WO2008125074A2 - Biocompatible radiation-curable formulation for the generative production of medical products, particularly adaptive ear pieces and dental mouldings, by means of image projection systems - Google Patents

Biocompatible radiation-curable formulation for the generative production of medical products, particularly adaptive ear pieces and dental mouldings, by means of image projection systems Download PDF

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WO2008125074A2
WO2008125074A2 PCT/DE2008/000243 DE2008000243W WO2008125074A2 WO 2008125074 A2 WO2008125074 A2 WO 2008125074A2 DE 2008000243 W DE2008000243 W DE 2008000243W WO 2008125074 A2 WO2008125074 A2 WO 2008125074A2
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Martin Klare
Frank Lindner
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Dreve Otoplastik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a low-viscosity, radiation-curing biocompatible formulation for the generative production of medical devices, in particular earmolds and dental moldings, by means of
  • Image projection systems based on at least two compounds which have free-radically polymerizable (meth) acrylate functions and at least one for the radical polymerization of the above-mentioned.
  • Image projection systems based on emission sources in the visible radiation range are becoming increasingly important in the field of additive manufacturing processes for the production of three-dimensional objects for a variety of reasons. Such systems are an interesting alternative to additive manufacturing processes based on UV laser radiation sources.
  • the use of image projection systems with visible emission range is in comparison to systems, which rely on laser radiation sources for photopolymerization, associated with a significantly lower financial cost in terms of purchase at also reduced maintenance costs.
  • the present invention particularly aims at image projection systems which have a flexible, radiation-permeable conveyor belt by means of which the photopolymerizable formulation is transported into the exposure station.
  • a Digital Light Processor projects imagewise the photopolymerizable resin through the radiation-transmissive belt to cure the resin formulation image by image or layer by layer.
  • the DLP unit is mounted above the conveyor belt. After exposing and curing each layer, it is subsequently released from the coating tape by removing the build platform. This process is repeated until the three-dimensional object is generated.
  • the cured medical objects must have increased color stability over a longer period of time since they come into contact with the human body surface and are therefore exposed to a wide variety of leaching media.
  • the claimed in EP 1717637 formulations have a combined initiator system, which does not meet the above requirements.
  • there is a need in the field of medical technology for example for earmolds or implant drilling templates on clear transparent materials. The latter can not be realized with the formulations according to EP 1717637, since in these by both the claimed initiator combinations and the selected concentration ranges of initiators necessarily yellowish discoloration of the materials result.
  • a formulation comprising the following components: a) at least one or more urethane poly (meth) acrylates b) at least one or more
  • the molded articles which have been finally hardened from the above formulation should also fulfill the requirements with regard to cytotoxicity, sensitization and irritation in accordance with DIN EN ISO 10993-1: 2003.
  • the present invention has various advantages in view of the above requirements.
  • the claimed formulation can be used to generate high-quality 3-dimensional moldings, such as ear molds, which on account of the special setting of the adhesion properties of the resin formulation with regard to the "wetting envelopes" of the green body and the conveyor belt can be easily detached from various conveyor belts
  • the above-mentioned invention ensures a robust construction process, as it is advantageous for the rapid manufacturing of medical devices.
  • the components have sufficient mechanical properties and color stability for the intended use, also with regard to long-term use on / in the human body.
  • the reactivities of the resin formulations can be significantly increased by the addition of surface-modified Si0 2 nanoparticles. Accordingly, higher results
  • (poly) (meth) acrylate is understood as meaning mono- or polyfunctional acrylates and methacrylates.
  • the mixture according to the invention contains:
  • Suitable compounds of component a) are, for example, urethane (meth) acrylates having a functionality of n ⁇ 4. These are known to the person skilled in the art and can be prepared in a known manner, for example by reacting a polyurethane with (meth) acrylic acid to give the corresponding urethane (meth) acrylate, or by reacting an isocyanate-terminated prepolymer with hydroxymethacrylates. Corresponding methods are e.g. known from EP 0579503.
  • Urethane methacrylates are also commercially available and are sold, for example, under the name PC-Cure® by the company Piccadilly Chemicals, under the product name CN 1963 by the company Sartomer and under the name Genomer® by the company Rann.
  • Preferred urethane (meth) acrylates used are those which have been prepared with a functionality of n ⁇ 4 from aliphatic starting materials, in particular the isomer mixture 7, 7, 9- (or 7, 9, 9) obtained from HE (M) A and TMDI -) trimethyl-4,13-dioxo-3,14-dioxa-5,12-diazahexadecane-1,16-diol-di (meth) acrylate.
  • components (b) of poly (meth) acrylates having a functionality of n ⁇ 5 are di (meth) acrylates of (n) -alkoxylated bisphenol A such as bisphenol A ethoxylate (2) di (meth) acrylate, bisphenol A ethoxylate (4) di (meth) acrylate, bisphenol A propoxylate (2) di (meth) acrylate, bisphenol A propoxylate (4) di (meth) acrylate and di (meth) acrylates of (n) -alkoxylated bisphenol F such as bisphenol F-ethoxylate (2) di (meth) acrylate and bisphenol F-ethoxylate (4) di (meth) acrylate, bisphenol F-propoxylate (2) di (meth) acrylate, bisphenol F-propoxylate ( 4) di (meth) acrylate 1,3-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanedio
  • Such products are commercially available, for example from Sartomer. It is also possible to use allyl (meth) acrylate, methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, n-octyl, n-decyl, n- Dodecyl, isobornyl, isodecyl, lauryl, stearyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl, 2- and 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate and cyclohexyl (meth) acrylate and ethyl (meth) acrylate can be used.
  • photoinitiators As component (c) all types can be used as photoinitiators, which form free radicals with the corresponding irradiation.
  • Known photoinitiators are compounds of benzoins, benzoin ethers, such as benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether and benzoin isopropyl ether, benzoinphenyl ether and benzoin acetate, acetophenones, such as acetophenone, 2, 2-dimethoxyacetophenone, and 1,1-dichloroacetophenone, benzil, benzil ketals, such as benzil dimethyl ketal and benzil diethyl ketal.
  • Anthraquinones such as 2-methylanthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 2-tert. Butylanthraquinone, 1-chloroanthraquinone and 2-amylanthraquinone, triphenylphosphine, benzoylphosphine oxides such as 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (lutirine TPO) and bis (2,4,6-trimethylbenzoylphenyl) phosphine oxide, benzophenones such as benzophenone and 4,4'-bis (N, N'-dimethylamino) benzophenone, thioxanthones and xanthones, acridine derivatives, phenazine derivatives, quinoxaline derivatives or 1-phenyl-1,2-propanedione-2-O-benzoyloxime, 1-aminophenyl ketones or 1 Hydroxyphenyl ketones such as
  • component (d) as the anaerobic inhibitor or stabilizer 2,2,6, 6-tetramethylpiperidin-1-yloxy (free radical) and as aerobic stabilizers known in the art compounds such Hydroquinone monomethyl ether are added.
  • These particles are surface-modified by means of acid hydrolysis using silanization reagents known to those skilled in the art, for example 3-trimethoxysilylpropyl methacrylate.
  • silanization reagents known to those skilled in the art, for example 3-trimethoxysilylpropyl methacrylate.
  • the stabilized in alcoholic solution nanoparticles are placed in a round bottom flask and adjusted with an acid to a pH of 2.5. With stirring, the (meth) acrylated silane is added. The solution thus prepared is stirred for> 6 h. Subsequently, a corresponding monomer is added and the solvent removed under vacuum in a rotary evaporator.
  • the fillers known to those skilled in the art such as those sold for example by Degussa under the name Aerosil®, may be present in the formulations according to the invention.
  • the components according to the invention may also contain, as components (g) and (h), the color pigments, leveling agents, UV stabilizers, wetting agents and dyes known to those skilled in the art.
  • particularly suitable dyes are anthraquinone dye Preparations, such as those sold by the Bayer company under the name Macrolex.
  • the reactivity of the claimed resin mixtures can be significantly increased upon irradiation by means of image projection systems based on visible radiation.
  • the depth of cure was chosen as a function of the logarithm of the irradiation time for the following test. For this purpose, about 100 ml of the resin mixture of example formulation 1 were irradiated with an image projection unit from Optoma for different lengths of time.
  • Table 1 Mechanical values of the formulations according to the invention Elastic Modulus, Bending Strength Elongation at Break Viscosity N mm "2 % by% Pas N mm " 2 Example 2 3044 155 7 3, 16 Example 3 2083 112 7 0, 68 Example 4 1906 108 13 0, 44
  • Tab.2 Mechanical values of commercially available products for the production of ear pieces e ria - l modulus of elasticity, bending strength elongation at break
  • the determination of the polar and disperse surface energy was reversed dispersive fractions were determined by the method of Owens, Wendt, Rabel, Kaelble (OWRK), which is known to the person skilled in the art and described in the literature.
  • the instrument used was the drop shape analyzer (DSA100) from Krüss Diiodomethane, pentanediol and Water used as test liquids.
  • DSA100 drop shape analyzer
  • the angle ⁇ represents the contact angle of the drop contour, which forms on the surface to be examined.
  • Interfacial tension (IFT) of the resins was used in two ways. On the one hand, the pendant drop method was used, with which the interfacial tension of the liquids was determined. On the other hand, a drop of the resin was added to PTFE and determines the contact angle of the drop contour. With the specific contact angle, the interfacial tension of the resin, and the known surface properties of PTFE, the OWRK equation was used to calculate the polar and dispersive fractions of the interfacial tension of the resin. As resin variants, use examples 2 and the unfilled variants example 3 and 4 were chosen.
  • Example of application 2 1.16 36.83 4.5 32.3
  • Example of use 3 1.12 39.57 5.4 34.2

Abstract

The invention relates to a radiation-curable, biocompatible formulation comprising: a) at least one or more urethane poly(meth)acrylates, b) at least one or more (poly)(meth)acrylates, or a combination thereof, c) at least one initiator usable for the relevant radiation range, d) at least one or more or a combination of anaerobic and/or aerobic stabilizers, e) and in a particular, clear transparent embodiment, advantageously made of at least >0.1m% surface-modified nanoparticles, f) 0-40m% of fillers, g) 0-5m% of color pigments, h) 0.5m% of typical additives such as UV stabilizers or flow-control additives, wherein the proportion of components a) through h) is 100m% altogether, and the entire formulation lies within the so-called “wetting envelope' of the pre-hardened layer, present in the green-flex mode, of said formulation and has a viscosity of <10 Pas at 23 °C.

Description

Biokompatible, Strahlungshärtende Formulierung zur generativen Herstellung von medizintechnischen Produkten, insbesondere Ohrpassstücken und dentalen Formteilen, mittels Bildproj ektionssystemenBiocompatible, radiation-curing formulation for the generative production of medical products, in particular ear molds and dental moldings, by means of image projection systems
Die vorliegende Erfindung betrifft eine niedrigviskose, Strahlungshärtende biokompatible Formulierung zur generativen Herstellung von Medizinprodukten, insbesondere Ohrpassstücken und dentalen Formteilen, mittelsThe present invention relates to a low-viscosity, radiation-curing biocompatible formulation for the generative production of medical devices, in particular earmolds and dental moldings, by means of
Bildprojektionssystemen, auf Basis mindestens zweier Verbindungen, die radikalisch polymerisierbare (Meth) acrylatfunktionen aufweisen und mindestens eines für die radikalische Polymerisation der o.g. Verbindungen im relevanten Strahlungsbereiches nutzbaren Photoinitiators und in einer besonderen Ausführungsform enthaltend oberflächenmodifizierte Nanopartikel .Image projection systems based on at least two compounds which have free-radically polymerizable (meth) acrylate functions and at least one for the radical polymerization of the above-mentioned. Compounds in the relevant radiation range useful photoinitiator and in a particular embodiment containing surface-modified nanoparticles.
Bildprojektionssysteme auf der Basis von Emissionsquellen im sichtbaren Strahlungsbereich gewinnen aufgrund einer Vielzahl von Gründen zunehmend an Bedeutung im Bereich der generativen Fertigungsverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte. Dabei sind solche Systeme eine interessante Alternative zu generativen Fertigungsverfahren auf Basis von UV- Laserstrahlungsquellen. Der Einsatz von Bildprojektionssystemen mit sichtbarem Emissionsbereich ist im Vergleich zu Systemen, die auf Laserstrahlungsquellen zur Photopolymerisation zurückgreifen, mit einem erheblich geringeren finanziellen Aufwand im Hinblick auf die Anschaffung bei ebenfalls verringerten Wartungskosten verbunden. Dabei zielt die vorliegende Erfindung insbesondere auf Bildprojektionssysteme ab, die ein flexibles, strahlungsdurchlässiges Transportband besitzen, mittels dessen die photopolymerisierbare Formulierung in die Belichtungsstation transportiert wird. In der Belichtungsstation projiziert ein Digital Light Processor, im Folgenden kurz DLP genannt, bildweise das photopolymerisierbare Harz durch das strahlungsdurchlässige Band, um Bild für Bild beziehungsweise Schicht für Schicht die Harzformulierung auszuhärten. Die DLP- Einheit ist dabei oberhalb des Transportbandes angebracht. Nach dem Belichten und Aushärten einer jeden Schicht wird diese anschließend durch Wegführen der Bauplattform vom Beschichtungsband gelöst. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis das dreidimensionale Objekt generiert ist.Image projection systems based on emission sources in the visible radiation range are becoming increasingly important in the field of additive manufacturing processes for the production of three-dimensional objects for a variety of reasons. Such systems are an interesting alternative to additive manufacturing processes based on UV laser radiation sources. The use of image projection systems with visible emission range is in comparison to systems, which rely on laser radiation sources for photopolymerization, associated with a significantly lower financial cost in terms of purchase at also reduced maintenance costs. The present invention particularly aims at image projection systems which have a flexible, radiation-permeable conveyor belt by means of which the photopolymerizable formulation is transported into the exposure station. In the exposure station, a Digital Light Processor, hereafter referred to as DLP, projects imagewise the photopolymerizable resin through the radiation-transmissive belt to cure the resin formulation image by image or layer by layer. The DLP unit is mounted above the conveyor belt. After exposing and curing each layer, it is subsequently released from the coating tape by removing the build platform. This process is repeated until the three-dimensional object is generated.
An die in solchen Systemen eingesetzten Harzformulierungen werden vielfältige Anforderungen gestellt. Zum einen müssen solche Formulierungen einen gleichmäßigen Materialfilm auf dem Transportband bilden. Zum anderen soll sich dann jedoch die ausgehärtete Schicht wieder leicht von diesem lösen und zusätzlich eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen, um an der Bauplattform und dem generierten Objekt stabil hängen zu bleiben und somit dreidimensionale Objekte bilden zu können. Solche Formulierungen, für Formkörper, die keine bzw. nur eine geringe Inhibierungsschicht besitzen, werden in EP 1717637 beschrieben. Diese Formulierungen besitzen jedoch den Nachteil, dass sie für medizintechnische Anwendungen nicht oder nur in sehr begrenztem Maße einsetzbar sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass an die generierten Formkörper für die medizintechnischen Anwendungen hinsichtlich der Biokompatibilität hohe Anforderungen gestellt werden. In den beanspruchten Formulierungen werden jedoch zur Verringerung der Abzugskräfte zwischen Transportband und Bauplattform und zur besseren Benetzung des Bandes Verbindungen aus z.B. der Gruppe der Silikonacrylate eingesetzt. Diese besitzen eine sensibilisierende Wirkung und sind deshalb nur eingeschränkt für die Herstellung von Medizinprodukten verwendbar. Der Minimierung der Abzugskräfte kommt eine besondere Bedeutung bei o.g. generativen Fertigungsverfahren zu. Dazu werden dem Stand der Technik gemäß auch mehrere mechanische Lösungen in US 5,171,490, DE 4125534 Al und DE 102004022600171 beschrieben, um die ausgehärtete Materialschicht von der Referenzebene zu trennen. Dabei wird in den o.g. Schriften die Folie zum Zweck der Trennung bewegt, abgezogen, abgerollt oder ein Schieber, Streifer oder eine Platte über eine Seite der Folie bewegt. All diese Verfahren mit dem Nachteil behaftet, dass zusätzlich mechanisch angetriebene Komponenten eingesetzt werden, die fehleranfällig sind. Dies ist im Hinblick auf die Robustheit eines generativen Herstellprozesses für das Rapid Manufacturing nicht wünschenswert.The resin formulations used in such systems are subject to many requirements. On the one hand, such formulations must form a uniform film of material on the conveyor belt. On the other hand, however, then the hardened layer should then easily detach from this and additionally have sufficient mechanical strength to to remain stable on the building platform and the generated object and thus to be able to form three-dimensional objects. Such formulations, for moldings which have no or only a slight inhibiting layer, are described in EP 1717637. However, these formulations have the disadvantage that they are not or only to a very limited extent applicable for medical applications. This is due to the fact that high demands are placed on the generated moldings for medical applications in terms of biocompatibility. In the claimed formulations, however, compounds from, for example, the group of silicone acrylates are used to reduce the pull-off forces between the conveyor belt and the construction platform and for better wetting of the belt. These have a sensitizing effect and are therefore only limited usable for the production of medical devices. The minimization of the withdrawal forces is of particular importance in the aforementioned generative manufacturing processes. For this purpose, the prior art according to several mechanical solutions in US 5,171,490, DE 4125534 Al and DE 102004022600171 described to separate the cured material layer from the reference plane. In this case, the film is moved in the above writings for the purpose of separation, subtracted, unrolled or a slide, stripper or a plate over one side of the slide moves. All of these methods suffer from the disadvantage that additionally mechanically driven components are used, which are error-prone. This is undesirable in view of the robustness of a generative manufacturing process for rapid manufacturing.
Darüber hinaus müssen die ausgehärteten medizintechnischen Objekte im Vergleich zu Prototypen eine erhöhte Farbstabilität über längere Zeiträume aufweisen, da diese mit der menschlichen Körperoberfläche in Kontakt kommen und somit unterschiedlichsten Auslaugmedien ausgesetzt sind. Die in EP 1717637 beanspruchten Formulierungen besitzen ein kombiniertes Initiatorsystem, welches den o.g. Anforderungen nicht gerecht wird. Weiterhin besteht ein Bedarf im Medizintechnikbereich, z.B. für Ohrpassstücke oder Implantatbohrschablonen an klar transparenten Materialien. Letztere lassen sich nicht mit den Formulierungen gemäß EP 1717637 realisieren, da in diesen sowohl durch die beanspruchten Initiatorkombinationen und die gewählten Konzentrationsbereiche an Initiatoren zwangsläufig gelbliche Verfärbungen der Materialien resultieren. Aus all den skizzierten Gründen besteht Bedarf an strahlungshärtenden, biokompatiblen Formulierungen, die neben den verfahrenstechnischen Anforderungen auch im ausgehärteten Zustand die Anforderungen an Medizinprodukte erfüllen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Harzformulierung bereitzustellen, die zum einen im unpolymerisierten Zustand die verfahrenstechnischen Anforderungen und die daraus generierten Formkörper im endausgehärten Zustand die Anforderungen an Medizinprodukte erfüllt.Moreover, compared to prototypes, the cured medical objects must have increased color stability over a longer period of time since they come into contact with the human body surface and are therefore exposed to a wide variety of leaching media. The claimed in EP 1717637 formulations have a combined initiator system, which does not meet the above requirements. Furthermore, there is a need in the field of medical technology, for example for earmolds or implant drilling templates on clear transparent materials. The latter can not be realized with the formulations according to EP 1717637, since in these by both the claimed initiator combinations and the selected concentration ranges of initiators necessarily yellowish discoloration of the materials result. For all the reasons outlined above, there is a need for radiation-curing, biocompatible formulations which, in addition to the process engineering requirements, also meet the requirements for medical products in the cured state. Task of It is the object of the present invention to provide a resin formulation which satisfies the requirements for medical products in the unpolymerized state, the procedural requirements and the molded articles generated therefrom in the final cured state.
Kurzzusammenfassung der Erfindung: Die o.g. Anforderungen an eine Strahlungshärtende Formulierung zur generativen Herstellung von Medizinprodukten mit einem Bildprojektionssystem, das sichtbare Strahlung zur Aushärtung und ein Beschichtungsband zum Materialeintrag nutzt, wird durch eine Formulierung gelöst, die folgende Komponenten enthält: a) mindestens ein oder mehrere Urethanpoly (meth) acrylate b) mindestens ein oder mehrereBrief Summary of the Invention: The o.g. Radiation-curable formulation requirements for the generative production of medical devices with an image projection system using visible radiation for curing and a coating line for material introduction are solved by a formulation comprising the following components: a) at least one or more urethane poly (meth) acrylates b) at least one or more
(PoIy) (meth) acrylate, oder einer Kombination dieser c) 0,1-4% mindestens eines für den relevanten Strahlungsbereich nutzbaren Initiators d) mindestens eines oder mehrerer bzw. einer Kombination anaerober und oder aerober Stabilisatoren e) und in einer besonderen Ausführungsform vorteilhafterweise mindestens > 0,1 m% oberflächenmodifizierte Nanopartikel f) 0-40 m% an Füllstoffen g) 0-5 m% an Farbpigmenten h) 0-5 m% an üblichen Additiven wie UV- Stabilisatoren oder Verlaufsadditiven, wobei der Anteil der Komponenten a) bis h) zusammen 100 τn% beträgt und die Gesamtformulierung innerhalb des so genannten „wetting envelope" der sich im Green-Flex-Modus befindlichen, vorgehärteten Schicht dieser Formulierung und außerhalb des „wetting envelope" des Beschichtungsbandes liegt und eine Viskosität <10 Pas bei 23°C besitzt.(Poly) (meth) acrylates, or a combination of these c) 0.1-4% of at least one initiator useful for the relevant radiation range d) at least one or more or a combination of anaerobic and or aerobic stabilizers e) and in a particular embodiment advantageously at least> 0.1 m% of surface-modified nanoparticles f) 0-40 m% of fillers g) 0-5 m% of color pigments h) 0-5 m% of customary additives such as UV stabilizers or leveling additives, wherein the proportion of the components a) to h) together amounts to 100% and the total formulation lies within the so-called "wetting envelope" of the green-flex mode, precured layer of this formulation and outside the "wetting envelope" of the coating strip and has a viscosity of <10 Pas at 23 ° C.
Darüber hinaus sollen die aus o.g. Formulierung endausgehärteten Formkörper neben den allgemeinen Anforderungen an Medizinprodukte gemäß MPG auch die Anforderungen hinsichtlich Cytotoxizität , Sensibilisierung und Irritation gemäß DIN EN ISO 10993-1 : 2003 erfüllen. Die vorliegende Erfindung besitzt im Hinblick auf die o.g. Anforderungen diverse Vorteile. Mittels Bildprojektionssystemen lassen sich mit der beanspruchten Formulierung qualitativ hochwertige 3-dimensionale Formkörper wie z.B. Ohrpassstücke generieren, die aufgrund der besonderen Einstellung der Adhäsionseigenschaften der Harzformulierung im Hinblick auf die „wetting envelopes" des Grünlings und des Transportbandes sich zum einen leicht von diversen Transportbändern lösen lassen und zum anderen eine stabile Anbindung an die vorgehärtete/vorangehende Schicht des Bauteiles ermöglichen. So wird durch die o.g. Erfindung ein robuster Bauprozess sichergestellt, wie er für das Rapid Manufacturing von Medizinprodukten von Vorteil ist. Es müssen ferner durch die Einstellung des „wetting envelopes" über die o. aufgezeigte Monomer/Oligomerkombinationen keine Verbindungen wie die in EP 1717637 A2 aufgeführten Silikonacrylate eingesetzt werden, um die Bauteile leicht "vom Transportband zu lösen. Da diese Silikonacrylate häufig mit einem sensibilisierenden Potential behaftet sind, ist es sehr vorteilhaft, in Medizinprodukten auf diese verzichten zu können. Ferner ist die genannte Verbindungsklasse nicht immer mischbar mit den bevorzugten Harzsystemen auf Methacrylatbasis und kann so zuIn addition, in addition to the general requirements for medical devices according to the MPG, the molded articles which have been finally hardened from the above formulation should also fulfill the requirements with regard to cytotoxicity, sensitization and irritation in accordance with DIN EN ISO 10993-1: 2003. The present invention has various advantages in view of the above requirements. By means of image projection systems, the claimed formulation can be used to generate high-quality 3-dimensional moldings, such as ear molds, which on account of the special setting of the adhesion properties of the resin formulation with regard to the "wetting envelopes" of the green body and the conveyor belt can be easily detached from various conveyor belts On the other hand, the above-mentioned invention ensures a robust construction process, as it is advantageous for the rapid manufacturing of medical devices. There is no need compounds such as the silicone acrylates listed in EP 1717637 A2 are used the "wetting envelopes" on o by the setting.-Indicated monomer / Oligomerkombinationen further, to easily solve the components "from the conveyor belt. Since these silicone acrylates are often associated with a sensitizing potential, it is very advantageous to be able to dispense with these in medical devices. Furthermore, said class of compound is not always miscible with the preferred methacrylate-based resin systems and thus may
Stabilitätsproblemen der Formulierungen führen. Die Bauteile besitzen für den Verwendungszweck ausreichende mechanische Eigenschaften und Farbstabilität, auch im Hinblick auf eine Langzeitanwendung am/im menschlichen Körper. Darüber hinaus wurde überraschenderweise gefunden, dass durch Zusatz von oberflächenmodifizierten Si02-Nanopartikeln die Reaktivitäten der Harzformulierungen signifikant gesteigert werden können. Dementsprechend resultieren daraus höhereStability problems of the formulations. The components have sufficient mechanical properties and color stability for the intended use, also with regard to long-term use on / in the human body. In addition, it has surprisingly been found that the reactivities of the resin formulations can be significantly increased by the addition of surface-modified Si0 2 nanoparticles. Accordingly, higher results
Aushärtungsgeschwindigkeiten bzw. Härtungstiefen und somit verkürzte Prozesszeiten. Letzteres ist wesentlich von Vorteil für den Bereich des Rapid Manufacturing. Ferner kann durch die erhöhte Reaktivität der Harze auf geringere Initiatorkombinationen zurückgegriffen werden. Dies ist aus dreierlei Gründen von Vorteil. Zum einen können so Initiatoren wie z.B. das 2,4,6- Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid in relativ geringen Konzentrationen eingesetzt und so klar transparente 3-dimensionale Objekte erhalten werden. In vielen Bereichen der Medizintechnik ist Transparenz der Formkörper wie z.B. bei dentalen Implantatbohrschablonen, um das Operationsgebiet sehen zu können, notwendig. Zum anderen ist dem Fachmann bekannt, dass hohe Konzentrationen an Initiatoren bei Langzeitanwendungen häufig zu Verfärbungen führen. Dies ist z.B. bei der Herstellung von Ohrpassstücken unerwünscht. Darüber hinaus führen geringere Konzentrationen an Initiatoren folglich auch zu geringeren Anteilen an auslaugbaren Initiatorrestkonzentrationen bzw. Initiatorbruchstücken. Dies ist im Hinblick auf die Biokompatibilität als vorteilhaft zu sehen, wie z.B. von CT. Hanks et.al. beschrieben in J.Dent. Res., 70, S.1450-1455 (1991) und in J. Oral Pathol. , 17, 396-403 (1988) bzw. von J. L. Ferracene in J. Oral Pathol., 21, S.441-452 (1994) aufgeführt.Curing speeds or hardening depths and thus shortened process times. The latter is significantly beneficial for the field of rapid manufacturing. Furthermore, due to the increased reactivity of the resins, use can be made of lower initiator combinations. This is advantageous for three reasons. On the one hand, initiators such as the 2,4,6- Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid used in relatively low concentrations and as clear transparent 3-dimensional objects are obtained. In many areas of medical technology, transparency of the shaped bodies, for example in the case of dental implant drilling templates, in order to be able to see the operating area, is necessary. On the other hand, it is known to the person skilled in the art that high concentrations of initiators often lead to discoloration in long-term applications. This is undesirable, for example, in the manufacture of earmolds. In addition, lower concentrations of initiators consequently also lead to lower levels of leachable initiator residual concentrations or initiator fragments. This is advantageous in terms of biocompatibility, such as CT. Hanks et al. described in J.Dent. Res., 70, pp. 1450-1455 (1991) and J. Oral Pathol. , 17, 396-403 (1988) and JL Ferracene, respectively, in J. Oral Pathol., 21, pp. 441-452 (1994).
Detaillierte Beschreibung der Erfindung:Detailed description of the invention:
Unter „ (Meth) acrylat" werden im Folgenden immerIn the following, "(meth) acrylate" is always used
Acrylate und Methacrylate verstanden. UnterAcrylates and methacrylates understood. Under
„ (PoIy) (meth) acrylat" werden im folgenden mono oder polyfunktionelle Acrylate und Methacrylate verstanden. Beispielhaft seien hier dazu Monoacrylate, Monomethacrylate,In the text which follows, "(poly) (meth) acrylate" is understood as meaning mono- or polyfunctional acrylates and methacrylates.
Diacrylate, Triacrylate, Tetraacrylate,Diacrylates, triacrylates, tetraacrylates,
Pentaacrylate, Dimethacrylate, Trimethacrylate,Pentaacrylates, dimethacrylates, trimethacrylates,
Tetramethacrylate und Pentamethacrylate genannt. Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Gemisch:Called tetramethacrylates and pentamethacrylates. Preferably, the mixture according to the invention contains:
a) 10-80 m% eines oder einer Kombination von Urethanpoly (meth) acrylaten mit einer Funktionalität von n < 6 und einer Viskosität von < 30 Pas bei 230C b) 4- 89 τn% mindestens eines oder einer Kombination mehrerer PoIy (meth) acrylate mit einer Funktionalität von n<5 und einer Viskosität <10 Pas bei 230C, oder einer Kombination eines oder mehrerera) 10-80 m% of one or a combination of urethane poly (meth) acrylates having a functionality of n <6 and a viscosity of <30 Pas at 23 0 C b) 4- 89 .tau..sub.n% of at least one or a combination of several poly ( meth) acrylates having a functionality of n <5 and a viscosity <10 Pas at 23 0 C, or a combination of one or more
(PoIy) (meth) acrylate und mindestens eines monomeren (Meth) acrylats mit einer Viskosität von < 5 Pas bei 230C c) 0,1-3,5 m% mindestens eines oder einer Kombination für den relevanten Strahlungsbereich nutzbaren Initiatoren d) 0,0001-0,5 m% mindestens eines oder mehrerer bzw. einer Kombination anaerober und oder aerober Stabilisatoren e) 0-40 m% oberflächenmodifizierte Nanopartikel mit einer Partikelgröße von < 100 nm und in einer besonderen Ausführungsform vorteilhafterweise mindestens > 10 m% oberflächenmodifizierte Nanopartikel mit einer Partikelgröße von < 30 nm f) 0-40 m% an Füllstoffen g) 0-5 m% an Farbpigmenten h) 0-5 m% an üblichen Additiven wie UV- Stabilisatoren oder Verlaufsadditiven, wobei der Anteil der Komponenten a) bis h) zusammen 100 m% beträgt und die Gesamtformulierung innerhalb des so genannten „wetting envelope" der sich im Green-Flex-Modus befindlichen, vorgehärteten Schicht dieser Formulierung und außerhalb des „wetting envelope" des Beschichtungsbandes liegt und eine <10 Pas bei 23°C besitzt.(Poly) (meth) acrylates and at least one monomeric (meth) acrylate having a viscosity of <5 Pas at 23 0 C c) 0.1-3.5% m usable at least one or a combination of the relevant radiation range initiators d) 0.0001-0.5 m% of at least one or more or a combination of anaerobic and / or aerobic stabilizers e) 0-40 m% surface-modified nanoparticles having a particle size of <100 nm and in a particular embodiment advantageously at least> 10 m% surface-modified Nanoparticles with a particle size of <30 nm f) 0-40 m% of fillers g) 0-5 m% of color pigments h) 0-5 m% of customary additives such as UV stabilizers or leveling additives, the proportion of the components being to h) 100% together and the total formulation lies within the so-called "wetting envelope" of the green-flex mode, precured layer of this formulation and outside the "wetting envelope" of the coating tape and has a <10 Pas at 23 ° C ,
Als Verbindung der Komponente a) eignen sich beispielsweise Urethan(meth) acrylate mit einer Funktionalität von n<4. Diese sind dem Fachmann bekannt und können in bekannter Weise hergestellt werden, indem man beispielsweise ein Polyurethan mit (Meth) acrylsäure zum entsprechenden Urethan(meth) acrylat umsetzt, oder indem man ein isocyanatterminiertes Präpolymer mit Hydroxymethacrylaten umsetzt. Entsprechende Verfahren sind z.B. aus EP 0579503 bekannt.Suitable compounds of component a) are, for example, urethane (meth) acrylates having a functionality of n <4. These are known to the person skilled in the art and can be prepared in a known manner, for example by reacting a polyurethane with (meth) acrylic acid to give the corresponding urethane (meth) acrylate, or by reacting an isocyanate-terminated prepolymer with hydroxymethacrylates. Corresponding methods are e.g. known from EP 0579503.
Urethanmethacrylate sind auch im Handel erhältlich und werden beispielsweise unter der Bezeichnung PC-Cure® von der Fa. Piccadilly Chemicals, unter der Produktbezeichnung CN 1963 von der Firma Sartomer und unter der Bezeichnung Genomer® von der Firma Rann vertrieben. Bevorzugt werden als Urethan (meth) acrylate solche eingesetzt, die mit einer Funktionalität von n<4 aus aliphatischen Edukten hergestellt worden sind, insbesondere das aus HE(M)A und TMDI erhaltene Isomerengemisch 7, 7, 9- (bzw7, 9, 9- ) Trimethyl-4, 13-dioxo-3, 14-dioxa-5, 12- diazahexadecan-1 , 16-diol-di (meth) acrylat . Die in den erfindungsgemäßen Formulierungen als Komponenten b) eingesetzten PoIy (meth) acrylate mit einer Funktionalität von n < 5 sind beispielsweise Di (meth) acrylate des (n) -alkoxyliertem Bisphenol A wie Bisphenol-A- ethoxylat (2) di (meth) acrylat , Bisphenol-A- ethoxylat (4) di (meth) acrylat, Bisphenol-A- propoxylat (2 ) di (meth) acrylat, Bisphenol-A- propoxylat (4 ) di (meth) acrylat sowie Di (meth) acrylate des (n) -alkoxylierten Bisphenol F wie Bisphenol-F-ethoxylat (2) di (meth) acrylat und Bisphenol-F-ethoxylat (4) di (meth) acrylat , Bisphenol-F-propoxylat (2)di (meth) acrylat, Bisphenol-F-propoxylat (4) di (meth) acrylat 1,3- Butandioldi (meth) acrylat , 1,6- Hexandioldi (meth) acrylat , 1,3- Butylenglykoldi (meth) acrylat, Diethylenglykoldi (meth) acrylat, Ethylenglykoldi (meth) acrylat, Neopentyldi (meth) acrylat, Polyethylenglykoldi (meth) acrylat, Triethylenglykoldi (meth) acrylat und Tetraethylenglykoldi (meth) acrylat und 1,4- Butandioldi (meth) acrylat . Solche Produkte sind im Handel erhältlich, beispielsweise von der Firma Sartomer. Ferner können auch Allyl (meth) acrylat, Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, n-Hexyl-, 2-Ethylhexyl- , n-Octyl-, n-Decyl- , n- Dodecyl-, Isobornyl-, Isodecyl-, Lauryl-, Stearyl (meth) acrylat , 2-Hydroxyethyl- , 2- und 3- Hydroxypropyl (meth) acrylat, Tetrahydrofurfuryl (meth) acrylat und Cyclohexyl (meth) acrylat und Ethyl (meth) acrylat eingesetzt werden. AIs Komponente (c) können als Photoinitiatoren alle Typen eingesetzt werden, die bei der entsprechenden Bestrahlung freie Radikale bilden. Dabei sind bekannte Photoinitiatoren Verbindungen der Benzoine, Benzoinether, wie Benzoin, Benzoinmethylether, Benzoinethylether und Benzoinisopropylether, Benzoinphenylether und Benzoinacetat , Acetophenone , wie Acetophenon, 2 , 2-Dimethoxyacetophenon, und 1,1- Dichloracetophenon, Benzil, Benzilketale, wie Benzildimethylketal und Benzildiethylketal, Anthrachinone, wie 2-Methylanthrachinon, 2- Ethylanthrachinon, 2-tert . -Butylanthrachinon, 1- Chloranthrachinon und 2-Amylanthrachinon, Triphenylphosphin, Benzoylphosphinoxide, wie beispielsweise 2,4, 6-Trimethylbenzoyldiphenyl- phosphinoxid (Luzirin TPO) und Bis (2,4, 6- trimethyl-benzoylphenyl) -phosphinoxid, Benzophenone, wie Benzophenon und 4,4'-Bis-(N,N'- dimethylamino) -benzophenon, Thioxanthone und Xanthone, Acridinderivate, Phenazinderivate, Quinoxalinderivate oder 1-Phenyl-l, 2-propandion- 2-0-benzoyloxim, 1-Aminophenylketone oder 1- Hydroxyphenylketone, wie 1- Hydroxycyclohexylphenylketon, Phenyl- ( 1- hydroxyisopropyl) -keton und 4-Isopropylphenyl- (1- hydroxyisopropyl) -keton.Urethane methacrylates are also commercially available and are sold, for example, under the name PC-Cure® by the company Piccadilly Chemicals, under the product name CN 1963 by the company Sartomer and under the name Genomer® by the company Rann. Preferred urethane (meth) acrylates used are those which have been prepared with a functionality of n <4 from aliphatic starting materials, in particular the isomer mixture 7, 7, 9- (or 7, 9, 9) obtained from HE (M) A and TMDI -) trimethyl-4,13-dioxo-3,14-dioxa-5,12-diazahexadecane-1,16-diol-di (meth) acrylate. The in the formulations according to the invention as Examples of components (b) of poly (meth) acrylates having a functionality of n <5 are di (meth) acrylates of (n) -alkoxylated bisphenol A such as bisphenol A ethoxylate (2) di (meth) acrylate, bisphenol A ethoxylate (4) di (meth) acrylate, bisphenol A propoxylate (2) di (meth) acrylate, bisphenol A propoxylate (4) di (meth) acrylate and di (meth) acrylates of (n) -alkoxylated bisphenol F such as bisphenol F-ethoxylate (2) di (meth) acrylate and bisphenol F-ethoxylate (4) di (meth) acrylate, bisphenol F-propoxylate (2) di (meth) acrylate, bisphenol F-propoxylate ( 4) di (meth) acrylate 1,3-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 1,3-butylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyldi (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate and tetraethylene glycol di (meth) acrylate and 1,4-butanediol di (meth) acrylate. Such products are commercially available, for example from Sartomer. It is also possible to use allyl (meth) acrylate, methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, isobutyl, n-hexyl, 2-ethylhexyl, n-octyl, n-decyl, n- Dodecyl, isobornyl, isodecyl, lauryl, stearyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl, 2- and 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate and cyclohexyl (meth) acrylate and ethyl (meth) acrylate can be used. As component (c) all types can be used as photoinitiators, which form free radicals with the corresponding irradiation. Known photoinitiators are compounds of benzoins, benzoin ethers, such as benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether and benzoin isopropyl ether, benzoinphenyl ether and benzoin acetate, acetophenones, such as acetophenone, 2, 2-dimethoxyacetophenone, and 1,1-dichloroacetophenone, benzil, benzil ketals, such as benzil dimethyl ketal and benzil diethyl ketal. Anthraquinones such as 2-methylanthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 2-tert. Butylanthraquinone, 1-chloroanthraquinone and 2-amylanthraquinone, triphenylphosphine, benzoylphosphine oxides such as 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (lutirine TPO) and bis (2,4,6-trimethylbenzoylphenyl) phosphine oxide, benzophenones such as benzophenone and 4,4'-bis (N, N'-dimethylamino) benzophenone, thioxanthones and xanthones, acridine derivatives, phenazine derivatives, quinoxaline derivatives or 1-phenyl-1,2-propanedione-2-O-benzoyloxime, 1-aminophenyl ketones or 1 Hydroxyphenyl ketones such as 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, phenyl (1-hydroxyisopropyl) ketone and 4-isopropylphenyl (1-hydroxyisopropyl) ketone.
In den erfindungsgemäßen Gemischen wird als Komponente (d) als anaerober Inhibitor bzw. Stabilisator 2,2,6, 6-Tetramethylpiperidin-l-yloxy (freies Radikal) und als aerobe Stabilisatoren die dem Fachmann bekannten Verbindungen wie z.B. Hydrochinonmonomethylether zugesetzt werden. Als Komponente (e) können Si02-Nanopartikel wie sie bspw. von der Fa. Clariant unter der Marke Highlink vertrieben werden, zum Einsatz kommen. Dabei werden Partikel mit Partikelgrößen <50 nm und bevorzugt mit Partikelgrößen <25 nm und ganz bevorzugt mit Partikelgrößen < 15 nm verwendet . Diese Partikel werden mit dem Fachmann bekannten Silanisierungsreagenzien wie z.B. 3- Trimethoxysilylpropylmethacrylat mittels saurer Hydrolyse oberflächenmodifiziert. Hierzu werden die in alkoholischer Lösung stabilisierten Nanopartikel in einen Rundkolben gegeben und mit einer Säure auf einen pH-Wert von 2 , 5 eingestellt. Unter Rühren wird das (meth)acryliertes Silan hinzugeben. Die so präparierte Lösung wird >6h gerührt. Anschließend wird ein entsprechendes Monomer zugegeben und unter Vakuum das Lösungsmittel in einem Rotationsverdampfer abgezogen. Als Komponente (f) können die dem Fachmann bekannten Füllstoffe wie sie z.B. von der Fa. Degussa unter dem Namen Aerosil® verkauft werden, in den erfindungsgemäßen Formulierungen enthalten sein.In the mixtures according to the invention as component (d) as the anaerobic inhibitor or stabilizer 2,2,6, 6-tetramethylpiperidin-1-yloxy (free radical) and as aerobic stabilizers known in the art compounds such Hydroquinone monomethyl ether are added. As component (e) Si0 2 nanoparticles as they are, for example. Sold by the company. Clariant under the brand Highlink, are used. In this case, particles with particle sizes <50 nm and preferably with particle sizes <25 nm and very preferably with particle sizes <15 nm are used. These particles are surface-modified by means of acid hydrolysis using silanization reagents known to those skilled in the art, for example 3-trimethoxysilylpropyl methacrylate. For this purpose, the stabilized in alcoholic solution nanoparticles are placed in a round bottom flask and adjusted with an acid to a pH of 2.5. With stirring, the (meth) acrylated silane is added. The solution thus prepared is stirred for> 6 h. Subsequently, a corresponding monomer is added and the solvent removed under vacuum in a rotary evaporator. As component (f), the fillers known to those skilled in the art, such as those sold for example by Degussa under the name Aerosil®, may be present in the formulations according to the invention.
Den erfindungsgemäßen Gemischen können weiterhin, falls erforderlich, als Komponenten (g) und (h) die dem Fachmann bekannten Farbpigmente, Verlaufsmittel, UV-Stabilisatoren, Benetzungsmittel und Farbstoffe zugesetzt werden. Im Sinne der Erfindung besonders geeignete Farbstoffe sind Anthrachinon-Farbstoff- Zubereitungen, wie sie z.B. von der Fa. Bayer unter dem Namen Macrolex verkauft werden.If necessary, the components according to the invention may also contain, as components (g) and (h), the color pigments, leveling agents, UV stabilizers, wetting agents and dyes known to those skilled in the art. In the context of the invention, particularly suitable dyes are anthraquinone dye Preparations, such as those sold by the Bayer company under the name Macrolex.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass durch Zusatz der o.g. oberflächenmodifizierten Nanopartikeln die Reaktivität der beanspruchten Harzmischungen bei Bestrahlung mittels Bildprojektionssystemen auf der Basis von sichtbarer Strahlung signifikant gesteigert werden können. Als Maß für die Harzreaktivität wurde für die folgende Untersuchung die Durchhärtungstiefe in Abhängigkeit vom Logarithmus der Bestrahlungsdauer gewählt . Dazu wurden ca. 100 ml der Harzmischung der Beispielformulierung 1 mit einer Bildprojektionseinheit der Fa. Optoma unterschiedlich lang bestrahlt.It has surprisingly been found that by adding the o.g. Surface-modified nanoparticles, the reactivity of the claimed resin mixtures can be significantly increased upon irradiation by means of image projection systems based on visible radiation. As a measure of the resin reactivity, the depth of cure was chosen as a function of the logarithm of the irradiation time for the following test. For this purpose, about 100 ml of the resin mixture of example formulation 1 were irradiated with an image projection unit from Optoma for different lengths of time.
Beispielformulierung 1:Example formulation 1:
90,7-x m% 7,7,9-Trimethyl-4,13-dioxo-3,14- dioxa-5, 12-diazahexadecan-l, 16- diol-dimethacrylat x m% oberflächenmodifiziertes SiO2 90.7-xm% 7,7,9-trimethyl-4,13-dioxo-3,14-dioxa-5,12-diazahexadecane-1,1,6-diol dimethacrylate xm% surface-modified SiO 2
(Partikelgröße 13 nm)(Particle size 13 nm)
8,9 m% Triethylenglykoldimethacrylat 0,4 m% 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenyl- phosphinoxid 0,3 m% 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -p- cresol8.9 m% triethylene glycol dimethacrylate 0.4 m% 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide 0.3 m% 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -p-cresol
0,002 m% 2, 2, 6, 6-Tetramethylpiperidin-l- yloxy0.002 m% 2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidin-1-yloxy
(freies Radikal) Dabei befand sich die Harzoberfläche genau in der Brennebene der Bestrahlungseinheit, hier 40 cm von der Linse entfernt. Beispielhaft sei die Steigerung der Durchhärtungstiefe in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdauer an einem klar transparenten Harz, welches mit oberflächenmodifizierten Nanopartikeln im Konzentrationsbereich von 0-15 τn% versehen wurde, in Abb. 1 dargestellt. Man kann der Abbildung 1 entnehmen, dass durch Zufügen der Nanopartikel, insbesondere bei Konzentrationen >10 m%, die Durchhärtungstiefe signifikant zunimmt.(free radical) The resin surface was located exactly in the focal plane of the irradiation unit, here 40 cm away from the lens. By way of example, the increase in the depth of cure as a function of the duration of irradiation on a clear transparent resin, which was provided with surface-modified nanoparticles in the concentration range of 0-15% by volume, is shown in FIG. It can be seen from Figure 1 that by adding the nanoparticles, especially at concentrations> 10 m%, the depth of cure increases significantly.
Daraus folgt, dass durch den Zusatz der oberflächenmodifizierten Nanopartikel sich die Reaktivität steigern und dementsprechend die Geschwindigkeit des Bauprozesses erhöhen lässt. Dies ist insbesondere bei Rapid Manufacturing Prozessen, die wesentlich kritischer als Rapid Prototyping Prozesse hinsichtlich der Bauzeit zu bewerten sind, von großer Bedeutung. Beispielsweise bei der generativen Herstellung von Ohrpassstücken, einem Prozess bei dem viele medizintechnisch nutzbare Teile in kurzer Zeit produziert werden müssen, ist dies als sehr vorteilhaft einzuschätzen.It follows that the addition of the surface-modified nanoparticles can increase the reactivity and consequently increase the speed of the construction process. This is particularly important in rapid manufacturing processes, which are much more critical than rapid prototyping processes to assess in terms of construction time, of great importance. For example, in the generative production of ear molds, a process in which many parts that can be used in medical technology must be produced in a short time, this can be regarded as very advantageous.
Nachfolgend sind Verwendungsbeispiele für erfindungsgemäße Harzmischungen in klar transparent und beige opak (mit unterschiedlichen Werten für die Bruchdehnung) , wie sie zur Herstellung von Ohrpassstücken eingesetzt werden können, aufgeführt. Beispielformulierunq 2 eines klar transparenten Harzes :In the following, use examples for resin mixtures according to the invention in clear and opaque beige (with different values for the elongation at break), as they can be used for the production of ear molds, are listed. Example Formulation 2 of a Clear Transparent Resin
77.3 m% 7,7, 9-Trimethyl-4 , 13-dioxo-3 , 14- dioxa-5 , 12-diazahexadecan-l, 16- dioldimethacrylat77.3% m% 7,7, 9-trimethyl-4,13-dioxo-3,14-dioxa-5,12-diazahexadecane-1,16-diol dimethacrylate
13.4 m% oberflächenmodifiziertes SiO2 13.4 m% surface-modified SiO 2
(Partikelgröße 13 nm)(Particle size 13 nm)
8,9 m% Triethylenglykoldimethacrylat 0,4 m% 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenyl- phosphinoxid 0,3 m% 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -p- cresol 0,002 m% 2, 2, 6, 6-Tetramethylpiperidin-1- yloxy8.9 m% triethylene glycol dimethacrylate 0.4 m% 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide 0.3 m% 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -p-cresol 0.002 m% 2, 2, 6, 6 -Tetramethylpiperidin-1-yloxy
(freies Radikal)(free radical)
Beispielformulierunq 3 eines beige opaken Harzes mit geringer Dehnung:Example Formulation 3 of a Beige Opaque Resin with Low Elongation:
83,62 m% 4fach-ethoxyliertes Bisphenol-A- dimethacrylat 11,43 m% 7,7,9-Trimethyl-4,13-dioxo-3,14- dioxa-5, 12-diazahexadecan-l, 16- dioldimethacrylat 4,25 m% 1, 4-Butandioldimethacrylat83.62 m% 4-tuply ethoxylated bisphenol A dimethacrylate 11.43 m% 7,7,9-trimethyl-4,13-dioxo-3,14-dioxa-5,12-diazahexadecane-1,16-diol dimethacrylate 4 , 25 m% 1, 4-butanediol dimethacrylate
0,7 m% Bis (2,4, 6-Trimethylbenzoyl) phenylphosphinoxid0.7% bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide
0,43 m% Eisenoxidpigment0.43 m% iron oxide pigment
0,03 m% 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -p- cresol Beispielformulierung 4 eines beige opaken Harzes mit höherer Dehnung:0.03 m% 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -p-cresol Example formulation 4 of a beige opaque resin with higher elongation:
64,06 m% 4fach-ethoxyliertes Bisphenol-A- dimethacrylat 11,9 m% aliphatisches Urethantriacrylat64.06m% 4-D ethoxylated bisphenol A dimethacrylate 11.9m% aliphatic urethane triacrylate
10,0 m% Tetrahydrofurfurylmethacrylat10.0% tetrahydrofurfuryl methacrylate
6.4 m% Hydroxypropylmethacrylat 4,95 m% Dodecylmethacrylat6.4% by weight of hydroxypropyl methacrylate 4.95% by weight of dodecyl methacrylate
2,65 τn% 7,7, 9-Trimethyl-4 , 13-dioxo-3 , 14- dioxa-5, 12-diazahexadecan-l, 16- diol-dimethacrylat2.65% 7,7, 9-trimethyl-4,13-dioxo-3,14-dioxa-5,12-diazahexadecane-1,1,6-diol dimethacrylate
1.5 m% Bis (2,4, 6-Trimethylbenzoyl) - phenylphosphinoxid1.5% bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide
Die physikalisch-chemischen Parameter für die drei o.g. Verwendungsbeispiele sind in Tab.l wiedergegeben. Sämtliche Viskositätsmessungen wurden bei 23°C mit einem CVO 120-Rheometer der Fa. Bohlin Instruments durchgeführt. Die Bestimmung der Biegefestigkeiten, E-Module und Dehnungen wurde in Anlehnung an die EN ISO 178 (1996) mit einer Zwick 1-Testmaschine der Fa. Zwick durchgeführt .The physico-chemical parameters for the three o.g. Usage examples are shown in Tab. All viscosity measurements were carried out at 23 ° C. using a CVO 120 rheometer from Bohlin Instruments. The determination of the bending strengths, moduli of elasticity and strains was carried out in accordance with EN ISO 178 (1996) using a Zwick 1 test machine from Zwick.
Tab.l: Mechanische Werte der erfindungsgemäßen Formulierungen rial E -Modul , Biegefestig Bruchdehnung Viskosi N mm"2 keit % Pas N mm"2 idungsbei spiel 2 3044 155 7 3 , 16 idungsbeispiel 3 2083 112 7 0 , 68 idungsbeispiel 4 1906 108 13 0 , 44Table 1: Mechanical values of the formulations according to the invention Elastic Modulus, Bending Strength Elongation at Break Viscosity N mm "2 % by% Pas N mm " 2 Example 2 3044 155 7 3, 16 Example 3 2083 112 7 0, 68 Example 4 1906 108 13 0, 44
Im Vergleich zu den Werten für Materialien zur traditionellen Herstellung von Ohrpassstücken (Tab.2) mittels des PNP Verfahrens zeigt sich, dass die o.g. Formulierungen vorteilhafterweise signifikant höhere Werte für das E-Modul und die Biegefestigkeiten liefern. Die Bruchdehnungen sind für die Bsp.2 und Bsp.3 etwas niedriger, für Bsp.4 als vergleichbar zu bewerten.Compared with the values for materials for the traditional production of ear molds (Tab. 2) by means of the PNP method, it can be seen that the o.g. Formulations advantageously provide significantly higher values for modulus of elasticity and flexural strengths. The elongation at break are somewhat lower for example 2 and example 3, and for example 4 as comparable.
Tab.2: Mechanische Werte kommerziell erhältlicher Produkte für die Herstellung von Ohrstücken eria-l E-Modul, Biegefestig BruchdehnungTab.2: Mechanical values of commercially available products for the production of ear pieces e ria - l modulus of elasticity, bending strength elongation at break
N mm"2 keit, N mm"2 % oplast S/IO , blau 1513 81 ΪÖ nsparent, Lot. 201504 oplast S/IO , rötlich 1527 84 13 nsparent, Lot. 301531 oplast S/IO, farblos 1602 88 11 nsparent, Lot. 203523 oplast S/IO, braun, Lot. 1374 74 14N mm "2 speed, N mm " 2 % oplast S / IO, blue 1513 81 ΪÖ nsparent, Lot. 201504 oplast S / IO, reddish 1527 84 13 nons., Lot. 301531 oplast S / IO, colorless 1602 88 11 not transparent, lot. 203523 oplast S / IO, brown, lot. 1374 74 14
540540
Zur generativen Herstellung solcher Medizinprodukte mit Bildprojektionssystemen, die ein flexibles, strahlungsdurchlässiges Transportband besitzen, mittels dessen die photopolymerisierbare Formulierung in die Belichtungsstation transportiert wird, wurde weiterhin überraschend gefunden, dass die erfindungsgemäßen Formulierungen nicht im so genannten „Wetting Envelope" des Transportbandes, aber im „Wetting Envelope" des Grünlings bzw. der vorgehärteten Schicht sich befinden. Im Rahmen des Prozesses ergibt sich daraus in sehr vorteilhafter Weise, dass nicht ausgehärtetes Harz beim Trennen der Bauplattform von der Transportfolie das vorgehärtete Bauteil benetzt und sich leicht vom Transportband löst . Dementsprechend verringern sich die Abzugskräfte zwischen Bauteil und Transportband mit der Folge eines stabileren Bauprozesses. Dies ist darauf zurückzuführen, dass so auch fragile Strukturen des Bauteils bei diesem „Trennprozess" sich in geringerem Maße von der Bauplattform lösen. Es wurde dazu das Benetzungsverhalten der verschiedenen Harzvarianten auf unterschiedlichen Substraten geprüft. Hierzu wurde der Wetting Envelope verwendet. Mit Hilfe des Wetting Envelopes (Benetzbarkeitsbereich) lässt sich voraussagen, ob eine bestimmte Flüssigkeit, deren Oberflächenspannungs-Komponenten bekannt sind, den untersuchten Festkörper vollständig benetzen. Für die Darstellung des Wetting Envelope wurde die Bestimmung des polaren und dispersen Anteils der Oberflächenenergie umgekehrt . Die Oberflächenenergie mit ihren polaren und dispersiven Anteilen wurde mit der Methode nach Owens, Wendt, Rabel, Kaelble (OWRK) , die dem Fachmann bekannt ist und in der Literatur beschrieben wird, ermittelt. Als Messgerät wurde der Drop Shape Analyser (DSAlOO) der Fa. Krüss genutzt. Dabei wurden Diiodmethan, Pentandiol und Wasser als Testflüssigkeiten verwendet. Zur Bestimmung des Wetting Envelope wurde berechnet, beim welchem polaren und dispersiven Anteil der Flüssigkeit sich für den untersuchten Festkörper ein Wert von cos φ = 1 ergibt. Der Winkel φ stellt den Kontaktwinkel der Tropfenkontur dar, die sich auf der zu untersuchenden Oberfläche bildet. Aus der Auftragung des polaren Anteils gegen des dispersen Anteil resultiert für cos φ = 1 eine Kurve, die vom Ursprung (0/0) ausgeht, eine Maximum durchläuft und schließlich wieder auf die x-Achse trifft . Die von dieser Kurve eingeschlossene Fläche ist der Wetting Envelope. Alle Flüssigkeiten, deren Daten innerhalb dieses Bereiches liegen, benetzen den entsprechenden Festkörper.For the generative production of such medical devices with image projection systems, which have a flexible, radiation-permeable conveyor belt, by means of which the photopolymerizable formulation is transported into the exposure station, it was further surprisingly found that the formulations according to the invention are not as follows "Wetting Envelope" of the conveyor belt, but in the "Wetting Envelope" of the green body or the precured layer are located. In the context of the process, this results in a very advantageous manner that uncured resin wets the pre-hardened component when separating the build platform from the transport foil and is easily detached from the conveyor belt. Accordingly, the pull-off forces between the component and conveyor belt decrease, resulting in a more stable construction process. This is due to the fact that even fragile structures of the component in this "separation process" are less detached from the build platform, and the wetting behavior of the different resin variants on different substrates was tested using the wetting envelope Envelopes can be used to predict whether a given liquid, whose surface tension components are known, will completely wet the solid it was tested in. For the representation of the wetting envelope, the determination of the polar and disperse surface energy was reversed dispersive fractions were determined by the method of Owens, Wendt, Rabel, Kaelble (OWRK), which is known to the person skilled in the art and described in the literature.The instrument used was the drop shape analyzer (DSA100) from Krüss Diiodomethane, pentanediol and Water used as test liquids. To determine the wetting envelope, it was calculated at which polar and dispersive fraction of the liquid a value of cos φ = 1 results for the investigated solid. The angle φ represents the contact angle of the drop contour, which forms on the surface to be examined. The plot of the polar component versus the disperse component results in a curve for cos φ = 1 that starts from the origin (0/0), goes through a maximum and finally hits the x-axis again. The area enclosed by this curve is the wetting envelope. All fluids whose data are within this range will wet the corresponding solid.
Zum Bestimmen der Anteile derTo determine the proportions of
Grenzflächenspannung (IFT) der Harze wurden zwei Methoden verwendet . Zum einen wurde die Pendant Drop Methode herangezogen, mit der die Grenzflächenspannung der Flüssigkeiten ermittelt wurde . Zum anderen wurde ein Tropfen des Harzes auf PTFE gegeben und der Kontaktwinkel der Tropfenkontur bestimmt. Mit dem bestimmten Kontaktwinkel, der Grenzflächenspannung des Harzes und den bekannten Oberflächeneigenschaften von PTFE konnten mit der Gleichung nach OWRK die polaren und dispersiven Anteile der Grenzflächenspannung des Harzes berechnet werden. Als Harzvarianten wurden die Verwendungsbeispiele 2 und die ungefüllten Varianten Verwendungsbeispiel 3 und 4 gewählt. Die Bestimmungen des so genannten „wetting envelopes" der Transportfolie, wie sie in der kommerziell erhältlichen Einheit V-Flash der Fa. 3DSystems verwandt wird, und die Lage der Grenzflächenspannung der flüssigen Verwendungsbeispiele 2 bis 4 ist in Abb.2 dargestellt . Es wurde ferner die freie Oberflächenenergie an Bauteilen im Green-Flex- Modus der jeweiligen Harzvariante bestimmt. Dazu wurden die Grünlinge, in einer klar transparenten Silikonform bei 50 Blitzen im Sonolux PR (Fa. Dreve) angefertigt. Die Oberfläche des Bauteils, die nicht von der Silikonform begrenzt wurde, wurde mit der Transportfolie des V-Flashs abgedeckt. Die Ergebnisse sind in Tab. 3 aufgeführt.Interfacial tension (IFT) of the resins was used in two ways. On the one hand, the pendant drop method was used, with which the interfacial tension of the liquids was determined. On the other hand, a drop of the resin was added to PTFE and determines the contact angle of the drop contour. With the specific contact angle, the interfacial tension of the resin, and the known surface properties of PTFE, the OWRK equation was used to calculate the polar and dispersive fractions of the interfacial tension of the resin. As resin variants, use examples 2 and the unfilled variants example 3 and 4 were chosen. The Provisions of the so-called "wetting envelopes" of the transport foil, as used in the commercially available unit V-Flash from the company 3DSystems, and the position of the interfacial tension of the liquid use examples 2 to 4 are shown in Fig.2 The green compacts were fabricated in a clear transparent silicone mold with 50 flashes in the Sonolux PR (Dreve), the surface of the component that was not delimited by the silicone mold , was covered with the transport film of the V-Flash and the results are shown in Table 3.
3:Grenzflächenspannung (IFT) der Verwendungsbeispiele 2 bis43: Interfacial tension (IFT) of Use Examples 2 to 4
Harze Dichte, IFT, Polarer Anteil, Disperser ß g/cm3 mN/m mN/m mN/rrResins Density, IFT, Polar proportion, Disperser β g / cm 3 mN / m mN / m mN / rr
Twendungsbeispiel 2 1,16 36,83 4,5 32,3 τwendungsbeispiel 3 1,12 39,57 5,4 34,2Example of application 2 1.16 36.83 4.5 32.3 Example of use 3 1.12 39.57 5.4 34.2
Twendungsbeispiel 4 1,09 35,8 5,3 30,5 Application Example 4 1.09 35.8 5.3 30.5

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Strahlungshärtende Formulierung zur generativen Herstellung von medizintechnischen Produkten mit einem Bildprojektionssystem, das sichtbare Strahlung zur Aushärtung und vorzugsweise ein Beschichtungsband zum Materialeintrag nutzt, die folgende Komponenten enthält: a) mindestens ein oder mehrere Urethanpoly (meth) acrylate b) mindestens ein oder mehrereA radiation-curable formulation for the generative production of medical products with an image projection system which utilizes visible radiation for curing and preferably a coating tape for material introduction, comprising the following components: a) at least one or more urethane poly (meth) acrylates b) at least one or more
(PoIy) (meth) acrylate, oder einer Kombination dieser c) mindestens einen für den relevanten Strahlungsbereich nutzbaren Initiator d) mindestens einen oder mehrere beziehungsweise eine Kombination anaerober und/oder anaerober Stabilisatoren e) und in einer besonderen Ausführungsform vorzugsweise mindestens >0,lm% oberflächenmodifizierte Nanopartikel f) 0-40m% an Füllstoffen g) 0-5m% an Farbpigmenten h) 0 , 5m% an üblichen Additiven wie UV- Stabilisatoren oder Verlaufsadditiven, wobei der Anteil der Komponenten a) bis h) zusammen 100m% beträgt und die Gesamtformulierung innerhalb des so genannten „wetting envelope" der sich im Green-Flex-Modus befindlichen, vorgehärteten Schicht dieser Formulierung liegt und eine Viskosität <10 Pas bei 230C besitzt . (Poly) (meth) acrylates, or a combination of these c) at least one initiator useful for the relevant radiation range d) at least one or more or a combination of anaerobic and / or anaerobic stabilizers e) and in a particular embodiment preferably at least> 0, lm % surface-modified nanoparticles f) 0-40m% of fillers g) 0-5m% of color pigments h) 0.5m% of conventional additives such as UV stabilizers or flow control additives, the proportion of components a) to h) together being 100m% and the total formulation is within the so-called "wetting envelope" of the located in the Green-Flex mode, pre-cured layer of the formulation and has a viscosity of <10 Pas at 23 0 C.
2. Formulierung nach Anspruch 1, die folgende Komponenten enthält : a) 10-80m% eines oder einer Kombination von Urethanpoly (meth) acrylaten mit einer Funktionalität von n<5 und einer Viskosität von <30Pas bei 23°C b) 4- 89m% mindestens eines oder einer Kombination mehrerer (PoIy) (meth) acrylate mit einer Funktionalität von n<5 und einer Viskosität <10 Pas bei 230C, oder einer Kombination eines oder mehrerer2. Formulation according to claim 1, comprising the following components: a) 10-80m% of one or a combination of urethane poly (meth) acrylates having a functionality of n <5 and a viscosity of <30Pas at 23 ° C b) 4-89m % of at least one or a combination of several (poly) (meth) acrylates having a functionality of n <5 and a viscosity <10 Pas at 23 0 C, or a combination of one or more
(PoIy) (meth) acrylate und mindestens eines monomeren (Meth) acrylats mit einer Viskosität von <5 Pas bei 230C c) 0,l-3m% mindestens eines oder einer Kombination für den relevanten Strahlungsbereich nutzbaren Initiatoren d) 0, 0001-0, 5m% mindestens eines oder mehrerer beziehungsweise einer Kombination anaerober und/oder aerober Stabilisatoren e) 0-40m% oberflächenmodifizierte Nanopartikel mit einer Partikelgröße von <100nm, vorzugsweise mindestens<10m% oberflächenmodifizierte Nanopartikel mit einer Partikelgröße von <30nm f) 0-40m% an Füllstoffen g) 0-5m% an Farbpigmenten h) 0-5m% an üblichen Additiven wie UV- Stabilisatoren oder Verlaufsadditiven, wobei der Anteil der Komponenten a) bis h) zusammen 100m% beträgt und die Gesamtformulierung innerhalb des so genannten „wetting envelope" der sich im Green-Flex-Modus befindlichen, vorgehärteten Schicht dieser Formulierung liegt und eine Viskosität <10 Pas bei 230C besitzt . (PoIy) (meth) acrylates and at least one monomeric (meth) acrylate having a viscosity of <5 Pas at 23 0 C c) 0, l-3m% of at least one or a combination for the relevant radiation range usable initiators d) 0, 0001 -0, 5m% of at least one or more or a combination of anaerobic and / or aerobic stabilizers e) 0-40m% surface-modified nanoparticles with a particle size of <100nm, preferably at least <10m% surface-modified nanoparticles with a particle size of <30nm f) 0- 40m% of fillers g) 0-5m% of color pigments h) 0-5m% of conventional additives such as UV stabilizers or flow control additives, wherein the proportion of components a) to h) together is 100m% and the total formulation within the so-called " wetting envelope "in Green Flex mode, precured layer of this formulation is and has a viscosity <10 Pas at 23 0 C.
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