JP7181883B2 - ３次元３ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除くための方法及びコンテナ - Google Patents

Description

本発明は、３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除く方法に関する。
本発明は、さらに、３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除くためのコンテナ（容器）に関する。

本明細書及び以下の特許請求の範囲における用語「３次元３Ｄ印刷」及び「３次元３Ｄプリンタ」は、複数の重畳層により３次元オブジェクトを作成する技術に関する。複数の重畳層では、生成すべきオブジェクトの容積に対応する領域における液状物質の選択的固化により、各層を得る。

特に、本明細書及び以下の特許請求の範囲では、３次元３Ｄ印刷は、例えば、レーザ走査ステレオリソグラフィなどのステレオリソグラフィ、デジタル光処理（ＤＬＰ：登録商標）のような商業的な公知技術、「Stratasys社のObjet」や「3D Systems社のmultijet」のような商業的な公知技術やSolidscape社により用いられる技術などの「マルチ噴射モデリング」であればよい。

本明細書及び以下の特許請求の範囲では、そのような３次元オブジェクトを「３次元モデル」又は単に「モデル」と表す。特に、３次元オブジェクトが歯、歯の一部、歯科補綴物の要素などである限定的ではない場合を参照する。

公知の３次元３Ｄプリンタは、液状物質、一般的に、液状又はペースト状の感光性樹脂が入ったコンテナを備える。

その装置は、一般的に自発光型の光源をさらに備える。光源は、液状物質（感光性樹脂の重合ともいう）を固化するように構成される放射線を放射する。

光ユニットは、コンテナ内に配置した基準面に向けて前記放射線を伝える。基準面は、固化すべき層の位置に対応する。

モデリング基部又はプレートにより、３次元オブジェクトを形成することをサポートする。オブジェクトの最後に固化した層を前記基準面に近接した位置に配置することができるように、モデリング基部又はプレートは、コンテナに対して垂直に移動可能である。

このように、各層を固化した後、再度基準面に近接して固化した層を配置するように、モデリング基部を移動するとすぐ、次の層のための処理を繰り返すことができる。

典型的に、３次元オブジェクトは、複数の固定要素により、モデリング基部に固定される。３次元オブジェクトを形成すると、固定要素は、３次元３Ｄプリンタから着脱可能である。

モデリング基部から得た３次元オブジェクトを外す前に、液状物質の残渣、典型的には、液状又はペースト状で感光性樹脂の残渣、すなわち、固化してない（重合してない）感光性樹脂を取り除くことは、（特に、歯科部門では）適切であり、必要なことである。

そのような残渣を取り除くために、実質的に２つの手段が知られている。

第１の手段では、圧縮空気の噴射を利用する。しかしながら、この手段は、３次元オブジェクトの表面にダメージを与え得るという欠点を有する。

第２の手段では、適当な溶媒、典型的には、溶媒が満たされたタンク内への３次元オブジェクトの入浴を利用する。そのような手段は、溶媒の著しい消費や事前入浴時間を待つ必要性という欠点を有する。しかしながら、この手段は、所望する残渣の完全除去を常に保障するものではない。

本発明の課題は、上述の欠点を克服する３次元３Ｄ印刷により得られるモデルから樹脂残渣を取り除く方法であって、除去の質を高め、除去回数を少なくすることを保障する方法を提供することにある。

したがって、第１の態様の本発明は、３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除く方法に関する。その方法は、
３次元３Ｄ印刷を通して３次元モデルを作成するステップと、
３次元モデルをコンテナに挿入するステップと、
溶媒をコンテナに導入するステップと、
繰返しの直線運動により、溶媒が導入されたコンテナと、３次元モデルとを移動させるステップと、
を含む。

したがって、本発明によれば、例えば、先行技術に係る複数の層に重合される適当な樹脂によって作られた３次元モデルは、適当な３次元３Ｄプリンタにより作成される。好ましくは、３次元モデルを作成するとき、この３次元モデルは、３次元３Ｄプリンタの一部である基部に固定される。

まだ液状又はペースト状である樹脂で、このように作成したモデルをカバーする。この樹脂は、重合されておらず、取り除く必要がない。モデルが多くの穴やくぼむなどを含めば含むほど、あるいは、比較的複雑な形状を有すれば有するほど、樹脂残渣が多くなるであろう。

好ましくは、モデルが固定されたのと同じ基部とともに、該モデルをコンテナに挿入する。このコンテナは、別の要素であってもよく、あるいは、装置の一部であってもよい。

適当な溶媒をコンテナに挿入する。その溶媒は、重合した樹脂のタイプに依存する。モデルから樹脂を取り除く能力のために、その溶媒を選択する。

そして、コンテナは、複数の直線運動により移動する。手により、すなわち、手動でコンテナをかき混ぜるユーザにより、その運動を付与することができる。あるいは、特に、コンテナがより複雑な装置の一部であるとき、その装置によって自動的にその運動を付与することができる。手により運動を実行することもできるので、「直線運動」は、機械だけではなく人間の操作者によっても行われる運動に利用可能な精度で直線性を得ることができる運動として理解すべきである。したがって、その運動は、不本意に、完全な直線性からわずかに外れてもよい。すなわち、運動は、わずかに曲がり得る。そのため、「直線（linear）」は、本明細書では、人間の操作者であろうと機械であろうと、その運動のアクチュエータにより与えられる「可能な限り直線的（線形の）」運動を意味する。したがって、直線性からの偏差が存在する可能性があるが、好ましくは、全体の運動の主方向よりも小さい。

自動作動と手動作動の間の選択は、中でも、残存樹脂を取り除くべきモデルの寸法や重量に依存する。

作動は、複数の直線運動、すなわち、ある軸に沿った運動を含む。直線運動は、同じ軸に沿ったものとは限らない。

好ましくは、その運動は、垂直軸（座標軸系のＺ軸）と、該垂直軸に対して４５°で配置される軸とにより規定される角度内に含まれる軸に沿って発生する。好ましくは、最適な洗浄のために、０°～４５°（ここで、０°は垂直軸である）の範囲の角度に位置する１つの軸に沿って、あるいは、常に同じ角度内の複数の軸に沿って、すべての直線運動を実行する。

実質的に、コンテナは、「振動（shaking）」を受けることにより、コンテナに導入され、重力によりその底部に存在する溶媒は、モデルを濡らし、直線作動による一定の力で底部上をスライドすることができる。

出願人は、この作動及び「噴射」における溶媒の結果としての入浴により、モデルから樹脂残渣を適切に除去することができることを発見した。

また、好適な角度内の軸に沿った運動の方向は、モデルをきれいにするために重力を利用する。

有利に、繰返しの直線運動で移動するコンテナの提供のおかげで、モデルからの樹脂残渣の広範囲の除去を短時間で得ることができる。

また、モデルは、表面的にはダメージを受けておらず、コンテナの繰返しの直線運動中、簡単にすすがれる。

さらに、コンテナに導入される溶媒は、溶媒で満たしたタンク内に３次元オブジェクトを入浴させる先行技術で提供されるものよりも著しく少ない。

以下、本発明に係る３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除く方法の好ましい特徴を説明する。これらの特徴は、独立して、あるいは、互いに組み合わせて設けることができる。

好ましくは、溶媒をコンテナに導入するステップは、コンテナの内容積の多くても１／３の溶媒を導入するステップを含む。より好ましくは、溶媒は、コンテナの内容積の１／５～１／３の間だけ満たされる。出願人は、この減少した溶媒量によって、モデルから樹脂残渣を適切に除去することができるのに十分であることが分かった。

好ましくは、前記溶媒は、アルコールを含む。

有利に、それは、無害で安価な溶媒である。

好ましくは、３次元３Ｄ印刷を通して３次元モデルを作成するステップは、ステレオリソグラフィ、より好ましくは、レーザ走査ステレオリソグラフィにより３次元モデルを作成するステップを含む。

より好ましくは、３次元モデルを作成するステップは、歯又は歯の一部の３次元モデルを作成するステップを含む。

有利に、ステレオリソグラフィ、特に、レーザ走査ステレオリソグラフィが既に周知技術であり、特に、歯科部門によく適している。

好ましくは、本発明に係る方法は、前記コンテナを移動する前に該コンテナを封止するステップを含む。

有利に、このように、溶媒は、その繰返しの直線運動中でもコンテナに残存する。

好ましくは、前記直線運動は、１以上の軸に沿って行われる。

好ましくは、直線運動は、コンテナの高さの０．５～１．５倍の間の振幅を有する。

より好ましくは、前記繰返しの直線運動は、少なくとも３０ｃｍの振幅を有する。例えば、その振幅は、およそ４０ｃｍである。

その振幅は、直線運動の端点間の距離であり、コンテナは、その移動方向を反転する前に停止する。

より好ましくは、前記繰返しの直線運動は、３０秒～１２０秒の継続時間（期間）を有する。

さらにより好ましくは、前記繰返しの直線運動は、少なくとも毎分２０回移動の振動数を有する。例えば、その振動数は、毎分６０～１８０回移動である。（前進及び後進）の直線運動を往復移動する場合には、振動数は、およそ毎分３０～９０回往復運動（前進及び後進）に対応する。

有利に、直線運動は、それを手動で実行するユーザにとって習得するのは容易であるか、自動作動装置により容易に達成される。

これらの振動数レンジ内の直線運動により、特に、形状へのダメージを避け、変形、膨張、又は破損のリスクを最小化するなどのモデルの完全性を保護しつつ、徹底的な洗浄をすることができる。より詳細には、上述の直線運動は、特定のパラメータ内で速度及び加速度を維持しつつ、モデル破損のリスクを低減する。また、好ましくは、モデルの変形や膨張が溶媒とモデルとの接触時間に関連するので、上述のように、モデルと溶媒との接触時間も選択する（接触時間は、直線運動の周期及び振動数に依存する）。いずれの場合でも、破損、膨張、及び変形は、互いに関係がある。なぜならば、接触時間が長いほど、モデルが壊れやすくなり、「振動」によるモデルの運動がより危険になるためである。

好ましくは、本発明に係る方法は、コンテナと３次元モデルとを移動する前に該コンテナと一体的な３次元モデルを作成するステップを含む。

有利に、モデルは、コンテナに付与される繰返しの直線運動中、該コンテナの内壁に対してダメージを受けない。

第２の態様では、本発明は、３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除くためのコンテナに関する。該コンテナは、
溶媒を含むように構成されるタンクと、
タンクを閉止するように構成され、３次元モデル用の１以上の固定要素を含む３次元３Ｄプリンタの基部を含むか、該基部そのものであるカバーと、
タンクとカバーとを封止する手段と、
を含む。

本発明の第２の態様に係るコンテナは、本発明の第１の態様に係る方法を実施するために用いられてもよい。したがって、上述のすべての利点を達成することができる。

以下、本発明に係る３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除くためのコンテナの好適な特徴を説明する。コンテナは、個別に、あるいは、互いに組み合わせて設けることができる。

好ましくは、固定要素は、カバーをタンクに固定すると、タンクの内側に向けられる。

有利に、固定要素に固定したモデルは、このように、タンクの内側に向けられる。

好ましくは、カバーは、３次元３Ｄプリンタの基部を受けて密閉するように構成されるアダプタを含む。

有利に、アダプタにより、樹脂残渣を取り除くべきモデルを生む３次元３Ｄプリンタの基部の素早い係合／解放を可能にする。

好ましくは、本発明に係るコンテナは、１つ以上のハンドルを含む。該ハンドルの少なくとも１つは、それぞれ、タンクに対して、溶媒を導入したり、取り除いたりするための、前記タンクの外側の入口又は出口と、前記タンクの内側の出口又は入口とを有する導管を備える。

有利に、ハンドルは、特に、コンテナに付与される繰返しの直線運動中、コンテナの確実なグリップを可能にする。好ましくは、導管は、ハンドルの１つに有利に組み込まれる。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照してなされる好適実施形態の記述からより明らかになるであろう。
本発明に係る３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除くためのコンテナの第１実施形態の横立面図である。 図１のコンテナの平面図である。 図１のコンテナの分解斜視図である。 本発明に係る３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除くためのコンテナの第２実施形態の横立面図である。 図４のコンテナの平面図である。 図４のコンテナの平面図である。

まず、図１～図３を参照する。参照符号１０は、本発明に係る３次元３Ｄ印刷により作成されるモデル（図示せず）から樹脂残渣を取り除くためのコンテナ（容器）の第１実施形態を全体として示す。

コンテナ１０は、タンク２０と、カバー３０とを含む。カバー３０は、タンク２０の上部開口２２を閉止するよう構成される。

カバー３０は、３次元３Ｄプリンタ（図示せず）の基部３２を含む。好ましくは、基部３２は、ステレオリソグラフィ装置、より好ましくは、レーザ走査型の基部である。

基部３２は、３次元３Ｄプリンタ内に形成されるモデルを生む。３次元３Ｄプリンタは、固定要素３４により、基部３２に固定される。

固定要素３４は、基部３２の実質的な平面部３６から延伸する。特に、固定要素３４は、カバー３０がタンク２０に固定されるとき（図１）、タンク２０の内側に向けられる。固定要素３４は、実質的に四辺形の部分、例えば、長方形の部分を持つ実質的に円筒形の形状を有する。

タンク２０は、実質的に楕円形の基部を持つ実質的に円筒形の形状を有する。タンク２０には、溶媒２４、例えばアルコール、特に、エチルアルコールが注がれる。

カバー３０とタンク２０との間には、封止手段３８が設けられる。封止手段３８は、例えば、タンク２０の上部開口２２端部２２ａに位置する環状ガスケット３９である。

カバー３０は、実質的な平面部３１を含む。カバー３０上には、貫通口３３が形成される。

カバー３０は、基部３２を受けて密閉するように構成されるアダプタ３５を含む。

アダプタ３５は、貫通口３３において、実質的な平面部３１から延伸する。特に、アダプタ３５は、カバー３０をタンク２０（図１）に固定すると、タンク２０の内側に向けられる。アダプタ３５は、実質的に円筒形の形状と、固定要素３４の部分に連結される実質的に四辺形の部分（例えば、長方形の部分）とを有する。固定要素３４は、アダプタ３５内に挿入可能である（図１）。

このように、固定要素３４とアダプタ３５の間には、形状継手（shape coupling）が設けられる。

固定要素３４の挿入及び抜き取りをさらに容易にするために、カバー３０をタンク２０に固定するとき、タンク２０の内側に向かう方向に先細になるように、固定要素３４とアダプタ３５の壁をわずかに傾けることができる。

カバー３０及び基部３２は、それぞれ、把持付属部３０ａ、３２ａを備える。

本発明の第２実施形態を図４～図６に示す。これらの図では、図１～図３に示す第１実施形態を参照してすでに説明したものと構造的又は機能的に同等の要素は、同じ参照符号で示す。

この第２実施形態では、コンテナ１０のカバー３０は、実質的に、３次元３Ｄプリンタ（図示せず）の基部３２である。このため、本発明の第１実施形態の代わりの場合のように、アダプタ３５の存在は必要ではない。

タンク２０は、実質的に円形の基部を備える実質的に円筒形の形状を有する。

基部３２とタンク２０の間には、封止手段３８が設けられる。一対の相互に反対に回転可能なレバー１４０は、タンク２０の上部開口２２の端部２２ａに近接して載置される。該レバー１４０は、タンクに対して、基部３２を施解錠（固定／解放）する。

カバー３０は、把持付属部３０ａを備える。

タンク２０は、タンク２０に対して長手方向に延伸し、互いに対向する２つのハンドル１２０ａを含む。

２つのハンドル１２０ａの一方は、タンク２０の外側の入口と、前記タンク２０の内側の出口又は入口とを有する導管１２２を備える。外側の入口は、着脱可能なプラグ１２４により閉止される。内側の出口又は入口は、タンク２０に対して、溶媒２４を導入又は取り除くためのものである。

動作において、３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除く方法は、例えば、ステレオリソグラフィ、特に、レーザ走査ステレオリソグラフィにより実施される。３次元モデルは、歯又は歯の一部であってもよい。

まず、３次元３Ｄ印刷により３次元モデルを作成し、その後、樹脂残渣を取り除くべきモデルを生む３次元３Ｄプリンタの基部３２を抽出する。

基部３２は、コンテナ１０のカバー３０に関連付けられ（図１～図３に示す第１実施形態）、あるいは、それ自身がコンテナ１０のカバー３０を構成する（図４～図６に示す第２実施形態）。

基部３２により、３次元モデルをコンテナ１０に挿入する。基部３２は、コンテナ１０のタンク２０と一体的に作られる。そのため、３次元モデルも、コンテナ１０と一体的に作られる。

図４～図６に示す第２実施形態の場合には、好ましくは、基部３２が３次元３Ｄプリンタ内にまだあるとき、樹脂がモデルから３次元３Ｄプリンタの外部や作業場に滴るのを防ぐように、タンク２０は、基部３２に係合される。

カバー３０及びタンク２０は、封止手段３８により互いに封止される。

コンテナ１０には、溶媒２４が導入される。好ましくは、溶媒２４は、コンテナ１０の内容積の１／３未満だけ満たされる。より好ましくは、溶媒２４は、コンテナ１０の内容積の１／５未満だけ満たされる。なおより好ましくは、溶媒２４は、コンテナ１０の内容積のおよそ１／１０だけ満たされる。例えば、およそ２００ｍｌ～３００ｍｌの間の量の溶媒２４を使用可能である。

そして、繰返しの直線運動により、溶媒２４及びモデルを含むコンテナ１０を動かす。

１以上の軸に沿って、そのような直線運動を実行する。手により、すなわち、手動でコンテナ１０をかき混ぜるユーザによりその作動を行うことができる。あるいは、特に、コンテナ１０がより複雑な装置の一部であるとき、その装置により自動的にその作動を行うことができる。

好ましくは、繰返しの直線運動は、
少なくとも３０ｃｍの振幅（例えば、振幅は、およそ４０ｃｍに等しい）と、
少なくとも３分の周期（例えば、周期は、およそ４分である）と、
少なくとも毎分２０回移動の振動数（例えば、振動数は、およそ毎分３０回移動である）と、
を有する。

コンテナ１０を含む要素、すなわち、タンク２０及びカバー３０は再利用可能であり、基部３２も同様に、再利用可能である。

明らかに、特定の及び不定の（偶発的な）要件を満たすために、当業者は、それによって以下の特許請求の範囲に規定される保護範囲から逸脱することなく、本発明に係る３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除く方法及びコンテナに対して、多くの修正や変形を加えてもよい。

Claims (15)

1. ３次元３Ｄ印刷により作成されるモデルから樹脂残渣を取り除く方法であって、
   前記方法は、
   溶媒（２４）を含むように構成されるタンク（２０）と、
   前記タンク（２０）を閉止するように構成され、３次元モデル用の１以上の固定要素（３４）を含む３次元３Ｄプリンタの基部（３２）を含むか、該基部（３２）そのものであるカバー（３０）と、
   前記タンク（２０）と前記カバー（３０）とを封止する手段（３８）と、
   少なくとも１つのハンドル（１２０ａ）が、それぞれ溶媒（２４）を導入し、あるいは、前記タンク（２０）から該溶媒（２４）を取り除くための前記タンク（２０）の外側の入口又は出口、及び前記タンク（２０）の内側の出口又は入口を有する導管（１２２）を備える１以上のハンドル（１２０ａ）と、
   を備える、コンテナ（１０）によって実施され、
   前記方法は、
   ３次元３Ｄ印刷を通して３次元モデルを作成するステップと、
   前記３次元モデルを前記コンテナ（１０）に挿入するステップと、
   前記溶媒（２４）を前記コンテナ（１０）に導入するステップと、
   繰返しの直線運動により、前記溶媒（２４）が導入された前記コンテナ（１０）と、前記３次元モデルとを移動させるステップと、
   を含む、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記溶媒（２４）を前記コンテナ（１０）に導入するステップは、前記コンテナ（１０）の内容積の多くても１／３の前記溶媒（２４）を導入するステップを含む、
   方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の方法において、
   前記溶媒（２４）は、アルコールを含む、
   方法。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の方法において、
   前記３次元３Ｄ印刷を通して３次元モデルを作成するステップは、レーザ走査ステレオリソグラフィにより３次元モデルを作成するステップを含む、
   方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法において、
   前記３次元モデルを作成するステップは、歯又は歯の一部の３次元モデルを作成するステップを含む、
   方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法において、
   前記コンテナ（１０）を移動する前に該コンテナを封止するステップをさらに含む、
   方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法において、
   前記直線運動は、１以上の軸に沿って行われる、
   方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記軸は、垂直軸と、該垂直軸から４５°で配置される軸との間で規定される角度内に含まれる、
   方法。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法において、
   前記繰返しの直線運動は、前記コンテナの高さの０．５～１．５倍の間の振幅を有する、
   方法。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の方法において、
    前記繰返しの直線運動は、複数の直線運動よりなり、前記複数の直線運動として３０秒～１２０秒の継続時間を有する、
    方法。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の方法において、
    前記繰返しの直線運動は、毎分６０～１８０回運動の振動数を有する、
    方法。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の方法において、
    前記コンテナ（１０）を移動する前に該コンテナ（１０）と一体的な前記３次元モデルを作成するステップを含む、
    方法。
13. ３次元３Ｄ印刷を通して作成されるモデルから樹脂残渣を取り除くためのコンテナ（１０）であって、
    溶媒（２４）を含むように構成されるタンク（２０）と、
    前記タンク（２０）を閉止するように構成され、３次元モデル用の１以上の固定要素（３４）を含む３次元３Ｄプリンタの基部（３２）を含むか、該基部（３２）そのものであるカバー（３０）と、
    前記タンク（２０）と前記カバー（３０）とを封止する手段（３８）と、
    少なくとも１つのハンドル（１２０ａ）が、それぞれ溶媒（２４）を導入し、あるいは、前記タンク（２０）から該溶媒（２４）を取り除くための前記タンク（２０）の外側の入口又は出口、及び前記タンク（２０）の内側の出口又は入口を有する導管（１２２）を備える１以上のハンドル（１２０ａ）と
    を備える、コンテナ（１０）。
14. 請求項１３に記載のコンテナ（１０）において、
    前記カバー（３０）を前記タンク（２０）に固定すると、前記１以上の固定要素（３４）は、前記タンク（２０）の内側に向けられる、
    コンテナ（１０）。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載のコンテナ（１０）において、
    前記カバー（３０）は、前記３次元３Ｄプリンタの前記基部（３２）を受けて密閉するように構成されるアダプタ（３５）を含む、
    コンテナ（１０）。

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