WO2010045951A1 - Vorrichtung und verfahren zur verarbeitung von lichtpolymerisierbarem material zum schichtweisen aufbau eines formkörpers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur verarbeitung von lichtpolymerisierbarem material zum schichtweisen aufbau eines formkörpers Download PDF

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WO2010045951A1
WO2010045951A1 PCT/EP2008/008866 EP2008008866W WO2010045951A1 WO 2010045951 A1 WO2010045951 A1 WO 2010045951A1 EP 2008008866 W EP2008008866 W EP 2008008866W WO 2010045951 A1 WO2010045951 A1 WO 2010045951A1
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exposure
layer
platform
exposure unit
trough
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PCT/EP2008/008866
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Robert Liska
Johannes Patzer
Jürgen STAMPFL
Wolfgang Wachter
Christoph Appert
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Technische Universität Wien
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • A61C13/0006—Production methods
    • A61C13/0013—Production methods using stereolithographic techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a device for processing photopolymerisable material for the layered construction of a shaped body using a lithography - based gene ⁇ rative production, eg rapid prototyping, with a Bauplatt ⁇ form for the construction of the shaped body, a projecting Belich ⁇ processing unit, for the location selective exposure of a surface is controlled on the build platform with an intensity pattern with specified differently Bener geometry, and to polymerize a control unit that is prepared to successive exposure ⁇ steps superposed layers on the build platform respectively to a predetermined geometry by controlling the Belich ⁇ processing unit, so as successively to Formkör ⁇ per in the desired form, resulting from the sequence of the layer geometries build.
  • a projecting Belich ⁇ processing unit for the location selective exposure of a surface is controlled on the build platform with an intensity pattern with specified differently Bener geometry, and to polymerize a control unit that is prepared to successive exposure ⁇ steps superposed layers on the build platform respectively to a predetermined geometry by controlling
  • the invention further relates to a process for processing lichtpolymerisierbarem material for the layered structure of a shaped body using a lithographiebased generative manufacturing technology (rapid prototyping), polymerized in the rindpolymerisierbares material on a building platform in egg ⁇ ner layer with predetermined geometry in an exposure ⁇ field by exposure is, the building platform is moved to form a subsequent layer, lichtpo ⁇ lymerisierbares material is tracked to the last formed layer, and by repeating the previous steps in layers of the shaped body in the desired shape, which results from the sequence of layer geometries, is constructed.
  • a lithographiebased generative manufacturing technology rapid prototyping
  • the invention is particularly directed to the construction of moldings, which are used for dental restorations sol ⁇ len.
  • CAD-CAM technologies have been introduced in the dental industry for ei ⁇ niger time and solve the traditional hand- off-the-shelf production of dentures.
  • the usual today erosive manufacturing process for the production of ceramic dental restorative bodies have some disadvantages that can not be improved with reasonable effort under the current state of the art in economic terms.
  • constructive manufacturing methods called "rapid prototyping” can be considered, in particular, stereolithographic methods in which each newly applied layer of material is polymerized by site-selective exposure in the desired shape, thereby successively layered the desired body is produced in its three-dimensional shape resulting from the succession of applied layers.
  • WO 98/06560 should be mentioned in particular.
  • a ceramic slurry is exposed via a dynamic mask (light modulator), whereby a three-dimensional body is to be built up successively.
  • the ceramic slurry is exposed from above on a building platform.
  • a new thin layer of material must be applied after each exposure with the aid of a doctor blade (typically with a layer thickness of between 10 and 100 ⁇ m).
  • a doctor blade typically with a layer thickness of between 10 and 100 ⁇ m.
  • thinner layers are difficult to apply in a reproducible manner.
  • the layer-wise polymerized shaped body is formed.
  • a device suitable for the application of this method is described, for example, in DE 199 57 370 A1, on which the preambles of claims 1 and 20 are based.
  • a similar procedure is described in DE 102 56 672 Al, which, however, also refers to unfilled polymers.
  • the green strength of the polymerized bodies is significantly lower (less than 10 MPa) than the strength of an unfilled polymer (typically about 20 to 60 MPa).
  • the ceramic-filled photopolymer body is mechanically much less resilient (for example, when separating the last-formed layer from the plate or film through which it has been exposed from below).
  • ceramic-filled photopolymerizable materials are significantly more viscous. This places increased demands on the coating mechanism used. In particular, the time required to replenish ceramic-filled photopolymer after lifting the build platform can be significantly longer. Also, raising and lowering the build platform in a high viscosity photopolymer material places increased demands on the component to avoid damage.
  • ceramic-filled photopolymers are more sensitive to gellation due to stray light or ambient light. Even small light intensities are sufficient to raise the viscosity of the material beyond the permissible limit by the polymerization taking place.
  • the device according to the invention is characterized in that a further exposure unit is provided for the planar exposure of the build platform from the opposite side to the projecting exposure unit, that the build platform is at least partially translucent (transparent or translucent) and that the control unit is adapted to the others Exposure unit at least in the construction of the first layer, which adheres to the building platform to drive for exposure in predetermined geometry in order to achieve complete polymerization and adhesion of at least the first layer to the build platform.
  • Exposure unit at least in the construction of the first layer, which adheres to the building platform to drive for exposure in predetermined geometry in order to achieve complete polymerization and adhesion of at least the first layer to the build platform.
  • the device has at least one trough with an at least partially translucent bottom, into which light-polymerizable material can be introduced, wherein the construction platform is held with a lifting mechanism in relation to the trough adjustable height above the trough bottom.
  • the control unit is prepared to adjust the relative position of the build platform to the tub floor by controlling the lift mechanism after each exposure step for one shift.
  • the projecting exposure unit is disposed below the pan bottom for exposing the at least partially translucent pan bottom from below; Accordingly, the further exposure unit is then arranged behind the side facing away from the tub bottom side of the build platform above it to expose the build platform from above.
  • the control unit in the lifting mechanism there is a force transducer connected to the control unit which is capable of measuring the force exerted by the lifting mechanism on the building platform and sending the measurement result to the control unit, the control unit being prepared to communicate with the building platform to move a given force course.
  • a force transducer connected to the control unit which is capable of measuring the force exerted by the lifting mechanism on the building platform and sending the measurement result to the control unit, the control unit being prepared to communicate with the building platform to move a given force course.
  • large forces can occur due to the high viscosity at shutdown in or during startup of the construction platform from the viscous material, which are caused by the displacement or suction of the viscous material between construction platform and tank bottom.
  • the control unit can use the lifting mechanism in an optimal manner force-controlled by a force measurement.
  • the device is prepared to automatically correct or compensate for intensity variations at predetermined intervals.
  • the exposure unit has a reference sensor which is designed as a photosensor scanning the entire exposure field or as a CD camera detecting the entire exposure field.
  • the control unit is prepared to expose the exposure field with a predetermined intensity in a calibration step and to use the intensity pattern detected by the reference sensor to calculate a location-dependent compensation whose application results in a uniform intensity in the entire exposure field.
  • light-emitting diodes are used which emit light with different wavelengths of light. This makes it possible to process different materials with different photoinitiators in the same device.
  • the projecting exposure unit and the further exposure unit are preferably designed for the emission of light with an average intensity of 1 mW / cm 2 to 2000 mW / cm 2 , in particular 5 mW / cm 2 to 50 mW / cm 2 .
  • the projecting exposure unit preferably has a spatial light modulator, in particular a micromirror field controlled by the control unit.
  • the projecting exposure unit furthermore has at least one reference sensor which is embodied as a photosensor scanning the entire exposure field or as a CCD camera detecting the entire exposure field, wherein the control unit is prepared for exposing the exposure field in a calibration step with an exposure over the entire exposure.
  • tungsten field to illuminate homogeneous control signal and to use the intensity pattern detected by the reference sensor to calculate a compensation mask to obtain a uniform intensity in the entire exposure field.
  • the compensation mask supplies, depending on location, in the exposure field, a relationship between the signal amplitude driving the exposure unit and the respectively resulting actual intensity.
  • time-dependent or permanently occurring variations of the local intensity distribution in the exposure field can be compensated by the control unit controlling the projecting exposure unit in a location-dependent manner by the control unit with a compensation mask inverse normalization detected in the last calibration step, so that a uniform actual intensity in the exposure field can be achieved.
  • the device according to the invention is preferably constructed as follows.
  • the tub is movable in the horizontal direction with respect to the projecting exposure unit and the build platform.
  • an application device for example a doctor blade or a roller, is arranged, the height of which is adjustable above the tub bottom.
  • the application device which has a lower edge parallel to the trough bottom, smooths the photopolymerisable material to a uniform thickness before it reaches the polymerization region between the exposure unit and the build platform.
  • the trough can be rotatably mounted with its bottom about a central axis and rotated by a drive between successive exposure steps by a predetermined angle.
  • the projecting exposure Processing unit and the overlying building platform are radially offset from the central axis to the outside, so that in successive exposure steps and intervening rotational steps, a circular ring shape of the tub bottom is finally swept.
  • the application device eg doctor blade or roller or combinations thereof, then lies in the direction of movement in front of the projecting exposure unit, so that the exposure process takes place after the action of the application device on the material layer.
  • a plurality of squeegees or rollers or combinations thereof may be provided to effect a smoothing and rolling action on the layer.
  • the application device can in particular also be formed by an edge of an output channel of the supply device, which lies at an adjustable height above the trough bottom.
  • the photopolymerizable material may be dispensed from a supply means, for example a reservoir, into the tray with the partially translucent bottom, the exposure being from below through the translucent bottom.
  • a supply means for example a reservoir
  • the tray is moved relative to the exposure unit and build platform.
  • the tub rests relative to the imaging unit and the build platform.
  • the ratio of the full circle (360 °) to the angle of rotation step is preferably not an integer, in particular no rational number.
  • the rotational angle steps in can be varied in a predetermined or random manner, so that the Polymeristation takes place in always other areas of the tub.
  • a wiper which can be positioned at a predeterminable height above the trough bottom, is designed for a redistribution of the material after the polymerization process.
  • a zone without lichtpolymerisierbares material that corresponds to the shape of the last formed layer. This zone is replenished by redistributing the material on the bottom of the tank at the latest when passing through the wiper.
  • the apparatus is configured to perform a relative tilting movement between the building platform and tub bottom upon initiation of lifting of the build platform after an exposure step under control of the control unit, thereby achieving a gentler separation of the polymerized material layer from the tub bottom and thus a low load on the shaped body.
  • a plurality of wells each associated with a supply of one of a plurality of photopolymerizable materials, and a drive capable of, controlled by the control unit, each comprise one of the wells in a selected predetermined order move between the projecting exposure unit, the further exposure unit and build platform, this movement being a linear movement in a serial arrangement of a plurality of trays or a rotating movement in the arrangement of a plurality of trays along a curved path, whereby layers of different Materials can be constructed according to the selected predetermined order.
  • the supply device preferably has a receptacle for inserting a cartridge with photopolymerisable material in order to be able to use the photopolymerizable material desired for the respective building process in a simple manner.
  • the underside of the build platform is structured with e.g. nubs, grooves or grooves provided in or on the lower surface itself and / or in or on a coating or film applied thereto.
  • the at least partially translucent trough bottom is formed by a film or plate containing a polymerization inhibitor.
  • the construction platform can in particular consist of a high-temperature-resistant material, preferably of zirconium oxide, alumina, sapphire glass or quartz glass.
  • An inventive method of the type mentioned above is characterized in that at least in the polymerization of the first layer directly on the building platform, an irradiation of light in the side opposite the side to be polymerized with the first layer of the building platform, wherein the Bauo- im Area of the exposure field is made translucent, in order to achieve complete polymerization and adhesion of at least the first layer on the building platform.
  • the photopolymerizable material on the underside of the build platform is polymerized by exposure from below, the build platform is raised relative to a tray after each exposure step, and photopolymerizable material is fed under the last formed layer.
  • the building platform with the layers formed thereon is preferably lowered again into the guided light-polymerizable material, so that photopolymerisable material is displaced from the intermediate space, and the distance between the lower surface of the last-formed layer and the tub floor is set in a predetermined manner.
  • the thickness of the layer to be formed which corresponds to the distance between the lower surface of the layer last formed and the bottom of the tub, can be precisely adjusted by mechanically precise adjustment of the construction platform above the tank bottom.
  • the first layer of the photopolymerisable material is polymerized onto an optionally removable film or coating disposed on the underside of the build platform.
  • the displacement of the building platform by lifting and / or lowering force controlled in accordance with a predetermined force curve, i. the force exerted by the lifting mechanism on the building platform is limited to given criteria.
  • the forces that occur which can be considerable in particular in the case of highly viscous materials and which could damage the structure of the shaped body, can be restricted, and nevertheless the highest possible lowering or lifting speed of the building platform into or out of the photopolymerizable material can be made possible optimizes the speed of the production process as a whole, since it always works with the highest speed at which damage can still be avoided.
  • photopolymerisable material from a supply means into a trough is at least partially the bottom is passed through the at least partially translucent bottom of the tub, wherein between successive exposures to form successive layers, the bottom of the tub relative to the projecting and exposure unit and the other exposure unit and the building platform is moved, wherein in the direction of movement an applicator, preferably a squeegee or a roller, is arranged in front of the exposure units and construction platform, the height of which is adjusted above the trough base in order to bring the photopolymerisable material to a uniform layer thickness.
  • an applicator preferably a squeegee or a roller
  • the trough is rotatably mounted and is rotated between successive layer building steps by a predetermined angle about the axis of rotation.
  • the trough may be mounted laterally displaceable and be offset by a predetermined path in the horizontal direction between successive layer construction steps.
  • a plurality of different layering materials may be used in successive layer construction steps in a selectable order, by associating a plurality of tubs, each with a supply means, with one of the plurality of materials is moved in a selected order between the projecting exposure units and the build platform, this movement being a linear movement in a serial arrangement of a plurality of trays or a rotating movement when arranging a plurality of trays along a curved path.
  • a particle-filled, for example ceramic-filled, lichtpolymerisierbares material is used for the production of the shaped body and are burned out of the finished molded body, the organic constituents before the shaped body is sintered.
  • the particle fraction of the photopolymerizable material consists of an oxide ceramic or a glass ceramic.
  • the photopolymerizable material is polymerized on the underside of the build platform by exposure from below, after which the build platform is raised relative to a tub for the photopolymerizable material after each exposure step and photopolymerizable material is fed under the last formed layer.
  • the first layer of the photopolymerizable material can be grafted onto a removable film or coating arranged on the underside of the construction platform.
  • the molded article to be produced by the method according to the invention may be, for example, a green compact for a dental restoration, in which case the photopolymerizable material may be, for example, a ceramic-filled photopolymer.
  • the construction platform preferably has a plate of a high-temperature-resistant material, preferably of zirconium oxide, alumina, sapphire glass or quartz glass.
  • a transparent polymer film may be adhered to such a ceramic support to form the build platform, the polymer film on the side which comes into contact with the photopolymer may be provided with patterns such as nubs, grooves or the like, for even better adhesion of the ceramic-filled photopolymer.
  • the construction platform with the green compact attached to it can be removed and introduced directly into the sintering furnace.
  • debindering the component decomposes in addition to the organic resin component and the polymer film of Construction platform and the sintered ceramic body is thus loose after sintering on the plate of the construction platform and can be removed.
  • a plastic can be used, wherein the molded part is embedded in an investment after its production and burned out after solidification of the investment and wherein the resulting cavities in the investment material another material, in particular a dental ceramic or metal or an alloy is pressed.
  • a dental composite can be used for the production of the molded part and the molded part is tempered after its preparation and then polished or painted and then tempered.
  • the ceramic component of the ceramic-filled photopolymer preferably consists of an oxide ceramic or a glass ceramic, in particular zirconium oxide, aluminum oxide, lithium disilicate, leucite glass ceramic, apatite glass ceramic or mixtures thereof.
  • the construction platform is raised in order to lift the layer formed from the trough bottom.
  • a slight relative tilting movement between the building platform and tank bottom is preferably carried out, since after polymerization an adhesion of the layer formed on the tank bottom with vertical pulling upward could lead to excessive mechanical stress on the layer or the entire component being formed.
  • a zone without lichtpolymerisierba- res material the shape of the last formed Layer corresponds. This zone is replenished by redistributing the material at the bottom of the tray at the latest when passing the squeegee or roller or by an optional additional wiper.
  • FIG. 1 shows a lateral plan view, partly in section, of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the device of FIG. 1 from above
  • Fig. 7 is a side plan view, partly in section, of the device of the second embodiment of Fig. 6, and
  • Fig. 8 shows a top plan view of a third embodiment of the device.
  • the following embodiment relates to the production of a green body for a dental restoration.
  • the device has a housing 2 which serves for accommodating and attaching the other components of the device.
  • the top of the housing 2 is covered by a trough 4, which has a transparent and flat trough bottom at least in the areas provided for exposures.
  • a projecting exposure unit 10 is provided in the housing 2, which can be controlled by a control unit 11, a predetermined exposure field on the underside of the trough bottom 6 selectively illuminate with a pattern in the desired geometry.
  • the projecting exposure unit 10 has a light source 15 with a plurality of light emitting diodes 23, wherein in the exposure field preferably a light output of about 15 to 20 mW / cm 2 is achieved.
  • the wavelength of the light emitted by the exposure unit is preferably in the range of 400 to 500 nm.
  • the light of the light source 15 is modulated in a location-selective manner via a light modulator 17 and in the resulting intensity pattern with desired geometry onto the exposure field on the underside of the tank bottom 6 displayed.
  • various types of so-called digital light processing chips (DLP) chips can be used, such as micromirror fields, LCD panels, and the like.
  • a laser may be used as the light source, whose light beam successively scans the exposure field via a movable mirror that can be controlled by the control unit.
  • a building platform 12 is provided beyond the trough bottom 6, which is held by a lifting mechanism 14 with a support arm 18, so that it in height adjustable manner above the trough bottom. 6 is held above the exposure unit 10.
  • the build platform 12 is also transparent or translucent.
  • a further exposure unit 16 is arranged, which is also controlled by the control unit 11, at least in the formation of the first layer under the build platform 12 and light from above through the build platform 12 to thereby ensure safe and reliable reproducible polymerization and to achieve adhesion of the first polymerized layer to the build platform.
  • a supply device 8 is further provided with a reservoir in the form of an exchangeable cartridge 9 filled with lichtpolymerisierbarem material. From the supply device 8, ceramic-filled photopolymerizable material can be successively dispensed onto the trough bottom 6 under the control of the control unit 11. The feeder is held by a height-adjustable support 34.
  • the tub 4 is rotatably mounted on the housing 2 with a bearing 7 about a vertical axis 22.
  • a drive 24 is provided, which controls the tub 4 is controlled by the control unit 11 in a desired rotational position.
  • a wiper 30 with adjustable height can be arranged above the trough bottom 6, which can take on different functions, as explained below.
  • an applicator 26 here in the form of a squeegee 26, which can be positioned at an adjustable height above the trough bottom 6, thus material coming from the supply device 8 on the pan bottom 6 has been issued, smooth it out before it reaches the exposure unit 12, thereby ensuring a uniform and predetermined layer thickness.
  • an applicator 26 here in the form of a squeegee 26, which can be positioned at an adjustable height above the trough bottom 6, thus material coming from the supply device 8 on the pan bottom 6 has been issued, smooth it out before it reaches the exposure unit 12, thereby ensuring a uniform and predetermined layer thickness.
  • one or more rollers or further squeegees may be associated with the applicator to smoothly act on the layer of material.
  • the structural platform 12 supporting pivot arm 18 is connected via a hinge 20 with the vertically displaceable part of the lifting mechanism 14.
  • a force transducer 29 is further provided, which measures the force exerted by the lifting mechanism 14 when lowering or lifting the construction platform 12 on this force and sends the measurement result to the control unit 12. This is designed as described below to control the lifting mechanism 14 according to a predetermined force curve, e.g. limit the force exerted on the build platform 12 to a maximum value.
  • the building platform 12 is lowered by the lifting mechanism 14 controlled by the control unit 11, so that the building platform 12 with the film 13 at the bottom dips into the layer of photopolymerisable material 5 and this is lowered further partially displaced from the space between the film 13 and the upper surface of the tub bottom 6.
  • the lifting mechanism 14 the building platform 12 is controlled by the control unit 11 so lowered to the bottom of the tub, that a layer is defined with a precisely predetermined layer thickness 21 between the building platform and tub bottom.
  • the layer thickness 21 of the material to be polymerized can be precisely controlled.
  • the above-mentioned load cell 29 measures the force exerted on the build platform 12 and the measurement signal the control unit 11 transmits. This is only prepared to control the lifting mechanism in such a way that the force detected by the load cell 29 follows predetermined criteria, in particular that the force exerted is a pre-determined one. does not exceed given maximum force.
  • lowering the construction platform 12 into the photopolymerizable material 5 and lifting the construction platform out of it on the one hand can be controlled in such a way that the forces exerted on the construction platform and the layers already formed are limited and damage to the structure of the molding avoided
  • the lowering and raising of the building platform 12 with the maximum possible speed at which damage to the molded body to be built just barely avoided can be carried out so as to achieve an optimal process speed.
  • the first exposure step now follows for the polymerization of the first layer 28 on the build platform 12, whereby according to the invention the further exposure unit 16 is actuated (simultaneously or staggered). to ensure a secure adherence of the first polymerization layer 28 to the build platform.
  • the tub 4 is kept quiet, ie the drive 24 remains switched off.
  • the build platform 12 is raised by the lift mechanism 14. In this case, however, a relative tilting movement between the building platform 12 and the trough base 6 is preferably carried out before the building platform 12 is raised.
  • This slight tilting movement is intended to serve for a mechanically less stressful detachment of the last polymerized layer of the molded body 27 from the pan bottom 6.
  • the transport platform is lifted by a predetermined distance, as shown in FIG. 5, so that the layer formed last on the molded body 27 lies above the photopolymerizable material 5.
  • material is again dispensed from the supply device 8 and the trough 4 is rotated by the drive 24 by a predetermined angle of rotation, wherein the material moving past the squeegee is returned to a uniform layer thickness.
  • This sequence of steps is continued to form successive layers of predetermined contour shape until the succession of layers each having a given geometry results in the desired shape of the ceramic green compact.
  • the provided behind the exposure unit wiper 30 on the tub bottom 6 may have various functions. For example, when lowered to the bottom of the tub 6, it may serve to collect and drain the material from the tub floor or to return it to the feeder 8, which should be done at the end of a building process.
  • the wiper 30, when slightly raised relative to the tub bottom 6, serves to redistribute the material, in particular to push material back into the "holes" created by an exposure process in the material layer after lifting the build platform 12 are.
  • the build platform 12 with the exposure unit 16 mounted above can be pivoted overall about the hinge 20 by pivoting the pivot arm 18, as indicated by dashed lines in FIG. Thereafter, there is better access to the tub 4, for example, to be able to clean or replace them.
  • the green body made of polymerized ceramic-filled material it must be removed from the apparatus and fed to a kiln in which decomposition of the polymerized binder (binder removal) is brought about by the temperature treatment and sintering of the ceramic material is carried out.
  • the build platform is designed so that it is easily detachable from the support arm 18. Then, the building platform with the adhering built ceramic-filled shaped body 27 can be removed from its carrier 18 and placed in a kiln.
  • the construction platform In order to enable this preferred simple removal of the constructed dental restorative body made of ceramic-filled polymer, however, the construction platform must be made of a high-temperature-resistant material, for which zirconium oxide, alumina, sapphire glass or quartz glass can serve, for example.
  • a self-adhesive, transparent film is possible, which can be structured on the side facing the photopolymer for better adhesion with nubs, grooves, scratches, etc., and which removed after the construction process by simply detaching from the build platform or together with the build platform and including the film in the kiln for debindering / sintering can be given.
  • FIGS. 6 and 7 show an alternative embodiment to the apparatus of FIGS. 1 and 2 with a rotatable trough in which the trough 54 is designed to be linearly reciprocating.
  • a trough 54 is mounted on the housing 52 linearly movable in a bearing 57.
  • the supply device 58 is arranged in a height-adjustable manner. With respect to the linear direction of movement offset relative to the supply device 58, the construction platform 62 is held above the trough 54 on a pivot arm 68, which belongs to a lifting mechanism 64.
  • the pivoting arm 68 is in turn provided with a hinge 70 which allows the pivoting arm 68 to rotate 180 degrees after lifting in the vertical direction, after which the building platform 62 with the molded body thereon faces upwards and is easily handled in this position can.
  • the projecting exposure unit 60 below the building platform 62 and the trough bottom 56 is the projecting exposure unit 60, in which a light source 65 with light-emitting diodes 73 is arranged. The light of the light source 65 is projected onto the build platform 62 via a light modulator 67 and through the transparent well bottom 56.
  • a reference sensor 51 which is used in a calibration step to record the actual intensity distribution in the exposure field when the light modulator is driven in such a way that no spatial dependence or modulation is to take place via the exposure field. From the deviation of the actually detected intensity distribution, a drive profile (compensation mask) for the light modulator can then be calculated by reversal, which ensures an actually uniform intensity over the exposure field.
  • a corresponding reference sensor 1 is also present in the embodiment of FIGS. 1 and 2.
  • an applicator device 76 which is adjustable in height above the trough bottom 56, here in the form of a squeegee, whose bottom edge is at an adjustable distance from the surface of the trough bottom, and a wiper 80 arranged.
  • the operation of the device shown in Figs. 6 and 7 corresponds to the difference of the linear reciprocating movement of the trough 54 instead of the rotational movement of the trough 4, the method steps previously described with reference to FIGS. 3 to 5.
  • the tray 54 is shifted from the position shown in Fig. 7, caused by the control unit 61, which actuates the drive 75, to the left in the position shown by dashed lines.
  • the control unit 61 causes by reversing the drive 75 that the tub 54 is moved back again.
  • the light-polymerisable material 55 discharged onto the trough bottom 56 first passes through the wiper 80 and then the applicator 76, which ensures a uniform distribution and a uniform layer thickness of the light-polymerizable material 55 before it reaches the gap between the building platform 62 and the projecting exposure unit 60. Thereafter, the drive 75 is stopped, whereupon the sequence of steps is performed as described above in connection with Figs. 3-5, with the build platform 62 immersed in the layer of photopolymerizable material 55 and by placing the distance to the well bottom a layer of predetermined thickness Building platform and tub floor defined.
  • the actuation of the projecting exposure unit 60 to generate an exposure pattern with predetermined geometry in which context, at least in the production of the first layer directly to the build platform 62 and the further exposure unit 66 is operated with their light emitting diodes 69 to a complete polymerization and a to achieve reliable adhesion of the first layer to the build platform 62.
  • the build platform 62 is raised again by operating the lift mechanism 64 so that the formed polymerized layer is lifted beyond the mirror of the photopolymerizable material 55.
  • the described sequence of steps is then repeated, ie the tub 54 is again shifted to the left, light-polymerizable material is dispensed from the supply device 58 and this is evenly distributed when the tub 54 is pushed back to the right by the wiper 80 and the application device 76;
  • the lifting mechanism 64 lowers the building platform again so that the last-formed polymerized layer dips into the photopolymerizable material 55 and is brought to a predetermined distance above the trough bottom, around the material layer now in the intermediate space in the next exposure step polymerize.
  • the step size of the reciprocating motion can be varied again to avoid that the polymerization is always carried out over the same point of the bottom of the tub.
  • the lifting mechanism 64 is in turn provided with a force transducer 79, the measured values of which are used by the control unit 61 as described above in connection with the first embodiment for limiting the force exerted on the building platform when lowering and lifting the construction platform.
  • methods can also be used in which several different ceramic-filled photopolymerizable materials are used to construct the green body.
  • This can be done, for example, by providing a plurality of wells, each with an associated reservoir of different materials. These can then be moved in the manner of a change carrier to the exposure unit and the build platform to process different materials in a predetermined order.
  • the plurality of wells may, for example, be arranged serially one behind the other on a support, which is then movable linearly with respect to the exposure unit and the build platform, to provide a desired well in each case.
  • a plurality of rotatable trays one of which is shown in Figs.
  • 1 and 2 may be disposed on a circular ring of a larger plate which, in turn, is rotatable to rotate a desired tray by adjusting the rotational position of the disk to the position between To bring the exposure unit and build platform in which then the polymerization of the respective layer is carried out.
  • FIG. 1 A specific embodiment of an apparatus with which various photopolymerizable materials can be used to construct a shaped article is shown in a schematic plan view from above in FIG.
  • four trays 104 are present on a turntable in an annular arrangement.
  • the arrangement of feeder 108, the further exposure unit 116 on a lift mechanism 114 and the intervening wiper 130 and applicator 126 is substantially similar to the arrangement of the apparatus of Figs. 6 and 7, except that the components are not along a linear Route arranged and the trough is linearly movable, but the components are arranged along a circular ring segment and the trough has the shape of a circular ring segment.
  • the tray is reciprocated by an angle of less than 90 ° so that, in turn, there is a reciprocating movement between the feeder 118 and the build platform located below the other exposure unit 108.
  • the turntable is rotated through an angle corresponding to 90 °, 180 ° or 270 ° to one of the following troughs to the device for constructing the molded body just considered bring to.
  • a further device for the construction of moldings may be provided on the turntable in the region of another annulus segment, a further device for the construction of moldings, which can operate in parallel to the device shown above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von lichtpolymerisierbarem Material (5,55) zum schichtweisen Aufbau eines Formkörpers (27) unter Anwendung einer lithographiebasierten generativen Fertigung mit einer Bauplattform (12) zum Aufbau des Formkörpers (27), einer projizierenden Belichtungseinheit (10, 60), die zur ortsselektiven Belichtung einer Fläche auf der Bauplattform (12, 62) mit einem Intensitätsmuster mit vorgegebener Form ansteuerbar ist, und einer Steuereinheit (11, 61), die dazu vorbereitet ist, in aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten übereinanderliegende Schichten (28) auf der Bauplattform (12, 62) jeweils mit vorgegebener Geometrie durch Steuerung der projizierenden Belichtungseinheit (10, 60) zu polymerisieren, um so sukzessive den Formkörper (27) in der gewünschten Form, die sich aus der Folge der Schichtgeometrien ergibt, aufzubauen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Belichtungseinheit (16, 66) zum flächigen Belichten der Bauplattform (12, 62) von der zur projizierenden Belichtungseinheit (10, 60) gegenüberliegenden Seite aus vorgesehen ist, dass die Bauplattform (12, 62) wenigstens teilweise lichtdurchlässig ausgebildet ist und dass die Steuereinheit (11, 61) dazu ausgelegt ist, die weitere Belichtungseinheit (16, 66) wenigstens beim Aufbau der ersten Schicht (28), die an der Bauplattform (12, 62) anhaftet, zur Belichtung in vorgegebener Geometrie anzusteuern.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von lichtpolymeri- sierbarem Material zum schichtweisen Aufbau eines Fremdkörpers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von lichtpolymerisierbarem Material zum schichtweisen Aufbau eines Formkörpers unter Anwendung einer lithographiebasierten gene¬ rativen Fertigung, z.B. Rapid Prototyping, mit einer Bauplatt¬ form zum Aufbau des Formkörpers, einer projizierenden Belich¬ tungseinheit, die zur ortsselektiven Belichtung einer Fläche auf der Bauplattform mit einem Intensitätsmuster mit vorgege¬ bener Geometrie ansteuerbar ist, und einer Steuereinheit, die dazu vorbereitet ist, in aufeinanderfolgenden Belichtungs¬ schritten übereinanderliegende Schichten auf der Bauplattform jeweils mit vorgegebener Geometrie durch Steuerung der Belich¬ tungseinheit zu polymerisieren, um so sukzessive den Formkör¬ per in der gewünschten Form, die sich aus der Folge der Schichtgeometrien ergibt, aufzubauen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Verarbeitung von lichtpolymerisierbarem Material zum schichtweisen Aufbau eines Formkörpers unter Anwendung einer lithographiebasierten generativen Fertigungstechnik (Rapid Prototyping) , bei dem lichtpolymerisierbares Material auf einer Bauplattform in ei¬ ner Schicht mit vorgegebener Geometrie in einem Belichtungs¬ feld durch Belichten polymerisiert wird, die Bauplattform zur Bildung einer nachfolgenden Schicht verschoben wird, lichtpo¬ lymerisierbares Material auf die zuletzt gebildete Schicht nachgeführt wird, und durch Wiederholen der vorhergehenden Schritte schichtweise der Formkörper in der gewünschten Form, die sich aus der Folge der Schichtgeometrien ergibt, aufgebaut wird.
Die Erfindung ist insbesondere auf den Aufbau von Formkörpern gerichtet, die für Dentalrestaurationen verwendet werden sol¬ len.
CAD-CAM-Technologien haben in der Dentalbranche schon seit ei¬ niger Zeit Einzug gehalten und lösen die traditionelle hand- werkliche Herstellung von Zahnersatz ab. Die heute üblichen abtragenden Herstellungsverfahren zur Erzeugung von keramischen Dentalrestaurationskörpern haben aber einige Nachteile, die nach heutigem Stand der Technik mit vernünftigem Aufwand unter wirtschaftlichen Aspekten nicht verbessert werden können. In diesem Zusammenhang können aufbauende Herstellungsverfahren, die unter der Bezeichnung "rapid prototyping" (schnelle Prototypenbauweise) in Betracht gezogen werden, insbesondere stereolithographische Verfahren, bei denen jeweils eine neu aufgetragene Materialschicht durch ortsselektive Belichtung in der gewünschten Form polymerisiert wird, wodurch sukzessive durch schichtweise Formgebung der gewünschte Körper in seiner dreidimensionalen Form, die sich aus der Aufeinanderfolge der aufgebrachten Schichten ergibt, hergestellt wird.
In Bezug auf keramikgefüllte Polymere ist insbesondere WO 98/06560 zu nennen. Dabei wird ein keramischer Schlicker über eine dynamische Maske (Lichtmodulator) belichtet, wodurch sukzessive ein dreidimensionaler Körper aufgebaut werden soll. Bei dem beschriebenen Verfahren wird der keramischer Schlicker von oben auf einer Bauplattform belichtet. Bei einer solchen Belichtung von oben muss nach jeder Belichtung mit Hilfe einer Rakel eine neue dünne Materialschicht aufgetragen werden (typischerweise mit einer Schichtdicke, die zwischen 10 und 100 μm liegt) . Bei Verwendung höher viskoser Materialien, wie dies keramikgefüllte Harze sind, können solche dünnen Schichten jedoch nur schwer in reproduzierbarer Weise aufgetragen werden.
Im Stand der Technik sind auch, jedenfalls für Photomonomere ohne Keramikfüllung, Techniken bekannt, bei denen die Belichtung von unten durch den Boden einer Wanne hindurch, der mit einer transparenten Folie, Platte oder Platte mit einer ela- stomeren Oberfläche (z.B. aus Silikon oder Fluorelastomer) ausgeführt ist, erfolgt. Über der transparenten Folie oder Platte befindet sich eine Bauplattform, die von einem Hubme- chanismus in einstellbarer Höhe über der Folie oder Platte gehalten wird. Im ersten Belichtungsschritt wird das Photopolymer zwischen Folie und der Bauplattform in der gewünschten Form durch Belichten polymerisiert . Beim Anheben der Bauplattform löst sich die polymerisierte erste Schicht von der Folie oder Platte und flüssiges Monomer fließt in den entstehenden Spalt nach. Durch sukzessives Anheben der Bauplattform und selektive Belichtung des nachgeflossenen Monomermaterials entsteht der schichtweise polymerisierte Formkörper. Eine zur Anwendung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung ist zum Beispiel in DE 199 57 370 Al beschrieben, auf der die Oberbegriffen von Anspruch 1 und 20 beruhen. Eine ähnliche Verfahrensweise ist in DE 102 56 672 Al beschrieben, die sich jedoch ebenfalls auf ungefüllte Polymere bezieht.
Bei der Verarbeitung keramikgefüllter Photopolymere stellen sich gegenüber der Verarbeitung von ungefüllten Photopolymeren folgende Probleme:
Die Grünfestigkeit der polymerisierten Körper ist deutlich geringer (kleiner 10 MPa) als die Festigkeit eines ungefüllten Polymers (typischerweise ca. 20 bis 60 MPa) . Dadurch ist der keramikgefüllte Photopolymerkörper mechanisch deutlich weniger belastbar (z.B. beim Abtrennen der zuletzt gebildeten Schicht von der Platte bzw. Folie, durch die hindurch von unten belichtet wurde) .
Durch den hohen Anteil an Keramikpartikeln kommt es zu ausgeprägter Lichtstreuung, und die Eindringtiefe des verwendeten Lichtes ist deutlich reduziert. Damit verbunden ist eine ungleichmäßige Polymerisation in z-Richtung (Strahlungsrichtung) bei Schichtdicken von mehr als 20 μm. Durch die geringe Eindringtiefe ist es auch schwierig, eine zuverlässige Haftung der ersten Schicht direkt an der Bauplattform zu erreichen. Bei keramikgefüllten Monomerma- terial kann jedoch nicht gewährleistet werden, dass die anfängliche Startschicht ausreichend dünn ist (z.B. kleiner als 75 μm) . Somit ließe sich auch bei sehr langer Belichtung der ersten Schicht eine reproduzierbare Haftkraft an der Bauplattform nicht gewährleisten.
Im Vergleich zu ungefüllten Photopolymeren sind keramikgefüllte photopolymerisierbare Materialien deutlich viskoser. Dies stellt erhöhte Anforderungen an den verwendeten Beschichtungsmechanismus . Insbesondere kann die Zeit, die bis zum Nachfließen von keramikgefülltem Photopolymer nach Anheben der Bauplattform benötigt wird, erheblich länger sein. Auch stellt das Anheben und Absenken der Bauplattform in einem hochviskosen Photopolymermaterial erhöhte Anforderungen, um Beschädigungen des Bauteils zu vermeiden.
Aufgrund der hohen Grundviskosität sind keramikgefüllte Photopolymere empfindlicher hinsichtlich Gelierung durch Streulicht oder Umgebungslicht. Bereits kleine Lichtintensitäten sind ausreichend, um durch die stattfindende Polymerisation die Viskosität des Materials über die zulässige Grenze anzuheben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aufbauendes Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung lichtpolymeri- sierbarer Materialien zum Aufbau von Formkörpern unter Anwendung einer lithographischen schnellen Prototypenbauweise so zu verbessern, dass damit auch höher viskose lichtpolymerisierba- re Materialen, insbesondere keramikgefüllte Photopolymere, besser verarbeitet werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient die Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und das Verfahren nach Patentanspruch 15. Vorteilhaf- te Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Belichtungseinheit zum flächigen Belichten der Bauplattform von der zur projizierenden Belichtungseinheit gegenüberliegenden Seite aus vorgesehen ist, dass die Bauplattform wenigstens teilweise lichtdurchlässig (transparent oder transluzent) ausgebildet ist und dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die weitere Belichtungseinheit wenigstens beim Aufbau der ersten Schicht, die an der Bauplattform anhaftet, zur Belichtung in vorgegebener Geometrie anzusteuern, um eine vollständige Polymerisation und Anhaftung wenigstens der ersten Schicht an der Bauplattform zu erreichen. Dies ist insbesondere für lichtpolymerisierbare Materialien von Vorteil, in denen Licht stark absorbiert oder gestreut wird, da diese bei ausschließlicher Belichtung von der der Bauplattform abgewandten Seite aus nicht zuverlässig und reproduzierbar vollständig polymerisiert werden können.
Außerdem wird durch diese vollständige Polymerisation eine exakte Parallelität der ersten Schicht zum Wannenboden erzeugt, welche für den optimalen Abtrennprozess der weiteren Schichten von großer Bedeutung ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens einer Wanne mit einem wenigstens teilweise lichtdurchlässig ausgebildeten Boden auf, in die lichtpolymerisier- bares Material einfüllbar ist, wobei die Bauplattform mit einem Hubmechanismus in relativ zum Wannenboden einstellbar Höhe über dem Wannenboden gehalten ist. Die Steuereinheit ist dazu vorbereitet, nach jedem Belichtungsschritt für eine Schicht die Relativposition der Bauplattform zum Wannenboden durch Steuerung des Hubmechanismus anzupassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die projizierende Belichtungseinheit unterhalb des Wannenbodens zur Belichtung des wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Wannenbodens von unten angeordnet; entsprechend ist dann die weitere Belichtungseinheit hinter der von dem Wannenboden abgewandten Seite der Bauplattform oberhalb davon angeordnet, um die Bauplattform von oben aus zu belichten.
Vorzugsweise ist in dem Hubmechanismus ein mit der Steuereinheit verbundener Kraftaufnehmer vorhanden, der dazu in der Lage ist, die von dem Hubmechanismus auf die Bauplattform ausgeübte Kraft zu messen und das Messergebnis an die Steuereinheit zu senden, wobei die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, die Bauplattform mit einem vorgegebenen Kraftverlauf zu bewegen. Insbesondere bei keramikgefüllten lichtpolymerisierbaren Materialien können aufgrund der hohen Viskosität beim Herunterfahren in das oder beim Herauffahren der Bauplattform aus dem viskosen Material große Kräfte auftreten, die durch das Verdrängen beziehungsweise Ansaugen des viskosen Materials zwischen Bauplattform und Wannenboden bedingt sind. Um die auftretenden Kräfte zu beschränken und dennoch eine möglichst hohe Absenk- beziehungsweise Anhebegeschwindigkeit zu ermöglichen, was den Produktionsprozess insgesamt beschleunigt, kann die Steuereinheit durch eine Kraftmessung den Hubmechanismus in optimaler Weise kraftgesteuert einsetzen.
Vorzugsweise werden in der Vorrichtung als Lichtquelle der projizierenden Belichtungseinheit und/oder der weiteren Belichtungseinheit Leuchtdioden eingesetzt. Herkömmlich wurden bei Stereolithographieprozessen mit Maskenprojektion Quecksilberdampflampen eingesetzt, was aber Nachteile mit sich bringt, da die Leuchtdichte solcher Quecksilberdampflampen zeitlich und räumlich in beträchtlichem Ausmaß variieren kann, was häufig zu wiederholende Kalibrationen erforderlich machte. Daher ist der Einsatz von Leuchtdioden bevorzugt, die räumlich und zeitlich deutlich geringere Intensitätsvariationen zeigen. Gleichwohl ist die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform dazu vorbereitet, in vorgegebenen Intervallen automatisch eine Korrektur oder Kompensation von Intensitätsvariationen durchzuführen. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Belichtungseinheit einen Referenzsensor aufweist, der als ein das gesamte Belichtungsfeld abtastender Photosensor oder als eine das gesamte Belichtungsfeld erfassende CD-Kamera ausgebildet ist. Die Steuereinheit ist dazu vorbereitet, in einem Kalibrationsschritt das Belichtungsfeld mit einer vorgegebenen Intensität zu belichten und das von dem Referenzsensor erfass- te Intensitätsmuster zur Berechnung einer ortsabhängigen Kompensation zu verwenden, deren Anwendung eine gleichmäßige Intensität im gesamten Belichtungsfeld ergibt.
Vorzugsweise werden Leuchtdioden eingesetzt, die Licht mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen emittieren. Damit ist es möglich, verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Photoinitiatoren in derselben Vorrichtung zu verarbeiten.
Die projizierende Belichtungseinheit und die weitere Belichtungseinheit sind vorzugsweise zur Emission von Licht mit einer mittleren Intensität von 1 mW/cm2 bis 2000 mW/cm2, insbesondere 5 mW/cm2 bis 50 mW/cm2, ausgelegt.
Die projizierende Belichtungseinheit weist vorzugsweise einen räumlichen Lichtmodulator auf, insbesondere ein von der Steuereinheit angesteuertes Mikrospiegelfeld.
Die projizierende Belichtungseinheit weist weiterhin zumindest einen Referenzsensor aufweist, der als ein das gesamte Belichtungsfeld abtastender Photosensor oder als eine das gesamte Belichtungsfeld erfassende CCD-Kamera ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit dazu vorbereitet ist, in einem Kalibrationsschritt das Belichtungsfeld mit einem über das ganze Belich- tungfeld homogenen Ansteuerungssignal zu belichten und das von dem Referenzsensor erfasste Intensitätsmuster zur Berechnung einer Kompensationsmaske zur Erzielung einer gleichmäßigen Intensität im gesamten Belichtungsfeld zu verwenden. Die Kompensationsmaske liefert ortsabhängig im Belichtungsfeld eine Beziehung zwischen der die Belichtungseinheit ansteuernden Signalamplitude und der jeweils daraus resultierenden tatsächlichen Intensität. Dadurch können zeitabhängig oder permanent auftretende Variationen der örtlichen Intensitätsverteilung im Belichtungsfeld kompensiert werden, indem die projizierende Belichtungseinheit von der Steuereinheit mit einer zu der im letzten Kalibrationsschritt erfassten Kompensationsmaske in- versen Normierung ortsabhängig gesteuert wird, so dass eine gleichmäßige tatsächliche Intensität im Belichtungsfeld erreichbar ist.
Um eine möglichst gleichmäßige und exakt vorgebbare Schichtdicke von lichtpolymerisierbarem Material über dem Wannenboden zu erreichen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise folgendermaßen aufgebaut. Die Wanne ist in horizontaler Richtung bezüglich der projizierenden Belichtungseinheit und der Bauplattform beweglich. In Bewegungsrichtung der Wanne vor Belichtungseinheit und Bauplattform ist eine Aufbringvorrichtung, beispielsweise eine Rakel oder eine Rolle, angeordnet, deren Höhe über dem Wannenboden einstellbar ist. Die mit einer Unterkante parallel zum Wannenboden verlaufende Aufbringvorrichtung streicht das lichtpolymerisierbare Material auf eine einheitliche Dicke glatt, bevor es den Polymerisationsbereich zwischen Belichtungseinheit und Bauplattform erreicht.
Zur Ausführung dieser Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten kann die Wanne mit ihrem Boden um eine zentrale Achse drehbar gelagert sein und durch einen Antrieb zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten um einen vorgegebenen Winkel gedreht werden. Die projizierende Belich- tungseinheit und die darüberliegende Bauplattform liegen radial gegenüber der zentralen Achse nach außen versetzt, so dass bei aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten und dazwischen erfolgenden Drehbewegungsschritten schließlich ein Kreisringform des Wannenbodens überstrichen wird. Die Aufbringvorrichtung, z.B. Rakel oder Rolle oder Kombinationen daraus, liegt dann in Bewegungsrichtung vor der projizierenden Belichtungseinheit, so dass der Belichtungsprozess nach Einwirken der Aufbringvorrichtung auf die Materialschicht erfolgt. Es können noch mehrere Rakel oder Rollen oder Kombinationen davon vorgesehen sein, um eine glattstreichende und eine walzende Einwirkung auf die Schicht zu nehmen. Die Aufbringvorrichtung kann insbesondere auch von einer Kante eines Ausgabekanals der Zufuhreinrichtung gebildet sein, die in einstellbarer Höhe über dem Wannenboden liegt.
Das lichtpolymerisierbare Material kann zum Beispiel aus einer Zufuhreinrichtung, zum Beispiel einem Reservoir, in die Wanne mit dem teilweise lichtdurchlässigen Boden ausgegeben werden, wobei die Belichtung von unten durch den lichtdurchlässigen Boden erfolgt. Zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten zur Bildung von aufeinanderfolgenden Schichten wird der Boden relativ zu Belichtungseinheit und Bauplattform bewegt. Während des Belichtungsschrittes ruht die Wanne in Bezug auf die Belichtungseinheit und die Bauplattform.
Durch geeignete Wahl der Größe der Bewegungsschritte der Wanne können Strategien durchgeführt werden, die es erlauben, den Wannenboden an immer neuen Stellen zu belichten, so dass ein Anhaften des lichtpolymerisierbaren Materials am Wannenboden durch mehrfaches Belichten an derselben Stelle des Wannenbodens reduziert werden kann. Bei einer Drehbewegung der Wanne ist. z.B. das Verhältnis Vollkreis (360°) zum Drehwinkelschritt vorzugsweise nicht ganzzahlig, insbesondere auch keine rationale Zahl. Alternativ können die Drehwinkelschritte auch in vorgegebener oder zufälliger Weise variiert werden, so dass die Polymeristation in immer anderen Bereichen der Wanne erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt in Drehrichtung hinter dem Bereich der projizierenden Belichtungseinheit und Bauplattform ein in vorgebbarer Höhe über dem Wannenboden positionierbarer Wischer, der für eine erneute Verteilung des Materials nach dem Polymerisationspozess ausgestaltet ist. Nach einem Belichtungsschritt bleibt nach Anheben der Bauplattform bleibt auf dem Wannenboden in der Materialschicht eine Zone ohne lichtpolymerisierbares Material zurück, die der Form der zuletzt gebildeten Schicht entspricht. Diese Zone wird durch erneutes Verteilen des Materials am Wannenboden spätestens beim Passieren des Wischers wieder aufgefüllt.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu ausgestaltet, um bei Einleitung des Anhebens der Bauplattform nach einem Belichtungsschritt unter Steuerung der Steuereinheit eine relative Kippbewegung zwischen Bauplattform und Wannenboden auszuführen, wodurch eine schonendere Trennung der polymerisierten Materialschicht vom Wannenboden und damit eine geringe Belastung des Formkörpers erreicht wird.
In einer Bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Wannen, denen jeweils eine Zufuhreinrichtung für eines aus einer Mehrzahl von lichtpolymerisierbaren Materialien zugeordnet ist, und ein Antrieb vorhanden sind, der in der Lage ist, gesteuert durch die Steuereinheit jeweils eine der Wannen in einer ausgewählten vorgegebenen Reihenfolge zwischen die projizierende Belichtungseinheit, die weitere Belichtungseinheit und Bauplattform zu bewegen, wobei diese Bewegung eine lineare Bewegung bei serieller Anordnung mehrerer Wannen oder eine rotierende Bewegung bei der Anordnung mehrerer Wannen entlang einer gekrümmten Bahn ist, wodurch Schichten aus verschiedenen Materialien nach Maßgabe der ausgewählten vorgegebenen Reihenfolge aufgebaut werden können.
Vorzugsweise weist die Zufuhreinrichtung eine Aufnahme zum Einsetzen einer Kartusche mit lichtpolymerisierbarem Material auf, um auf einfache Weise das für den jeweiligen Bauprozess gewünschte lichtpolymerisierbare Material zum Einsatz bringen zu können.
Vorzugsweise ist die Unterseite der Bauplattform mit einer Strukturierung z.B. aus Noppen, Rillen oder Nuten versehen, die in oder auf der unteren Oberfläche selbst und/oder in oder auf einer darauf aufgebrachten Beschichtung oder Folie vorgesehen ist. Vorzugsweise wird der wenigstens teilweise lichtdurchlässige Wannenboden durch eine einen Polymerisationsinhibitor enthaltende Folie oder Platte gebildet. Die Bauplattform kann insbesondere aus einem hochtemperaturbeständigen Material bestehen, vorzugsweise aus Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Saphirglas oder Quarzglas.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren der oben genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei der Polymerisation der ersten Schicht direkt an der Bauplattform eine Einstrahlung von Licht in die der Seite mit der ersten zu polymerisie- renden Schicht gegenüberliegende Seite der Bauplattform erfolgt, wobei die Bauplattform- im Bereich des Belichtungsfeldes lichtdurchlässig ausgeführt ist, um eine vollständige Polymerisation und Anhaftung wenigstens der ersten Schicht an der Bauplattform zu erreichen.
Vorzugsweise wird das lichtpolymerisierbare Material an der Unterseite der Bauplattform durch Belichten von unten polyme- risiert, wird die Bauplattform relativ zu einer Wanne nach jedem Belichtungsschritt angehoben und lichtpolymerisierbares Material unter die zuletzt gebildete Schicht nachgeführt. Anschließend wird die Bauplattform mit den daran gebildeten Schichten vorzugsweise wieder in das nachgeführte lichtpolyme- risierbare Material abgesenkt, so dass lichtpolymerisierbares Material aus dem Zwischenraum verdrängt wird, und der Abstand zwischen der unteren Oberfläche der zuletzt gebildeten Schicht und dem Wannenboden in vorgegebener Weise eingestellt. Auf diese Weise kann durch einen mechanisch präzises Einstellen der Bauplattform über dem Wannenboden die Dicke der zu bildenden Schicht, die dem Abstand zwischen unterer Oberfläche der zuletzt gebildeten Schicht und dem Wannenboden entspricht, präzise eingestellt werden.
Vorzugsweise wird die erste Schicht des lichtpolymerisierbaren Materials an eine an der Unterseite der Bauplattform angeordnete, gegebenenfalls entfernbare Folie oder Beschichtung anpo- lymerisiert .
Vorzugsweise erfolgt das Verschieben der Bauplattform durch Anheben und/oder Absenken kraftgesteuert nach Maßgabe eines vorgegebenen Kraftverlaufs, d.h. die von dem Hubmechanismus auf die Bauplattform ausgeübte Kraft wird auf vorgegebene Kriterien hin beschränkt. Dadurch können die auftretenden Kräfte, die insbesondere bei höher viskosen Materialien erheblich sein können und die den Aufbau des Formkörpers beschädigen könnten, beschränkt werden und dennoch eine möglichst hohe Absenk- bzw. Anhebegeschwindigkeit der Bauplattform in das bzw. aus dem lichtpolymerisierbaren Material ermöglicht werden, was die Geschwindigkeit des Produktionsprozesses insgesamt optimiert, da immer mit der höchsten Geschwindigkeit, bei der Beschädigungen noch vermieden werden, gearbeitet werden kan.
Vorzugsweise wird lichtpolymerisierbares Material aus einer Zufuhreinrichtung in eine Wanne mit einem wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Boden ausgegeben wird, wobei die Belichtung von unten durch den wenigstens teilweise lichtdurchlässig ausgebildeten Wannenboden erfolgt, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen zur Bildung von aufeinanderfolgenden Schichten der Boden der Wanne relativ zur projizierenden und Belichtungseinheit sowie der weiteren Belichtungseinheit und der Bauplattform bewegt wird, wobei in Bewegungsrichtung vor den Belichtungseinheiten und Bauplattform eine Aufbringvorrichtung, vorzugsweise eine Rakel oder eine Rolle, angeordnet ist, deren Höhe über dem Wannenboden eingestellt wird, um das lichtpolymerisierbare Material auf eine gleichmäßige Schichtdicke zu bringen.
Vorzugsweise ist die Wanne drehbar gelagert ist und wird zwischen aufeinanderfolgenden Schichtaufbauschritten um einen vorgegebenen Winkel um die Drehachse gedreht.
Alternativ oder zusätzlich kann die Wanne seitlich versetzbar gelagert sein und zwischen aufeinanderfolgenden Schichtaufbauschritten um einen vorgegebenen Weg in horizontaler Richtung versetzt werden.
Um den Aufbau von Formkörpern unter Verwendung von verschiedenen Materialien zu ermöglichen, kann in aufeinanderfolgenden Schichtaufbauschritten in einer auswählbaren Reihenfolge eine Mehrzahl von verschiedenen Materialien zum Schichtaufbau verwendet werden, indem eine Mehrzahl von Wanne, denen jeweils eine Zufuhreinrichtung mit einem aus der Mehrzahl von Materialien zugeordnet ist, in einer ausgewählten Reihenfolge zwischen die projizierende Belichtungseinheiten und Bauplattform bewegt wird, wobei diese Bewegung eine lineare Bewegung bei serieller Anordnung mehrerer Wannen oder eine rotierende Bewegung bei Anordnung mehrerer Wannen entlang einer gekrümmten Bahn ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Herstellung des Formkörpers ein partikelgefülltes, beispielsweise keramikgefülltes, lichtpolymerisierbares Material verwendet wird und aus dem fertigen Formkörper die organischen Bestandteile ausgebrannt werden, bevor der Formkörper gesintert wird. Vorzugsweise kann der Partikelanteil des lichtpolymerisierbaren Materials aus einer Oxidkeramik oder einer Glaskeramik besteht.
Vorzugsweise wird das lichtpolymerisierbare Material an der Unterseite der Bauplattform durch Belichten von unten polyme- risiert, wonach die Bauplattform relativ zu einer Wanne für das lichtpolymerisierbare Material nach jedem Belichtungsschritt angehoben wird und lichtpolymerisierbares Material unter die zuletzt gebildete Schicht nachgeführt wird. Dabei kann die erste Schicht des lichtpolymerisierbaren Materials an einer an der Unterseite der Bauplattform angeordneten, entfernbaren Folie oder Beschichtung anpolymerisiert werden.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Formkörper kann zum Beispiel ein Grünling für eine Dentalrestauration sein, wobei das lichtpolymerisierbare Material in diesem Fall zum Beispiel ein keramikgefülltes Photopolymer sein kann. Die Bauplattform weist vorzugsweise eine Platte aus einem hochtemperaturbeständigen Material auf, vorzugsweise aus Zir- konoxid, Aluminiumoxid, Saphirglas oder Quarzglas. Auf einen solchen keramischen Träger kann eine transparente Polymerfolie aufgeklebt sein, um die Bauplattform zu bilden, wobei die Polymerfolie auf der Seite, die mit dem Photopolymer in Kontakt kommt, mit Strukturierungen wie Noppen, Rillen oder dergleichen versehen sein kann, um eine noch bessere Anhaftung des keramikgefüllten Photopolymers zu erreichen. Nach dem sukzessiven Aufbau des Grünlings kann die Bauplattform mit dem daran anhafteten Grünling entnommen und direkt in den Sinterofen eingebracht werden. Beim Entbindern des Bauteils zersetzt sich neben der organischen Harzkomponente auch die Polymerfolie der Bauplattform und der gesinterte Keramikkörper liegt somit nach dem Sintern lose auf der Platte der Bauplattform und kann entnommen werden.
Vorzugsweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Formteils ein Kunststoff verwendet werden, wobei das Formteil nach dessen Herstellung in einer Einbettmasse eingebettet und nach Erstarrung der Einbettmasse ausgebrannt wird und wobei die entstandenen Hohlräume in der Einbettmasse ein anderes Material, insbesondere ein Dentalkeramikmaterial oder Metall oder eine Legierung eingepresst wird.
Bei einem bevorzugten Verfahren kann für die Herstellung des Formteils ein Dentalkomposit verwendet werden und das Formteil nach dessen Herstellung vergütet und anschließend poliert oder lackiert und anschließend vergütet werden.
Vorzugsweise besteht bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Keramikanteil des keramikgefüllten Photopolymers aus einer Oxidkeramik oder einer Glaskeramik, insbesondere Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Lithiumdisilikat , Leuzitglaskeramik, Apatit-Glaskeramik oder Mischungen daraus.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise nach Durchführung eines Belichtungsschrittes bei ruhender Wanne die Bauplattform angehoben, um die gebildete Schicht vom Wannenboden abzuheben. Vorzugsweise wird dazu eine leichte relative Kippbewegung zwischen Bauplattform und Wannenboden durchgeführt, da nach der Polymerisation eine Anhaftung der gebildeten Schicht an dem Wannenboden bei senkrechtem Ziehen nach oben zu einer zu starken mechanischen Belastung der gerade gebildeten Schicht beziehungsweise des gesamten Bauteils führen könnte. Nach Anheben der Bauplattform bleibt auf dem Wannenboden in der Materialschicht eine Zone ohne lichtpolymerisierba- res Material zurück, die der Form der zuletzt gebildeten Schicht entspricht. Diese Zone wird durch erneutes Verteilen des Materials am Wannenboden spätestens beim Passieren der Rakel oder der Rolle oder durch einen optionalen zusätzlichen Wischer wieder aufgefüllt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine seitliche Draufsicht, teilweise im Schnitt auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus Figur 1 von oben zeigt,
Fig. 3 bis 5 zeigen eine Teilansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 im Bereich von Bauplattform und Wannenboden in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten,
Fig. 6 zeigt auf Draufsicht von oben für eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 7 eine seitliche Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf die Vorrichtung der zweiten Ausführungsform aus Fig. 6 zeigt, und
Fig. 8 eine Draufsicht von oben auf eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zeigt.
Das folgende Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung eines Grünlings für eine Dentalrestauration.
Es werden zunächst mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 die Hauptkomponenten der Vorrichtung beschrieben. Die Vorrichtung weist in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsforra ein Gehäuse 2 auf, das zur Unterbringung und Anbringung der übrigen Komponenten der Vorrichtung dient. Die Oberseite des Gehäuses 2 wird durch eine Wanne 4 bedeckt, die zumindest in den für Belichtungen vorgesehenen Bereichen einen transparenten und ebenen Wannenboden hat.
Unter dem Wannenboden 4 ist in dem Gehäuse 2 eine projizierende Belichtungseinheit 10 vorgesehen, die gesteuert von einer Steuereinheit 11 ein vorgegebenes Belichtungsfeld an der Unterseite des Wannenbodens 6 selektiv mit einem Muster in gewünschter Geometrie belichten kann.
Vorzugsweise weist die projizierende Belichtungseinheit 10 eine Lichtquelle 15 mit einer mehreren Leuchtdioden 23 auf, wobei im Belichtungsfeld vorzugsweise eine Lichtleistung von etwa 15 bis 20 mW/cm2 erreicht wird. Die Wellenlänge des von der Belichtungseinheit abgestrahlten Lichts liegt vorzugsweise im Bereich von 400 bis 500 nm. Das Licht der Lichtquelle 15 wird über einen Lichtmodulator 17 ortsselektiv in seiner Intensität moduliert und in dem resultierenden Intensitätsmuster mit gewünschter Geometrie auf das Belichtungsfeld an der Unterseite des Wannenbodens 6 abgebildet. Als Lichtmodulatoren können verschiedene Arten von sogenannten DLP-Chips (digital light processing chips) dienen, wie zum Beispiel Mikrospiegelfelder, LCD-Felder und dergleichen. Alternativ kann als Lichtquelle ein Laser verwendet werden, dessen Lichtstrahl über einen beweglichen Spiegel, der von der Steuereinheit gesteuert werden kann, das Belichtungsfeld sukzessive abtastet.
Über der projizierenden Belichtungseinheit 10 ist jenseits des Wannenbodens 6 eine Bauplattform 12 vorgesehen, die von einem Hubmechanismus 14 mit einem Trägerarm 18 gehalten wird, so dass sie in höhenverstellbarer Weise über dem Wannenboden 6 über der Belichtungseinheit 10 gehalten wird. Die Bauplattform 12 ist ebenfalls transparent oder transluzent.
Über der Bauplattform 12 ist eine weitere Belichtungseinheit 16 angeordnet, die ebenfalls von der Steuereinheit 11 angesteuert wird, um zumindest bei der Bildung der ersten Schicht unter der Bauplattform 12 auch Licht von oben durch die Bauplattform 12 einzustrahlen, um dadurch eine sichere und verlässlich reproduzierbare Polymerisation und Anhaftung der ersten polymerisierten Schicht an der Bauplattform zu erreichen.
Oberhalb der Oberfläche der Wanne 4 ist ferner eine Zufuhreinrichtung 8 mit einem Reservoir in Form einer austauschbare Kartusche 9 gefüllt mit lichtpolymerisierbarem Material vorgesehen. Aus der Zufuhreinrichtung 8 kann sukzessive unter Steuerung der Steuereinheit 11 keramikgefülltes lichtpolymeri- sierbares Material auf den Wannenboden 6 ausgeben werden. Die Zufuhreinrichtung wird von einem höhenverstellbaren Träger 34 gehalten.
Die Wanne 4 ist an dem Gehäuse 2 mit einem Lager 7 um eine vertikale Achse 22 drehbar gelagert. Es ist ein Antrieb 24 vorgesehen, der von der Steuereinheit 11 angesteuert die Wanne 4 in eine gewünschte Drehstellung einstellt.
In Drehrichtung zwischen Belichtungseinheit 12 und Zufuhreinrichtung 8 kann ein Wischer 30 mit einstellbarer Höhe über dem Wannenboden 6 angeordnet sein, der unterschiedliche Funktionen übernehmen kann, wie weiter unten erläutert.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt zwischen der Zufuhreinrichtung 8 und der Belichtungseinheit 12 oberhalb des Wannenbodens 6 eine Aufbringvorrichtung 26, hier in Form einer Rakel 26, die in einstellbarer Höhe über dem Wannenboden 6 positionierbar ist, um so Material, das aus der Zufuhreinrichtung 8 auf den Wannenboden 6 ausgegeben worden ist, glattzustreichen, bevor es die Belichtungseinheit 12 erreicht, um dadurch eine gleichmäßige und vorgegebene Schichtdicke sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich zu der Rakel können eine oder mehrere Walzen oder weitere Rakel zu der Aufbringvorrichtung gehören, um in glättender Weise auf die Materialschicht einzuwirken.
Der die Bauplattform 12 tragende Schwenkarm 18 ist über ein Drehgelenk 20 mit dem vertikal verschiebbaren Teil des Hubmechanismus 14 verbunden. In dem Hubmechanismus 14 ist ferner ein Kraftaufnehmer 29 vorgesehen, der die von dem Hubmechanismus 14 beim Absenken bzw. Anheben der Bauplattform 12 auf diese ausgeübte Kraft misst und das Messergebnis zu der Steuereinheit 12 sendet. Diese ist wie weiter unten beschrieben dazu ausgestaltet, um den Hubmechanismus 14 nach eine vorgegebenen Kraftverlauf zu steuern, z.B. die auf die Bauplattform 12 ausgeübte Kraft auf einem Maximalwert zu begrenzen.
Die Funktionsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung kann zusammenfassend folgendermaßen beschrieben werden. Aus der Zufuhreinrichtung 8 wird gesteuert durch die Steuereinheit eine vorgegebene Materialmenge von keramikgefülltem lichtpolymerisierbaren Material 5 auf den Wannenboden 6 ausgegeben. Durch Ansteuerung des Antriebs 24 veranlasst die Steuereinheit 11 eine Drehung des Wannenbodens 6 um die Drehachse 22, so dass das ausgegebene Material die Aufbringvorrichtung 26, hier einer Rakel, passiert, die das lichtpolyme- risierbare Material auf eine vorgegebene Schichtdicke 32 glättet, die durch die Höheneinstellung der Aufbringvorrichtung 26 bestirnt wird. Weiter wird das Material durch Drehung der Wanne 4 bis in den Bereich zwischen der Bauplattform 12 und der Belichtungseinheit 10 bewegt.
Hier folgt nun, nach Stoppen der Drehbewegung der Wanne 4, das Absenken der Bauplattform 12 in die auf dem Wannenboden 6 ge- bildete Schicht aus lichtpolymerisierbaren Material 5, was im Folgenden anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert wird. In dem in Fig. 3 gezeigten Zustand ist auf dem Wannenboden eine Schicht aus lichtpolymerisierbaren Material 5 mit einer vorgegebenen Dicke 32 gebildet, wobei sich die Bauplattform 12 in diesem Zustand noch oberhalb der Schicht 5 befindet. An der Unterseite der Bauplattform 12 ist eine Folie 13 angebracht, auf die weiter unten eingegangen wird. Aus dem in Fig. 3 dargestellten Zustand erfolgt nun ein Absenken der Bauplattform 12 durch den von der Steuereinheit 11 gesteuerten Hubmechanismus 14, so dass die Bauplattform 12 mit der Folie 13 an der Unterseite in die Schicht aus lichtpolymerisierbaren Material 5 eintaucht und dieses bei weiterem Absenken teilweise aus dem Zwischenraum zwischen der Folie 13 und der oberen Oberfläche des Wannenbodens 6 verdrängt. Durch den Hubmechanismus 14 wird die Bauplattform 12 von der Steuereinheit 11 gesteuert so zu dem Wannenboden abgesenkt, dass eine Schicht mit einer präzise vorgegebenen Schichtdicke 21 zwischen Bauplattform und Wannenboden definiert wird. Dadurch lässt sich die Schichtdicke 21 des zu polymerisierenden Materials präzise steuern.
Beim Eintauchen der Bauplattform 12 in das lichtpolymerisier- bare Material 5 und dem weiteren Absenken in die in Fig. 4 gezeigte Stellung könnten insbesondere bei Verdrängung von höher viskosem Material große Kräfte auftreten, wenn das Absenken der Bauplattform mit vorgegebener Geschwindigkeit erfolgen würde. Um zu verhindern, dass die aufzubauenden Materialschichten beim Absenken der Bauplattform 12 in das lichtpoly- merisierbare Material 5 zu großen Kräften ausgesetzt ist, ist in dem Hubmechanismus der oben erwähnte Kraftaufnehmer 29 vorhanden, der die auf die Bauplattform 12 ausgeübte Kraft misst und das Messsignal an die Steuereinheit 11 sendet. Diese ist nur dazu vorbereitet, den Hubmechanismus so zu steuern, dass die von dem Kraftaufnehmer 29 erfasste Kraft vorgegebenen Kriterien folgt, insbesondere dass die ausgeübte Kraft eine vor- gegebene Maximalkraft nicht überschreitet. Dadurch kann das Absenken der Bauplattform 12 das lichtpolymerisierbare Material 5 hinein und das Anheben der Bauplattform daraus heraus einerseits so gesteuert durchgeführt werden, dass die auf die Bauplattform damit auch auf die bereits gebildeten Schichten ausgeübten Kräfte begrenzt werden und dadurch Beschädigungen beim Aufbau des Formkörpers vermieden werden, und andererseits das Absenken und Anheben der Bauplattform 12 mit der maximal möglichen Geschwindigkeit, bei der Beschädigungen des aufzubauenden Formkörpers gerade noch vermieden werden, durchgeführt werden können, um so eine optimale Prozessgeschwindigkeit zu erreichen.
Nach dem Absenken der Bauplattform in das lichtpolymerisierbare Material 5 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung folgt nun der erste Belichtungsschritt zur Polymerisation der ersten Schicht 28 an der Bauplattform 12, wobei dabei erfindungsgemäß auch die weitere Belichtungseinheit 16 betätigt wird (gleichzeitig oder zeitlich versetzt) , um ein sicheres Anhaften der ersten Polymerisationsschicht 28 an der Bauplattform zu gewährleisten. Während des Belichtungsprozesses bleibt die Wanne 4 ruhig gehalten, d.h. der Antrieb 24 bleibt abgeschaltet. Nach dem Belichten einer Schicht wird die Bauplattform 12 durch den Hubmechanismus 14 angehoben. Dabei wird vorzugsweise aber zunächst vor dem Anheben der Bauplattform 12 eine relative Kippbewegung zwischen der Bauplattform 12 und dem Wannenboden 6 durchgeführt. Diese leichte Kippbewegung soll zu einer mechanisch wenig belastenden Ablösung der zuletzt polymerisierten Schicht des Formkörpers 27 vom Wannenboden 6 dienen. Nach dieser Kippbewegung und Ablösung der zuletzt gebildeten Schicht wird die Transportplattform um eine vorgegebene Strecke angehoben, wie in Fig. 5 gezeigt, so dass die zuletzt gebildete Schicht an dem Formkörper 27 über dem lichtpolymerisierbaren Material 5 liegt. Anschließend wird wieder Material aus der Zufuhreinrichtung 8 ausgegeben und die Wanne 4 durch den Antrieb 24 um einen vorgegebenen Drehwinkel gedreht, wobei das sich an der Rakel vorbeibewegende Material wieder auf eine einheitliche Schichtdik- ke gebracht wird. Diese Schrittfolge wird unter Bildung von aufeinanderfolgenden Schichten vorgegebener Konturform solange fortgesetzt, bis die Aufeinanderfolge von Schichten mit jeweils vorgegebener Geometrie die gewünschte Form des keramischen Grünlings ergibt.
Der hinter der Belichtungseinheit vorgesehene Wischer 30 über dem Wannenboden 6 kann verschiedene Funktionen haben. Er kann zum Beispiel, wenn er ganz auf den Wannenboden 6 abgesenkt ist, dazu dienen, das Material von dem Wannenboden zu sammeln und abzuleiten oder in die Zufuhreinrichtung 8 zurückzuführen, was am Ende eines Bauprozesses erfolgen sollte. Während eines Bauprozesses dient der Wischer 30, wenn er leicht gegenüber dem Wannenboden 6 angehoben ist, dazu, das Material wieder zu verteilen, insbesondere wieder Material in die "Löcher" zu schieben, die durch einen Belichtungsprozess in der Materialschicht nach Anheben der Bauplattform 12 entstanden sind.
Nach der Beendigung eines Bauprozesses kann die Bauplattform 12 mit der darüber angebrachten Belichtungseinheit 16 insgesamt durch Schwenken des Schwenkarms 18 um das Gelenk 20 nach oben geschwenkt werden, wie in Figur 1 gestrichelt angedeutet ist. Danach besteht besser Zugang zu der Wanne 4, um diese zum Beispiel reinigen oder austauschen zu können.
Nach dem beschriebenen Aufbau des Grünlings aus polymerisier- tem keramikgefüllten Material muss dieser aus der Vorrichtung entnommen und einem Brennofen zugeführt werden, in dem durch die Temperaturbehandlung eine Zersetzung des polymerisierten Bindemittels (Entbindern) herbeigeführt und eine Sinterung des Keramikmaterials durchgeführt wird. Zur Vereinfachung der Handhabung des aufgebauten Körpers ist die Bauplattform so gestaltet, dass sie von dem Trägerarm 18 leicht lösbar ist. Dann kann die Bauplattform mit dem daran haftenden aufgebauten keramikgefüllten Formkörper 27 von ihrem Träger 18 abgenommen und in einem Brennofen platziert werden. Um diese bevorzugte einfache Entnahme des aufgebauten Dentalrestaurationskörpers aus keramikgefüllten Polymer zu ermöglichen, muss die Bauplattform aber aus einem hochtemperaturbeständigen Material hergestellt sein, wozu zum Beispiel Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Saphirglas oder Quarzglas dienen können. Als Alternative dazu ist eine selbstklebende, transparente Folie möglich, welche auf der dem Photopolymer zugewandten Seite für eine bessere Anhaftung mit Noppen, Rillen, Ritzen etc. strukturiert sein kann, und welche nach dem Bauprozess durch einfaches Ablösen von der Bauplattform oder samt der Bauplattform abgenommen und samt der Folie in den Brennofen zur Entbinderung/Sinterung gegeben werden kann.
Fig. 6 und 7 zeigen gegenüber der Vorrichtung aus den Fig. 1 und 2 mit drehbarer Wanne eine alternative Ausführungsform, in der die Wanne 54 linear hin und her beweglich ausgestaltet ist. In dieser Ausführungsform ist am Gehäuse 52 eine Wanne 54 linear beweglich in einem Lager 57 gelagert. Oberhalb der Wanne 54 ist die Zufuhreinrichtung 58 in höhenverstellbarer Weise angeordnet. In Bezug auf die lineare Bewegungsrichtung versetzt gegenüber der Zufuhreinrichtung 58 ist oberhalb der Wanne 54 die Bauplattform 62 an einem Schwenkarm 68 gehalten, der zu einem Hubmechanismus 64 gehört. Der Schwenkarm 68 ist wiederum mit einem Drehgelenk 70 versehen, das es ermöglicht, das der Schwenkarm 68 nach Anheben in vertikaler Richtung sich um 180° drehen lässt, wonach die Bauplattform 62 mit dem darauf aufgebauten Formkörper nach oben zeigt und in dieser Stellung leicht gehandhabt werden kann. Unterhalb der Bauplattform 62 und des Wannenbodens 56 befindet sich die projizierende Belichtungseinheit 60, in der eine Lichtquelle 65 mit Leuchtdioden 73 angeordnet ist. Das Licht der Lichtquelle 65 wird über einen Lichtmodulator 67 und durch den transparenten Wannenboden 56 auf die Bauplattform 62 projiziert. In der projizierenden Belichtungseinheit 60 ist auch ein Referenzsensor 51 vorhanden, der in einem Kalibrations- schritt dazu verwendet wird, um bei Ansteuerung des Lichtmodulators in der Weise, das keine Ortsabhängigkeit oder Modulation über das Belichtungsfeld erfolgen soll, die tatsächliche Intensitätsverteilung in dem Belichtungsfeld aufzunehmen. Aus der Abweichung der tatsächlich erfassten Intensitätsverteilung lässt sich dann durch Umkehrung ein Ansteuerungsprofil (Kompensationsmaske) für den Lichtmodulator berechnen, das für eine tatsächlich gleichmäßige Intensität über das Belichtungsfeld sorgt. Ein entsprechender Referenzsensor 1 ist auch bei der Ausführungsform aus Fig. 1 und 2 vorhanden.
In Bewegungsrichtung der Wanne 54 (angedeutet durch den Doppelpfeil in den Fig. 6 und 7) sind eine höhenverstellbar über dem Wannenboden 56 gehaltene Aufbringvorrichtung 76, hier in Form einer Rakel, deren Unterkante in einstellbarem Abstand zur Oberfläche des Wannenbodens liegt, und ein Wischer 80 angeordnet .
Die Funktionsweise der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Vorrichtung entspricht bis auf den Unterschied der linear hin- und hergehenden Bewegung der Wanne 54 anstelle der Drehbewegung der Wanne 4 den zuvor in Bezug auf die Fig. 3 bis 5 beschriebenen Verfahrensschritten. Zunächst wird die Wanne 54 aus der in Fig. 7 gezeigten Stellung, veranlasst durch die Steuereinheit 61, die den Antrieb 75 betätigt, nach links in die durch gestrichelte Linien gezeigte Stellung verschoben. Dabei wird durch die Zufuhreinrichtung 58 lichtpolymerisierbares Material auf den Wannenboden 56 ausgegeben, wobei Menge und zeitlicher Verlauf der Ausgabe ebenfalls von der Steuereinheit 61 vorgegeben werden. Darauf veranlasst die Steuereinheit 61 durch Umkehr des Antriebs 75, dass die Wanne 54 wieder zurück verschoben wird. Dabei passiert das auf den Wannenboden 56 ausgegebene lichtpolymerisierbare Material 55 zunächst den Wischer 80 und dann die Aufbringvorrichtung 76 die für eine gleichmäßige Verteilung und eine einheitliche Schichtdicke des lichtpolyme- risierbaren Materials 55 sorgen, bevor dies den Zwischenraum zwischen Bauplattform 62 und projizierender Belichtungseinheit 60 erreicht. Danach wird der Antrieb 75 gestoppt, woraufhin die Schrittfolge wie oben im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 beschrieben durchlaufen wird, wobei die Bauplattform 62 in die Schicht aus lichtpolymerisierbaren Material 55 eintaucht und durch Einstellen des Abstands zum Wannenboden eine Schicht mit vorgegebener Dicke zwischen Bauplattform und Wannenboden definiert. Danach erfolgt die Betätigung der projizierenden Belichtungseinheit 60 zur Erzeugung eines Belichtungsmusters mit vorgegebener Geometrie, wobei in diesem Zusammenhang zumindest bei der Erzeugung der ersten Schicht direkt an der Bauplattform 62 auch die weitere Belichtungseinheit 66 mit ihren Leuchtdioden 69 betätigt wird, um eine vollständige Polymerisation und ein verlässliches Anhaften der ersten Schicht an der Bauplattform 62 zu erreichen.
Nach Polymerisation der ersten Schicht mit gewünschter Geometrie wird die Bauplattform 62 durch Betätigen des Hubmechanismus 64 wieder angehoben, so dass die gebildete polymerisierte Schicht über den Spiegel des lichtpolymerisierbaren Materials 55 hinaus angehoben wird.
Daraufhin wiederholt sich die beschriebene Schrittfolge, d.h. die Wanne 54 wird wieder nach links verschoben, lichtpolymeri- sierbares Material aus der Zufuhreinrichtung 58 abgegeben und dieses beim Zurückschieben der Wanne 54 nach rechts durch Wischer 80 und Aufbringvorrichtung 76 gleichmäßig verteilt, wor- aufhin nach Abschalten des Antriebs 75 der Hubmechanismus 64 die Bauplattform wieder absenkt, so dass die zuletzt gebildete polymerisierte Schicht in das lichtpolymerisierbare Material 55 eintaucht und auf einen vorgegebenen Abstand über dem Wannenboden gebracht wird, um die nun in dem Zwischenraum liegende Materialschicht im nächsten Belichtungsschritt zu polymeri- sieren. Die Schrittweite der hin- und hergehenden Bewegung kann natürlich wieder variiert werden, um zu vermeiden, dass die Polymerisation immer über derselben Stelle des Wannenbodens durchgeführt wird.
Der Hubmechanismus 64 ist wiederum mit einem Kraftaufnehmer 79 versehen, dessen Messwerte von der Steuereinheit 61 wie oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben zur Begrenzung der auf die Bauplattform ausgeübten Kraft beim Absenken und Anheben der Bauplattform verwendet werden.
Vorzugsweise können auch Verfahren angewendet werden, bei denen mehrere verschiedene keramikgefüllte photopolymerisierbare Materialien zum Aufbau des Grünlings verwendet werden. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass eine Mehrzahl von Wannen mit jeweils zugeordnetem Reservoir mit verschiedenen Materialien vorgesehen sind. Diese können dann nach Art eines Wechselträgers zu der Belichtungseinheit und der Bauplattform bewegt werden, um in vorgegebener Reihenfolge verschiedene Materialien zu verarbeiten. Dazu können die mehreren Wannen zum Beispiel seriell hintereinander an einem Träger angeordnet sein, der dann linear bezüglich der Belichtungseinheit und der Bauplattform beweglich ist, um jeweils eine gewünschte Wanne bereitzustellen. Alternativ kann eine Mehrzahl von drehbaren Wannen, von denen eine in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, auf einem Kreisring einer größeren Platte angeordnet sein, die ihrerseits wiederum drehbar ist, um jeweils eine gewünschte Wanne durch Einstellung der Drehstellung der Scheibe in die Position zwischen Belichtungseinheit und Bauplattform zu brin- gen, in der dann der Polymerisationsschicht der jeweiligen Schicht durchgeführt wird.
Eine spezielle Ausführungsform einer Vorrichtung, mit der verschiedene lichtpolymerisierbare Materialien zum Aufbau eines Formkörpers verwendet werden können, ist in schematischer Draufsicht von oben in Fig. 8 gezeigt. Hier sind auf einer Drehscheibe in kreisringförmiger Anordnung vier Wannen 104 vorhanden. Die Anordnung von Zufuhreinrichtung 108, der weiteren Belichtungseinheit 116 an einem Hubmechanismus 114 sowie des dazwischen liegenden Wischers 130 und der Aufbringvorrichtung 126 ähnelt weitgehend der Anordnung der Vorrichtung aus den Fig. 6 und 7, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Komponenten nicht entlang einer linearen Strecke angeordnet und die Wanne linear beweglich ist, sondern die Komponenten entlang eines Kreisringsegments angeordnet sind und die Wanne entsprechend die Form eines Kreisringsegments hat. Zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten in derselben Wanne 104 wird die Wanne hin- und hergehend um einen Winkel von etwa weniger als 90° bewegt, so dass sich wiederum eine hin- und hergehende Bewegung zwischen Zufuhreinrichtung 118 und der unter der weiteren Belichtungseinheit 108 befindlichen Bauplattform ergibt.
Soll zu einem bestimmten Zeitpunkt eines von den Materialien aus einer der drei übrigen Wannen 104 verwendet werden, wird die Drehscheibe um einen Winkel entsprechend 90°, 180° oder 270° gedreht, um eine der folgenden Wannen zu der gerade betrachteten Vorrichtung zum Aufbau des Formkörpers zu bringen.
Wie in Fig. 8 unten angedeutet, kann an der Drehscheibe im Bereich eines anderen Kreisringsegments eine weitere Vorrichtung zum Aufbau von Formkörpern vorgesehen sein, die parallel zu der oben gezeigten Vorrichtung arbeiten kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Verarbeitung von lichtpolymerisierbarem Material (5,55) zum schichtweisen Aufbau eines Formkörpers (27) unter Anwendung einer lithographiebasierten generativen Fertigung, z.B. Rapid Prototyping, mit
einer Bauplattform (12) zum Aufbau des Formkörpers (27),
einer projizierenden Belichtungseinheit (10, 60), die zur ortsselektiven Belichtung einer Fläche auf der Bauplattform (12, 62) mit einem Intensitätsmuster mit vorgegebener Form ansteuerbar ist,
einer Steuereinheit (11, 61) , die dazu vorbereitet ist, in aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten übereinander- liegende Schichten (28) auf der Bauplattform (12, 62) jeweils mit vorgegebener Geometrie durch Steuerung der projizierenden Belichtungseinheit (10, 60) zu polymerisieren, um so sukzessive den Formkörper (27) in der gewünschten Form, die sich aus der Folge der Schichtgeometrien ergibt, aufzubauen,
dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Belichtungseinheit (16, 66) zum flächigen Belichten der Bauplattform (12, 62) von der zur projizierenden Belichtungseinheit (10, 60) gegenüberliegenden Seite aus vorgesehen ist, dass die Bauplattform (12, 62) wenigstens teilweise lichtdurchlässig ausgebildet ist und dass die Steuereinheit (11, 61) dazu ausgelegt ist, die weitere Belichtungseinheit (16, 66) wenigstens beim Aufbau der ersten Schicht (28), die an der Bauplattform (12, 62) anhaftet, zur Belichtung in vorgegebener Geometrie anzusteuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Wanne (4, 54) mit einem wenigstens teilweise lichtdurchlässig ausgebildeten Boden (6, 56) vorhanden ist, in die lichtpolymerisierbares Material (5, 55) einfüllbar ist, dass die Bauplattform (12, 62) mit einem Hubmechanismus (14, 64) über dem Wannenboden (6, 56) gehalten ist, so dass ihre Höhe relativ zum Wannenboden einstellbar ist, und dass die Steuereinheit (11, 61) dazu vorbereitet ist, nach jedem Belichtungsschritt für eine Schicht (28) die Relativposition der Bauplattform (12, 62) zum Wannenboden (6) durch Steuerung des Hubmechanismus anzupassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierende Belichtungseinheit (10, 60) unterhalb des Wannenbodens (6, 56) zur Belichtung durch den wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Wannenboden (6, 56) hindurch von unten angeordnet ist und dass die weitere Belichtungseinheit (16) zum Belichten durch die wenigstens teilweise lichtdurchlässige Bauplattform (12, 62) hindurch von oben angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hubmechanismus (14, 64) ein mit der Steuereinheit (11, 61) verbundener Kraftaufnehmer (29, 79) vorhanden ist, der in der Lage ist, die von dem Hubmechanismus (14, 64) auf die Bauplattform (12, 62) ausgeübte Kraft zu messen und das Meßergebnis an die Steuereinheit (11, 61) zu senden, wobei die Steuereinheit (11, 61) dazu vorbereitet ist, die Bauplattform (12, 62) mit einem vorgegebenen Kraftverlauf zu bewegen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle der projizie- renden Belichtungseinheit (10, 60) und/oder der weiteren Belichtungseinheit (16, 66) Leuchtdioden (23, 73) dienen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (23, 73) dazu ausgelegt sind, Licht mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen zu emittieren.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierende Belichtungseinheit (10,60) und die weitere Belichtungseinheit (16,66) Licht mit einer mittleren Intensität von 1 mW/cm2 bis 2000 mW/cm2, insbesondere 5 mW/cm2 bis 50 mW/cm2 emittieren.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierende Belichtungseinheit (10, 60) einen räumlichen Lichtmodulator (17, 67), insbesondere ein von der Steuereinheit angesteuertes Mi- krospiegelfeld (DLP - Digital Light Processor) , aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierende Belichtungseinheit (10, 60) weiterhin zumindest einen Referenzsensor (1, 51) aufweist, der als ein das gesamte Belichtungsfeld abtastender Photosensor oder als eine das gesamte Belichtungsfeld erfassende CCD-Kamera ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit (11, 61) dazu vorbereitet ist, in einem Ka- librationsschritt das Belichtungsfeld mit einem über das ganze Belichtungfeld homogenen Ansteuerungssignal zu belichten und das von dem Referenzsensor (1,51) erfasste Intensitätsmuster zur Berechnung einer Kompensationsmaske zur Erzielung einer gleichmäßigen Intensität im gesamten Belichtungsfeld zu verwenden.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (4, 54) in horizonta- ler Richtung beweglich bezüglich der projizierenden Belichtungseinheit (10, 60) und der Bauplattform (12, 62) ist und dass eine Aufbringvorrichtung (26, 76) , beispielsweise eine Rakel oder eine Rolle, deren Höhe über dem Wannenboden (6, 56) einstellbar ist, in Bewegungsrichtung vor Belichtungseinheit (10, 60) und Bauplattform (12, 62) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (4) um eine zentrale Drehachse (22) drehbar gelagert ist, wobei die projizierende Belichtungseinheit (10) unter dem Wannenboden (6) und die Bauplattform (12) darüber in radialer Richtung versetzt gegenüber der zentralen Drehachse (22) liegen, dass ein Antrieb (24) vorgesehen ist, der in der Lage ist, unter Steuerung der Steuereinheit (11) die Wanne (4) zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten um einen vorgegebenen Winkel um die zentrale Drehachse (22) zu drehen, wobei eine Zufuhreinrichtung (8) zum Ausbringen von lichtpolymerisierbaren Material (5) in die Wanne (4), die Aufbringvorrichtung (26), die Belichtungseinheit (10) und die Bauplattform (12) in Bewegungsrichtung aufeinander folgen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung hinter dem Bereich der projizierenden Belichtungseinheit (10) und Bauplattform (12) ein in vorgebbarer Höhe über dem Wannenboden (6) positionierbarer Wischer (30) vorgesehen ist, der für eine erneute Verteilung des Materials (5) nach dem Polymerisationsprozess ausgestaltet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Wannen (104), denen jeweils eine Zufuhreinrichtung (108) für eines aus einer Mehrzahl von lichtpolymerisierbaren Materialien (105) zugeordnet ist, und ein Antrieb (124) vorhanden sind, der in der Lage ist, gesteuert durch die Steuereinheit (111) jeweils eine der Wannen (104) in einer ausgewählten vorgegebenen Reihenfolge zwischen der projizierenden Belichtungseinheit, der weiteren Belichtungseinheit (116) und Bauplattforra zu bewegen, wobei diese Bewegung eine lineare Bewegung bei serieller Anordnung mehrerer Wannen oder eine rotierende Bewegung bei der Anordnung mehrerer Wannen (104) entlang einer gekrümmten Bahn ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung (8, 58, 108) eine Aufnahme zum Einsetzen einer Kartusche (9, 59) mit lichtpolymerisierbarem Material (5, 55, 105) hat.
15. Verfahren zur Verarbeitung von lichtpolymerisierbarem Material (5, 55, 105) zum schichtweisen Aufbau eines Formkörpers (27) unter Anwendung einer lithographiebasierten generativen Fertigungstechnik, z.B. Rapid Prototyping, bei dem
lichtpolymerisierbares Material (5, 55, 105) auf einer Bauplattform (12, 62) in einer Schicht (28) mit vorgegebener Geometrie in einem Belichtungsfeld durch Belichten po- lymerisiert wird,
die Bauplattform (12, 62) zur Bildung einer nachfolgenden Schicht verschoben wird,
lichtpolymerisierbares Material (5, 55, 105) auf die zuletzt gebildete Schicht (28) nachgeführt wird, und
durch Wiederholen der vorhergehenden Schritte schichtweise der Formkörper (27) in der gewünschten Form, die sich aus der Folge der Schichtgeometrien ergibt, aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei der Polymerisation der ersten Schicht (28) direkt an der Bauplattform (12, 62) eine Einstrahlung von Licht von der der Seite mit der ersten zu polymerisierenden Schicht (28) gegenüberliegenden Seite der Bauplattform (12, 62) erfolgt, wobei die Bauplattform (12, 62) zumindest teilweise lichtdurchlässig ausgeführt ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtpolymerisierbare Material (5, 55, 105) an der Unterseite der Bauplattform (12, 62) durch Belichten von unten polymerisiert wird, dass die Bauplattform (12, 62) relativ zu einer Wanne (4, 54, 104) nach jedem Belichtungsschritt angehoben wird und dass lichtpolymerisierbares Material (5, 55, 105) unter die zuletzt gebildete Schicht (28) nachgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauplattform (12, 62) nach Nachführung von lichtpoly- merisierbarem Material, falls vorhanden mit den daran gebildeten Schichten, wieder in das nachgeführte lichtpolymerisierbare Material (5, 55, 105) abgesenkt wird, so dass lichtpolymerisierbares Material aus dem verbleibenden Zwischenraum zum Wannenboden (6, 56) verdrängt wird, und der Abstand zwischen der abgesenkten unteren Oberfläche und dem Wannenboden in vorgegebener Weise eingestellt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (28) des lichtpolyme- risierbaren Materials (5, 55, 105) an eine an der Unterseite der Bauplattform (12, 62) angeordnete, gegebenenfalls entfernbare Folie (13) oder Beschichtung anpolymeri- siert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschieben der Bauplattform (12,62) durch Anheben und/oder Absenken kraftgesteuert nach Maßgabe eines vorgegebenen Kraftverlaufs erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem lichtpolymerisierbares Material (5, 55, 105) aus einer Zufuhreinrichtung (8, 58, 108) in eine Wanne (4, 54, 104) mit einem wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Boden
(6, 56,1 06) ausgegeben wird, wobei die Belichtung von unten durch den wenigstens teilweise lichtdurchlässig ausgebildeten Wannenboden (8, 56, 106) erfolgt, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen zur Bildung von aufeinanderfolgenden Schichten (28) der Boden (6, 56, 106) der Wanne (4, 54, 104) relativ zur projizierenden Belichtungseinheit (10, 60) sowie der weiteren Belichtungseinheit
(16,66,106) und der Bauplattform (12, 62) bewegt wird, wobei in Bewegungsrichtung vor den Belichtungseinheiten (10, 60; 16, 66, 116) und Bauplattform (12, 62) eine Aufbringvorrichtung (26,76,126), vorzugsweise eine Rakel oder eine Rolle, angeordnet ist, deren Höhe über dem Wannenboden (6, 56, 106) eingestellt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Wanne (4, 104) drehbar gelagert ist und zwischen aufeinanderfolgenden Schichtaufbauschritten um einen vorgegebenen Winkel gedreht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem die Wanne (54) seitlich versetzbar gelagert ist und zwischen aufeinanderfolgenden Schichtaufbauschritten um einen vorgegebenen Weg in horizontaler Richtung versetzt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-22, bei dem in aufeinanderfolgenden Schichtaufbauschritten in einer auswähl- baren Reihenfolge eine Mehrzahl von verschiedenen Materialien (5, 55, 105) zum Schichtaufbau verwendet wird, indem eine Mehrzahl von Wannen (104), denen jeweils eine Zufuhreinrichtung (108) mit einem aus der Mehrzahl von Materialien (5, 55, 105) zugeordnet ist, in einer ausgewählten Reihenfolge zwischen die projizierende Belichtungseinheiten (110, 116) und Bauplattform (112) bewegt wird, wobei diese Bewegung eine lineare Bewegung bei serieller Anordnung mehrerer Wannen oder eine rotierende Bewegung bei Anordnung mehrerer Wannen (104) entlang einer gekrümmten Bahn ist.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-23, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung des Formkörpers (27) ein partikelgefülltes, beispielsweise keramikgefülltes, lichtpolymerisierbares Material (5, 55, 105) verwendet wird und aus dem fertigen Formkörper (27) die organischen Bestandteile ausgebrannt werden, bevor der Formkörper (27) gesintert wird.
25. Verfahren nach einem der Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelanteil des lichtpolymerisierbaren Materials (5, 55, 105) aus einer Oxidkeramik oder einer Glaskeramik besteht.
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