WO2008044693A1 - Système et programme de création de données de modélisation et procédé de fabrication - Google Patents

Système et programme de création de données de modélisation et procédé de fabrication Download PDF

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WO2008044693A1
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modeling
cross
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PCT/JP2007/069723
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Tomoyuki Inoue
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Shofu Inc.
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Publication date
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    • A61C13/0004—Computer-assisted sizing or machining of dental prostheses
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture

Definitions

  • Modeling data creation system manufacturing method and modeling data creation program
  • the present invention relates to a modeling data creation system for creating data used in a layered modeling apparatus for forming a modeled object by laminating a modeling layer partially shaped in shape on a basic plane.
  • a modeling data creation system for creating data used in a layered modeling apparatus for forming a modeled object by laminating a modeling layer partially shaped in shape on a basic plane.
  • prosthetics such as crowns, bridges, inlays, onlays, or implants used for the purpose of restoring the patient's facial features, mastication function, pronunciation / speech function, etc.
  • prosthetics such as crowns, bridges, inlays, onlays, or implants used for the purpose of restoring the patient's facial features, mastication function, pronunciation / speech function, etc.
  • the finishing work is changed from a dental technician to a machine, so the finish and compatibility are stable regardless of whether the level is sufficient or not. Will tend to.
  • the number of cutting tools consumed increases and the cutting time increases. Will be too long. As a result, the amount of energy required to operate the equipment has increased, resulting in an overall increase in manufacturing costs.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a process in which a modeled object is formed by the additive manufacturing apparatus.
  • powder is evenly dispersed by a powder feeder 42 on a modeling table 41 provided in the layered modeling apparatus, and a powder layer 51 is formed.
  • the inkjet head 43 injects the liquid agent to the portion 51a to be modeled in the powder layer 51.
  • the portion 51a from which the liquid agent has been injected is shaped, for example, by being irradiated with light.
  • the operations shown in FIGS. 20A and 20B are repeated each time the modeling table 41 is lowered by a predetermined pitch. As a result, as shown in FIG.
  • the force S can be used to form a structural material having a complicated shape such as a dental structural material.
  • the shaped object is sintered and then subjected to a finishing process to complete a target structure.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-344623
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-59477
  • the modeled object formed by the additive manufacturing apparatus is a prosthesis frame.
  • a post-molding firing process is required, so the molded object may droop or collapse due to the flow of the atmosphere in the furnace during the temperature rise, which is different from the original target shape. Often transformed into a shape.
  • a long shaped object such as a long span bridge frame
  • a force S that can cause deformation due to drying or polymerization during shaping.
  • an object of the present invention is to provide a modeling data creation system, a program, and a manufacturing method of the modeled object that create modeled data representing a modeled object that is difficult to be deformed in the forming process or the firing process. To do.
  • the modeling data creation system which is particularly effective in the present invention, laminates a modeling layer shaped at least partly on a base plane by irradiating layer light or impregnating with a binder liquid.
  • This is a modeling data creation system for creating modeling data representing the shape of the modeled object, which is used in a layered modeling apparatus that forms the shaped part as a modeled object.
  • the composition data recording unit for recording the composition data representing the composition of the material used for the modeled object formed by the additive manufacturing apparatus, and the modeled object
  • a change amount data recording unit for recording the composition of a material that may be generated and change amount data indicating the amount of change due to drying, polymerization, or sintering of the material, and the composition Change amount data indicating the amount of change corresponding to the composition of the material indicated by the data is obtained from the change amount data, and based on the obtained change amount data, a structure formed using the structure data is obtained.
  • a correction unit that corrects the structure data so that the shape becomes close to the shape of the desired structure after drying, polymerization, or sintering, and the structure is arranged on the base plane, and the arrangement Using the structure data, external data representing the external shape of the space between the structure and the projection plane obtained by projecting the structured structure perpendicular to the base plane is generated.
  • a cross-section generating unit that generates cross-sectional data representing a cross-sectional shape in each of a plurality of planes based on the structure data, the support member data, and the outer shape data.
  • the correction unit uses change amount data indicating the amount of change due to drying, polymerization, or sintering of a modeled object, thereby presuming the amount of change such as shrinkage or deformation due to drying, polymerization, or sintering.
  • the structure data can be corrected accordingly. Therefore, the structure data is corrected so that the model formed by the additive manufacturing apparatus based on the structure data is as close to the desired shape as possible. This provides structure data that allows the shaped object to have the desired shape and size after drying, polymerization or sintering (firing).
  • the support member generation unit generates support member data representing the shape of the support member that fills substantially the entire space represented by the outline data. Therefore, the modeled object composed of the support member represented by the support member data and the structure represented by the structure data is the surface on the base plane side of the structure, that is, the The lower surface of the structure is configured to be supported by the support member over substantially the entire surface on the base plane.
  • Cross-sectional data representing the cross-sectional shape of the modeled object is generated from such corrected structure data, support member data, and outer shape data.
  • the correction unit uses the cross-sectional data to correct the structure data in anticipation of the amount of change that occurs in the formation process of the shaped object and the firing process.
  • the shaped object after being laminated and sintered using the cross-sectional data accurately reflects the shape of the desired structure indicated by the structure data input in the structure data input unit. It becomes. That is, in the process of forming the structure represented by the structure data or in the process of sintering, it is possible to suppress a decrease in compatibility and accuracy due to the structure changing due to shrinkage or the like.
  • the structure laminated using the cross-sectional data is formed by the support member in a state where the lower surface thereof is supported on the basic plane over substantially the entire surface. Therefore, deformation such as warping of the structure can be suppressed in the process of forming the shaped object based on the cross-sectional data. Furthermore, during the formation process, the support member Since the surface is fully supported, the structure is accurately formed while maintaining the desired shape.
  • the modeling data creation system can provide modeling data for obtaining a model that is difficult to be deformed in the forming process and accurately reflects a desired shape after forming and sintering.
  • the modeling data creation system is capable of providing modeling data useful for modeling structures that have complex surfaces and need to be precisely formed, such as crowns and bridges.
  • the present invention provides a modeling data creation system, a program, and a manufacturing method of the molded product that create modeling data representing a molded product having a structure that is not easily deformed in the forming process or the sintering process. can do.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of a modeling data creation system in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing when creating modeling data.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a bridge frame represented by corrected structure data 29 created by the correction unit 28.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of a support member represented by the support member data 25 created by the support member generation unit 7.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing for creating support member data 25.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a screen displaying a state in which a structure 31 represented by structure data 22 is arranged on xyz coordinates.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a screen displaying a plane 32 obtained by projecting the shape of the structure 31 onto the xy plane.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a screen that displays an outer shape 33 represented by outer shape data.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a screen displaying columnar bodies 34a arranged at equal intervals perpendicular to the xy plane.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a screen displaying a state in which the outer shape 33 is superimposed on the columnar body 34a.
  • FIG. 10 is an example of a screen displaying the shape of the support member 34 formed by the trimmed columnar body 34a.
  • FIG. 11 A diagram showing an example of a screen displaying a state in which the structure 31 is supported on the support member 34.
  • FIG. 12 is a view showing the cross-sectional shapes of the support member 34 and the structure 31 when the peripheral portion of the portion in contact with the support member 34 is recessed.
  • Fig. 12B is a view showing a cross-sectional shape of the support member 34 having a notch.
  • FIG. 13 A diagram showing a screen displaying a modification of support member 34.
  • FIG. 14 A diagram showing a screen displaying a modification of the support member 34.
  • FIG. 15A is a side view of the bridge frame as the structure 31 cut into a plurality of parallel surfaces having a predetermined distance from each other.
  • FIG. 15B is a diagram of a state in which the bridge frame as the structure 31 is cut from a plurality of parallel surfaces having a predetermined distance from each other, as viewed obliquely from above.
  • FIG. 15C A view of the bridge frame, which is the structure 31, as seen from above with a plurality of parallel surfaces having a predetermined interval between each other.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of image data in each cross section of a bridge frame which is a structure 31.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a schematic configuration of an additive manufacturing apparatus 100.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a schematic configuration of an additive manufacturing apparatus 100.
  • 18A A cross-sectional view showing the first step in modeling by the additive manufacturing apparatus 100.
  • 18B A cross-sectional view showing the next step in modeling by the additive manufacturing apparatus 100.
  • 18C A sectional view showing the next step in modeling by the additive manufacturing apparatus 100.
  • 18D A sectional view showing the next step in modeling by the additive manufacturing apparatus 100.
  • 18E A sectional view showing the next step in modeling by the additive manufacturing apparatus 100.
  • FIG. 19 is a flowchart showing an example of processing controlled by a control program.
  • En 20A] is a diagram illustrating a process in which a model is formed by a conventional additive manufacturing apparatus.
  • FIG. 20B is a diagram showing a process in which a modeled object is formed by a conventional additive manufacturing apparatus.
  • 20C] is a diagram showing a process in which a model is formed by a conventional additive manufacturing apparatus.
  • FIG. 20D is a diagram showing a process of forming a modeled object by a conventional additive manufacturing apparatus.
  • FIG. 21A is a view showing a cross section of an auxiliary member 52 of a type having a corner on the shoulder in contact with the abutment tooth.
  • FIG. 21B is a view showing a cross section of auxiliary member 53 of the type in which the shoulder of the portion in contact with the abutment tooth is rounded.
  • FIG. 22 shows a cross-sectional view of the crown manufactured according to the present invention mounted on the abutment tooth as seen from the side.
  • the structure data input unit has a relative positional relationship between the object and the structure when the desired structure is attached to another object. Is further input, and based on the relationship data, auxiliary shape data representing a member for fixing the positional relationship between the object and the structure is generated and added to the structure data.
  • An aspect may further include an auxiliary shape data generation unit.
  • the auxiliary shape data generation unit generates structure data to which information representing a member for fixing the positional relationship between the structure and the object to be mounted is added.
  • the cross-section data generated from the structure data is used in the additive manufacturing apparatus, whereby a structure to which the member is added is formed.
  • structure data representing a structure that can be accurately determined by uniquely determining its orientation and position when mounted on an object is obtained.
  • the structure can be attached to the object in the correct position and orientation. It is possible to suppress the deviation of the orientation when the structure is mounted on the object.
  • an auxiliary shape data generation unit adds a cement space for attachment or adhesion to an abutment tooth
  • the frame can be positioned so that the frame maintains the correct position and orientation relative to the abutment tooth.
  • the auxiliary shape data generation unit generates data representing a plate-like body or a columnar body provided between the object and the structure as auxiliary shape data.
  • the composition data recorded in the composition data recording unit The force S for generating the auxiliary shape data can be obtained by obtaining the cross-sectional area of the plate-like body or the columnar body using.
  • the member represented by the auxiliary shape data is a plurality of plate-like bodies or columnar bodies
  • the structure and the object represented by the cross-sectional data are provided at a plurality of locations by the member. The area where the structure and the member are in contact with each other is reduced. This facilitates accurate positioning of the precisely shaped structure on the object.
  • the auxiliary shape data generation unit has an area of a portion where the member is in contact with the object, an area necessary for fixing the positional relationship, and the structure
  • the force S is used to generate the auxiliary shape data by calculating using the structure data and the relational data so that the area required to prevent the adhesive strength between the object and the object from falling below a predetermined value.
  • auxiliary shape data can be obtained that makes it possible to fix the relative position between the structure and the object with sufficient strength and to bond the structure and the object with sufficient strength.
  • the auxiliary shape data generation unit is added to a surface attached to the object among the structures indicated by the structure data, and between the structure and the object.
  • Auxiliary shape data representing a member formed of a plurality of plate-like bodies or columnar bodies having a thickness equal to a desired space and a surface in contact with the object having the same shape as the shape of the corresponding portion of the object Can be generated.
  • the completed model can be mounted and fixed more accurately while maintaining an appropriate thickness for adhesion or the like with the correct position and orientation on the object to be mounted.
  • the completed object is a prosthesis that is attached to an abutment tooth in a patient's mouth
  • the prosthesis is in the correct position and orientation with respect to the abutment tooth and has an appropriate cement layer thickness. It becomes possible to be mounted and fixed accurately while maintaining.
  • the auxiliary shape data generation unit includes a plurality of plate-like bodies or columnar bodies extending in a normal direction in a portion of the structure that contacts the member. It is possible to generate auxiliary shape data representing a member formed by. As a result, the auxiliary shape data generation unit can generate auxiliary shape data by a simple calculation.
  • the contour generation unit is corrected by the correction unit.
  • the arrangement of the corrected structure is determined based on the volume of the space formed between the corrected structure data and the base plane, and the space formed between the corrected structure data and the base plane is determined.
  • Outline data representing the outline can be generated.
  • the outer shape generation unit can force S to place the structure so that the volume of the space is optimized. Therefore, the outer shape data represents the outer shape of a space having an optimal volume. Based on the outer shape data of the space having such an optimal volume, the support member generation unit generates support member data. Therefore, support member data representing a support member having an optimal volume can be obtained. For example, when the volume of the space is reduced, the support member formed in the space can be reduced. That is, the support member represented by the support member data becomes smaller. As a result, the amount of material used to form the support member can be reduced.
  • the support member data may represent a support member formed of a plurality of plate-like bodies or columnar bodies provided perpendicular to the base plane.
  • the support member represented by the support member data is a plurality of plate-like bodies or columnar bodies, the portion where the support member is in contact with the structure is reduced. Therefore, the structure represented by the cross-sectional data is supported by the support member over the entire area, and the area in contact with the support member is reduced.
  • the structure formed on the basis of such cross-sectional data can be prevented from being deformed during the formation process, and even if the support member is removed, the debris hardly remains on the structure. That is, when the area where the support member and the structure are in contact with each other is small, the support member is easily broken near the base of the structure when the support member is removed. As a result, post-processing for smoothing the surface of the structure after removing the support member is facilitated. That is, it becomes easy to obtain a precisely shaped structure.
  • the modeling data creation system can provide modeling data for easily obtaining a precise structure by using the support member data.
  • the support member data indicates that the thickness of the plate-like body or the columnar body in the horizontal direction is in comparison with the other portions in the portion in contact with the structure. It can be set as the aspect showing the said supporting member which has become small. [0042] Thereby, the area of the portion where the support member represented by the support member data contacts the structure is reduced. That is, since the contact point between the support member and the structure is reduced, in the modeled object that is modeled based on the cross-sectional data, the support member is removed when the support member is removed from the structure. Easier to break near the part that touches As a result, it is difficult for the debris of the support member to remain in the structure.
  • the cross-sectional data generated using the support member data represents a shaped article having a shape in which the debris of the support member hardly remains.
  • the support member generating unit can generate support member data representing a support member having a notch near a portion in contact with the structure. Thereby, when the support member is removed from the structure, support member data representing a shape in which debris hardly remains in the structure is obtained.
  • the support member generation unit corrects the structure data so that a peripheral portion of a portion in contact with the support member in the structure is recessed toward the inner surface of the structure. be able to. Thereby, when the support member is removed from the structure, structure data representing a shape in which the debris hardly remains in the structure is obtained.
  • the composition data recording unit further records composition data representing a composition of a material used for the support member
  • the support member generation unit includes the group Using the composition data recorded in the composition data recording unit, the horizontal thickness of the plate-like body or the columnar body can be obtained.
  • the support member generation unit ensures the strength required for the support member and obtains the minimum thickness.
  • the support member generating section has the support member having an appropriate strength and can be easily detached from the structure, and a part of the support member remains on the surface of the structure after the removal.
  • the horizontal thickness of the plate-like body or the columnar body can be obtained.
  • the support member generation unit calculates the distribution of force that the structure gives to the support member using the structure data, and based on the distribution.
  • the horizontal thickness of the plate-like body or the columnar body can be obtained.
  • the support member generation unit is based on a distribution of force applied from the structure to the support member.
  • the support member since the horizontal thickness of the plate-like body or the columnar body is obtained, the support member has a strength necessary for suppressing deformation of the structure and can be easily detached from the structure.
  • the thickness can be obtained so that a part of the support member does not remain on the surface of the structure after the removal.
  • the support member generation unit may determine the thickness using both the composition data and the force distribution.
  • the structure is a prosthesis in the oral cavity
  • the structure data is based on measurement data obtained by measuring the oral cavity or its periphery. It can be set as the aspect which is the produced
  • the structure data representing the shape of the prosthesis in the oral cavity is generated on the basis of the measurement data obtained by the above-described measurement, and corrected in advance for the amount of shrinkage due to drying, polymerization, or sintering. Therefore, the data represents the prosthesis having a shape suitable for the shape of the oral cavity or its peripheral portion after sintering.
  • a manufacturing method for manufacturing the structure using the cross-sectional data generated by the modeling data generation system and the layered modeling apparatus is also an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method includes: a layer forming step of forming a modeling layer having a predetermined thickness on a modeling table that is movable up and down included in the layered modeling apparatus; and at least a part of the modeling layer, the cross-sectional data Only a portion having a shape corresponding to the cross-sectional shape represented by is selectively irradiated with light or injected with a binder liquid, impregnated to form, and the modeling table is lowered by the predetermined thickness.
  • the structure in a state of being supported on the modeling table by the support member by removing a part other than the part shaped in the shaping process.
  • a removing step of forming an object In the modeling layer laminated in the laminating process, the structure in a state of being supported on the modeling table by the support member by removing a part other than the part shaped in the shaping process. And a removing step of forming an object.
  • the layered manufacturing apparatus repeats the layer forming step, the shaping step, and the descending step based on the cross-sectional data, thereby shaping the shaping step in the shaping step.
  • the portion thus formed becomes the structure that is supported on the modeling table by the support member. Therefore, the structure is formed in the process of forming the structure. Deformation that occurs in the structure can be suppressed.
  • the removal step the support shape portion formed simultaneously with the structure is removed from the modeling layer.
  • the structure formed by the additive manufacturing apparatus is based on data in which changes such as shrinkage and deformation caused by sintering are corrected in advance, so that the desired size is obtained after sintering. Can have good suitability.
  • a modeling data creation program for causing a computer to execute processing for creating the modeling data representing the shape of the modeled object used in the additive manufacturing apparatus to be formed is also an embodiment of the present invention.
  • Structure data input processing for inputting structure data representing the shape of a desired structure, and a composition data recording unit for recording composition data representing the composition of the material used for the shaped object formed by the additive manufacturing apparatus And an access to a change amount data recording unit that records the composition of a material that may be used for the modeled object and change amount data indicating the amount of change due to drying, polymerization, or sintering of the material in association with each other.
  • Change amount data indicating the amount of change corresponding to the composition of the material indicated by the composition data is obtained from the change amount data, and is formed using the structure data based on the obtained change amount data.
  • Cross-sectional data representing a cross-sectional shape of each of a plurality of planes substantially parallel to the base plane of a model formed by the structure represented by the structure data corrected by the correction unit is used as the structure.
  • the computer executes a cross-section generation process that is generated based on the data, the support member data, and the outer shape data.
  • the additive manufacturing apparatus supports the structure on the base plane.
  • Support member data used to create the support member for holding is generated. Furthermore, it is possible to generate cross-sectional data that can be easily used in the additive manufacturing apparatus.
  • a shaped layer obtained by selectively shaping a part of the layer is laminated on a basic plane, and the shaped portion is used as a shaped object.
  • Embodiment 1 relates to a modeling data creation system that creates data representing the shape of a modeled object formed by laminating powder on a modeling table.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the modeling data creation system in the first embodiment.
  • the modeling data creation system 1 includes an input unit 3, an output unit 4, an auxiliary shape data generation unit 27, a correction unit 28, an outer shape generation unit 5, a support member generation unit 7, a cross section. A generation unit 9 and a recording unit 11 are provided.
  • the modeling data creation system 1 is connected to the prosthesis shape data creation system 2 and the layered modeling apparatus 100.
  • the prosthesis shape data creation system 2 includes a measuring device 17, a creation unit 15, and a model recording unit 13.
  • the measuring device 17 measures, for example, the shape of the patient's oral cavity or the periphery thereof.
  • the shape measured by the measuring device 17 is sent to the creating unit 15 as measurement data.
  • the creation unit 15 creates structure data 22 representing the shape of the desired prosthesis based on the measurement data sent from the measurement device 17 and the model 21 recorded in advance in the model recording unit 13.
  • the model 21 includes, for example, data representing the basic or general structure of the prosthesis.
  • the input unit 3 reads the structure data created by the creation unit 15 and records it in the recording unit 11. As a result, the modeling data creation system 1 can use the structure data 22 .
  • the input unit 3 inputs relation data indicating the positional relationship between the object and the structure at the time of attachment. .
  • relational data for example, when a structure is attached to an object, the data specifying the surface on the structure that is attached to the object, and the thickness of the space provided between the object and the structure are indicated. Data, data representing the shape of the object to be mounted, and the like are included.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 generates auxiliary shape data based on the structure data 22 recorded in the recording unit 11 and the related data, and adds the auxiliary shape data to the structure data to generate new structure data. Recorded as 22 in the recording unit 11.
  • the auxiliary shape data is data representing the shape of an auxiliary member (hereinafter referred to as an auxiliary shape) that fixes the positional relationship between the structure and the object when the structure represented by the structure data 22 is attached to the object. It is.
  • auxiliary shape data representing the shape of the auxiliary member to be mounted in the correct position and in the correct orientation and maintaining an appropriate space between the abutment tooth and the frame is generated.
  • the composition data 23 is data representing the composition of the material forming the auxiliary member, structure, or support member, for example.
  • auxiliary shape data generation unit 27 can be prevented from passing when the auxiliary shape is unnecessary depending on the purpose of use of the structure to be manufactured.
  • the correction unit 28 records in the recording unit 11 in order to suppress a decrease in accuracy and suitability due to deformation or shrinkage that occurs when a structure formed in a subsequent process is dried, polymerized, sintered, or fired. Based on the structured data 22, composition data 23, and variation data 30, corrected structure data 29 is generated by correcting the structure data. The generated corrected structure data 29 is recorded in the recording unit 11.
  • the outer shape generation unit 5 generates outer shape data 24 based on the corrected structure data 29 recorded in the recording unit 11.
  • Outline data 24 is outline data that represents the outline of the space created between the structure and the modeling table when the structure represented by the corrected structure data 29 is placed on a basic plane such as a modeling table. 24. Generated outline data The data 24 is recorded in the recording unit 11.
  • the support member generation unit 7 generates support member data 25 representing the shape of the support member that supports the structure on the modeling table based on the outer shape data 24 recorded in the recording unit 11. Generate.
  • the support member data 25 is data representing the shape of the support member provided in the space represented by the outer shape data 24, for example.
  • the support member generation unit 7 determines the shape of the support member, it is preferable to refer to the composition data 23 recorded in the recording unit 11 in advance!
  • the generated support member data 25 is recorded in the recording unit 11.
  • the cross-section generator 9 generates the cross-section data 26 based on the corrected structure data 29 and the support member data 25.
  • the generated cross-sectional data 26 is recorded in the recording unit 11.
  • the output unit 4 outputs the cross-section data 26 to the additive manufacturing apparatus 100.
  • the output unit 4 also outputs a control program for controlling the operation of the layered modeling apparatus 100 to the layered modeling apparatus 100.
  • An example of the control program will be described later in Embodiment 2.
  • the additive manufacturing apparatus 100 produces a modeled object composed of a support member and a structure based on the cross-sectional data 26 and the control program. Details of the configuration and operation of the additive manufacturing apparatus 100 will be described later.
  • the modeling data creation system 1 and the prosthesis shape data creation system 2 are constructed on a computer such as a personal computer or a server, for example.
  • the modeling data creation system 1 and the prosthetic shape data creation system 2 may be constructed on one computer, or may be constructed on two different computers.
  • the functions of the input unit 3, the output unit 4, the outer shape generation unit 5, the support member generation unit 7, the cross-section generation unit 9, and the generation unit 15 are realized by the CPU of the computer executing a predetermined program.
  • the recording unit 11 and the model recording unit 13 include, for example, a storage medium such as a hard disk and a RAM incorporated in a computer, a portable storage medium such as a flexible disk and a memory card, and a storage device on a network. Or any other storage medium can be used.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a processing flow when the modeling data creation system 1 creates modeling data.
  • the measurement device 17 of the prosthesis shape data creation system 2 measures the patient's oral cavity or its periphery to obtain measurement data.
  • the creation unit 15 inputs measurement data from the measurement device 17 (step Sl).
  • the creating unit 15 creates the target structure, that is, the structure data 22 representing the shape of the frame, based on the model 21 and measurement data recorded in the model recording unit 13.
  • the creation unit 15 also creates relational data for specifying the positional relationship with the abutment tooth when the frame is attached to the abutment tooth. (Step S2).
  • the structure data and the relationship data created by the creation unit 15 are read into the modeling data creation system 1 by the input unit 3 and recorded in the recording unit 11.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 uses the structure data 22 and the relational data created by the creation unit 15 to shape the shape of the auxiliary member for fixing the position of the frame and the abutment tooth on which the frame is mounted. Is added to the structure data 22.
  • the auxiliary shape is, for example, a guide shape for positioning and / or a frame that allows the operator to easily attach the frame to the patient's abutment tooth in the correct position and orientation. It is a spacer shape for holding a space for interposition of dental cement used for attachment or adhesion when mounting on an abutment tooth.
  • auxiliary shape data generation unit 27 does not execute the process of step 3 when an auxiliary member is not necessary, for example, when the structure is not attached to another object. Also good.
  • the correction unit 28 generates corrected structure data 29 by correcting the structure data 22 generated by the generation unit 15 or the auxiliary shape data generation unit 27 (step S4).
  • the correction unit 28 cancels out the difference between the structure indicated by the structure data 22 and the structure changed by shrinkage or deformation that occurs when the structure formed using the structure data 22 is sintered. As described above, the structure data 22 is corrected, and corrected structure data 29 is created.
  • step 4 the correction unit 28 determines that the composition data 23 recorded in the recording unit 11
  • the amount of contraction of the shaped object is referred to or calculated using the conversion amount data 30, and necessary correction is performed using this to generate corrected structure data.
  • the outer shape generation unit 5 and the support member generation unit 7 use the corrected structure data 29 generated by the correction unit 28 to generate support member data 25 representing the shape of the support member that supports the structure. (Step S5).
  • the cross-section generating unit 9 generates cross-section data 26 representing the cross-sectional shape of each of a plurality of planes parallel to each other of the shaped object constituted by the support member and the corrected structure (step S6).
  • the cross-sectional data 26 is modeling data for producing a frame that is a target structure.
  • step S1 the measurement device 17 of the prosthesis shape data creation system 2 inputs measurement data obtained by, for example, measuring the inside of the oral cavity of the patient using the bridge and the periphery of the abutment tooth to the creation unit 15.
  • the measurement data are patient-specific values such as abutment tooth shape, abutment tooth, paired tooth shape, occlusal height (space between upper and lower jaws), center position (center position), gothic arch, and the like.
  • the Gothic arch is a depiction of the movement path of a specific part that occurs as the jaw moves.
  • the shape of the patient's oral cavity and the periphery of the abutment tooth is expressed by, for example, a collection of point cloud data, that is, XYZ coordinate values.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a frame represented by the structure data 22 created by the creation unit 15.
  • FIG. 3A shows a state in which the frame is formed on the support member generated in step S5, which will be described later.
  • the creation unit 15 includes, for example, the shape of the abutment tooth, the adjacent tooth, the paired teeth (meshing teeth), the tooth shape on the opposite side, the occlusal high diameter (the gap between the upper and lower jaws), Determine the rough shape of the frame to be manufactured from the data of the center position (center position), Gothic arch, etc.
  • the model 21 recorded in the model recording unit 13 is a model for reproducing a crown, a bridge, and the like, for example.
  • Model 21 includes, for example, a crown for each tooth of each part, a database of various frame shapes that form a bridge shape consisting of various parts and numbers, and basic or general pontic shapes.
  • a model that represents The creation unit 15 creates a frame model that represents the approximate shape of the frame by reflecting the patient-specific values obtained from the above measurement data in the model 21 that represents the shape of a general crown or bridge. .
  • the creating unit 15 specifies the frame material with reference to the composition data 23, and calculates the minimum frame thickness and the like required to express the necessary strength from the specified frame material. . Further, the creation unit 15 acquires information such as cement space suitable for the material of the frame from, for example, data recorded in advance. Furthermore, the creation unit 15 can determine the shape of the bridge frame bottom surface (that is, the surface bonded to the abutment tooth) based on the abutment tooth data using the cement space information.
  • the structure data 22 representing the shape of the frame as shown in Fig. 3A is generated by combining the frame model and the frame bottom surface of the bridge thus determined, the frame thickness, and the like.
  • the creation unit 15 may record data specifying the bottom surface of the frame bonded to the abutment tooth, data indicating the cement space, and the like as related data!
  • Step S3 (Step S3 auxiliary shape creation process)
  • the auxiliary shape creation process in step S3 is performed when auxiliary shapes are required, such as when accurate space is required or positioning is required. For example, when the input unit 3 reads related data together with the structure data 22 created by the creation unit 15, the modeling data creation system 1 can determine that an auxiliary shape creation step is necessary.
  • auxiliary shape data generation unit 27 If it is determined that the auxiliary shape creation process of step S3 is necessary, the auxiliary shape data generation unit 27 is called.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 generates the numerical features of the necessary auxiliary members using the structure data 22 created in the shape creation process of step S2 and recorded in the recording unit 11, It is added to the structure data 22.
  • Numerical value of auxiliary member Features include, for example, the amount of space required between the frame and the abutment tooth, and the guide shape that can determine the correct direction and position of the frame when a space is provided between the abutment tooth and the frame. Is generated.
  • each auxiliary shape comes into contact with the abutment tooth needs to be wide enough that at least the auxiliary shape has sufficient strength.
  • the surface where each auxiliary shape comes into contact with the abutment tooth needs to be wide enough that at least the auxiliary shape has sufficient strength.
  • Their contact area should be as small as possible.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 sets the shape and number of auxiliary members that can satisfy both of the conflicting conditions in this way, the structure data 22, the relationship data, and the composition data 23. To determine.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 first removes the thickness corresponding to the cement space indicated by the related data or input by the operator of the system from the surface on the side where the abutment tooth of the structure data 22 is attached. As a result, a desired space is provided between the surface to be attached to the abutment tooth of the frame indicated by the original structure data 22, that is, the bottom surface of the frame and the abutment tooth.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 generates auxiliary shape data indicating the shape of the auxiliary member provided in the space.
  • data representing a plate-like body or columnar body extending in the normal direction from the frame is generated as auxiliary shape data (hereinafter, the case where the auxiliary member is a columnar body will be described as an example).
  • auxiliary shape data hereinafter, the case where the auxiliary member is a columnar body will be described as an example.
  • a method similar to the generation of data representing a columnar body (step S5) by the support member generation unit 7 described later can be used.
  • the data representing the columnar body extending in the normal direction from the frame can be calculated by offsetting the shape surface of the abutment tooth as it is in the frame direction.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 calculates the cross-sectional area of the columnar body, that is, the area of the surface where the auxiliary member contacts the abutment tooth.
  • the surface where each auxiliary member comes into contact with the abutment tooth must be wide enough so that the auxiliary member has sufficient strength for positioning the frame and the abutment tooth.
  • the cross-sectional area of the columnar body needs to be set wide enough to fix the positions of the abutment teeth and the frame.
  • the auxiliary shape data generation unit generates auxiliary shape data that satisfies the two conflicting conditions described above with reference to the composition data 23.
  • the auxiliary shape data generating unit 27 refers to the relationship between the cross-sectional area and the strength calculated in advance for each material composition used for the auxiliary member and recorded in the recording unit 11.
  • the relationship between the cross-sectional area and the strength can be obtained, for example, by performing a strength test such as a bending strength test using a test body manufactured by changing the cross-sectional area of the columnar body made of the material used for the auxiliary member. Desired.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 calculates the necessary strength of the auxiliary member in consideration of the shape of the auxiliary member, etc., and uses the relationship between the cross-sectional area and the strength to obtain the necessary strength. Back area is calculated.
  • the adhesive strength per unit area between the adhesive material and the frame and the adhesive strength per unit area between the material used and the abutment tooth are obtained in advance and recorded in the recording unit 11.
  • Adhesive strength is adhesive
  • the auxiliary shape data generation unit 27 calculates the adhesive strength necessary for mounting the frame, and refers to the adhesive strength per unit area described above, thereby expressing the necessary adhesive strength. Bonding area can be determined
  • FIG. 21A and 21B are cross-sectional views showing an example of the shape of the auxiliary member added to the modeled object (frame) 50.
  • FIG. Fig. 21A shows an example of a type with a corner on the shoulder in contact with the abutment tooth.
  • FIG. 21B is an example of a type in which the part in contact with the abutment tooth is rounded.
  • the frame 50 is attached to the abutment tooth, even if cement is present on the surface of the auxiliary member 53 in contact with the abutment tooth, the cement is smooth from the surface in contact with the abutment tooth of the auxiliary member 53. To be eliminated. Therefore, there is an effect that the residual stress is reduced.
  • the joining portion between the modeled object 50 and the auxiliary members 52, 53 is formed of a curved surface with no corners in order to ensure the strength of the joining portion. is there. If the radius of the curved surface is too large, the design area will be hindered due to insufficient space for the spacer. On the other hand, if it is too small, it will be in the same form as if it were joined at the corner, and there is a risk that it will become filled with cement, lead to a decrease in strength, or become a cracking site.
  • the radius of the curved surface of the joint is preferably in the range of 0.1 to 3 times the distance between the abutment tooth and the frame.
  • the auxiliary shape is not limited to the shape with the spread on the shaped object side as shown in Figs. 21A and 21B. It ensures adequate cement space and the right direction and position of the shaped object. As long as it can be attached to the device, the shape is not limited.
  • the auxiliary member may have a shape including a plurality of long and / or belt-like members.
  • Such an auxiliary shape is preferably applied, for example, to a prosthesis that is installed in a patient's oral cavity over a wide area such as a stent.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 corrects the frame in the correct orientation! /, And obtains the number of auxiliary members necessary and sufficient to attach the frame to the position and the effective arrangement position of the auxiliary members.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 determines the number and the location based on the shape of the frame indicated by the structure data 22 so that the direction is uniquely determined when the frame is attached to the abutment tooth. . Since the direction of the force is limited when attaching the frame to the abutment tooth, a rule of thumb By using this, the number and location of the auxiliary members can be determined to some extent.
  • the structure when the structure is a single crown, at least two auxiliary members are used. In the case of this single crown, there is no upper limit to the number of auxiliary members, but 3 to 12 are preferable. Further, when the structure is a prosthesis having a plurality of abutment tooth mounting parts such as a bridge, it is desirable to provide the above-mentioned number of auxiliary shape data for each abutment tooth mounting part.
  • auxiliary member for example, in the case of an anterior tooth, one or more of the labial side, the immediate tongue, the mesial surface, and the distal surface as viewed from the cut edge, and the intermediate point thereof, that is, the lateral surface of the tongue 1 near each of one or more of the following: near the connection between the mesial surface, near the connection between the mesial surface and the labial side, near the connection between the labial surface and the distal surface It is desirable to provide auxiliary members.
  • auxiliary members for example, one or more of the heel, lingual, mesial, and distal surfaces, and the midpoint between these, that is, the joint between the heel surface and the distal surface, the distal surface. It is desirable to install one or more auxiliary members in each of one or more of the vicinity of the tongue side connection, the tongue side and the mesial surface, or the mesial surface and the heel side. .
  • the auxiliary shape data generated in this way is added to the structure data 22 in the recording unit 11. That is, the structure data 22 so far is overwritten and saved by the auxiliary shape data generation unit.
  • the auxiliary shape data is very effective in attaching the frame to the abutment tooth in the correct position in the correct orientation.
  • the supplemental shape data can ensure an appropriate cement space as set.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of a state in which the frame manufactured by the additive manufacturing apparatus 100 is mounted on the abutment tooth using the structure data 22 to which the auxiliary shape data is added.
  • an adhesive material 62 is filled between the abutment tooth 61 and the frame 63.
  • auxiliary members 64 a to 64 e that fix the position and orientation of the frame 63 with respect to the abutment tooth 61 are provided between the abutment tooth 61 and the frame 63.
  • the auxiliary shape data created in consideration of the above items has a great effect on ensuring an appropriate cement space with high accuracy.
  • the auxiliary shape is a factor that prevents accurate positioning due to play of cement space when a model or other object such as a frame is attached to the abutment tooth. It serves as a guide to uniquely determine the exact orientation and position as designed.
  • the structure to be shaped is a frame such as a crown or a bridge, and a cement space for attaching and bonding to an abutment tooth is added, or the frame is positioned correctly.
  • the auxiliary shape data generation unit 27 can generate auxiliary shape data when it is necessary to position the abutment tooth while maintaining its orientation.
  • the correction unit 28 corrects the structure data 22 generated by the creation unit 15 or the auxiliary shape data generation unit 27 and recorded in the recording unit 11 based on the composition data 23.
  • the corrected structure data 29 is generated and recorded in the recording unit 11.
  • Crown and bridge frames usually used in dentistry are often made of metal or ceramics. Resin and ceramics are often used as the material built on the upper layer of the frame. In addition, metals, resins, and ceramics are used for prostheses that are fitted into dental cavities that have been treated appropriately, such as inlays and onlays, through dental cement and adhesives.
  • the material mainly composed of alumina or zirconia has strength and toughness that can be applied to applications such as crowns and bridges that have only been practically used in metal, and also has a color tone that is comparable to that of metal. Then, it has a color that harmonizes more with living tissue. Therefore, these materials have recently attracted attention! [0116] While the firing process brings the above-mentioned advantages, it also has the problem of causing changes in size and shape such as shrinkage after firing.
  • step S4 The structure data correction process of step S4 is used, for example, to solve such problems as shrinkage, shape change, accuracy degradation and problems due to firing.
  • the correction unit 28 corrects the structure data 22 in advance by the amount of contraction and deformation so that the structure becomes as close as possible to the structure data 22 after firing.
  • the composition data 23 and the variation data 30 are used to calculate the correction amount (shrinkage amount).
  • the composition data 23 is data representing the composition of the material used for the structure that the additive manufacturing apparatus 100 intends to additively manufacture. For example, when the above-mentioned frame is to be formed by layered modeling of powdered zirconium, the composition data 23 records data indicating the powdered zirconium and its specific gravity.
  • the variation data 20 is data in which the composition of various materials that can be used in the structure to be layered and the variation data indicating the amount of variation due to sintering of each material is recorded in association with each other. is there.
  • Table 1 below shows an example of the contents of the variation data 20. In the example shown in Table 1 below, the composition, specific gravity, and shrinkage due to sintering are recorded as a set of records.
  • the content of the variation data 20 is not limited to Table 1 below.
  • the correction unit 28 refers to the variation data 20 shown in Table 1 above.
  • the correction unit 28 has a structure indicated by the structure data 22 corresponding to the contraction amount 19.5. Is enlarged to generate corrected structure data 29.
  • corrected structure data 29 is obtained in consideration of shrinkage caused by firing.
  • the corrected structure data 29 is recorded in the recording unit 11.
  • the enlarging / reducing formula used in 3D CAD or CAM can be applied. For example, enlargement or reduction is performed by rearranging each part of the structure to a distance obtained by multiplying the distance between the origin and each part of the structure as necessary.
  • the correction unit 28 may correct the structure data 22 by applying a coordinate conversion formula (eg, affine conversion) in a three-dimensional space.
  • the correction unit 28 calculates the contraction amount using the change amount data 30 and the correction unit 28 uses the change amount data 30 to correct the force S using the contraction amount included in the change amount data 30. It may be the composition to do.
  • the change amount data 30 a function for obtaining the shrinkage amount from the specific gravity is recorded for each material, so that the correction unit 28 calculates the shrinkage amount using the function with the force S.
  • correction unit 28 is not limited to the case of correcting shrinkage due to sintering as in the above example.
  • the correction unit 28 may calculate the amount of deformation of a material such as resin by drying or polymerization from the change amount data, and perform correction to compensate for the deformation.
  • a material such as resin by drying or polymerization
  • the deformation mechanism, the degree of deformation, the tendency of the shape change, and the like differ depending on whether the material such as resin is deformed by drying or superposition, and when the ceramic is deformed by sintering.
  • the correction unit 28 can perform appropriate correction corresponding to various materials and deformation mechanisms.
  • the correction unit 28 may perform change calculation and correction calculation for each of these phenomena.
  • the outer shape generation unit 5 and the support member generation unit 7 support the structure using the corrected structure data 29 created by the correction unit 28.
  • Support member data 25 representing the shape of the support member is created.
  • the structure represented by the corrected structure data 29 is the frame of the bridge described in step S4 will be described.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of the support member represented by the support member data 25 created by the support member generation unit 7.
  • the support member shown in FIG. 3B is a support member for supporting the frame on a modeling table to be described later when the frame shown in FIG. 3A is formed by the additive manufacturing apparatus 100. That is, a frame that is the structure shown in FIG. 3A is formed on the support member shown in FIG. 3B.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing for creating support member data 25.
  • the outline generation unit 5 reads the corrected structure data 29 recorded in the recording unit 11 and rotates the structure represented by the corrected structure data 29 in a direction that is easy to form with respect to the base plane.
  • the basic plane is a plane that is the basis of a modeling layer that is laminated to form a structure.
  • the basic plane can be set to, for example, the xy plane.
  • the basic plane is, for example, a modeling table.
  • the shape of the space between the foundation plane and the structure changes depending on the orientation of the frame, which is the structure represented by the corrected structure data 29, with respect to the foundation plane.
  • the layout of the structure should be determined so that the amount of material used for the support member is minimized, or the layout of the support member and the structure is minimized. Is preferred. It is preferable that the arrangement of the structure with respect to the basic plane is determined so as to give priority to either of the elements for determining the arrangement or to achieve both.
  • the abutment tooth side of the frame is supported by the support member.
  • the boundary between the auxiliary member and the support member may become unclear.
  • the auxiliary member removal process after the completion of the shaping and firing process often removes the auxiliary shape that is difficult for fingers and tools to enter. The occurrence of these problems It is preferable that the support member data is generated with the abutment tooth side faced upward so that the removal process can be carried out smoothly, avoiding before.
  • the outer shape generation unit 5 rotates the structure and calculates the volume of the space between the base plane and the structure in various arrangements.
  • the outer shape generation unit 5 can select, for example, a state in which the volume is minimized among various arrangements as an arrangement for forming the structure.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a screen that displays a state in which the structure 31 represented by the corrected structure data 29 is arranged on the xyz coordinates.
  • the upper right image is the shape of the structure 31 viewed from diagonally above
  • the lower right image is the shape of the structure 31 viewed from the X axis direction
  • the upper left image is the structure viewed from the z axis direction.
  • the shape of 31 and the lower left image show the shape of the structure 31 as seen from the y-axis direction.
  • the structure 31 displayed on the screen shown in FIG. 5 is not a frame shape but a simple shape in order to simplify the description.
  • the structure 31 represented by the corrected structure data 29 and the support member represented by the support member data 25 are represented in a simple shape. Yes.
  • the contour generation unit 5 sets the height of the structure 31 represented by the corrected structure data 29 to an appropriate height that facilitates modeling (step S12).
  • the outer shape generation unit 5 can set the data representing the height preset in the recording unit 11 to the height with respect to the basic plane of the structure 31.
  • the height of the structure 31 with respect to the base plane is preferably as low as possible in order to reduce the amount of material used for the support member. However, if the structure is too low with respect to the foundation plane, it will be difficult to remove the structure from the support member, so it is preferable to keep the height high enough to remove the structure.
  • the outline generation unit 5 creates a plane in which the shape of the structure 31 is projected from the z-axis direction to the xy plane, that is, the basic plane (step S13).
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a screen that displays a plane 32 obtained by projecting the shape of the structure 31 onto the xy plane.
  • the outline generation unit 5 generates the outline of this space by filling the space between the plane 32 on which the structure 31 is projected and the structure 31 with, for example, a ruled surface.
  • Figure 7 shows the external data 24
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a screen that displays an outer shape 33 of a space between a structure 31 and a basic plane (xy plane).
  • the structure 31 is a frame
  • data representing the outer shape of the space between the plane formed by the maximum contour line of the frame and the plane 32 obtained by projecting the frame onto the basic plane is the outer shape data 24.
  • the outer shape data 24 may be data representing at least a part of the outer shape that does not need to represent the outer shape surrounding the entire space.
  • the form of the outline data 24 may be, for example, a closed surface or a solid.
  • the format of the external data 24 depends on, for example, the data format handled by software that implements the function of the external shape generation unit 5.
  • the support member generation unit 7 generates the support member 34 by arranging a plurality of columnar bodies or plate-like bodies having a predetermined cross-sectional shape in the space represented by the outer shape data 24.
  • the support member 34 is formed of, for example, a plurality of columnar bodies or plate-like bodies that are arranged at regular intervals perpendicular to the xy plane.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a screen displaying columnar bodies 34a arranged at equal intervals perpendicular to the xy plane.
  • the support member 34 can be an aggregate of thin walls having a cross-beam structure.
  • the support member 34 may have a structure in which a plate shape perpendicular to the xy plane is vertically and horizontally intersected.
  • the support member generation unit 7 As a method for the support member generation unit 7 to generate the support member data 25 representing the shape of the support member 34, for example, a method using a logical operation, or simply arranging columnar bodies or plate-like bodies in outline There is a method of trimming with the external shape represented by data 24.
  • the support member generator 7 generates data of the shape defining the outer shape 33 of the support member 34 (see FIG. 7) and the columnar bodies 34a (see FIG. 8) arranged at equal intervals as shown in FIG. Perform logical AND with data.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a screen that displays a state in which the outer shape 33 is superimposed on the columnar body 34a. As a result of the AND operation, only the portions included in the shapes of both the outer shape 33 and the columnar body 34a remain, and the shape of the support member 34 is obtained.
  • FIG. 10 is an example of a screen that displays the shape of the support member 34.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a screen that displays a modeled object composed of the target structure 31 and the support member 34.
  • FIG. The screen in FIG. 11 shows a state in which the structure 31 is supported on the support member 34.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a screen that displays a state in which the outer shape 33 is superimposed on the columnar body 34a.
  • the support member generating unit 7 forms the shape of the support member 34 by trimming portions other than the portion included in the outer shape 33 of the columnar body 34a.
  • the shape of the support member 34 formed by the trimmed columnar body 34a is displayed as shown in FIG. 10, for example.
  • the shape of the support member 34 formed in this way is a necessary force S that is a shape capable of supporting the structure 31 on the base plane S.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a screen that displays a state in which the structure 31 is supported on the support member 34. As shown in FIG. 11, the support member 34 is configured to support the surface of the structure 31 on the base plane (xy plane) side as a whole. With this structure, the structure 31 is prevented from changing in shape during the firing process, such as collapse, dripping during the vitrification, or deformation.
  • the cross-sectional shape of the columnar body is preferably square or rectangular! In this case, the side of the column becomes the wall.
  • the strength of the support member 34 varies depending on the thickness of the wall and the length of one side of the square or rectangle in the cross-sectional shape of the columnar body.
  • the strength of the support member 34 also varies depending on the strength of the material used for the support member 34.
  • the required strength of the support member 34 is desirably such that it is not crushed by the weight of the structure 31 during modeling and not crushed by the weight of the structure 31 during sintering.
  • the thickness of the wall between the columnar bodies constituting the support member 34 is so thick that the structure 31 is not deformed during modeling, and can be easily removed with fingers after the modeling is completed or after firing. It is preferable to thin the structure 31 so that no debris remains after the support member 34 is removed.
  • the composition of the material used for the support member 34 is determined, the support member generating unit 7 Thickness can be determined.
  • an example of a method for obtaining the wall thickness of the columnar body constituting the support member 34 will be described.
  • composition data 23 representing the composition of the material used for the support member 34 is recorded in the recording unit 11 in advance.
  • the designer of the structure 31 may set the composition of the material used for the support member 34 in the composition data 23.
  • the support member generator 7 can calculate the wall thickness of the support member 34 based on the set composition data 23 by calculation.
  • the measurement data is, for example, generated in a test piece after firing by forming a test piece having a fixed shape by spraying a liquid material into a single layer thickness by using an additive manufacturing apparatus and injecting the liquid into a shape. It can be obtained by measuring the amount of shrinkage and deformation, comparing with the dimensions before firing
  • the data representing the shape and material of the structure 31 and the measurement data are preferably recorded in the recording unit 11 in advance.
  • the support member generation unit 7 can use this data to obtain a force S for determining a site, direction, and size where shrinkage or sagging occurs by a general calculation method such as a finite element method.
  • the calculated data indicating the location, direction and size of deformation is used to determine the wall thickness of the support member 34.
  • the support member generation unit 7 uses the weight distribution of the structure 31 (for example, the weight per unit area when the structure 31 is projected onto a plane) to calculate the wall thickness of the support member 34. It's okay.
  • the wall thickness of the support member 34 may be changed depending on the location.
  • the support member generation unit 7 can increase the thickness S of the wall of the support member 34 in the portion where the weight per unit area is large compared to other portions.
  • the support member produced in this way also undergoes shrinkage changes due to sintering, and its thickness generally decreases.
  • the support member 34 is subjected to the structure 31 force removal.
  • the structure after the support member 34 is removed is subjected to post-processing (search, polishing, buffing), and the surface is smoothed.
  • the portion of the support member 34 that can be folded when the support member 34 is removed greatly affects the work amount and required time for post-processing.
  • it is preferable that the vicinity of the portion where the structure 31 and the support member 34 are in contact is broken. That is, it is preferable to generate support member data 25 representing a shape such that the debris does not remain in the structure 31 when the support member 34 is removed from the structure 31.
  • the support member generator 7 preferably calculates the wall thickness of the support member 34 so that the area of the portion where the support member 34 contacts the structure 31 is as small as possible. If the area of the portion where the support member 34 is in contact with the structure 31 is small, the debris remaining on the structure 31 after the support member 34 is removed is reduced.
  • the support member generating unit 7 includes a columnar body or a plate-like body that constitutes the support member 34, and a structure.
  • the force S reduces the thickness of the wall of the columnar or plate-like body at the part where 31 contacts.
  • the support member generation unit 7 may correct the structure data 22 so that the peripheral portion of the portion in contact with the support member 34 in the structure 31 is recessed toward the inner surface of the structure 31.
  • FIG. 12A is a diagram showing the cross-sectional shapes of the support member 34 and the structure 31 when the peripheral portion of the portion in contact with the support member 34 is recessed.
  • a recess 31a is provided in the periphery of the portion where the support member 34 and the structure 31 are in contact.
  • the depth of the recess 31a is preferably equal to or less than the thickness of the structure 31. This is to prevent destruction of the structure 31.
  • the size of the recess 31a is preferably such that it can be eliminated by post-processing.
  • the structure 31 is a bridge frame, it is preferable that the area of the depression 3 la should be about 30% or more in area ratio with respect to the entire surface of the structure 31! / .
  • the support member generation unit 7 may generate support member data 25 representing the support member 34 having a notch near a portion in contact with the structure 31.
  • FIG. 12B is a diagram showing a cross-sectional shape of the support member 34 having a notch. In the example shown in FIG. 12B, a notch 34b is provided at the base of the portion where the support member 34 and the structure 31 are in contact. As a result, the support member 34 is easily broken at the notch 34a portion close to the base when removed, and the debris is hardly left in the structure 31.
  • the cross-sectional shape of the columnar body constituting the support member 34 is not limited to a square or a rectangle.
  • the support member 34 may be formed of a columnar body having an arbitrary cross-sectional shape such as a circle, an ellipse, a rhombus, a parallelogram, a pentagon, a regular hexagon, or a gourd. That is, as the cross-sectional shape, a polygon having more corners than a triangle, a shape including a curved surface such as a circle or a fan shape, or the like may be used. Also, any two or more of these shapes may be used in combination.
  • the cross-sectional shape of the auxiliary member in step S3 can also be configured in the same manner as the support member 34.
  • FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams showing a screen displaying a modification of the support member 34 having a shape different from the example of the support member 34 shown in FIG.
  • the shape of the support member 34 shown in FIG. 13 is a structure in which plate-like bodies perpendicular to the xy plane intersect vertically and horizontally, and the end portions in the xy direction of the respective plate-like bodies protrude outward.
  • the cross-sectional shape of the columnar body constituting the support member 34 is a square having sides having an angle of about 45 ° with respect to the X axis.
  • step S6 the cross-section generating unit 9 is substantially arranged on the basic plane of the shaped object composed of the support member 34 represented by the support member data 25 and the structure 31 represented by the corrected structure data 29.
  • Cross section data 26 representing the cross sectional shape in each of a plurality of parallel planes is generated.
  • FIG. 15A to FIG. 15C are diagrams showing a state in which a shaped object composed of a frame of a bridge that is the structure 31 and a support member is cut into a plurality of parallel surfaces having a predetermined distance from each other. is there.
  • FIGS. 15A to 15C in FIG. Or it is indicated by the shape force line of the support member.
  • 15A is a view of the modeled object from the side
  • FIG. 15B is a diagram of the modeled object viewed from diagonally above
  • FIG. 15C is a diagram of the modeled object viewed from above.
  • the cross-section generator 9 generates a two-dimensional shape of the structure 31 in each cross section when the structure 31 is cut into rounds at a predetermined interval (pitch). Is generated as cross-sectional data 26.
  • the predetermined interval is preferably determined according to the thickness of the modeling layer when the structure 31 is modeled.
  • the cross-section data 26 is, for example, an image data group that represents a two-dimensional shape of each cross-section with a bitmap.
  • a portion corresponding to the structure 31 is represented by gradation data indicating that the structure 31 is formed.
  • the shape of the structure 31 in each cross section may be expressed by changing the gradation depending on the material or color forming the structure 31.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of image data in each cross section of the frame that is the structure 31.
  • the cross-section generator 9 corrects the size of the image data so that the resolution of the image data representing the two-dimensional shape of each cross-section matches the resolution of the inkjet head in the multi-layer modeling apparatus 100 described later. Good. For example, when the dot density force of the inkjet head is 512 dots / 36 mm (14.2 dots / mm), it is preferable that the image data size is corrected so that the bit interval matches this! /.
  • the force structure described in the case of creating data for modeling a bridge frame as an example of the structure is not limited to the bridge frame.
  • orthodontic brackets such as orthodontic appliances, inlays, onlays, crowns, bridges, crown frames, core materials, implant superstructures, artificial teeth, various models, experimental jigs, experimental structural materials, etc. It is possible to make the structure a positioning jig used for artificial teeth, artificial bones, jaw bone shape models used for preoperative evaluation, and the direction of implant placement.
  • the structure is not limited to a dental material, and can be a structure intended for a structure of any shape in other fields.
  • the second embodiment is a manufacturing method for manufacturing a structure such as a frame using the cross-section data 26 created by the modeling data creating system 1 in the first embodiment and the layered modeling apparatus 100. Regarding the method.
  • the additive manufacturing apparatus 100 is placed on the modeling table. This is an apparatus for producing a desired shaped object by laminating a modeling layer in which a part of the layer is selectively shaped.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a schematic configuration of the additive manufacturing apparatus 100.
  • the horizontal axes orthogonal to each other are the X and Y axes, and the vertical axis is the Z axis.
  • the additive manufacturing apparatus 100 includes a modeling table 110, a cage 120, a powder feeder 130, a liquid feeder 140, a scraping member 150, and a light source 160.
  • the ridge 120 is shown by a two-dot chain line, and the modeling table 110 therein is shown through.
  • the modeling table 110 can be moved up and down in the Z-axis direction.
  • ⁇ 120 includes a wall that surrounds the horizontal periphery of the modeling table 110.
  • the powder feeder 130 spreads the powder on the modeling table 110.
  • the liquid feeder 140 injects the liquid onto the modeling table 110.
  • the scraping member 150 leveles the upper surface of the powder spread on the modeling table 110.
  • the light source 160 can be provided as necessary as a light source for photopolymerizing the injected liquid agent or a heat ray light source for promoting the drying of the liquid agent.
  • the additive manufacturing apparatus 100 includes a computer (not shown). This computer controls operations of the modeling table 110, the powder feeder 130, the liquid feeder 140, the scraping member 150, and the light source 160 based on a predetermined control program.
  • the powder feeder 130 has a powder spreading width substantially the same as the dimension of the shaping table 110 in the Y-axis direction.
  • the powder feeder 130 spreads the powder over the entire surface of the modeling table 110 by moving in the X-axis direction while spreading the powder.
  • the powder feeder 130 is moved in the X-axis direction by, for example, a slider (not shown).
  • the computer can control the powder feeder 130 by sending a control signal to a driver for driving the slider.
  • the scraping member 150 has a scraping edge 151 extending in the Y-axis direction at the lower end thereof.
  • the scraping member 150 moves in the X-axis direction while sliding the scraping edge 151 on the top surface 122 of the scraper 120.
  • the scraping member 150 is moved in the X-axis direction by, for example, a slider (not shown).
  • the liquid feeder 140 is, for example, an ink jet head. Liquid feeder 140 It is moved in the Y-axis direction by the shaft guide mechanism 148. The uniaxial guide mechanism 148 is driven in the X-axis direction by a drive mechanism (not shown). That is, the liquid agent feeder 140 injects the liquid agent toward the modeling table 110 at a desired position while scanning the modeling table 110 in the X axis direction and the radial axis direction.
  • the additive manufacturing apparatus 100 includes, for example, a slider (not shown) that moves the liquid feeder 140 in the axial direction in the uniaxial guide mechanism 148, and an X slider (not shown) that moves the liquid feeder 140 in the X-axis direction. You may prepare.
  • the operation of the liquid feeder 140 is controlled by the computer.
  • the computer controls the liquid feeder 140 by sending a control signal to a driver for driving the X slider and the heel slider. Further, the computer can control the position at which the liquid medicine feeder 140 injects the liquid medicine based on, for example, the cross-sectional data 26 generated by the modeling data creation system 1.
  • the modeling table 110 is lowered at a constant pitch by a drive mechanism (not shown). This one pitch corresponds to the thickness of one layer of powder laminated on the modeling table 110. That is, the powder is laminated on the modeling table 110 by a thickness corresponding to one pitch.
  • the modeling table 110 is moved in the vertical direction by a slider (not shown), for example.
  • FIG. 18A shows a state where a plurality of layers (two layers in the figure) of a modeling layer made of powder are already stacked on the modeling table 110.
  • the uppermost layer 171 of the plurality of modeling layers deposited on the modeling table 110 includes a consolidated portion 172 formed by shaping the liquid agent.
  • the modeling layer 173 deposited immediately before the uppermost layer 171 also includes a consolidated portion 174 formed by shaping the liquid agent.
  • the powder feeder 130 spreads the powder 134 from the slit 132 onto the modeling table 110 while moving in the X-axis direction.
  • the scraping member 150 moves in the X-axis direction and regulates the upper surface of the powder 134 to the same height as the upper surface 122 of the cage 120. As a result, a powder layer 175 having a uniform thickness is formed on the uppermost layer 171.
  • the liquid feeder 140 moves while the powder layer 175
  • the liquid agent is injected toward the position where the shape is formed.
  • the position at which the liquid is injected is controlled based on the cross-sectional data 26.
  • the liquid agent feeder 140 injects the liquid so that the cross-sectional shape represented by the cross-sectional data 26 is formed in the powder layer 175.
  • a cross-sectional shape represented by the cross-sectional data 26 is formed in the powder layer 175. That is, the liquid agent force S injected by the liquid agent feeder 140 and the cross-sectional shape portion represented by the cross-sectional data 26 of the powder layer 175 are impregnated as a binder liquid.
  • the modeling table 110 is lowered by a predetermined pitch, and the above-described Figs.
  • the operation shown in D is performed.
  • the operations shown in FIGS. 18A to 18D are repeated in sequence for each cross section included in the cross section data 26.
  • the structure 31 and the support member 34 that supports the structure 31 are provided. It becomes possible to manufacture the shaped object.
  • FIG. 19 is a flowchart showing an example of processing controlled by the control program.
  • the computer sends a control signal to the driver for driving the slider of the modeling table 110, and moves the modeling table 110 to the modeling start position (step S21).
  • the computer transfers the powder feeder 130.
  • the computer uses the force S to move the powder feeder 130 by sending a control signal to a driver that drives the slider of the powder feeder 130, for example.
  • the computer opens the spout of the powder feeder 130 (step S23).
  • the computer can determine that the powder feeder 130 has reached a constant speed and the acceleration has become zero after the predetermined time has elapsed.
  • the computer opens the spout of the powder feeder 130. Close (step S24). Thereafter, the computer stops the movement of the powder feeder 130 (step S25) and returns to the evacuation place (step S26).
  • the computer reads data representing a liquid injection pattern (step S27).
  • the liquid injection pattern is, for example, a cross-sectional shape in one cross-section represented by the cross-section data 26.
  • the computer starts moving the liquid feeder 140 (step S28). When a certain period of time has elapsed after the movement starts, the computer determines that the liquid feeder 140 has reached a constant speed and the acceleration has become zero, and starts injection of the liquid. Liquid injection is performed according to the data read in step S27. When the injection for one section is completed, the computer stops moving the liquid feeder 140 (step S30).
  • the computer determines whether or not the amount of the injected liquid has reached a predetermined amount! / (Step S31). If the amount of liquid has been set and reached the required level! /, N! /, (If NO in step S31), steps S28 to S31 are executed again. As described above, when a large amount of liquid is set, a predetermined amount of liquid can be ejected by repeating steps S28 to S31 a plurality of times.
  • step S31 If YES in step S31, the computer returns the liquid feeder 140 to the retracted position (step S32), and lowers the modeling table 110 by one stacking pitch (step S33).
  • the computer repeats the processing of steps S2;! To 33 until it is finished for all the stacks (step S34). That is, steps S2;! To 33 are repeated as many times as necessary.
  • the data created by the modeling data creation system 1 in Embodiment 1 can be used as the cross-sectional data 26 read in step S27.
  • a modeled object in which the structure 31 and the support member 34 that supports the structure 31 are made into a single body is manufactured. Since the structure 31 is formed in a state where it is supported by the support member 34, it is difficult to collapse during the formation process.
  • the support member 34 has a shape that can be easily removed from the structure 31 and that the debris does not easily remain in the structure 31.
  • a step corresponding to the thickness of the layer is formed once in the height direction over the entire outer periphery.
  • fine jaggedness may occur in the plane direction depending on the combination of the resolution of the inkjet head, the amount of discharged liquid, and the particle size of the powder.
  • the structure 31 is a frame
  • the surface thereof is not smooth. Therefore, by setting the sintering conditions (sintering conditions) appropriately in the firing process after removing the support member 34, the surface step of the shaped article can be eliminated.
  • sintering conditions sintering conditions
  • post-processing after shaping may be performed.
  • the bridge frame formed using the cross-section data 26 created by the modeling data creation system 1 is difficult to deform during the sintering process, which is difficult to collapse during the formation process, and the support member 34 is The debris is hard to remain even if it is removed. Therefore, the surface of the frame can be easily smoothed by post-processing. In addition, there is a high possibility that the accuracy of fitting with the abutment tooth will be sufficient for practical use.
  • the layered modeling apparatus 100 stacks the power modeling layer, which describes the method of manufacturing a modeled object by stacking powder and shaping a part of the layer.
  • the method of manufacturing a shaped article by is not limited to the method of laminating powder.
  • a powder sintering method in which a part of the layer is instantly sintered and shaped by irradiating the layer of the powder material with a laser.
  • ink A jet method for example, a resin extrusion method, a sheet cutting method, or the like can be used.
  • the modeling table 110 of the additive manufacturing apparatus 100 is provided with a rotation axis parallel to the table surface, and the table surface force S of the modeling table 110 can be rotated upside down. It can be configured.
  • An example of the operation in the case of performing additive manufacturing using this rotatable modeling table 110 will be described.
  • the liquid is injected into the part to be shaped, and then the powder is further distributed. At this time, only the powder distributed in the portion where the liquid is injected comes into contact with the liquid and is shaped.
  • the molding table is rotated and the surface on which the powder is distributed is turned upside down, the powder that has not been shaped falls due to gravity. Lamination modeling is performed by repeating such operations.

Description

明 細 書
造形データ作成システム、製造方法および造形データ作成プログラム 技術分野
[0001] 本発明は、一部を選択的に形状化させた造形層を基礎平面上に積層することによ つて造形物を形成する積層造形装置で用いられるデータを作成する造形データ作 成システムに関する。 背景技術
[0002] 補綴治療において患者の顔貌、咀嚼機能、発音 ·発声機能などの機能を回復する 目的で用いられるクラウン、ブリッジ、インレー、オンレー、あるいはインプラントなどの 補綴物には、口腔内で長期間にわたって高強度、高耐久性を維持する事が求めら れる。また、近年は失われた機能の回復だけではなく審美性も、より高いレベルで要 求されるようになってきている。
[0003] このように、より高度化してきた要求に応えるためには、従来から広く行われてきた 歯科技工士による手作業を主体とした製作方法では不十分であった。手作業による 補綴物の製作においては、高い熟練度が求められる。また、作業者によってその適 合性や機能性、耐久性に大きな幅がある。さらに、同じ作業者による補綴物であって も大きなばらつきが存在する可能性を内在している。そのため、品質の安定性に大き な不安があった。
[0004] また、歯科技工士は、補綴物の製作には極めて多種類の材料を使いこなし、多くの 工程からなる作業を経なければならな!/、ため、広範な材料と臨床の知識と多くの経験 が要求される。これによつて歯科技工士は、長時間の作業を強いられており、その負 担は多大なものであった。さらにはこのような状況に起因して補綴物の製作コストも高 くなる #1向にあった。
[0005] 一方、高まる物理的特性への要求に応えるため材料も種々の改良が施されたり、こ れまで使われていなかった新しい材料が応用されたりしている。例えば、従来金属フ レームの表面に天然歯に色調を合わせたセラミックスを焼き付ける陶材焼付け冠が 主流であった。し力、し、近年はこのフレームの金属色をなくすために、フレームを含め た補綴物全体をセラミックスで形成したオールセラミックスクラウンの製作や、金属フ レーム並みか、それに準ずる強度と金属フレームよりも優れた審美性を持たせるため に、アルミナやジルコユアを用いたフレームの製作が増加して!/、る。
[0006] これらの材料の中には手作業では加工が難し力、つたり、長時間を要したり、大変複 雑な製造工程が必要であったりするものも少なくなぐ歯科技工士にはこれらの新し い材料に関する知識や加工技術の習得や経験が強いられる結果となり、さらに負担 が大きくなる状況となっている。
[0007] また、焼成による補綴物の収縮を修正する作業が従来よりも困難であり、高い適合 性を持った補綴物の製作が大変難しいケースが増えている。そのため、歯科技工士 の負担増のみならず、患者の満足度を満たすことも困難になっている。
[0008] このように歯科技工士の長時間の複雑、高度な作業によって製作される補綴物は、 その手工業的な製作工程の故に生産性に限界がある。近年の高齢化社会の進行や 、歯周病による歯牙喪失機会の増大などによる補綴物の需要増の傾向に対して、一 定水準以上の品質を持つ補綴物の充分な供給が困難となっているのが現状である。
[0009] このような従来の歯科技工士による手作業主体の補綴物製作工程の問題を改善す るために、近年著しく発達したコンピュータによる加工技術を応用して、複雑な構造を 有する構造材の品質改善、製造効率の向上を試みる多くの方法が開発されてきた。
[0010] 例えば、歯科において積層造形法よりも以前から普及の進んでいる切削式の CAD /CAMシステムにおいては、ジルコユアなどの高物性を有する材料を切削してフレ ームを製作する際に、半焼結状体のブロック材を切削し、形状を仕上げて力 最終 焼結する方法がとられていた。この方法では切削式について回る切削くずの発生に よる材料ロスが多い。また、場合によってはアンダーカット形状などが加工できないな ど加工できる形状に制約がある。
[0011] この形状に制約による変形を修正して適合性を確保するためには、結局手作業で 長時間をかけて現物あわせの調整作業を行う必要がある。またジルコユアなどはその 高物性のために通常の歯科用切削材では削れにくぐ多くの切削材を消費しなけれ ばならないため、製作コストが増大する。さらに、作業者によって適合性や仕上がりに 差が生じるなど、機械化による生産性向上と品質の安定化というメリットが消失してし まうこともあった。
[0012] また、最終焼結済みのブロックを切削する方法の切削式 CAD/CAMでは仕上げ 作業が歯科技工士から機械になるので仕上がりや適合性は、そのレベルが充分か 否かは別として安定する傾向になる。し力、しながら、例えば、ジルコユアを切削する場 合は、最初の荒削り工程から最後の仕上げ工程まで高物性のジルコユアブロックを 肖 IJりだすため、切削工具の消費本数が多くなり、切削時間も長大になる。そのため、 装置の稼働に必要なエネルギーの消費量も増加し、総じて製作コストを押し上げる 結果になっている。
[0013] これら切削式の歯科用 CAD/CAMの欠点を解消するために例えば、造形テープ ル上に粉体を層状に積層して所望の造形物を作成する積層造形装置が提案されて V、る (例えば、特許文献 1および 2参照）。
[0014] 図 20は、上記の積層造形装置によって、造形物が形成される工程を示す図である 。まず、図 20Aに示すように、積層造形装置が備える造形テーブル 41上に粉体フィ ーダ 42によって粉体が均一に散布され、粉体層 51が形成される。次いで、図 20Bに 示すように、インクジェットヘッド 43が、粉体層 51のうち造形したい部分 51aに液剤を 射出する。液剤が射出された部分 51aは、例えば、光が照射されることによって形状 化する。図 20Aおよび 20Bに示す動作は、造形テーブル 41が所定のピッチだけ降 下するたびに繰り返される。その結果、図 20Cに示すように、層の一部が選択的に形 状化された粉体層が複数積層される。最後に形状化していない粉体を除去すること により、形状化した部分だけが造形物として残る（図 20D参照）。このように積層造形 装置を用いることによって、例えば、歯科用構造材のような複雑な形状の構造材を形 成すること力 Sでさる。
[0015] その後この造形物を焼結した後に仕上げ処理を施して目的の構造物を完成する。
特許文献 1 :特開 2004— 344623号公報
特許文献 2：特開 2005— 59477号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] しかしながら、上記の積層造形装置によって形成される造形物を補綴物のフレーム などに応用する場合、造形後の焼成工程が必要になるので、昇温中に造形物が自 重ゃ炉内の雰囲気の流れなどによって垂れたり、崩れたりして本来の目的の形状と は異なる形に変形する事が多かった。特にロングスパンブリッジフレームなどの長大 な造形物を焼成する場合には修正しきれなレ、ほどの大きな変形を生じることも多レ、。 また、焼成が不要な材料で造形物が形成される場合であっても、形状化する際の乾 燥や重合により、変形を生じること力 Sある。
[0017] また、歯科補綴物のフレームなどは、患者の支台歯にセメントなどの材料を介して 適合、合着するように設計されることが多いため、造形テーブルとの間に空間を有す る場合が多い。そのため、事前に把握する事が困難な変形が生じやすい。
[0018] そこで、本発明は、形成過程または焼成過程で変形しにくい構造の造形物を表す 造形データを作成する造形データ作成システム、プログラムおよび前記造形物の製 造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0019] 本発明に力、かる造形データ作成システムは、層光を照射することにより、またはバイ ンダー液を含浸させることにより、少なくとも一部を形状化させた造形層を、基礎平面 上に積層することによって前記形状化された部分を造形物として形成する積層造形 装置で用いられる、前記造形物の形状を表す造形データを作成する造形データ作 成システムであって、所望の構造物の形状を表す構造物データを入力する構造物デ ータ入力部と、前記積層造形装置が形成する前記造形物に用いられる材料の組成 を表す組成データを記録する組成データ記録部と、前記造形物に用いられる可能性 のある材料の組成と、当該材料の乾燥、重合または焼結による変化の量を示す変化 量データとを対応づけて記録する変化量データ記録部と、前記組成データで示され る材料の組成に対応する変化の量を示す変化量データを前記変化量データから取 得し、取得した変化量データに基づいて、前記構造物データを用いて形成される造 形物が、乾燥、重合または焼結による変化後に前記所望の構造物の形状に近くなる ように当該構造物データを補正する補正部と、前記構造物を前記基礎平面上に配置 し、前記配置された前記構造物を前記基礎平面に垂直に投影した投影面と、前記構 造物との間の空間の外形を表す外形データを、前記構造物データを用いて生成す る外形生成部と、前記空間の略全体を満たすように形成され、前記構造物を支持す る支持部材の形状を表す支持部材データを生成する支持部材生成部と、前記基礎 平面に略平行な複数の平面それぞれにおける断面形状を表す断面データを、前記 構造物データ、前記支持部材データおよび前記外形データに基づいて生成する断 面生成部とを備える。
[0020] 前記補正部は、造形物の乾燥、重合または焼結による変化の量を示す変化量デー タを用いることにより、予め想定される乾燥、重合または焼結による収縮や変形など 変化の量に応じて、構造物データを補正することができる。そのため、積層造形装置 が構造物データを基に形成する造形物が、できるだけ所望の形状に近くなるように、 構造物データが補正される。これにより、造形物が乾燥、重合または焼結 (焼成)後 に目的の形状および大きさとなることを可能にする構造物データが得られる。
[0021] さらに、前記支持部材生成部は、前記外形データで表される空間の略全体を満た す支持部材の形状を表す支持部材データを生成する。そのため、前記支持部材デ ータで表される前記支持部材と、前記構造物データで表される前記構造物とで構成 される造形物は、前記構造物の前記基礎平面側の面すなわち、前記構造物の下面 が前記支持部材によって前記基礎平面上に略全面に渡って支持される構成となる。
[0022] このような補正された構造物データ、支持部材データおよび外形データにより造形 物の断面形状を表す断面データが生成される。上述のように補正部は、前記積層造 形装置がこの断面データを用いて、造形物の形成過程や、焼成工程で生じる変化の 量を見越した構造物データの補正を行っている。その結果、前記断面データを用い て積層され、焼結された後の造形物は、構造物データ入力部で入力された構造物デ ータが示す所望の構造物の形状を正確に反映した形状となる。すなわち、構造物デ ータで表される構造物を形成する過程または焼結する過程で、前記構造物が収縮す る等して変化することによる適合性や精度の低下が抑えられる。
[0023] さらに、前記断面データを用いて積層される構造物は、前記支持部材によって、そ の下面が前記基礎平面上に、略全面に渡って支持される状態で形成される。そのた め、前記断面データに基づいた造形物が形成される過程においては、構造物の反り 等の変形が抑えられる。さらに、形成過程において、支持部材によって構造物の下 面が全面的に支持されているので、構造物は目的の形状を保ったまま正確に形成さ れる。
[0024] したがって、造形データ作成システムは、形成過程で変形しにくぐかつ形成、焼結 後に所望の形状を正確に反映した造形物を得るための造形データを提供することが できる。造形データ作成システムは、例えば、クラウン、ブリッジ等のように、その表面 が複雑で、かつ精密に形成する必要がある構造物の造形に有用な造形データを提 供すること力 Sでさる。
発明の効果
[0025] 本発明によれば、本発明は、形成過程または焼結過程で変形しにくい構造の造形 物を表す造形データを作成する造形データ作成システム、プログラムおよび前記造 形物の製造方法を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0026] [図 1]本実施の形態 1における造形データ作成システムの構成を表す機能ブロック図 である。
[図 2]造形データを作成する際の処理の流れを示すフローチャートである。
[図 3A]補正部 28が作成した補正済み構造物データ 29が表すブリッジフレームの例 を示す図である。
[図 3B]支持部材生成部 7が作成した支持部材データ 25が表す支持部材の例を示す 図である。
[図 4]支持部材データ 25を作成する処理の一例を示すフローチャートである。
[図 5]構造物データ 22が表す構造物 31が、 xyz座標上に配置された状態を表示する 画面の例を示す図である。
[図 6]構造物 31の形状を xy平面に投影した平面 32を表示する画面の例を表す図で ある。
[図 7]外形データが表す外形 33を表示する画面の例を表す図である。
[図 8]xy平面に垂直に等間隔で並べられた柱状体 34aを表示する画面の例を表す 図である。
[図 9]柱状体 34aに外形 33を重ね合わせた状態を表示する画面の例を表す図である [図 10]トリムされた柱状体 34aによって形成された支持部材 34の形状を表示する画 面の例である。
園 11]支持部材 34の上に構造物 31が支持される状態を表示する画面の例を表す 図である。
園 12A]支持部材 34が接する部分の周辺部を窪ませた場合の支持部材 34と構造物 31の断面形状を示す図である。
園 12B]切り欠きを有する支持部材 34の断面形状を示す図である。
園 13]支持部材 34の変形例を表示する画面を表す図である。
園 14]支持部材 34の変形例を表示する画面を表す図である。
[図 15A]構造物 31であるブリッジフレームを、互いに所定の間隔を有する複数の平行 な面で輪切りにした様子を横方向から見た図である。
[図 15B]構造物 31であるブリッジフレームを、互いに所定の間隔を有する複数の平行 な面で輪切りにした様子を斜め上方向から見た図である。
[図 15C]構造物 31であるブリッジフレームを、互いに所定の間隔を有する複数の平行 な面で輪切りにした様子を上方向から見た図である。
[図 16]構造物 31であるブリッジフレームの各断面における画像データの例を示す図 である。
[図 17]積層造形装置 100の概略構成を示す斜視図である。
園 18A]積層造形装置 100による造形における最初の工程を示す断面図である。 園 18B]積層造形装置 100による造形における次の工程を示す断面図である。 園 18C]積層造形装置 100による造形におけるその次の工程を示す断面図である。 園 18D]積層造形装置 100による造形におけるその次の工程を示す断面図である。 園 18E]積層造形装置 100による造形におけるその次の工程を示す断面図である。
[図 19]制御プログラムによって制御される処理の一例を示すフローチャートである。 園 20A]従来の積層造形装置によって、造形物が形成される工程を示す図である。
[図 20B]従来の積層造形装置によって、造形物が形成される工程を示す図である。 園 20C]従来の積層造形装置によって、造形物が形成される工程を示す図である。 [図 20D]従来の積層造形装置によって、造形物が形成される工程を示す図である。
[図 21A]支台歯と接する部分の肩に角があるタイプの補助部材 52の断面を表す図で ある。
[図 21B]支台歯と接する部分の肩が丸められているタイプの補助部材 53の断面を表 す図である。
[図 22]本発明によって製造されたクラウンを支台歯に装着したところを横から見た断 面図の様子を表す。
発明を実施するための最良の形態
[0027] 本発明の実施形態において、前記構造物データ入力部は、前記所望の構造物が 他の物体に装着されるものである場合に、前記物体と前記構造物との相対的な位置 関係を示す関係データをさらに入力し、前記関係データに基づいて、前記物体と前 記構造物との前記位置関係を固定するための部材を表す補助形状データを生成し 、前記構造物データに付加する補助形状データ生成部をさらに備える態様とすること ができる。
[0028] 補助形状データ生成部により、構造物と装着対象の物体との位置関係を固定する ための部材を表す情報が付加された構造物データが生成される。この構造物データ から生成される断面データが積層造形装置で用いられることにより、前記部材が付加 された構造物が形成される。すなわち、物体に装着する際にその向きや位置を一意 に決定して正確に適合させる事ができる構造物を表す構造物データが得られる。そ の結果、構造物を、前記物体に対して正しい位置および向きで装着することが可能 になる。構造物を物体へ装着した時の向きのずれ等が生じることが抑えられる。
[0029] 例えば、造形しょうとする構造物がクラウンやブリッジなどのフレームとして使用され る場合、補助形状データ生成部により、支台歯との合着または接着のためのセメント スペースを付加したり、フレームが支台歯に対して正しい位置及び向きを維持するよ うに、フレームの位置決めをしたりすることが可能になる。
[0030] 本発明の実施形態において、前記補助形状データ生成部は、前記前記物体と前 記構造物との間に設けられた板状体または柱状体を表すデータを、補助形状データ として生成するものであって、前記組成データ記録部に記録された前記組成データ を用いて、前記板状体または前記柱状体の断面積を求めることで前記補助形状デ ータを生成すること力 Sできる。
[0031] 前記補助形状データで表される部材は、複数の板状体または柱状体になっている ので、前記断面データで表される構造物と物体との間は、前記部材によって複数箇 所で支持され、かつ、前記構造物と部材が接する面積が小さくなる。これにより、精密 な形状の構造物を物体に正確に位置決めすることが容易になる。
[0032] 本発明の実施形態において、前記補助形状データ生成部は、前記部材が前記物 体と接触する部分の面積を、前記位置関係を固定するのに必要な面積であり、且つ 前記構造物と前記物体との間の接着強度が所定値を下回らないために必要な面積 となるように構造物データおよび関係データを用いて計算し、前記補助形状データを 生成すること力 Sでさる。
[0033] これにより、構造物と物体との相対位置を十分な強度で固定し、かつ、構造物と物 体を十分な強度で接着することを可能にする補助形状データが得られる。
[0034] 本発明の実施形態において、前記補助形状データ生成部は、前記構造物データ が示す構造体のうち、前記物体に装着される面に付加され、前記構造体と前記物体 との間に所望のスペースに等しい厚みを持ち、前記物体と接触する面が前記物体の 該当する部分の形状と同じ形状の面である複数の板状体、または柱状体で形成され る部材を表す補助形状データを生成することができる。
[0035] これにより、完成した造形物は装着対象の物体に正しい位置と向きで、接着等のた めの適切な厚みを保って、より的確に装着固定されることが可能になる。例えば、完 成した造形物が、患者の口腔内の支台歯に装着される補綴物である場合、その補綴 物は、支台歯に対して正しい位置と向きで、適切なセメント層の厚みを保って的確に 装着固定されることが可能になる。
[0036] 本発明の実施形態にお!/、て、前記補助形状データ生成部は、前記構造体の前記 部材と当接する部分における法線方向に伸びている複数の板状体、または柱状体 で形成される部材を表す補助形状データを生成することができる。これにより、補助 形状データ生成部は、簡単な計算により補助形状データを生成することができる。
[0037] 本発明の実施形態において、前記外形生成部は、前記補正部によって補正された 補正済み構造物データと前記基礎平面上との間にできる空間の体積に基づいて前 記補正済み構造物の配置を決定し、前記補正済み構造物データと前記基礎平面と の間にできる空間の外形を表す外形データを生成することができる。
[0038] これにより、前記外形生成部が、前記空間の体積が最適になるように前記構造物を 酉己置すること力 Sできる。そのため、前記外形データは、最適な体積を持つ空間の外形 を表すことになる。このような最適な体積を持つ空間の外形データに基づいて、前記 支持部材生成部が支持部材データを生成する。そのため、最適な体積を持つ支持 部材を表す支持部材データが得られる。例えば、前記空間の体積が小さくなると、前 記空間に形成される支持部材も小さくてすむ。すなわち、前記支持部材データで表 される前記支持部材が小さくなる。その結果、前記支持部材の形成に用いられる材 料の量が少なくてすむ。
[0039] 本発明の実施形態において、前記支持部材データは、前記基礎平面に対して垂 直に設けられた複数の板状体または柱状体で形成される支持部材を表すことができ
[0040] 前記支持部材データで表される支持部材は、複数の板状体または柱状体になって いるので、前記支持部材が前記構造物に接する部分が小さくなる。従って、前記断 面データで表される構造物は、前記支持部材によって全体に渡って支持され、かつ 、前記支持部材と接する面積が小さくなる。このような断面データに基づいて形成さ れる構造物は、形成過程での変形が抑えられ、かつ、支持部材を取り外しても、その 残骸が構造物に残りにくいものとなる。すなわち、前記支持部材と前記構造物とが接 する面積が小さいと、前記支持部材を除去する際に、前記構造物の根元近くで折れ やすくなる。その結果、前記支持部材を除去した後の前記構造物の表面を平滑化す るための後加工が容易になる。つまり、精密な形状の構造物を得ることが容易になる 。このように、前記造形データ作成システムは、上記の支持部材データが用いること により、精密な構造物を容易に得るための造形データを提供することが可能となる。
[0041] 本発明の実施形態にお!/、て、前記支持部材データは、前記板状体または前記柱 状体の水平方向の厚みが、前記構造物に接する部分において、他の部分に比べて 小さくなつている前記支持部材を表す態様とすることができる。 [0042] これにより、前記支持部材データで表される前記支持部材が前記構造物に接する 部分の面積が小さくなる。すなわち、前記支持部材と前記構造物との接点が小さくな るので、前記断面データに基づいて造形される造形物においては、前記支持部材は 、前記構造物から除去される際に、前記構造物に接する部分の近くで折れやすくな る。その結果、前記構造物には、前記支持部材の残骸が残りにくくなる。すなわち、 前記支持部材データを用いて生成される断面データは、前記支持部材の残骸が残 りにくい形状の造形物を表すことになる。
[0043] 本発明の実施形態において、前記支持部材生成部は、前記構造物に接する部分 の近くに切り欠きを有する支持部材を表す支持部材データを生成することができる。 これにより、前記構造物から前記支持部材を除去した際に、前記構造物に残骸が残 りにくい形状を表す支持部材データが得られる。
[0044] 本発明の実施形態において、前記支持部材生成部は、前記構造物において、前 記支持部材が接する部分の周辺部を構造物の内面方向へ窪ませるように前記構造 物データを修正することができる。これにより、前記構造物から前記支持部材を除去 した際に、前記構造物に残骸が残りにくい形状を表す構造物データが得られる。
[0045] 本発明の実施形態にお!/、て、前記組成データ記録部は、前記支持部材に用いら れる材料の組成を表す組成データもさらに記録し、前記支持部材生成部は、前記組 成データ記録部に記録された前記組成データを用いて、前記板状体または前記柱 状体の水平方向の厚みを求めることができる。
[0046] 前記支持部材生成部は、前記組成データを用いることで、支持部材に必要な強度 を確保し、かつ最小の厚みが得られる。すなわち、前記支持部材生成部は、前記支 持部材が適切な強度を持ち、かつ前記構造物から容易に取り外すことができ、かつ 取り除いた後の構造物の表面に前記支持部材の一部が残らない程度の前記板状体 または前記柱状体の水平方向の厚みを求めることができる。
[0047] 本発明の実施形態にお!/、て、前記支持部材生成部は、前記構造物が前記支持部 材に与える力の分布を、構造物データを用いて計算し、該分布に基づいて前記板状 体または前記柱状体の水平方向の厚みを求めることができる。
[0048] 前記支持部材生成部は、前記構造物から前記支持部材に加わる力の分布に基づ いて、前記板状体または前記柱状体の水平方向の厚みを求めるので、前記支持部 材が前記構造物の変形を抑えるのに必要な強度を持ち、かつ前記構造物から容易 に取り外すことができ、かつ取り除いた後の構造物の表面に前記支持部材の一部が 残らない程度の前記厚みを求めることができる。なお、前記支持部材生成部は、前 記組成データおよび前記力の分布の両方を用いて前記厚みを求めてもよい。
[0049] 本発明の実施形態において、前記構造物は、口腔内の補綴物であり、前記構造物 データは、前記口腔内またはその周辺部を測定することによって得られた測定デー タを基に生成されたデータである態様とすることができる。
[0050] 口腔内の補綴物の形状を表す構造物データは、前記測定によって得られた測定 データを基に生成され、乾燥、重合または焼結による収縮量を予め見越して補正を かけられているので、焼結後に前記口腔内またはその周辺部の形状に適合した形状 の補綴物を表すデータとなる。
[0051] 前記造形データ作成システムで作成される前記断面データと、前記積層造形装置 とを用いて前記構造物を製造するための製造方法も本発明の一実施形態である。こ の製造方法は、前記積層造形装置が備える上下に移動可能な造形テーブル上に、 所定の厚みの造形層を形成する層形成工程と、前記造形層の少なくとも一部であつ て、前記断面データが表す断面形状に応じた形状の部分のみ選択的に光を照射す るかまたはバインダー液を射出し、含浸させて形状化する造形工程と、前記造形テ 一ブルを前記所定の厚み分降下させる降下工程と、前記層形成工程および前記形 状化工程を、前記断面データが表す前記複数の平面それぞれにつ!/、て順次繰り返 すことによって、前記造形層を積層する積層工程と、前記積層工程で積層された前 記造形層において、前記形状化工程で形状化された部分以外の部分を除去するこ とによって、前記支持部材によって前記造形テーブル上に支持された状態の前記構 造物を形成する除去工程とを備える。
[0052] 上記の製造方法によれば、前記積層造形装置は、前記断面データに基づいて前 記層形成工程、前記形状化工程および前記降下工程を繰り返すことにより、前記形 状化工程で形状化された部分が、前記支持部材によって前記造形テーブル上に支 持される前記構造物となる。そのため、前記構造物を形成する過程において前記構 造物に生じる変形を抑えることができる。前記除去工程により、前記造形層のうち、前 記構造物と同時に形成された支持形状部分が除去される。
[0053] また、前記積層造形装置によって形成された前記構造物は、焼結によって生じる収 縮、変形などの変化を予め補正したデータを基にしているので焼結後に目的の大き さとなり、良好な適合性を持つことができる。
[0054] 光を照射することにより、またはバインダー液を含浸させることにより、少なくとも一部 を形状化させた造形層を、基礎平面上に積層することによって前記形状化された部 分を造形物として形成する積層造形装置で用いられる、前記造形物の形状を表す造 形データを作成する処理をコンピュータに実行させる造形データ作成プログラムも本 発明の一実施形態である。所望の構造物の形状を表す構造物データを入力する構 造物データ入力処理と、前記積層造形装置が形成する前記造形物に用いられる材 料の組成を表す組成データを記録する組成データ記録部と、前記造形物に用いら れる可能性のある材料の組成と、当該材料の乾燥、重合または焼結による変化の量 を示す変化量データとを対応づけて記録する変化量データ記録部とにアクセスし、 前記組成データで示される材料の組成に対応する変化の量を示す変化量データを 前記変化量データから取得し、取得した変化量データに基づいて、前記構造物デー タを用いて形成される造形物が、乾燥、重合または焼結による変化後に前記所望の 構造物の形状に近くなるように当該構造物データを補正する補正処理と、前記構造 物を前記基礎平面上に配置し、前記配置された前記構造物を前記基礎平面に垂直 に投影した投影面と、前記構造物との間の空間の外形を表す外形データを、前記構 造物データを用いて生成する外形生成処理と、前記空間の略全体を満たすように形 成され、前記構造物を支持する支持部材の形状を表す支持部材データを生成する 支持部材生成処理と、前記支持部材データで表される前記支持部材と、前記補正 部によって補正された構造物データで表される前記構造物とで構成される造形物の 、前記基礎平面に略平行な複数の平面それぞれにおける断面形状を表す断面デー タを、前記構造物データ、前記支持部材データおよび前記外形データに基づいて生 成する断面生成処理とをコンピュータに実行させる。
[0055] 上記プログラムにより、前記積層造形装置が、前記基礎平面上に前記構造物を支 持するための前記支持部材を作成するために用いられる支持部材データが生成さ れる。さらに、前記積層造形装置で利用しやすい断面データを生成することができる
[0056] 本発明の実施形態にかかる製造方法は、その層の一部を選択的に形状化させた 造形層を基礎平面上に積層することによって、前記形状化された部分を造形物とし て形成する造形物の製造方法であって、所望の形状を有する構造物を前記基礎平 面上で支持するための支持部材を形成する工程と、前記支持部材の上に前記構造 物を形成する工程とを備える。
[0057] 以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳しく説明する。
[0058] (実施の形態 1)
実施の形態 1は、造形テーブル上に粉体を積層させることよって形成される造形物 の形状を表すデータを作成する造形データ作成システムに関する。本実施形態にお いては、造形物が、例えば、陶材焼付け冠のブリッジフレームとして用いるジルコユア 製構造物を積層造形装置で製造する場合を例にとり説明する。図 1は、本実施の形 態 1における造形データ作成システムの構成を表す機能ブロック図である。
[0059] 図 1に示すように、造形データ作成システム 1は、入力部 3、出力部 4、補助形状デ ータ生成部 27、補正部 28、外形生成部 5、支持部材生成部 7、断面生成部 9および 記録部 11を備える。造形データ作成システム 1は、補綴物形状データ作成システム 2 および積層造形装置 100に接続されている。
[0060] 補綴物形状データ作成システム 2は、測定装置 17、作成部 15、モデル記録部 13 を備える。測定装置 17は、例えば、患者の口腔内またはその周辺部の形状等を測 定する。測定装置 17が測定した形状は、測定データとして、作成部 15に送られる。 作成部 15は、測定装置 17から送られる測定データと、モデル記録部 13に予め記録 されたモデル 21とに基づいて、所望の補綴物の形状を表す構造物データ 22を作成 する。モデル 21には、例えば、補綴物の基本的または一般的な構造を表すデータ等 が含まれる。
[0061] 入力部 3は、作成部 15が作成した構造物データを読み込み、記録部 11に記録す る。その結果、造形データ作成システム 1が構造物データ 22を利用できる状態になる 。また、入力部 3は、構造物データで示される構造物が、他の物体に装着されるもの である場合には、その装着時における物体と構造物との位置関係を示す関係データ を入力する。関係データには、例えば、構造物が物体に装着される際に、物体に接 着される構造物上の面を特定するデータや、物体と構造物との間に設けられる空間 の厚みを示すデータ、装着対象の物体の形状を表すデータ等が含まれる。
[0062] 補助形状データ生成部 27は、記録部 11に記録された構造物データ 22と関係デー タに基づいて補助形状データを生成し、これを構造物データに付加して新たな構造 物データ 22として記録部 11に記録する。補助形状データは、構造物データ 22で表 される構造物が物体に装着される際の、構造物と物体との位置関係を固定する補助 部材の形状 (以下、補助形状と称する）を表すデータである。
[0063] 例えば、構造物が陶材焼付けブリッジフレーム（以下、単にフレームと称する）であ る場合、フレームが患者の口腔内の支台歯に装着される際に、フレームを、支台歯に 対して正しい位置と正しい向きで、且つ支台歯とフレームとの間に適切なスペースを 維持して装着するための補助部材の形状を表す補助形状データが生成される。
[0064] 補助形状データ生成部 27が、補助形状を決定する際、あらかじめ記録部 11に記 録されている組成データ 23が参照されることが好ましい。組成データ 23は、例えば、 補助部材、構造物または支持部材を形成する材料の組成を表すデータである。
[0065] なお、この補助形状データ生成部 27は製造しょうとする構造物の使用目的によつ て、補助形状が不必要である場合には経由させない事ができる。
[0066] 補正部 28は、後の工程で造形した構造物を乾燥、重合、焼結、焼成する際に生じ る変形や収縮による精度や適合性の低下を抑制するため、記録部 11に記録された 構造物データ 22、組成データ 23および変化量データ 30に基づいて、構造物データ を補正した補正済み構造物データ 29を生成する。生成された補正済み構造物デー タ 29は記録部 11に記録される。
[0067] 外形生成部 5は、記録部 11に記録された補正済み構造物データ 29に基づいて、 外形データ 24を生成する。外形データ 24は、補正済み構造物データ 29が表す構 造物を、例えば、造形テーブル上等の基礎平面上に配置した場合の、構造物と造形 テーブルとの間にできる空間の外形を表す外形データ 24である。生成された外形デ ータ 24は記録部 11に記録される。
[0068] 支持部材生成部 7は、記録部 11に記録された外形データ 24に基づ!/、て、造形テ 一ブル上で構造物を支持する支持部材の形状を表す支持部材データ 25を生成す る。支持部材データ 25は、例えば、外形データ 24で表される空間内に設けられる支 持部材の形状を表すデータである。支持部材生成部 7が、支持部材の形状を決定す る際、あらかじめ記録部 11に記録されて!/、る組成データ 23が参照されることが好まし V、。生成された支持部材データ 25は記録部 11に記録される。
[0069] 断面生成部 9は、補正済み構造物データ 29と支持部材データ 25とに基づいて、断 面データ 26を生成する。生成された断面データ 26は、記録部 11に記録される。
[0070] 出力部 4は、断面データ 26を積層造形装置 100へ出力する。また、出力部 4は、積 層造形装置 100の動作を制御するための制御プログラムも積層造形装置 100へ出 力する。制御プログラムの例については、実施の形態 2において後述する。積層造形 装置 100は、断面データ 26および制御プログラムに基づいて、支持部材と構造物と で構成される造形物を作製する。積層造形装置 100の構成および動作の詳細は後 述する。
[0071] 造形データ作成システム 1および補綴物形状データ作成システム 2は、例えば、パ 一ソナルコンピュータ、サーバ等のコンピュータ上に構築される。造形データ作成シ ステム 1および補綴物形状データ作成システム 2は、 1台のコンピュータ上に構築され てもよいし、互いに異なる 2台のコンピュータ上にそれぞれ構築されてもよい。入力部 3、出力部 4、外形生成部 5、支持部材生成部 7、断面生成部 9、作成部 15の機能は 、コンピュータの CPUが所定のプログラムを実行することによって実現される。記録部 11、モデル記録部 13には、例えば、コンピュータに内蔵されているハードディスク、 R AM等の記憶媒体の他、フレキシブルディスク、メモリカード等の可搬型記憶媒体や 、ネットワーク上にある記憶装置内の記憶媒体等を用いることができる。
[0072] 次に、造形データ作成システム 1の動作について説明する。本実施形態では、患者 が使用する陶材焼付け冠のブリッジフレームとして用いるジルコユア製構造物を積層 造形装置で作製するための造形データを作成する処理を例にとって説明する。ここ で、造形データは、積層造形装置で作製される造形物の形状を表すデータである。 [0073] はじめに、大まかな処理の流れについて説明する。図 2は、造形データ作成システ ム 1が造形データを作成する際の処理の流れを示すフローチャートである。図 2に示 すように、まず、補綴物形状データ作成システム 2の測定装置 17が患者の口腔内ま たはその周辺を測定して測定データを得る。作成部 15は、測定装置 17から測定デ ータを入力する（ステップ Sl)。
[0074] 作成部 15は、モデル記録部 13に記録されたモデル 21および測定データに基づい て、 目的とする構造物、すなわちフレームの形状を表す構造物データ 22を作成する 。また、作成部 15は、フレームを支台歯に装着する際の支台歯との位置関係を特定 する関係データも作成する。 （ステップ S2)。作成部 15が作成した構造物データおよ び関係データは、入力部 3により造形データ作成システム 1に読み込まれ、記録部 1 1に記録される。
[0075] 補助形状データ生成部 27は、作成部 15が作成した構造物データ 22および関係 データを用いて、フレームとフレームを装着する支台歯との位置を固定するための補 助部材の形状を表す補助形状データを作成し、これを構造物データ 22に付加する。 (ステップ 3)。ここで、補助形状は、例えば、フレームを患者の支台歯に装着する際 に術者が容易に正しい位置と正しい向きで装着できるようにするための位置決め用 のガイド形状、及び/またはフレームを支台歯に装着する際に合着、あるいは接着 のために用いられる歯科用セメントが介在するためのスペースを保持するためのスぺ ーサ形状などである。
[0076] なお、補助形状データ生成部 27は、例えば、構造物が他の物体に装着するもので ない場合のように、補助部材が必要ない場合には上記ステップ 3の処理を実行しなく てもよい。
[0077] 補正部 28は、作成部 15あるいは補助形状データ生成部 27が作成した構造物デ ータ 22を補正した補正済み構造物データ 29を作成する (ステップ S4)。補正部 28は 、構造物データ 22が示す構造物と、構造物データ 22を用いて造形された構造物が 焼結される際に生じる収縮や変形によって変化した構造物との差異が相殺されるよう に、構造物データ 22を補正し、補正済み構造物データ 29を作成する。
[0078] ステップ 4にお!/、て、補正部 28は、記録部 11に記録された組成データ 23および変 化量データ 30を用いて、前記造形物の収縮量を参照あるいは算出し、これを用いて 必要な補正を施して補正済み構造物データを生成する。
[0079] 外形生成部 5と支持部材生成部 7が、補正部 28が作成した補正済み構造物データ 29を用いて、構造物を支持する支持部材の形状を表す支持部材データ 25を作成す る（ステップ S 5)。
[0080] 断面生成部 9は、支持部材と補正済み構造物とで構成される造形物の、互いに平 行な複数の平面それぞれにおける断面形状を表す断面データ 26を生成する（ステツ プ S6)。本実施形態においては、この断面データ 26が、 目的とする構造物であるフ レームを作製するための造形データである。
[0081] 次に、一例としてブリッジのフレームを、所要の構造物とした場合の各ステップ S；!〜 S6の詳細な処理について説明する。
[0082] (ステップ S1 データ入力工程）
ステップ S1において、補綴物形状データ作成システム 2の測定装置 17が、例えば 、ブリッジを使用する患者の口腔内および支台歯周辺部を測定することによって得た 測定データを作成部 15へ入力する。測定データは、例えば、支台歯形状、支台歯、 対合歯列の形状、咬合高径（上下顎の間隔）、中心位（中心位置）、ゴシックアーチ 等の患者固有の値である。ゴシックアーチは、顎の運動に伴って生じる特定部位の 運動経路を描記したものである。患者の口腔内および支台歯周辺部の形状は、例え ば、点群データ、すなわち XYZ座標値の集まりで表現される。
[0083] (ステップ S 2 形状作成工程）
ステップ S2の形状作成工程において、作成部 15は、モデル記録部 13に記録され たモデル 21および測定データに基づいて、構造物データ 22および関係データを作 成する。図 3Aは、作成部 15が作成した構造物データ 22が表すフレームの例を示す 図である。なお、図 3Aは、フレームが、後述するステップ S5で生成される支持部材 の上に形成された状態を示して!/、る。
[0084] 作成部 15は、測定データのうち、例えば、支台歯、隣接歯、対合歯 (かみ合う相手 の歯）の形状、反対側の歯牙形態、咬合高径（上下顎の間隔）、中心位（中心位置）、 ゴシックアーチ等のデータから、製作しょうとするフレームの大まかな形状を決定する [0085] モデル記録部 13に記録されたモデル 21は、例えば、クラウン、ブリッジ等を再現す るためのモデルである。モデル 21には、例えば、各部位の歯牙ごとのクラウンや、さ まざまな部位及び本数からなるブリッジ形状を作成する基になる各種フレーム形状の データベースや、基本的または一般的なポンティックの形状を表すモデル等が含ま れる。作成部 15は、一般的なクラウン、ブリッジの形状を表すモデル 21に、上記の測 定データより得られた患者特有の値を反映させて、フレームの大まかな形状を表すフ レームモデルを作成する。
[0086] 作成部 15は、例えば、組成データ 23を参照してフレームの材質を特定し、特定し たフレームの材質から必要な強度を発現するための最低限必要なフレームの厚み等 を計算する。また、作成部 15は、フレームの材質に適したセメントスペースなどの情 報を例えば、予め記録されたデータから取得する。さらに、作成部 15は、セメントスぺ ースの情報を用い、支台歯データを基にして、ブリッジのフレーム底面（すなわち、支 台歯と接着される面）の形状を決定することができる。
[0087] このようにして決定されたブリッジのフレーム底面や、フレームの厚み等と前記フレ ームモデルとを組み合わせて、図 3Aに示すようなフレームの形状を表す構造物デー タ 22が生成される。また、作成部 15は、支台歯に接着されるフレーム底面を特定す るデータや、セメントスペースを示すデータ等を関係データとして記録してお!/、てもよ い。
[0088] (ステップ S3 補助形状作成工程）
ステップ S3の補助形状作成工程は正確なスペースの確保や位置決めが必要な場 合など、補助形状が必要な場合に行われる。例えば、前記入力部 3が、作成部 15が 作成した構造物データ 22とともに関係データも読み込んだ場合に、造形データ作成 システム 1は補助形状作成工程が必要と判断することができる。
[0089] ステップ S3の補助形状作成工程が必要と判断された実行される場合、補助形状デ ータ生成部 27が呼び出される。補助形状データ生成部 27は、ステップ S2の形状作 成工程にお!/、て作成され、記録部 11に記録された構造物データ 22を用いて必要な 補助部材の数値的特長を生成し、構造物データ 22に付加する。補助部材の数値的 特徴として、例えば、フレームと支台歯との間に必要なスペース量や、支台歯とフレ ームとの間にスペースを設けた場合にフレームの正しい方向や位置を決定できるよう なガイド形状が生成される。
[0090] これにより、完成後の構造物であるフレームが正しい位置に正しい向きで支台歯に 装着できるようにし、かつ必要充分なセメントスペースを確保して確実な支台歯への 合着、あるいは接着を実現することが可能になる。
[0091] 位置決めのための補助形状は最低でも 3個以上で構成される。また、それぞれの 補助形状が支台歯と接触する面は、最低でも補助形状が充分な強度を持つだけの 広さを有する必要がある。同時に歯科用セメントや接着材料が支台歯とフレームを充 分に合着あるいは接着することを妨げないようにこれらの材料がフレーム及び支台歯 と充分に接触できるだけの面積を確保できるように、 自身の接触面積は可能な限り小 さい事が求められる。
[0092] ステップ S3の補助形状生成工程では、補助形状データ生成部 27が、このように相 反する条件を両立できるような補助部材の形状と個数を構造物データ 22、関係デー タ及び組成データ 23を参照して決定する。
[0093] ここで、補助形状決定処理の具体例を説明する。補助形状データ生成部 27は、ま ず関係データが示す、あるいはシステムの操作者が入力したセメントスペース分の厚 みを構造物データ 22の支台歯に装着する側の面から除去する。これにより、元の構 造物データ 22が示すフレームの支台歯に装着する側の面、即ちフレーム底面と、支 台歯との間に所望のスペースが設けられる。
[0094] 次に、補助形状データ生成部 27は前記スペースの中に設けられる補助部材の形 状を示す補助形状データを生成する。例えば、前記スペースにおいて、フレームから 法線方向に延びる板状体、または柱状体を表すデータが補助形状データとして生成 される（以下では一例として、補助部材が柱状体である場合について説明する）。こ のように所定のスペース内の柱状体を表すデータの生成には、後述する支持部材生 成部 7による柱状体を表すデータの生成 (ステップ S 5)と同様の方法を用いることが できる。また、例えば、支台歯の形状面をそのままフレームの方向にオフセットして、 フレームから法線方向に延びる柱状体を表すデータを算出することもできる。次に、 補助形状データ生成部 27は、柱状体の断面積、すなわち、補助部材が支台歯と接 触する面の面積を計算する。それぞれの補助部材が支台歯と接触する面は、最低で も補助部材がフレームと支台歯の位置決めに充分な強度を持つだけの広さを有する 必要がある。また、フレームを装着する際に、支台歯が補助部材と接触する部分の面 積が極端に狭いと、支台歯にかかる応力が、狭い範囲に集中して支台歯を損傷する 恐れがある。したがって、柱状体の断面積は、支台歯とフレームの位置を固定するた めに十分に広く設定する必要がある。
[0095] 一方、歯科用セメントや接着剤などの接着材料が支台歯とフレームを充分に合着あ るいは接着することを妨げないようにする必要がある。したがって、この接着材料がフ レーム及び支台歯と充分に接触できるだけの面積を確保する必要がある。そのため 、補助部材が支台歯と接触する部分が広すぎると、フレームを支台歯に装着する際 に、補助部材と支台歯の間に接着材料が過剰に残って、設定した以上の厚みで固 定されること力 S起こり得る。このようなことを防ぐためには、補助部材と支台歯の接触 面積、すなわち柱状体の断面積は可能な限り小さい事が求められる。
[0096] 補助形状データ生成部は組成データ 23を参照して上記の相反する 2つの条件を 満たすような補助形状データを生成する。まず、最低でも補助部材がフレームと支台 歯の位置決めに充分な強度を持つだけため柱状体の断面積を計算する例を説明す る。例えば、補助形状データ生成部 27は、予め、補助部材に使用する材料の組成ご とに計算され、記録部 11に記録されている断面積と強度の関係を参照する。この断 面積と強度の関係は、例えば、補助部材に用いられる材料でできた柱状体の断面積 を様々に変えて製作した試験体を用いて、曲げ強さ試験などの強度試験を行うことで 求められる。補助形状データ生成部 27は、補助部材の形状等を勘案して必要な補 助部材の強度を求め、前記断面積と強度の関係を用いて、必要な強度を発現するた めに必要な断面積を逆算する。
[0097] 次に、接着材料がフレームおよび支台歯に充分に接触できるだけの面積を確保す るために必要な柱状体の断面積を計算する例を説明する。まず、基本データとして、 接着材料とフレームとの単位面積あたりの接着強度と、使用材料と支台歯との単位 面積あたりの接着強度とが予め求められて記録部 11に記録される。接着強度は接着 面積の増減と正の相関がある。そのため、補助形状データ生成部 27は、フレームの 装着に必要な接着強度を算出して、上記の単位面積あたりの接着強度を参照するこ とにより、前記必要な接着強度を発現するのに必要な接着面積を求めることができる
〇
[0098] 図 21Aおよび図 21Bは造形物（フレーム） 50に付加された補助部材の形状の一例 を示す断面図である。図 21Aは支台歯と接する部分の肩に角があるタイプの例であ る。図 21Bは支台歯と接する部分が丸められているタイプの例である。このタイプはフ レーム 50を支台歯に装着する際に、支台歯に接する補助部材 53の面上にセメント が存在する場合でも、セメントがその補助部材 53の支台歯に接する面からスムーズ に排除される。そのため、残留応力が減少するという効果を奏する。
[0099] 図 21Aおよび図 21Bに示す例において、造形物 50と補助部材 52、 53の接合部分 が角を持たず曲面で構成されているのは、接合部分の強度確保を図っているもので ある。曲面の半径はあまり大きいとスぺーサの設置面積が不足して設計に支障をきた す。また、あまり小さすぎると実質的に角で接合したのと同様の形態となり、セメントが 充填されに《なったり、強度低下につながったり、亀裂の発生箇所になったりする恐 れがある。接合部の曲面の半径は支台歯とフレーム間距離の 0. 1倍から 3倍の範囲 が好ましい。
[0100] もちろん補助形状は、図 21A、 21Bに示したような造形物側に広がりを持たせた形 状だけに制限されるものではなぐ適切なセメントスペースの確保と造形物を正しい 向きと位置に装着できる限りにおいてその形状に制約を設けるものではない。
[0101] 補助部材は、この他に長!/、帯状のものを複数本設けた形状とする事もできる。この ような補助形状は、例えば、ステントなど広い面積で患者口腔内に設置される補綴物 への適用が好ましい。
[0102] 次に、補助形状データ生成部 27はフレームを正しい向きで正し!/、位置に装着する のに必要充分な補助部材の数と、補助部材の効果的な配置位置を求める。補助形 状データ生成部 27は、構造物データ 22で示されるフレームの形状に基づいて、支 台歯にフレームを装着したときに、その方向が一意に決定されるように個数と場所を 決定する。フレームを支台歯に合着する際、その力の方向は限られるので、経験則 を用いることにより、補助部材の個数と場所をある程度決定することができる。
[0103] 例えば、構造物が単冠の場合は、少なくとも 2個の補助部材が用いられる。この単 冠の場合、補助部材の個数に上限はないが、 3個から 12個が好ましい。また、構造 物がブリッジなどのように、複数の支台歯装着部位がある補綴物である場合は、支台 歯装着部位ごとに上述の個数の補助形状データを設ける事が望ましい。
[0104] 補助部材の配置場所として、例えば、前歯にあっては切端から見て唇側面、舌即 面、近心面、遠心面のうちいずれか 1箇所以上と、これらの中間点即ち舌側面と近心 面の接続部付近、近心面と唇側面の接続部付近、唇側面と遠心面の接続部付近、 遠心面と舌側面の接続部付近のうちいずれか 1箇所以上にそれぞれ 1個以上補助 部材を設ける事が望ましい。
[0105] 臼歯にあっては、例えば、頰側面、舌側面、近心面、遠心面のうちいずれか 1箇所 以上と、これらの中間点即ち頰側面と遠心面の接続部付近、遠心面と舌側面の接続 部付近、舌側面と近心面の接続部付近、近心面と頰側面の接続部付近のうちいず れか 1箇所以上にそれぞれ 1個以上、補助部材を設ける事が望ましい。
[0106] こうして生成された補助形状データは記録部 11において、構造物データ 22に付加 される。すなわち、それまでの構造物データ 22は、補助形状データ生成部により、上 書き保存される。
[0107] 補助形状データは、フレームを正しい向きで正しい位置に支台歯に装着する上で 大きな効果を発揮する。また、補助形状データにより、設定したとおりの適切なセメン トスペースを確保する事ができる。
[0108] 図 22は補助形状データが付加された構造物データ 22を用いて、積層造形装置 10 0が製造したフレームを、支台歯に装着した様子を横から見た断面図である。図 22に 示す例では、支台歯 61とフレーム 63の間には、接着材料 62が充填されている。そし て、支台歯 61に対するフレーム 63の位置および向きを固定する補助部材 64a〜64 eが支台歯 61とフレーム 63との間に設けられている。
[0109] 以上の項目を考慮して作成される補助形状データは適切なセメントスペースを高精 度で確保するのに大きな効果をもたらす。また、補助形状はフレームなどの造形物を 支台歯に装着する際、セメントスペースが遊びとなって正確な位置決めを妨げる要因 になるという問題の発生を防ぎ、設計通りに正確な向きと位置を一意に決定するため のガイドとして機能する。
[0110] これらの効果は補綴物を患者に装着する差異、その調整作業を大幅に削減し、ま たその作業に要求される熟練度も低減される。これは術者の作業および患者の負担 や苦痛の減少に大きく寄与する。
[0111] このように、造形しょうとする構造物が、例えばクラウンやブリッジなどのフレームで あり、支台歯との合着、接着のためのセメントスペースを付加したり、フレームが正し い位置及び向きを維持して支台歯に位置決めしたりすることが必要とされる場合に、 補助形状データ生成部 27は、補助形状データを生成することができる。
[0112] (ステップ S4 構造物データ補正工程）
ステップ S4の構造物データ補正工程において、補正部 28は作成部 15、あるいは 補助形状データ生成部 27によって生成され、記録部 11に記録された構造物データ 22を組成データ 23に基づいて補正することにより、補正済み構造物データ 29を生 成し記録部 11に記録する。
[0113] 通常歯科で用いられるクラウンやブリッジのフレームは金属、セラミックスなどで製作 される事が多い。また、フレームの上層に築盛される材料としては樹脂やセラミックス が多用される。その他、インレーやオンレーなどのように適切な処置を施した穿洞に 歯科用セメントや接着剤を介して嵌め込まれる補綴物には金属、樹脂、セラミックスが 用いられている。
[0114] セラミックス系材料は焼結 (焼成）によって最終的な強度を発現させるという工程が 必須である。これによつて高湿度で繰り返し応力の力、かる環境下でも長期間その強 度を維持し、化学的に安定で生体に対する為害作用がほとんどなぐまた、高い明度 、透明感ゃ天然歯類似の色調を良く再現した補綴物を提供することを可能にしてい
[0115] 特に、アルミナやジルコユアを主成分とする素材は、クラウンやブリッジなどそれま で金属でしか実用にならなかった用途に適用できる強度と靭性を持つ上に、色調の 面でも金属と比較するとより生体組織と調和する色調を持っている。そのため、これら の素材は、最近注目を集めて!/、る。 [0116] 焼成工程の実施は上述の利点をもたらす反面、焼成後に収縮などの寸法や形状 の変化を引き起こすという課題も持っている。
[0117] ステップ S4の構造物データ補正工程は、例えば、このような焼成による収縮、形状 変化、精度低下とレ、つた問題を解消するために用いられる。
[0118] 補正部 28は焼成後に構造物データ 22にできる限り近い構造物となるように予め収 縮や変形の分だけ構造物データ 22に補正を施す。以下では、焼成による収縮の分 だけ補正する例を示すが、補正部 28による補正は、収縮分に限られない。例えば、 焼成工程での変形や膨張等の変化分を補正することもできる。この補正量 (収縮量） の算出には組成データ 23および変化量データ 30が用いられる。組成データ 23は、 積層造形装置 100が積層造形しょうとする構造物に用いられる材料の組成を表すデ ータである。例えば、上記のフレームを、粉末ジルコユアを積層造形によって造形し ようとした場合、組成データ 23には、粉末ジルコユアとその比重を示すデータが記録 される。
[0119] 変化量データ 20は、積層造形される構造物に用いられうる様々な材料の組成と、 それぞれの材料の焼結による変化の量を示す変化量データとを対応づけて記録した データである。下記表 1に、変化量データ 20の内容の一例を示す。下記表 1に示す 例においては、造形物の組成、比重、および焼結による収縮量が一組のレコードとし て記録されている。なお、変化量データ 20の内容は下記表 1に限られない。
[0120] [表 1]
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例えば、粉末ジルコユアを積層造形によって造形しょうとしたとき、組成データ 23で 示される造形物の比重が 5. 82であるとすると、補正部 28は、上記表 1に示す変化量 データ 20を参照して、比重 5. 82におけるジルコユアの収縮量 19. 5を得ることがで きる。補正部 28は、収縮量 19. 5に対応する分だけ構造物データ 22が示す構造物 を拡大して補正済み構造物データ 29を生成する。
[0122] これにより焼成によって生じる収縮を見込んだ補正済み構造物データ 29が得られ る。補正済み構造物データ 29は記録部 11に記録される。
[0123] なお、構造物を拡大 ·縮小する計算には、例えば、 3次元 CADや CAMで用いられ ている拡大 ·縮小の計算式を適用することができる。例えば、原点と構造物の各部間 との距離を必要倍して得られる距離に、構造物の各部を配置しなおすことで拡大、縮 小が行われる。また、補正部 28は、 3次元空間における座標変換公式 (例えば、ァフ イン変換等）を適用して、構造物データ 22の補正してもよい。
[0124] なお、上記例では、補正部 28は、変化量データ 30に含まれる収縮量を用いて補 正を行っている力 S、補正部 28が変化量データ 30を使って収縮量を算出する構成で あってもよい。例えば、変化量データ 30として、比重から収縮量を求めるための関数 を材料ごとに記録しておくことで、補正部 28は、その関数を用いて収縮量を計算する こと力 Sでさる。
[0125] また、補正部 28は、上記例のような焼結による収縮を補正する場合に限られない。
例えば、補正部 28は、樹脂等の材料が乾燥や重合によって変形する量を変化量デ ータから算出し、その変形を補う補正をしてもよい。なお、樹脂等の材料が乾燥や重 合によって変形する場合と、セラミックスが焼結によって変形する場合とでは変形のメ 力二ズムゃ変形の程度、形状変化の傾向などは異なる。これら両方の変形を補正す る場合には、それぞれの変形について、変化量データや、変化量の計算、補正の計 算が必要となる。このように、補正部 28は、様々な材料や変形メカニズムに対応した 適切な補正を施すことができる。
[0126] また、乾燥や重合による変化および焼結による変化のいずれの場合も、寸法の変 化とそれに伴う形状変化という 2つの現象が起こる場合が多い。そのため、補正部 28 は、これらのそれぞれの現象について変化量の算出および補正計算を行ってもよい
[0127] (ステップ S5 支持部材データ生成工程）
ステップ S5の支持部材データ生成工程において、外形生成部 5と支持部材生成部 7が、補正部 28が作成した補正済み構造物データ 29を用いて、構造物を支持する 支持部材の形状を表す支持部材データ 25を作成する。以下、一例として、補正済み 構造物データ 29が表す構造物がステップ S4で説明したブリッジのフレームである場 合について説明する。
[0128] 図 3Bは、支持部材生成部 7が作成した支持部材データ 25が表す支持部材の例を 示す図である。図 3Bに示す支持部材は、図 3Aに示すフレームが積層造形装置 100 で形成される際に、フレームを後述する造形テーブル上に支持するための支持部材 である。すなわち、図 3Bに示す支持部材の上に、図 3Aに示す構造物であるフレー ムが形成される。
[0129] 図 4は、支持部材データ 25を作成する処理の一例を示すフローチャートである。ま ず、外形生成部 5は、記録部 11に記録された補正済み構造物データ 29を読み込ん で、補正済み構造物データ 29が表す構造物を、基礎平面に対して、造形しやすい 向きに回転させる（ステップ Sl l)。基礎平面は、構造物を形成するために積層される 造形層の基礎となる平面である。造形データ作成システム 1における処理においては 、基礎平面を例えば、 xy平面とすること力 Sできる。なお、積層造形装置 100において は、基礎平面は、例えば、造形テーブルである。
[0130] 補正済み構造物データ 29が表す構造物であるフレームが、基礎平面に対してどの ような向きで配置されるかによって、基礎平面と構造物との間の空間の形状が変わる 。基礎平面と構造物との間の空間の形状が変わると、その空間に配置される支持部 材の形状も変わる。そこで、構造物の配置は、支持部材に用いられる材料の量が最 小になるような配置、または支持部材および構造物の造形時間が最短になるような配 置になるように決定されることが好ましい。このような配置の決定要素のうちどちらかを 優先させるか、あるいは両立させるように構造物の基礎平面に対する配置が決定さ れることが好ましい。
[0131] また、このステップで、フレームを、支台歯側の面を下（基礎平面側）にして配置す ると、フレームの支台歯側が支持部材により支持される構造となる。このような構造に なると、補助部材と支持部材との境界が不明確になる場合がある。また、支台歯に接 する側の空間が狭いので造形、焼成工程終了後の補助部材除去工程で、指や道具 が入りにくぐ補助形状を取り除きに《なる場合が多くなる。これらの問題の発生を事 前に回避し、除去工程がスムーズに実施できるようにするため、フレームは支台歯側 の面を上向きにした状態で支持部材データが生成されることが好ましい。
[0132] 外形生成部 5は、例えば、構造物を回転させ、様々な配置において、基礎平面と構 造物との間の空間の体積を計算する。外形生成部 5は、様々な配置のうち、例えば、 前記体積が最小となる状態を、構造物を形成する際の配置として選択することができ
[0133] 図 5は、補正済み構造物データ 29が表す構造物 31が、 xyz座標上に配置された 状態を表示する画面の例を示す図である。図 5に示す画面において、右上の画像は 斜め上から見た構造物 31の形状、右下の画像は X軸方向から見た構造物 31の形状 、左上の画像は z軸方向からみた構造物 31の形状、左下の画像は y軸方向から見た 構造物 31の形状をそれぞれ表している。図 5に示す画面における xyz座標は、例え ば、基礎平面に垂直な方向を z軸に、基礎平面の面を xy平面に対応させた座標とす ること力 Sできる。なお、図 5に示す画面で表示される構造物 31の形状は、説明を簡単 にするため、フレームの形状ではなく単純な形状とされている。以下に示す図 6〜； 13 においても、図 5と同様に、補正済み構造物データ 29で表される構造物 31および支 持部材データ 25で表される支持部材は単純な形状で表されている。
[0134] 外形生成部 5は、補正済み構造物データ 29が表す構造物 31の基礎平面に対する 高さを、造形しやすい適切な高さに設定する (ステップ S 12)。外形生成部 5は、例え ば、記録部 11に予め設定されている高さを表すデータを、構造物 31の基礎平面に 対する高さに設定することができる。構造物 31の基礎平面に対する高さは、支持部 材に用いられる材料の量を少なくするためには、なるべく低い方が好ましい。しかし、 構造物が基礎平面に対して低すぎると、支持部材から構造物を取り外しにくくなるの で、構造物を取り出しやすレ、程度の高さを保つことが好ましレ、。
[0135] 外形生成部 5は、構造物 31の形状を z軸方向から xy平面すなわち基礎平面に投 影した形の平面を作成する (ステップ S 13)。図 6は、構造物 31の形状を xy平面に投 影した平面 32を表示する画面の例を表す図である。
[0136] 外形生成部 5は、構造物 31を投影した平面 32と、構造物 31との間の空間を、例え ば、ルールド面等で埋めてこの空間の外形を生成する。図 7は、外形データ 24が表 す、構造物 31と基礎平面 (xy平面）との間の空間の外形 33を表示する画面の例を 表す図である。例えば、構造物 31がフレームである場合、フレームの最大輪郭線で 構成される面とフレームを基礎平面に投影した平面 32との間の空間の外形を表すデ ータが外形データ 24となる。外形データ 24は、前記空間の周囲全てを囲む外形を 表す必要はなぐ少なくとも一部の外形を表すデータであればよい。
[0137] 外形データ 24の形式は、例えば、閉じたサーフェスとしてもソリッドとしてもよい。外 形データ 24の形式は、例えば、外形生成部 5の機能を実現するソフトウェアにおい て扱われるデータの形式に依存する。
[0138] 支持部材生成部 7は、外形データ 24で表される空間内に、所定の断面形状を有す る複数の柱状体または板状体を並べることにより、支持部材 34を生成する。支持部 材 34は、例えば、 xy平面に垂直に一定間隔で並べられた複数の柱状体または板状 体によって形成される。図 8は、 xy平面に垂直に等間隔で並べられた柱状体 34aを 表示する画面の例を表す図である。図 8に示す例のように、井桁構造の薄壁の集合 体を支持部材 34にすることができる。支持部材 34は、 xy平面に垂直な板形状を縦 横に交差させた構造であってもよレ、。
[0139] 支持部材生成部 7が、支持部材 34の形状を表す支持部材データ 25を生成する方 法として、例えば、論理演算による方法、または、単純に柱状体あるいは板状体を並 ベて外形データ 24が表す外形でトリムする方法等がある。
[0140] 論理演算により支持部材データ 25を生成する方法の一例を説明する。例えば、支 持部材生成部 7は、支持部材 34の外形 33を定義する形状（図 7参照）のデータと、 図 8に示すように等間隔に並べられた柱状体 34a (図 8参照）のデータとで論理積演 算する。図 9は、柱状体 34aに外形 33を重ね合わせた状態を表示する画面の例を表 す図である。論理積演算の結果、外形 33と柱状体 34aの両方の形状に含まれる部 分だけが残って支持部材 34の形状が得られる。図 10は、支持部材 34の形状を表示 する画面の例である。図 10に示す支持部材 34の形状と、 目的とする構造物 31の形 状（図 5参照）とを論理和演算することによって、両方の形状が足し算される。その結 果、造形しょうとする造形物の形状が得られる。このようにして得られる造形物の形状 は、 目的とする構造物 31の形状と支持部材 34の形状とが合成された形状である。図 11は、 目的とする構造物 31と支持部材 34とで構成される造形物を表示する画面の 例を表す図である。図 11の画面は、支持部材 34の上に構造物 31が支持される状態 を示している。
[0141] 次に、トリムにより支持部材データ 25を生成する方法の一例を説明する。図 8に示 すように並べられた柱状体 34aに、外形 33 (図 7参照）を重ね合わせてトリムすること により、支持部材 34の形状を表す支持部材データ 25が生成される。図 9は、柱状体 34aに外形 33を重ね合わせた状態を表示する画面の例を表す図である。支持部材 生成部 7は、柱状体 34aのうち外形 33内に含まれる部分以外の部分をトリムすること により、支持部材 34の形状を形成する。トリムされた柱状体 34aによって形成された 支持部材 34の形状は、例えば、図 10のように表示される。
[0142] このようにして形成された支持部材 34の形状は、構造物 31を基礎平面上に支持す ること力 Sできる形状である必要力 Sある。図 11は、支持部材 34の上に構造物 31が支持 される状態を表示する画面の例を表す図である。図 11に示すように、支持部材 34は 、構造物 31の基礎平面 (xy平面)側の面を全体的に支持する構造になっている。こ の構造により、構造物 31は、焼成工程において、崩れたり、ガラス化中に垂れたり、 変形したりするなどの形状変化が防止される。
[0143] 柱状体の断面形状は、正方形か長方形が好まし!/、。この場合、柱の側面が壁とな る。その壁の厚みと、柱状体の断面形状における正方形または長方形の一辺の長さ によって、支持部材 34の強度が変わる。また、支持部材 34に用いられる材料の強度 によっても、支持部材 34の強度は変わる。支持部材 34の求められる強度は、造形時 に構造物 31の重量によって押しつぶされない程度、且つ焼結時に構造物 31の重さ で押しつぶされない程度が望ましい。一方で、壁の厚みを厚くしすぎると、支持部材 34が構造物 31に接する面積が大きくなり、焼結後に、支持部材 34を構造物 31から 除去した際に、支持部材 34の残骸が構造物 31に残りやすくなる。
[0144] したがって、支持部材 34を構成する柱状体間の壁の厚みは、構造物 31が造形時 に変形しない程度に厚ぐかつ造形終了後、あるいは焼成後に手指で簡単に除去で き、かつ支持部材 34除去後も構造物 31に残骸が残らない程度に薄くすることが好ま しい。支持部材生成部 7は、支持部材 34に用いられる材料の組成が決まれば、壁の 厚みを決めることができる。以下、支持部材 34を構成する柱状体の壁の厚みを求め る方法の例について説明する。
[0145] (支持部材 34の壁の厚み計算方法例）
記録部 1 1には、支持部材 34に用いられる材料の組成を表す組成データ 23が予め 記録されていることが好ましい。例えば、構造物 31の設計者が、支持部材 34に用い る材料の組成を組成データ 23に設定してもよい。支持部材生成部 7は、設定された 組成データ 23を基に、支持部材 34の壁の厚みを計算により求めることができる。
[0146] 前記測定データは、例えば、積層造形装置で、一層の厚みに粉材を散布し、液を 射出して形状化させて一定形状のテストピースを形成し、焼成後にテストピースに生 じる収縮や変形の量を計測し、焼成前の寸法と比較、検討することによって得られる
[0147] 上記の構造物 31の形状、材料を表すデータや、前記測定データは、予め記録部 1 1に記録されていることが好ましい。支持部材生成部 7は、これらのデータを用いて、 例えば、有限要素法等、一般的な計算方法によって収縮や垂れの生じる部位、方向 と大きさを求めること力 Sできる。算出した変形の生じる部位、方向と大きさを表すデー タは、支持部材 34の壁の厚さを求めるのに用いられる。
[0148] また、支持部材生成部 7は構造物 31の重量配分 (例えば、構造物 31を平面に投影 した場合の単位面積あたりの重さ）を、支持部材 34の壁の厚みの計算に用いてもよ い。場所によって支持部材 34にかかる重さが変化する場合、支持部材 34の壁の厚 みを場所によって変えられる可能性がある。例えば、支持部材生成部 7は、単位面積 あたりの重さが大きい部分にある支持部材 34の壁の厚みを、他の部分より厚くするこ と力 Sできる。
[0149] このようにして作製された支持部材自身も焼結による収縮変化を起こし、一般的に その厚みが薄くなる。これは指示部材の除去を容易にするという副次的な効果を有 する。すなわち、支持部材データ 25は補正済み構造物データ 29と外形データ 24か ら生成されるので、支持部材データ 25を基に造形された支持部材は、焼結により構 造物（フレーム）と同様に収縮する。これにより支持部材を構成する板状体または柱 状体の断面積も収縮によって薄くなり、強度が低下する。その結果、焼成後の構造物 力、らの支持部材の除去がより容易になるという利点を有する。
[0150] (支持部材 34が構造物 31と接する部分の形状の例）
ここで、支持部材 34が構造物 31と接する部分の形状の例について説明する。支持 部材データ 25および補正済み構造物データ 29で表される造形物が、積層造形装置 100によって造形された後、あるいは焼成工程終了後に、支持部材 34は構造物 31 力 除去される。支持部材 34が除去された後の構造物には後加工 (検索、研磨、バ フがけ）が施され、表面が平滑化される。支持部材 34を除去する際に、支持部材 34 のどの部分で折り取ることができるかは、後加工の作業量や所要時間に大きく影響す る。後加工を容易にするためには、構造物 31と支持部材 34が接する部分の近くが 折れることが好ましい。すなわち、支持部材 34として、構造物 31から除去した時に、 その残骸が構造物 31に残らないような形状を表す支持部材データ 25を生成すること が好ましい。
[0151] 支持部材生成部 7は、支持部材 34が構造物 31と接する部分の面積がなるべく小さ くなるように支持部材 34の壁の厚みを算出することが好ましい。支持部材 34が構造 物 31と接する部分の面積を小さいと、支持部材 34を除去した後に構造物 31に残る 残骸が少なくなる。
[0152] また、支持部材生成部 7は、支持部材 34を構成する柱状体または板状体と構造物
31とが接する部分において、柱状体または板状体の壁の厚みを他の部分よりも薄く すること力 Sでさる。
[0153] また、支持部材生成部 7は、構造物 31において、支持部材 34が接する部分の周辺 部を構造物 31の内面方向へ窪ませるように構造物データ 22を修正してもよい。図 1 2Aは、支持部材 34が接する部分の周辺部を窪ませた場合の支持部材 34と構造物 31の断面形状を示す図である。図 12Aに示す例では、支持部材 34と構造物 31が 接する部分の周辺部に窪み 31aが設けられている。窪み 31aの深さは構造物 31の 厚み以下であることが好ましい。構造物 31の破壊防止のためである。
[0154] また、窪み 31aの大きさは、後処理で解消できる程度であることが好ましい。例えば 、構造物 31がブリッジのフレームである場合、窪み 3 laの面積が構造物 31の表面全 体に対して、面積比で 30%程度以上にならな!/、ことが好まし!/、。 [0155] また、支持部材生成部 7は、構造物 31に接する部分の近くに切り欠きを有する支持 部材 34を表す支持部材データ 25を生成してもよい。図 12Bは、切り欠きを有する支 持部材 34の断面形状を示す図である。図 12Bに示す例では、支持部材 34と構造物 31が接する部分の根元に切り欠き 34bが設けられている。これにより、支持部材 34 は、除去されるときに根元に近い切り欠き 34a部分で折れやすくなり、残骸を構造物 31に残しにくくなる。
[0156] なお、支持部材 34を構成する柱状体の断面形状は、正方形または長方形に限ら れない。例えば、円、楕円、菱形、平行四辺形、五角形、正六角形、ひょうたん型等 任意の形状の断面形状を持つ柱状体で支持部材 34を構成してもよい。すなわち、 断面形状として、三角形よりも多くの角を有する多角形、円形や扇形のような曲面を 含む形状等が用いられてもよい。また、これらのうち任意の 2種類以上の形状が併用 されてもよい。なお、ステップ S3における補助部材の断面形状も、支持部材 34と同 様に形状に構成しうる。
[0157] (支持部材 34の変形例）
図 13および図 14は、図 10に示す支持部材 34の例とは、異なる形状を有する支持 部材 34の変形例を表示する画面を表す図である。図 13に示す支持部材 34の形状 は、 xy平面に垂直な板状体を縦横に交差させた構造であり、それぞれの板状体にお ける xy方向の端部が外側へ突出している。図 14に示す支持部材 34においては、支 持部材 34を構成する柱状体の断面形状が、 X軸に対して略 45° の角度を有する辺 を持つ正方形となっている。
[0158] (ステップ S6 断面データ生成工程）
ステップ S6において、断面生成部 9は、支持部材データ 25で表される支持部材 34 と、補正済み構造物データ 29で表される構造物 31とで構成される造形物の、基礎平 面に略平行な複数の平面それぞれにおける断面形状を表す断面データ 26を生成 する。
[0159] 図 15A〜図 15Cは、構造物 31であるブリッジのフレームと支持部材とで構成される 造形物を、互いに所定の間隔を有する複数の平行な面で輪切りにした様子を示す図 である。図 15A〜； 15Cにおいては、輪切りにした場合の各断面における構造物 31あ るいは支持部材の形状力 線により示されている。図 15Aは、造形物を横から見た図 、図 15Bは、造形物を斜め上から見た図、図 15Cは造形物を上から見た図である。
[0160] 断面生成部 9は、例えば、図 15A〜； 15Cに示すように、構造物 31を所定の間隔（ピ ツチ）で輪切りにした場合の、各断面における構造物 31の 2次元の形状を断面デー タ 26として生成する。前記所定の間隔は、構造物 31が造形される際の造形層の厚 みに応じて決められることが好ましレ、。
[0161] 断面データ 26は、例えば、各断面の 2次元形状をビットマップで表す画像データ群 である。各断面の画像において、構造物 31に相当する部分は、構造物 31が形成さ れる領域であることを示す階調のデータで表される。構造物 31を形成する材料また は色によって階調を変えて、各断面における構造物 31の形状が表されてもよい。図 16は、構造物 31であるフレームの各断面における画像データの例を示す図である。
[0162] 断面生成部 9は、各断面の 2次元形状を表す画像データの解像度が、後述する積 層造形装置 100におけるインクジェットヘッドの解像度に適合するように、画像データ のサイズを補正してもよい。例えば、前記インクジェットヘッドのドット密度力 512ドッ ト /36mm (14. 2ドット/ mm)である場合、これに合うビット間隔になるように画像デ ータのサイズが補正されることが好まし!/、。
[0163] 以上のように、実施の形態 1においては、構造物の一例としてブリッジのフレームを 造形するためのデータを作成する場合について説明した力 構造物は、ブリッジのフ レームに限らない。例えば、矯正用ブラケット '矯正装置、インレー、オンレー、クラウ ン、ブリッジ、クラウンのフレーム、コア材、インプラント上部構造、人工歯、各種模型、 実験用治具、実験用構造材などの歯科用構造材、人工歯、術前評価などに用いら れる顎骨形状模型、インプラント埋入時に用いる方向'位置決め用治具を構造物とす ること力 Sできる。さらに、構造物は、歯科用材に限られず、他の分野における任意の 形状の構造物を目的とする構造物とすることができる。
[0164] (実施の形態 2)
実施の形態 2は、実施の形態 1における造形データ作成システム 1で作成される断 面データ 26と、積層造形装置 100とを用いて、例えば、フレーム等のような構造物を 製造するための製造方法に関する。積層造形装置 100は、造形テーブル上に、その 層の一部を選択的に形状化させた造形層を積層することによって所望の造形物を製 作する装置である。
[0165] 図 17は、積層造形装置 100の概略構成を示す斜視図である。図 17において、互 いに直交する水平方向軸を X軸および Y軸、上下方向軸を Z軸とする。図 17に示す ように、積層造形装置 100は、造形テーブル 110、升 120、粉体フィーダ 130、液剤 フィーダ 140、搔き取り部材 150、光源 160を備える。図 11では、構造を理解しやす くするために、升 120が二点鎖線で示され、その中の造形テーブル 110が透視され るように図示されている。
[0166] 造形テーブル 110は、 Z軸方向に昇降可能であり。升 120は、造形テーブル 110の 水平方向の周囲を取り囲む壁を備える。粉体フィーダ 130は、粉体を造形テーブル 1 10上に散布する。液剤フィーダ 140は、液剤を造形テーブル 110上に射出する。搔 き取り部材 150は、造形テーブル 110上に散布された粉体の上面を平面にならす。
[0167] 光源 160は、射出された液剤を光重合させるための光源、または液剤の乾燥を促 進させるための熱線光源として必要に応じて設ける事ができる。
[0168] 積層造形装置 100は、コンピュータ（図示せず）を備える。このコンピュータは、所定 の制御プログラムに基づいて、造形テーブル 110、粉体フィーダ 130、液剤フィーダ 140、搔き取り部材 150および光源 160の動作を制御する。
[0169] 粉体フィーダ 130は、 Y軸方向において、造形テーブル 110の寸法と略同一幅の 粉体散布幅を有する。粉体フィーダ 130は、粉体を散布しながら X軸方向に移動する ことにより、造形テーブル 110の全面に粉体を散布する。
[0170] 粉体フィーダ 130は、例えば、スライダ（図示せず）によって、 X軸方向に移動させら れる。前記コンピュータは、前記スライダを駆動するためのドライバに制御信号を送る ことによって、粉体フィーダ 130を制御することができる。
[0171] 搔き取り部材 150は、その下端に Y軸方向に延びた搔き取り端縁 151を有する。搔 き取り端縁 151を升 120の上面 122に摺動させながら、搔き取り部材 150は X軸方向 に移動する。搔き取り部材 150は、例えば、スライダ（図示せず）によって、 X軸方向 へ移動させられる。
[0172] 液剤フィーダ 140は、例えば、インクジェットヘッドである。液剤フィーダ 140は、一 軸案内機構 148により Y軸方向に移動する。そして、この一軸案内機構 148は図示 しない駆動機構により X軸方向へ駆動される。すなわち、液剤フィーダ 140は、造形 テーブル 110上を X軸方向および Υ軸方向に走査しながら、所望する位置にて造形 テーブル 110に向かって液剤を射出する。積層造形装置 100は、例えば、一軸案内 機構 148において液剤フィーダ 140を Υ軸方向へ移動する Υスライダ（図示せず）と、 液剤フィーダ 140を X軸方向へ移動させる Xスライダ（図示せず）を備えてもよい。
[0173] この液剤フィーダ 140の動作は、前記コンピュータによって制御される。前記コンビ ユータは、前記 Xスライダおよび前記 Υスライダを駆動するためのドライバに制御信号 を送ることによって液剤フィーダ 140を制御する。また、コンピュータは、例えば、造形 データ作成システム 1で生成された断面データ 26等に基づいて、液剤フィーダ 140 が液剤を射出する位置を制御することできる。
[0174] 造形テーブル 110は、図示しない駆動機構により一定ピッチで下降される。この 1ピ ツチが、造形テーブル 110上に積層される粉体の 1層の厚さに対応する。すなわち、 1ピッチに相当する厚さずつ、造形テーブル 110上に粉体が積層されていく。造形テ 一ブル 110は、例えば、スライダ（図示せず）によって、上下方向へ移動させられる。
[0175] 次に、積層造形装置 100が、造形物を製造する方法について図 18を用いて詳細 に説明する。
[0176] 図 18Aは、造形テーブル 110上にすでに粉体による造形層が、複数層（図では 2 層）積層された状態を示している。図 18Aに示す状態において、造形テーブル 110 上の堆積された複数の造形層のうち最上層 171は、液剤の形状化により形成された 固結部 172を含む。最上層 171の 1つ前に堆積された造形層 173も、液剤の形状化 により形成された固結部 174を含む。
[0177] 図 18Aに示す状態において、粉体フィーダ 130は、 X軸方向に移動しながら、その スリット 132から造形テーブル 110上に粉体 134を散布する。
[0178] 次に、図 18Bに示すように、搔き取り部材 150が、 X軸方向に移動して、粉体 134の 上面を升 120の上面 122と同一の高さに規制する。これにより最上層 171上に、均一 の厚みを持つ粉体層 175が形成される。
[0179] 次いで、図 18Cに示すように液剤フィーダ 140が移動しながら、粉体層 175中の造 形物を形成する位置に向かって液剤を射出する。液剤が射出される位置は、断面デ ータ 26に基づいて制御される。例えば、断面データ 26が表す断面形状を、粉体層 1 75に形成するように、液剤フィーダ 140が液剤を射出する。その結果、粉体層 175に おいて、断面データ 26で表される断面形状が形成される。すなわち、液剤フィーダ 1 40が射出した液剤力 S、紛体層 175の断面データ 26で表される断面形状の部分にバ インダー液として含浸する。
[0180] 次いで、図 18Dに示すように、光源 160により光を照射して、粉体層 175に付与さ れた液剤を重合させ形状化させる。液剤が形状化する際、液剤が付与された領域内 の粉体が一体化される。力、くして、粉体層 175中に固結部 177が形成される。形成さ れる固結部 177の形状は、断面データ 26によって表されたある 1つ断面における断 面形状である。
[0181] 次いで、造形テーブル 110を所定のピッチだけ降下させて、上記の図 18A〜図 18
Dに示す動作を行う。上記の図 18A〜図 18Dに示す動作を、断面データ 26に含ま れる断面それぞれにつ!/、て順次繰り返す。
[0182] 最後に、造形テーブル 110の未固結の粉体を除去することにより、図 18Eに示すよ うに、固結部 174、 172、 177等が一体となった造形物を得ることができる。この造形 物は、例えば、焼成炉を用いて焼成される。
[0183] 以上の工程を、例えば、実施の形態 1における造形データ作成システム 1で作成さ れた断面データ 26を用いて行うことにより、構造物 31およびそれを支持する支持部 材 34がー体となった造形物を製造することができる。
[0184] 以上のような、積層造形装置 100の動作は、積層造形装置 100が備えるコンビユー タが所定の制御プログラムに基づいて積層造形装置 100を制御することによって実 行すること力できる。以下、図 18に示す動作を実現するための制御プログラムによる 制御の一例を説明する。図 19は、制御プログラムによって制御される処理の一例を 示すフローチャートである。
[0185] まず、コンピュータは、造形テーブル 110のスライダを駆動するためのドライバに制 御信号を送って、造形テーブル 110を造形開始位置に移動させる (ステップ S21)。 造形テーブル 110が所定の位置に配置されると、コンピュータは、粉体フィーダ 130 に移動を開始させる（ステップ S22)。コンピュータは、例えば、粉体フィーダ 130のス ライダを駆動させるドライバに制御信号を送ることにより、粉体フィーダ 130を移動さ せること力 Sでさる。
[0186] コンピュータは、粉体フィーダ 130の移動開始後一定時間が経過したら、粉体フィ ーダ 130の撒布口を開く（ステップ S23)。コンピュータは前記一定時間経過後に粉 体フィーダ 130が一定速度に達し、加速度がゼロになったと判断することができる。
[0187] 粉体フィーダ 130が撒布口を開いて、粉体 134を撒布し始めてから一定距離を移 動した時点（あるいは一定時間経過した時点）で、コンピュータは、粉体フィーダ 130 の撒布口を閉じる（ステップ S24)。その後、コンピュータは、粉体フィーダ 130の移動 を止めて (ステップ S25)、待避場所に戻す (ステップ S26)。
[0188] 次に、コンピュータは、液剤射出パターンを表すデータを読み込む（ステップ S27) 。液剤射出パターンは、例えば、断面データ 26が表すある一断面における断面形状 である。コンピュータは、液剤フィーダ 140の移動を開始する（ステップ S28)。移動開 始後、一定時間経過した時点で、コンピュータは、液剤フィーダ 140が一定速度に達 し、その加速度がゼロになったと判断して、液剤の射出を開始する。液剤の射出は、 ステップ S27で読み込んだデータに従って行われる。一断面分の射出が終了すると 、コンピュータは液剤フィーダ 140の移動を止める（ステップ S30)。
[0189] コンピュータは、射出した液剤の量が、予め設定されて!/、る量に達して!/、るか否か 判断する（ステップ S31)。液剤の量が設定されてレ、る量に達して!/、な!/、場合 (ステツ プ S31で NOの場合）、ステップ S28〜S31の処理が再度実行される。このように、液 剤量が多く設定されている場合はステップ S28〜31を複数回繰り返すことで、所定 の液剤量を射出することができる。
[0190] ステップ S31で YESの場合、コンピュータは、液剤フィーダ 140を退避位置に戻し（ ステップ S32)、造形テーブル 110を積層ピッチ 1回分下降する（ステップ S33)。コン ピュータは、全積層分について終了するまで、ステップ S2；!〜 33の処理を繰り返す（ ステップ S34)。すなわち、ステップ S2；!〜 33までの処理は必要な回数繰り返される。 以上が、図 18に示す動作を実現するための制御プログラムによる制御の一例である
〇 [0191] 図 19に示す処理において、ステップ S27で読み込む断面データ 26として、実施の 形態 1における造形データ作成システム 1で作成されたデータを用いることができる。 造形データ作成システム 1で作成されたデータを用いることによって、構造物 31およ びそれを支持する支持部材 34がー体となった造形物が製造される。構造物 31は、 支持部材 34に支持された状態で形成されるので、形成過程で崩れにくい。また、支 持部材 34は、簡単に構造物 31から除去でき、かつ構造物 31に残骸が残りにくい形 状になっている。
[0192] 支持部材 34を除去した後の構造物 31は、外周全面に渡って高さ方向に一回の積 層厚み分の段差が生じる。また、インクジェットヘッドの解像度や吐出液量と、粉体の 粒子径の組み合わせ等によって、平面方向で細かなぎざぎざが生じる事がある。
[0193] 例えば、構造物 31が、フレームである場合、その表面は平滑ではない。そこで、支 持部材 34を除去した後の焼成工程にお!/、て焼結条件 (焼成条件)を適切に設定す ることにより、造形物の表面段差を解消することができる。また焼成工程での加熱作 業を焼結、焼成処理とグレーズ処理の 2つの処理で構成することによって精度よくか つ表面の滑沢な焼結品、あるいは焼成品を製造する事が可能である。
[0194] 更に必要があれば造形後の後処理 (研削、研磨、パフがけ）を実施してもよい。積 層造形装置 100において、造形データ作成システム 1で作成された断面データ 26を 用いて形成されるブリッジのフレームは、形成過程で崩れにくぐ焼結過程で変形が 起こりにくぐかつ支持部材 34を除去しても残骸が残りにくい。そのため、後処理によ つて、フレームの表面を容易に平滑化することができる。また、支台歯との適合精度も 実用上十分なレベルにできる可能性が高い。
[0195] また、実施の形態 2においては、積層造形装置 100が、粉体を積層して層の一部を 形状化することによって造形物を製造する方法について説明した力 造形層を積層 することによって造形物を製造する方法は、粉体を積層する方法に限られない。例え ば、光形状化樹脂を積層して、光を照射することによって層の一部を形状化する光 造形方法や、シート材を積層してその一部をカットする方法を用いることもできる。ま た、粉末素材の層にレーザを照射することによって層の一部を瞬間焼結して形状化 する粉末焼結法を用いることもできる。その他の積層造形方法として、例えば、インク ジェット法、樹脂押し出し法、シート切断法等を用いることができる。
また、実施の形態 2における積層造形装置 100の造形テーブル 110に、例えば、テ 一ブル面に平行な回転軸を設けて、造形テーブル 110のテーブル面力 S、上下逆さま になるように回転可能な構成とすることができる。この回転可能な造形テーブル 110 を使用して積層造形を行う場合の動作の例を説明する。まず、形状化させたい部分 に液剤が射出され、次に粉体が一層撒布される。このとき、液剤が射出された部分に 撒布された粉体のみが液剤と接触して形状化する。その後、一旦造形テーブルが回 転して粉体が撒布された面が逆さまになることにより、形状化しなかった粉体は重力 によって落下する。このような動作を繰り返すことにより積層造形が行われる。

Claims

請求の範囲
[1] 光を照射することにより、またはバインダー液を含浸させることにより、少なくとも一部 を形状化させた造形層を、基礎平面上に積層することによって、前記形状化された 部分を造形物として形成する積層造形装置で用いられる、前記造形物の形状を表す 造形データを作成する造形データ作成システムであって、
所望の構造物の形状を表す構造物データを入力する構造物データ入力部と、 前記積層造形装置が形成する前記造形物に用いられる材料の組成を表す組成デ ータを記録する組成データ記録部と、
前記造形物に用いられる可能性のある材料の組成と、当該材料の乾燥、重合また は焼結による変化の量を示す変化量データとを対応づけて記録する変化量データ 記録部と、
前記組成データで示される材料の組成に対応する変化の量を示す変化量データ を前記変化量データから取得し、取得した変化量データに基づいて、前記構造物デ ータを用いて形成される造形物が、乾燥、重合または焼結による変化後に前記所望 の構造物の形状に近くなるように当該構造物データを補正する補正部と、
前記構造物を前記基礎平面上に配置し、前記配置された前記構造物を前記基礎 平面に垂直に投影した投影面と、前記構造物との間の空間の外形を表す外形デー タを、前記構造物データを用いて生成する外形生成部と、
前記空間の略全体を満たすように形成され、前記構造物を支持する支持部材の形 状を表す支持部材データを生成する支持部材生成部と、
前記基礎平面に略平行な複数の平面それぞれにおける断面形状を表す断面デー タを、前記構造物データ、前記支持部材データおよび前記外形データに基づいて生 成する断面生成部とを備える造形データ作成システム。
[2] 前記構造物データ入力部は、前記所望の構造物が他の物体に装着されるものであ る場合に、前記物体と前記構造物との相対的な位置関係を示す関係データをさらに 入力し、
前記関係データに基づレ、て、前記物体と前記構造物との前記位置関係を固定する ための部材を表す補助形状データを生成し、前記構造物データに付加する補助形 状データ生成部をさらに備える、請求項 1に記載の造形データ作成システム。
[3] 前記補助形状データ生成部は、前記前記物体と前記構造物との間に設けられた板 状体または柱状体を表すデータを、補助形状データとして生成するものであって、前 記組成データ記録部に記録された前記組成データを用いて、前記板状体または前 記柱状体の断面積を求めることで前記補助形状データを生成する、請求項 1に記載 の造形データ作成システム。
[4] 前記補助形状データ生成部は、前記部材が前記物体と接触する部分の面積を、 前記位置関係を固定するのに必要な面積であり、且つ前記構造物と前記物体との間 の接着強度が所定値を下回らないために必要な面積となるように構造物データおよ び関係データを用いて計算し、前記補助形状データを生成する、請求項 2に記載の 造形データ作成システム。
[5] 前記補助形状データ生成部は、前記構造物データが示す構造体のうち、前記物体 に装着される面に付加され、前記構造体と前記物体との間に所望のスペースに等し い厚みを持ち、前記物体と接触する面が前記物体の該当する部分の形状と同じ形 状の面である複数の板状体、または柱状体で形成される部材を表す補助形状デー タを生成する、請求項 2〜3のいずれ力、 1項に記載の造形データ作成システム。
[6] 前記補助形状データ生成部は、前記構造体の前記部材と当接する部分における 法線方向に伸びて!/、る複数の板状体、または柱状体で形成される部材を表す補助 形状データを生成する、請求項 2〜4のいずれか 1項に記載の造形データ作成シス テム。
[7] 前記外形生成部は、前記補正部によって補正された補正済み構造物データと前記 基礎平面上との間にできる空間の体積に基づいて前記補正済み構造物の配置を決 定し、前記補正済み構造物データと前記基礎平面との間にできる空間の外形を表す 外形データを生成する、請求項 1に記載の造形データ作成システム。
[8] 前記支持部材データは、前記基礎平面に対して垂直に設けられた複数の板状体 または柱状体で形成される支持部材を表す、請求項 1に記載の造形データ作成シス テム。
[9] 前記支持部材データは、前記板状体または前記柱状体の水平方向の厚みが、前 記構造物に接する部分において、他の部分に比べて小さくなつている前記支持部材 を表す、請求項 1に記載の造形データ作成システム。
[10] 前記支持部材生成部は、前記構造物に接する部分の近くに切り欠きを有する支持 部材を表す支持部材データを生成する、請求項 1に記載の造形データ作成システム
[11] 前記支持部材生成部は、前記構造物において、前記支持部材が接する部分の周 辺部を構造物の内面方向へ窪ませるように前記構造物データを修正する、請求項 1 に記載の造形データ作成システム。
[12] 前記組成データ記録部は、前記支持部材に用いられる材料の組成を表す組成デ ータもさらに記録し、
前記支持部材生成部は、前記組成データ記録部に記録された前記組成データを 用いて、前記板状体または前記柱状体の水平方向の厚みを求める、請求項 1に記載 の造形データ作成システム。
[13] 前記支持部材生成部は、前記構造物が前記支持部材に与える力の分布を、構造 物データを用いて計算し、該分布に基づいて前記板状体または前記柱状体の水平 方向の厚みを求める、請求項 1に記載の造形データ作成システム。
[14] 前記構造物は、口腔内の補綴物であり、前記構造物データは、前記口腔内または その周辺部を測定することによって得られた測定データを基に生成されたデータであ る、請求項 1に記載の造形データ作成システム。
[15] 請求項 1に記載の造形データ作成システムで作成される前記断面データと、前記 積層造形装置とを用いて前記構造物を製造するための製造方法であって、 前記積層造形装置が備える上下に移動可能な造形テーブル上に、所定の厚みの 造形層を形成する層形成工程と、
前記造形層の少なくとも一部であって、前記断面データが表す断面形状に応じた 形状の部分のみ選択的に光を照射する力、またはバインダー液を射出し、含浸させて 形状化する造形工程と、
前記造形テーブルを前記所定の厚み分降下させる降下工程と、
前記層形成工程および前記形状化工程を、前記断面データが表す前記複数の平 面それぞれについて順次繰り返すことによって、前記造形層を積層する積層工程と、 前記積層工程で積層された前記造形層にお!/、て、前記形状化工程で形状化され た部分以外の部分を除去することによって、前記支持部材によって前記造形テープ ル上に支持された状態の前記構造物を形成する除去工程とを備える製造方法。 光を照射することにより、またはバインダー液を含浸させることにより、少なくとも一部 を形状化させた造形層を、基礎平面上に積層することによって、前記形状化された 部分を造形物として形成する積層造形装置で用いられる、前記造形物の形状を表す 造形データを作成する処理をコンピュータに実行させる造形データ作成プログラムで あって、
所望の構造物の形状を表す構造物データを入力する構造物データ入力処理と、 前記積層造形装置が形成する前記造形物に用いられる材料の組成を表す組成デ ータを記録する組成データ記録部と、前記造形物に用いられる可能性のある材料の 組成と、当該材料の乾燥、重合または焼結による変化の量を示す変化量データとを 対応づけて記録する変化量データ記録部とにアクセスし、前記組成データで示され る材料の組成に対応する変化の量を示す変化量データを前記変化量データから取 得し、取得した変化量データに基づいて、前記構造物データを用いて形成される造 形物が、乾燥、重合または焼結による変化後に前記所望の構造物の形状に近くなる ように当該構造物データを補正する補正処理と、
前記構造物を前記基礎平面上に配置し、前記配置された前記構造物を前記基礎 平面に垂直に投影した投影面と、前記構造物との間の空間の外形を表す外形デー タを、前記構造物データを用いて生成する外形生成処理と、
前記空間の略全体を満たすように形成され、前記構造物を支持する支持部材の形 状を表す支持部材データを生成する支持部材生成処理と、
前記支持部材データで表される前記支持部材と、前記補正部によって補正された 構造物データで表される前記構造物とで構成される造形物の、前記基礎平面に略 平行な複数の平面それぞれにおける断面形状を表す断面データを、前記構造物デ ータ、前記支持部材データおよび前記外形データに基づいて生成する断面生成処 理とをコンピュータに実行させる造形データ作成プログラム。
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