれらの組み合わせを含む、ビルドキャリヤの硬化性樹脂に対する接着力がより強くなるように制御するための技術的可能性を認識するであろう。光透過性ベース２は、任意選択的に、例えばポリテトラフルオロエチレンのような非粘着性コーティングで被覆される。こうして、硬化した樹脂は光透過性ベースから容易に離され、異なる層の硬化部分が互いに接着する。そのため、ビルドアップされたワークピースが、引き離される間に破損することを防止することができる。

ワークピースが引き離される間、槽内の硬化性樹脂は、物理学の性質によって、出現する空間に吸い込まれる（又は、周囲の圧力によって加圧される）。充填高さが空間の厚さよりも下がる（それによって対象物にボイドが生じる可能性がある）ことを防止するため、ワークピースの引き離しの前、及び／又は引き離しと同時に、硬化性樹脂が槽内に更に供給される。

システム１は、第１及び第２の樹脂供給部１３、１４を有している。第１の樹脂供給部１３は、第１の光硬化性樹脂を供給するために設けられ、第２の樹脂供給部は、異なる第２の光硬化性樹脂を供給するために設けられている。この実施例において、第１及び第２の光硬化性樹脂の間の違いは、色及び／又は半透明性であるが、他の実施例においては、材料の強度、種類、成分又はこれらの組み合わせであってもよい。第１及び第２の光硬化性樹脂は、それぞれ、第１及び第２の貯蔵タンク１７、１８に貯蔵される。

システム１の第１の動作モードでは、ワークピースの１つ以上の層をビルドアップするため、第１の樹脂供給部１３によって第１の硬化性樹脂が槽３内に供給され、続いて１つ以上の更なる層をビルドアップするため、第２の樹脂供給部１４によって第２の硬化性樹脂が槽３内に供給される。第１の硬化性樹脂から第２の硬化性樹脂に切り替わる段階では、第２の硬化性樹脂は、第１の硬化性樹脂の残留充填高さの上に供給されることが好ましい。そうすることで、第１及び第２の硬化性樹脂の間の界面では、第１及び第２の硬化性樹脂が混じり合って滑らかな移行部が形成される。これにより、ある色から他の色へと色が滑らかに変化する色グラデーションを有するワークピースをビルドアップすることが可能になる。特に、うれしいことに、自然の歯の色グラデーションに似た色グラデーションを有する歯科用修復材をビルドアップすることができる。この実施例では、樹脂供給部は、ネットワーク、インターフェイス又はユーザーを介してシステム１に入力されたコンピュータ命令に基づいて、システム１によって制御される。

システム１の第２の動作モードでは、ワークピースの１つ以上の層をビルドアップするため、第１及び第２の樹脂供給部１３、１４によって、第１及び第２の光硬化性樹脂が槽３内に同時に供給される。第１及び第２の硬化性樹脂は、異なる量で及び／又は時間をずらして供給されてもよい。したがって、槽内に供給された樹脂の単一層は、本質的に並んで（ビルド方向に対して垂直な方向に）配置された２つの異なる樹脂から形成される。そのため、システム１は、ビルド方向の色グラデーション、それに垂直な方向の色グラデーション、及び両方の組み合わせ（例えばビルド方向に傾斜した方向）を有するワークピースをビルドアップすることができる。

この実施例では、槽３とビルドキャリヤ４とは互いに関連して回転可能であってもよい。更に、樹脂供給部１３、１４とビルドキャリヤ４とが互いに関連して回転可能であってもよい。そのため、槽３と樹脂供給部１３、１４とを互いに関連して回転させることによって、槽３内の任意の樹脂を、樹脂内に延びる樹脂供給部１３、１４によって混合することができる。更に、ビルドキャリヤ４と樹脂供給部１３、１４とを互いに関連して回転させることによって、異なる樹脂供給部１３、１４によって供給された異なる樹脂を、ワークピースの異なる角度位置に配置することができる。

図２は、図１に示したシステムと技術的に同一であるが、２つの追加の樹脂供給部１５、１６を有するシステム１を示している。したがって、システム１は、４つの異なる光硬化性樹脂を供給するための４つの樹脂供給部１３、１４、１５、１６を有している。

図３では、異なる硬化性樹脂からなる異なる層１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄで形成された例示的なワークピース１００を備えたシステム１を示している。図示された段階では、ワークピース１００は槽３から完全に引き離されている。図示されたワークピース１００は、樹脂供給部１３、１４、１５、１６を連続的に使用して樹脂槽３内に光硬化性樹脂の一部を供給し、光透過性ベース２に関連してビルドキャリヤ４を位置決めし、光透過性ベース２上の硬化性樹脂内に光を照射することによって得られる。こうして、異なる硬化性樹脂からなる４つの層が形成される。

図４は、樹脂供給部１３、１４の配置を除いて、図１に示したシステムと技術的に同一のシステム１を示している。この実施例では、樹脂供給部１３、１４は側壁３ｂに配置されている。特に、樹脂供給部１３、１４は、それぞれ、槽の側壁３ｂに樹脂出口を形成している。この実施例では（図示されていないが）、槽３は、本質的に槽３のビルドキャリヤ４の寸法に応じて寸法を決めることができる。そのため、槽内の空間を比較的効率的に使用することができる。更に、ワークピース１００をビルドアップするために使用されない樹脂の量を、例えば、槽の寸法を最小化することによって、最小化することができる。システム１では、２つの樹脂供給部１３、１４よりも多くの樹脂供給部を備えていてもよい。例えば、多数の樹脂供給部を槽壁の周囲に均一に分布させて配置してもよい。それにより、ワークピース１００をビルドアップするために、多数の異なる硬化性樹脂を使用することができる。この実施例では、樹脂供給部１３、１４は、槽に関連して固定された位置を有している。

図５及び６は、樹脂供給部の配置を除いて、図２及び３に示したシステムと技術的に同一のシステム１の更なる実施例を示している。特に、樹脂供給部１３、１４、１５、１６は、ビルド方向Ｂに対して本質的に平行に配置され、それぞれが光透過性ベース２に隣接した出口を形成している。樹脂供給部１３、１４、１５、１６は、ビルドキャリヤ４を通って延びている。この実施例では、図４の実施例で説明したように槽の寸法を最小化することができ、更に、槽内の樹脂を混合するために、槽３とビルドキャリヤ４とを互いに関連して回転させることができる。

図７は、樹脂供給部１３、１４の配置を除いて、図１に示したシステムと技術的に同一のシステム１を示している。第１及び第２の樹脂供給部１３、１４は、それぞれ、槽の側壁３ｂ内に第１及び第２の樹脂出口１３ａ、１４ａをそれぞれ形成している。この実施例は樹脂供給部１３、１４の配置によって他の実施例と区別できるが、以下に説明するビルドアップ工程は、本明細書に記載されたいずれのシステムにおいても実行することができる（特に図１〜６だがそれに限定されない）。

この実施例では、システムは、第１の樹脂供給部１３が第１の樹脂を供給し、第２の樹脂供給部１４が第２の樹脂を供給するように構成される。第１及び第２の樹脂は異なっており、特にこの実施例では異なる色を有している。

図示された段階で、ワークピース１００は少なくとも部分的にビルドアップされている。更に、ワークピース１００と共に補助コンパートメント２００がビルドアップされている。補助コンパートメント２００は、（好ましくは薄い）膜によって形成されている。膜は、樹脂槽３内の光硬化性樹脂によってビルドされる。膜は薄い方が好ましいことから、補助コンパートメント２００は、ワークピース１００を実質的に損傷することなく、ワークピース１００から取り外すことができる。

補助コンパートメントは、樹脂槽３内に供給された、より大きい体積Ｂから一部の体積Ａを分離する形状である。

ワークピース１００及び補助コンパートメント２００は、図８により詳細に示されている。膜は、光透過性ベース（この図では図示されていない）に隣接する槽壁上の第１の位置２０２から、光透過性ベースに隣接する槽壁上の異なる第２の位置２０３まで延びる第１の線に沿って槽壁（この図では図示されていない）に当接する第１の端部２０１を形成している。膜は、更に、第１及び第２の位置２０２、２０３の間を延びる第２の線に沿って光透過性ベースに対して平行に延びる第２の端部２０４を形成している。膜は、第１及び第２の線２０３の間を連続して（閉じた構造として）延びている。第１及び第２の線がそれぞれ本質的にＵ字形に延びているので、膜は、基本的に、ドーナツの外側シェルの部分に対応した形状となっている。

更に、膜は、補助コンパートメント２００内の第２の出口１４ａを囲んでいる。したがって、第２の樹脂供給部１４を通って供給された樹脂は、直接補助コンパートメント内に流れる。一方、第１の樹脂供給部１３を通って供給された樹脂は、補助コンパートメント２００の外側の樹脂槽内に直接流入する。そのため、補助コンパートメント２００は、第２の樹脂供給部１４によって供給された樹脂を主に含み、樹脂槽３の残りの部分は、第１の樹脂供給部１３によって供給された樹脂を主に含んでいる。それぞれが１つ以上の樹脂供給部を囲む、１つ超の補助コンパートメントが設けられてもよいことに注意する。更に、複数の樹脂供給部を囲む１つの補助コンパートメントが設けられてもよい。補助コンパートメント（複数可）の外側の樹脂槽に樹脂を供給するために、樹脂槽の残りの部分に更に２つ以上の樹脂供給部が設けられてもよい。

Claims (9)

1. 付加製造システムであって、
   光透過性ベースを形成する樹脂槽と、前記システムによってビルドアップされたワークピースを保持するためのビルドキャリヤと、前記光透過性ベースを通して、前記光透過性ベースと前記ビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射するように配置された光源と、を備え、
   前記光透過性ベース及び前記ビルドキャリヤは、前記ワークピースがビルドアップされるビルド方向において互いに関連して位置決め可能であり、
   前記システムは、前記槽内に異なる光硬化性樹脂を互いに直接接触するように供給するための少なくとも１つの樹脂供給部を更に備え、
   前記システムは、異なる光硬化性樹脂を供給するための複数の樹脂供給部を備え、
   前記樹脂供給部及び前記ビルドキャリヤは、前記ビルド方向に対して本質的に平行に配置された回転軸を中心に互いに関連して回転可能であり、
   前記システムは、以下のステップ：
   （ａ）前記樹脂供給部の少なくとも１つを使用して、前記樹脂槽内に光硬化性樹脂の一部を供給するステップ、
   （ｂ）前記ビルドキャリヤ及び前記光透過性ベースを、互いに所定の間隔で位置決めするステップ、
   （ｃ）前記光源によって、前記光透過性ベースと前記ビルドキャリヤとの間の前記領域に向けて光を照射し、前記領域内の前記硬化性樹脂を硬化させるステップ、
   （ｄ）ステップ（ａ）からステップ（ｃ）を連続的に繰り返すステップ、
   を実行することでワークピースをビルドアップするように構成され、
   前記ワークピースをビルドアップする間、ステップ（ａ）は、少なくとも、第１の時間において、第１の光硬化性樹脂を前記樹脂槽に供給し、第２の時間において、異なる第２の光硬化性樹脂を前記樹脂槽に供給するように、実行される、システム。
2. 前記樹脂供給部は、前記光透過性ベースの周辺に配置され、前記ワークピースをビルドアップし得るビルド領域を取り囲んでいる請求項１に記載のシステム。
3. 前記樹脂供給部は、前記槽内に設けられている請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記槽は周囲に槽壁を有し、前記樹脂供給部は前記槽壁内に設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記樹脂供給部は、前記光透過性ベース内に設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記樹脂供給部のそれぞれは、１つ以上の樹脂貯蔵タンクと選択的に流体連通可能なノズルの形態である請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記光透過性ベース及びビルドキャリヤは、コンピュータ制御によって互いに関連して移動可能であり、それによって、互いに関連して位置決め可能である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 光硬化性樹脂を備え、前記光硬化性樹脂は、２０重量％〜９９重量％の範囲の量のラジカル硬化性不飽和モノマーと、１重量％〜８０重量％の範囲の量の無機充填剤と、０．００１重量％〜５重量％の範囲の量の光開始剤とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
9. ワークピースを付加製造するための方法であって、
   （ａ）システムを準備するステップであり、前記システムは、光透過性ベースと、前記システムによってビルドアップされたワークピースを保持するためのビルドキャリヤと、前記光透過性ベースを通して、前記光透過性ベースと前記ビルドキャリヤとの間の領域に向けて光を照射するように配置された光源と、更に、樹脂槽と、少なくとも１つの樹脂供給部とを備え、前記樹脂供給部及び前記ビルドキャリヤは、前記ビルド方向に対して本質的に平行に配置された回転軸を中心に互いに関連して回転可能であり、前記光透過性ベースが前記樹脂槽の壁部分を形成する、システムを準備するステップと、
   （ｂ）少なくとも１つの前記樹脂供給部を使用して、前記樹脂槽内に光硬化性樹脂の一部を供給するステップと、
   （ｃ）前記ビルドキャリヤ及び前記光透過性ベースを、互いに関連して所定の間隔で位置決めするステップと、
   （ｄ）前記光源によって、前記光透過性ベースと前記ビルドキャリヤとの間の前記領域に向けて光を照射し、前記領域内の前記硬化性樹脂を硬化させるステップと、
   （ｅ）ステップ（ｂ）からステップ（ｄ）を連続的に繰り返して前記ワークピースをビルドアップするステップと、を含み、
   前記ワークピースをビルドアップする間、ステップ（ａ）は、少なくとも、第１の時間において、第１の光硬化性樹脂を前記樹脂槽に供給し、第２の時間において、異なる第２の光硬化性樹脂を前記樹脂槽に供給するように、実行される、方法。

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