DE102007010624B4

DE102007010624B4 - Vorrichtung zur schichtweisen generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile, Verfahren zur Herstellung dieser Formteile sowie diese Formteile

Info

Publication number: DE102007010624B4
Application number: DE102007010624A
Authority: DE
Inventors: Emanuel Mesaric; Michael Zimmermann
Original assignee: DELTAMED GmbH
Current assignee: DELTAMED GmbH
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-03-03
Also published as: DE102007010624A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur schichtweisen generativen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei mittels Strahlung verfestigbaren Massen, umfassend
mindestens eine Strahlungsquelle (2) und/oder Strahlungsumlenkvorrichtung geeignet zur Kopf-über-Beaufschlagung der verfestigbaren Massen mit Strahlung,
mindestens einen Träger (4) mit einer mit Strahlung der Strahlungsquelle beaufschlagbaren Unterseite (6), geeignet für die Anbindung des aus den verfestigbaren Massen zu bildenden Formteils,
mindestens eine Behälteranordnung (8) enthaltend mindestens zwei oberseitig offene Behälterkammern (8.1, 8.2) geeignet zur Aufnahme voneinander verschiedener verfestigbarer Massen, wobei mindestens zwei offene Behälterkammern (8.1., 8.2) zumindest abschnittsweise für Strahlung durchlässige Bodenelemente (10.1, 10.2) aufweisen und oberhalb der Strahlungsquelle (8) oder einer Strahlungsumlenkvorrichtung anordbar oder angeordnet sind, so dass die verfestigbaren Massen durch die für die Strahlung durchlässigen Bodenelemente (10.1, 10.2) über die Strahlungsquelle oder gegebenenfalls die Strahlungsumlenkvorrichtung von unten mit Strahlung beaufschlagbar sind, und
mindestens eine erste Anordnung (12) geeignet zum Verfahren der Behälteranordnung (8) oder von...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schichtweisen generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile aus mittels Strahlung verfestigbaren Massen, ein Verfahren zur, insbesondere stereolithographischen, Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei unterschiedlichen verfestigbaren Massen.
An die Herstellung dentaler Formteile werden material- und fertigungstechnisch regelmäßig sehr hohe Anforderungen gestellt. Zahnersatzteile und Teile für die Zahnrestauration, wie Inlays, Onlays, Brücken, Kronen oder Prothesen, werden bislang noch stets nach herkömmlichen Abform- und Gießverfahren erhalten. Dieses Verfahren umfassen eine Vielzahl an Verfahrensschritten und sind daher mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden, nicht zuletzt da, um die endgültige Form zu erhalten, Material manuell wieder abgetragen werden muss. Ein ganz anderer Ansatz wird mit neueren, generativen Verfahren verfolgt, die sich ebenfalls unter dem Begriff „Rapid prototyping" subsumieren lassen. Bei diesen generativen Verfahren wird von einem Modell zunächst die dreidimensionale Struktur eines Models aufgenommen, und die erhaltenen Daten werden in einem Datenspeicher hinterlegt. Dann werden, anders als z. B. beim Fräsen, die erstellten dreidimensionalen Computerbilder in Schichten zerlegt, deren Daten wiederum zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Objekts genutzt werden. Beispielsweise kommen bei solchen Verfahren für den Schichtaufbau lichthärtende Harze zum Einsatz.
Ein „Rapid prototyping"-Verfahren wird beispielsweise in der WO 97/29901 A1 vorgestellt. Hierbei gelingt der schichtweise Aufbau aus einem lichthärtbaren Material, indem jede einzelne Schicht mit einem Laser abgefahren und dabei ausgehärtet wird. Sukzessives schichtweises Auftragen unter Verwendung schichtspezifischer Belichtungsmasken führt sodann zum fertigen Produkt.
Ein derartiges stereolithographisches Verfahren kann beispielsweise auch der WO 2005/110722 A1 entnommen werden. Hierbei wird ein dreidimensionales Objekt mit verbesserter Auflösung mittels Pixel-Shift erhalten. Bei der schichtweisen Verfestigung eines photohärtenden Materials mit Hilfe der Maskenbelichtungstechnik wird im Subpixelbereich pro Schicht eine Mehrfachbelichtung vorgenommen.
Die EP 1 645 402 A1 hat ein verbessertes stereolithographisches Verfahren zum Gegenstand, bei dem ein Behälter für zu verfestigende Flüssigkeiten, enthaltend zwei Flüssigkeitsreservoi re, zum Einsatz kommt. Auf diese Weise lassen sich gleichzeitig zwei unterschiedliche Formteile aufbauen, die sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Farbe oder ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Die Formteile werden hierbei auf herkömmliche Weise durch Bestrahlung von oben schichtweise aufgebaut. Charakteristisch an der in der EP 1 645 402 A1 dargestellten Vorrichtung ist, dass jede Kammer des Kammerbehälters über eine Trägerplatte verfügt, die von einer Hebevorrichtung gehalten wird. Zudem ist jede Kammer lösbar mit der Gesamtvorrichtung verbunden und kann durch Betätigen eines Auslösehebels entfernt werden.
Die WO 2004/014636 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum schichtweisen generativen Herstellen von dreidimensionalen Objekten mittels Stereolithographie, die über einen Mehrkammerbehälter verfügt. Über eine geeignete Umschalteinrichtung wird jeweils nur eine Kammer mit Strahlung einer Strahlungsquelle beaufschlagt. Auf diese Weise soll sich unter effektiver Nutzung einer einzigen Strahlungsquelle der Auslastungsrad der Vorrichtung erhöhen lassen. Während beispielsweise ein Objekt in einer ersten Kammer mit Strahlung beaufschlagt wird, kann ein bereits fertiggestelltes Objekt der zweiten Kammer entnommen werden.
Neben den vorangehend beschriebenen stereolithographischen Verfahren können als weitere generative Verfahren für den Aufbau dreidimensionaler Produkte auch das 3D-Tintenstrahldruck-Verfahren unter Verwendung von STL-Dateien, die sogenannte Fused Deposition oder das 3D-Plotting bzw. 3D-Printing-Verfahren zum Einsatz kommen. Beim 3D-Plotting-Verfahren, wie zum Beispiel in der DE 101 14 290 B4 beschrieben, erfolgt der Aufbau der dreidimensionalen Formteile schichtförmig durch eine computerkontrollierte Abscheidung von Mikrotropfen oder Mikrosträngen in einer Flüssigkeit oder auf einer festen Oberfläche. Je nach Art der verwendeten Materialien erfolgt die Härtung durch Abkühlung von geschmolzenen Materialien, durch chemische Reaktion oder durch eine Polymerisation, welche beispielsweise thermisch oder mittels Strahlung ausgelöst werden kann.
Die DE 102 35 434 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, bei dem das Objekt schichtweise aus einem Aufbaumaterial hergestellt wird. Diese Vorrichtung verfügt über einen Träger, eine Materialauftragvorrichtung zum Auftragen von Schichten des Aufbaumaterials auf den Träger oder auf eine zuvor aufgetragene Schicht und eine Einrichtung zum Verbinden der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht in einem Verfestigungsbereich. Gemäß einer ersten Ausführungsform haben der Träger und die Materialauftragvorrichtung relativ zueinander derart bewegbar zu sein, dass während des Verbindens der aufgetragenen Schicht mit einer zuvor aufgetragenen Schicht die zuvor aufgetragene Schicht und die Materialauftragvorrichtung relativ zueinander bewegbar sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben mehrere Verfestigungseinrichtungen und mehrere Materialauftrageinrichtungen vorzuliegen, wobei jede Verfestigungseinrichtung einer Materialauftrageinrichtung und einem Verfestigungsbereich innerhalb des Baubereichs zugeordnet sind. Eine geeingete Verfestigungsvorrichtung umfasst einen Laser und eine Ablenkeinheit, welche geeignet ist, den Laserstrahl auf beliebige Orte innerhalb eines Befestigungsbereichs zu richten.
In der DE 201 06 878 A1 wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objektes durch schichtweises Verfestigen eines flüssigen, unter Einwirkung von Licht verfestigbaren Materials beschrieben. Hierbei hat eine transparente Bodenplatte mit einem elastischen Beschichtungsmaterial bedeckt zu sein.
Aus der DE 100 15 408 A1 geht eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus lichthärtbaren Werkstoffen hervor, bei der eine Bauteilplattform in einem Werkstoffbehälter angeordnet und kontinuierlich in diesem bewegbar ist. Ferner haben eine Lichtquelle sowie eine zwischen Lichtquelle und Bauteilplattform vorliegende Belichtungsmaske vorhanden zu sein. Über die Steuerung der Maske ist zu gewährleisten, dass lediglich die Teile der Bauteilplattform und des sich darauf aufbauenden Bauteils belichtet werden, die der Struktur des fertigen Bauteils entsprechen. Mit der geschilderten Vorrichtung lässt sich der Werkstoff der Bauteilplattform kontinuierlich zuführen sowie auch kontinuierlich belichten und aushärten. Auf die se Weise soll sich der Aufwand zur Herstellung von Bauteilen mittels Rapid Prototypings minimieren lassen.
Es wäre nun wünschenswert, auf Vorrichtungen zur generativen Herstellung dreidimensionaler Formteile zurückgreifen zu können, die nicht mit den Nachteilen des Stands der Technik verhaftet sind und insbesondere eine sehr effiziente und ökonomische sowie an Individualvorgaben ohne weiteres anpassbare Fertigung zulassen.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur schichtweisen generativen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mittels Strahlung verfestigbaren Massen verfügbar zu machen, so dass das Formteil hinsichtlich Zusammensetzung und Aufbau keinen Restriktionen unterworfen und insbesondere eine Massenfertigung, vorzugsweise parallele Massenfertigung, individualisierter Formteile möglich ist.
Demgemäß wurde eine Vorrichtung zur schichtweisen generativen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei mittels Strahlung verfestigbaren Massen gefunden, umfassend mindestens eine Strahlungsquelle geeignet zur Kopf-über-Beaufschlagung der verfestigbaren Massen mit Strahlung, mindestens einen Träger mit einer mit Strahlung der Strahlungsquelle beaufschlagbaren Unterseite, geeignet für die unterseitige Anbindung des aus den verfestigbaren Massen zu bildenden Formteils, mindestens eine Behälteranordnung enthaltend mindestens zwei oberseitig offene Behälterkammern geeignet zur Aufnahme voneinander verschiedener verfestigbarer Massen, wobei mindestens zwei offene Behälterkammern zumindest abschnittsweise für Strahlung durchlässige Bodenelemente aufweisen und oberhalb der Strahlungsquelle oder einer Strahlungsumlenkvorrichtung anordbar oder angeordnet sind, so dass die verfestigbaren Massen durch die für die Strahlung durchlässigen Bodenelemente über die Strahlungsquelle sowie gegebenenfalls die Strahlungsumlenkvorrichtung von unten mit Strahlung beaufschlagbar sind, und mindestens eine erste Anordnung geeignet zum, insbesondere horizontalen und/oder vertikalen, Verfahren der Behälteranordnung oder von mindestens zwei oberseitig offenen Behälterkammern und/oder mindestens eine zweite Anordnung geeignet zum, insbesondere horizontalen und/oder vertikalen, Verfahren des Trägers, so dass die Unterseite des Trägers und/oder das sich auf der Unterseite bildende Formteil mit den verfestigbaren Massen in den Behälterkammern in Kontakt bringbar und/oder darin zumindest teilweise eintauchbar ist bzw. sind.
Mittels Strahlung verfestigbare Massen, wie sie beispielsweise in der Stereolithographie zum Einsatz kommen, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und zudem auch kommerziell erhältlich. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Monomermischungen, enthaltend zum Beispiel Acrylate, die sich durch Strahlung, insbesondere in Gegenwart von Aktivatoren und/oder Initiatoren, über eine Polymerreaktion, zumeist eine radikalische Polymerisation, verfestigen lassen. Diese verfestigbaren Massen können sowohl in flüssiger als auch in zähflüssiger, beispielsweise pastöser, Form eingesetzt werden. Die verfestigbaren Massen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen, können sich z. B. in ihrer Art, Zusammensetzung und Farbe bzw. Einfärbung (shades) unterscheiden. Selbst bei ansonsten gleichen Materialeigenschaften, gelingt auf diese Weise eine sehr filigrane Farbgestaltung. Geeignete verfestigbare Massen können demgemäß beispielsweise mit Füllstoffen, Farbmitteln, Fließverbesseren und/oder sonstigen Additiven ausgestattet sein.
Für die Initiierung des Verfestigungs- bzw. Aushärtvorgangs kann beispielsweise auf Strahlungsquellen, die UV-, VIS- oder IR-Strahlung ausstrahlen, zurückgegriffen werden. Hierbei sind Strahlungsquellen, die ein kontinuierliches, breitbandiges Spektrum ausstrahlen ebenso geeignet wie Laser-Strahlungsquellen. Mittels Strahlungsbeaufschlagung können die verfestigbaren Massen, je nach Wahl der Ausgangskomponenten, z. B. unter Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition und/oder thermisch aushärten. Für die Bestrahlung stehen unter anderem Projektionseinheiten, z. B. auf Basis DLP/DMD, LCD, ILA, usw., LC-Displays (reflexiv und transmissiv), LED- bzw. Laser-Dioden-Zeile/-Matrix, die vorzugsweise in XY-Richtung über die Schicht bewegt wird, und auf der MEMS's Technologie (light valve) basierende Zeile oder Matrix, die vorzugsweise in XY-Richtung über die Schicht bewegt wird, zur Verfügung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt über eine Behälteranordnung, enthaltend mindestens zwei oberseitig offene Behälterkammern, deren Bodenelemente zumindest abschnittsweise für die genannte Strahlung durchlässig sind. Diese Bodenelemente bzw. Behälterböden sind in der Regel horizontal oder im wesentlichen horizontal ausrichtbar bzw. ausgerichtet und nehmen in Verbindung mit umlaufenden Behälterkammerwänden die zu verfestigenden Massen auf.
Anders als bei vielen herkömmlichen Vorrichtungen zur stereolithographischen Herstellung von Formteilen findet bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Kopf-über-Beaufschlagung der verfestigbaren Massen mit Strahlung statt. Demnach gelangt die Strahlung durch das transparente Bodenelement bzw. die transparente Bodenplatte in Kontakt mit der verfestigbaren Masse. Eine solche Kopf-über-Beaufschlagung mit Strahlung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Strahlungsquelle unterhalb der Behälteranordnung angeordnet ist. Alternativ ist es ebenfalls möglich, unterhalb der Behälteranordnung als Strahlungsumlenkvorrichtung eine Spiegelanordnung anzubringen, über die die Strahlung in geeigneter Weise durch die transparenten Bodenelemente in die Behälterkammern eingeleitet wird. Auch können mindestens zwei, insbesondere eine Vielzahl an, Strahlungsquellen und/oder Strahlungsumlenkvorrichtungen vorgesehen sein. In einer besonders geeigneten Ausgestaltung ist jeder Behälterkammer eine Strahlungsquelle bzw. eine Strahlungsumlenkvorrichtung zugeordnet. Bei einer solchen Ausführungsform bedarf es beispielsweise nicht mehr einer ersten Anordnung zum Verfahren der Behälteranordnung, da diese dann lageinvariant sein kann. Vielmehr reicht es dann z. B. aus, wenn der Träger über die zweite Anordnung verfahrbar ist.
Für den schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Formteils ist es zumeist erforderlich, dass der Behälter bzw. die Behälteranordnung und/oder der Träger, an dem das zu bildende Formteil in einer Ausführungsform während des Generierungsprozesses befestigt ist, verfahrbar sind. Beispielsweise ist das sich bildende Formteil nach dem Aufbau einer Schicht gering fügig von dem Bodenelement bzw. der Bodenplatte oder gar vollständig aus der verfestigbaren Masse, die in einer Behälterkammer vorliegt, zu entfernen. Dieses kann beispielsweise über eine erste Anordnung geschehen, mit der die Behälteranordnung bzw. eine oder mehrere Behälterkammern verfahrbar sind, beispielsweise angehoben, gesenkt oder geneigt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Anordnung vorgesehen sein, mit der der Träger, an dem das sich bildende Formteil befestigt ist, während des Formgebungsprozesses relativ zu dem Bodenelement bzw. der Bodenplatte verfahren wird. Beispielsweise kann das sich bildende, an der Unterseite des Trägers vorliegende Formteil mit Hilfe der zweiten Anordnung geringfügig angehoben werden. Natürlich kann der Träger mit Hilfe der zweiten Anordnung auch soweit verfahren werden, dass das bzw. die daran haftenden, sich bildenden Formteile vollständig aus der verfestigbaren Masse einer Behälterkammer herausgenommen werden. Ferner kann mindestens eine dritte Anordnung geeignet zum, insbesondere horizontalen und/oder vertikalen, Verfahren mindestens einer Strahlungsquelle vorgesehen sein. Für die erste, zweite und dritte Anordnung kann beispielsweise auf herkömmliche Schrittmotoren oder Aktuatoren zurückgegriffen werden. Diese sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die erste, zweite und/oder die dritte Anordnung einen Roboter oder einen Bestanteil hiervon, insbesondere einen Roboterarm, umfassen oder darstellen. Geeignet sind zum Beispiel Roboter, wie sie bei der Chip-Herstellung zum Einsatz kommen. Derartige Roboter sind in der Lage, z. B. mit ihren Roboterarmen, feinste, filigrane Bauteile lagegenau zu positionieren, und zwar auf den μm genau. So kann z. B. auch die Strahlungsquelle bzw. der Projektor oder eine Strahlungsumlenkvorrichtung von einem solchen Roboter bzw. Roboterarm gehalten und, sofern erforderlich, vorzugsweise computergestützt in eine geeignete Position gebracht werden. Somit ist es möglich, Träger bzw. Formteil oder Formteile, Behälteranordnung und Strahlungsquelle relativ zueinander zu bewegen, um die für jeden Bestrahlungs- bzw. Aushärtvorgang optimale Einstellung zu erhalten. Mit den vorangehend dargestellten Ausführungsformen ist es somit z. B. möglich, Behälter und Träger, Behälter und Strahlungsquelle, Träger und Strahlungsquelle sowie Behälter, Träger und Strahlungsquelle relativ zueinander in jeder beliebigen Rich tung zu verfahren. In einer Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung somit über eine zweite und eine dritte Anordnung, unter Weglassung der ersten Anordnung, verfügen. Der Vorteil der Verwendung eines Roboterarms gegenüber beispielsweise einer solchen zweiten Anordnung, mit der der Träger vertikal auf- und ab verfahren wird, kann auch darin gesehen werden, daß nach dem Aushärtvorgang das gebildete Formteil nicht mehr nur nach oben von dem Bodenelement abgehoben wird, sondern zumeist weitaus schonender durch beispielsweise eine Schwenkbewegung Stück für Stück von dem Bodenelement entfernt werden kann.
Während bei Einsatz einer Strahlungsquelle, die ein breitbandiges, kontinuierliches Spektrum ausstrahlt, vorzugsweise darauf geachtet werden sollte, daß eine einheitliche Projektionsachse für jeden Belichtungsvorgang beibehalten wird, ist dieses naturgemäß bei Einsatz einer Laser-Strahlungsquelle nicht unbedingt erforderlich.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich insbesondere um eine solche zur stereolithographischen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei, insbesondere einer Vielzahl an unterschiedlichen verfestigbaren Massen, beispielsweise aus 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr ausgehärteten verfestigbaren Massen. Beispielsweise kann die Behälteranordnung demgemäß auch 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr, zum Beispiel 20, 30 oder 100, Behälterkammern aufweisen. Diese Behälterkammern können dann mit unterschiedlichen verfestigbaren Massen beschickt sein.
Erfindungsgemäß kann daher vorgesehen sein, dass die Behälteranordnung eine Behälterwanne mit einem für Strahlung im wesentlichen durchlässigen Behälterboden darstellt, wobei die Behälterwanne über eine oder mehrere Trennwände verfügt, so dass mindestens zwei oberseitig offene Behälterkammern resultieren. Hierbei kann vorgesehen sein, dass benachbarte Behälterkammern durch mindestens eine gemeinsame Trennwand voneinander getrennt sind. Gemäß einer Ausführungsform können in einer Behälteranordnung, insbesondere Behälterwanne, zum Beispiel n Reihen an m nebeneinander angeordneten Behälterkammern vorlie gen, wobei n und m jeweils natürliche Zahlen von 2 bis beispielsweise 100 oder 200 darstellen können. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann demgemäß in mindestens zwei Behälterkammern der Behälteranordnung unterschiedliche verfestigbare Massen aufweisen, insbesondere in sämtlichen Behälterkammern.
Die Behälteranordnung kann demnach eine Vielzahl an Behälterkammern, insbesondere mit im wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Querschnittsbodenfläche, aufweisen, wobei benachbarte Behälterkammern vorzugsweise durch eine gemeinsame Trennwand voneinander getrennt sind. Bei dieser Ausgestaltung hat es sich insbesondere zur Herstellung von Formteilen mit uneinheitlichem Aufbau als besonders geeignet erwiesen, wenn der Behälterboden und/oder die Behälteranordnung horizontal verfahrbar ist bzw. sind.
Alternativ können selbstverständlich auch solche Behälteranordnungen zum Einsatz kommen, bei denen die Behälterkammern um eine im wesentlichen vertikale Drehachse drehbar angeordnet sind. Hierbei kann dann vorgesehen sein, dass mindestens zwei gemeinsame Trennwände von jeweils einander benachbarten Behälterkammern im wesentlichen radial auf die Drehachse ausgerichtet sind. Geeignete Behälteranordnungen können für diesen Fall beispielsweise eine kreisförmige Grundform aufweisen, und die jeweiligen Behälterkammern können einen Tortenstück-ähnlichen Grundriss aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur schichtweisen generativen Herstellung von dreidimensionalen Formteilen umfassen ferner im allgemeinen einen Datenspeicher zur Abspeicherung von Daten, insbesondere CAD-Daten, die ein dreidimensionales Objekt wiedergeben. Derartige Datenspeicher sowie die Implementierung geeigneter Datensätze für dreidimensionale Objekte in diesen Datenspeichern sind dem Fachmann bekannt.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind im allgemeinen ferner ausgestattet mit einer Datenverarbeitungseinrichtung, die ausgelegt ist, Daten, die für die dreidimensionale Darstellung eines Objektes in einem Datenspeicher hinterlegt sind, zu empfangen und in Daten für einen schichtweisen Aufbau dieses Formteils umzuwandeln, und die geeignet und ausgelegt ist, die von der Strahlungsquelle abstrahlbare Strahlung derart zu manipulieren oder einzustellen, dass ein Strahlungsmuster aussendbar ist, das jeweils mit den für eine aus den verfestigbaren Massen aufzubauende Schicht ermittelten Daten korreliert, so dass auf der Unterseite des Trägers und/oder auf dem an der Unterseite vorliegenden Formteil eine Schicht aus verfestigbaren Massen in der von der Datenverarbeitungseinrichtung ermittelten Form haftend verfestigbar ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner über eine Schwenkvorrichtung, mit der die Behälteranordnung, insbesondere der Behälterboden, aus einer im wesentlichen horizontalen Lage in eine aus der Horizontalen geneigte Lage reversibel verschwenkbar ist. Anstatt das sich bildende Formteil nach dem Aufbau bzw. Aushärten einer Schicht durch horizontales Verfahren der erster und/oder zweiten Anordnung von der Bodenplatte weg zu entfernen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Behälteranordnung und/oder das Formteil zunächst mittels Verschwenkens nur abschnittsweise anzuheben bzw. zu entfernen. Die Schwenkvorrichtung kann als separates Bauteil vorliegen, kann jedoch ebenfalls in die erste und/oder zweite Anordnung integriert sein.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorangehend genannten Ausführungsform kann ferner vorgesehen sein, daß mindestens ein transparentes Bodenelement, insbesondere die Bodenplatte, der Behälteranordnung temporär oder dauerhaft eine geordnete oder willkürliche dreidimensionale Oberflächenstruktur auf der der Unterseite des Trägers zugewandten Seite aufweist. Des weiteren ist es möglich, dass mindestens eine Behälterkammer mindestens eine beabstandet von dem Bodenelement und auf der dem Träger zugewandten Seite vorliegende Abeckung aufweist, deren der Unterseite des Trägers zugewandte Seite zumindest partiell temporär oder dauerhaft mit einer geordneten oder willkürlichen dreidimensionalen Oberflächenstruktur versehen ist. Die Abdeckung liegt dabei vorzugsweise in der Behälterkammer vor, so dass in diese noch stets verfestigbare Masse einfüllbar ist. Indem man auf der Seite des Bodenele ments, die der Unterseite des Trägers bzw. der zuletzt ausgehärteten Schicht des sich bildeten Formteils gegenüberliegt, eine strukturierte transparente Fläche verwendet, über bzw. auf der die zu verfestigende Masse vorliegt, können die aufzubauenden Schichten mit einer beliebigen Oberflächenstruktur erhalten werden. Denn üblicherweise ist diese Bodenfläche eben ausgeführt. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, für mindestens zwei, insbesondere sämtliche Behälterkammern Bodenelemente bzw. Abdeckungen mit unterschiedlicher dreidimensionaler Struktur zu verwenden. Auch kann in mindestens einer, vorzugsweise mindestens zwei oder auch sämtlichen Behälterkammern ein Bodenelement oder eine Abdeckung mit einer strukturierten Oberfläche vorgesehen sein, die von Aushärtvorgang zu Aushärtvorgang geändert werden kann. Die dreidimensionale Strukturierung dieser Schicht liegt somit nur temporär vor. Dieses kann beispielsweise durch Verwendung einer für die Strahlung transparenten Flüssigkeit zwischen dem Bodenelement und der darüber in einer Behälterkammer vorliegenden Schicht bzw. Abdeckung erreicht werden. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise über geeignete Vorrichtungen ein Wellenmuster aufweisen, das auf die darüber angebrachte Schicht bzw. Abdeckung aus einem flexiblen undurchlässigen Material übertragen wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle mit einer Projektionseinheit, insbesondere auf der Basis DLP/DMD, LCD und ILA, ausgestattet ist, über die die Umrisskontur der jeweils aus den verfestigbaren Massen auszuhärtenden Schicht festlegbar ist. Auf diese Weise gelingt eine für jede einzelne aufzutragende Schicht charakteristische Maskenbelichtung. Eine Strahlungsquelle im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst damit auch eine solche, vorzugsweise über eine Datenverarbeitung ansteuerbare, Einheit, die für jeden Bestrahlungs- bzw. Aushärtvorgang die für die jeweils aufzubauende Schicht erforderliche Belichtungsmaske erzeugt bzw. bereitstellen oder bereitstellen kann. Derartige Strahlungsquellen sind im Handel erhältlich.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des weiteren gelöst durch ein Verfahren zur, insbesondere stereolithographischen, Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei unterschiedlichen verfestigbaren Massen, umfassend die Schritte:

a) Zurverfügungstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
b) Befüllen einer ersten, oberseitig offenen Behälterkammer einer Behälteranordnung mit einer ersten mittels Strahlung verfestigbaren Masse,
c) Befüllen einer zweiten, obenseitig offenen Behälterkammer einer Behälteranordnung mit einer zweiten mittels Strahlung verfestigbaren Masse,
d) gegebenenfalls Befüllen mindestens einer weiteren Behälterkammer, insbesondere einer dritten, vierten, fünften oder n-ten Behälterkammer, mit einer weiteren verfestigbaren Masse, insbesondere mit einer dritten, vierten, fünften bzw. n-ten verfestigbaren Masse,
e) relatives, insbesondere vertikales, Aufeinanderzubewegen von Trägerunterseite und Behälteranordnung, so dass die Unterseite oder ein an dieser Unterseite befestigtes, sich bildendes Formteil in Kontakt mit einer in einer ersten Behälterkammer vorliegenden ersten verfestigbaren Masse tritt oder zumindest partiell in diese eintaucht,
f) Aushärten einer Schicht einer an der Trägerunterseite oder an der Kontaktfläche zu dem sich bildenden Formteil vorliegenden ersten verfestigbaren Masse mittels Kopf-über-Beaufschlagung mit Strahlung durch den bzw. die für die Strahlung durchlässigen Bereiche des Bodenelements der ersten Behälterkammer unter Ausbildung mindestens einer zur Unterseite des Trägers beabstandeten, insbesondere parallelen, Kontaktfläche des sich schichtweise bildenden Formteils sowie von einem oder mehreren ersten Randbereichen der ausgehärteten Schicht,
g) relatives, insbesondere vertikales, Voneinanderwegbewegen von Träger und Behälteranordnung, so dass die Unterseite des Trägers oder ein daran vorliegendes sich bildendes Formteil zumindest bereichsweise nicht mehr in Kontakt mit der verfestigbaren Masse in der Behälterkammer und/oder dem Bodenelement der Behälterkammer steht,
h) relatives seitliches, insbesondere horizontales, Verfahren von Träger und Behälteranordnung oder mindestens einer Behälterkammer, so dass die Trägerunterseite oder das daran vorliegende sich bildende Formteil über einer zweiten bzw. n-ten Behälterkammer mit einer zweiten bzw. n-ten verfestigbaren Masse vorliegt,
i) relatives Aufeinanderzubewegen von Unterseite des Trägers und Behälteranordnung oder mindestens einer Behälterkammer, so dass die Unterseite des Trägers und/oder ein an dieser Unterseite befestigtes, sich bildendes Formteil in Kontakt mit einer zweiten bzw. n-ten verfestigbaren Masse in der zweiten bzw. n-ten Behälterkammer tritt oder in diese zumindest partiell eintaucht,
j) Aushärten einer Schicht einer an der Trägerunterseite und/oder an der Kontaktfläche zu dem sich bildenden Formteil vorliegenden zweiten bzw. n-ten verfestigbaren Masse mittels Kopf-über-Beaufschlagung mit Strahlung durch die für Strahlung durchlässigen Bereiche des Bodenelements unter Ausbildung mindestens einer zur Unterseite beabstandeten, insbesondere parallelen, Kontaktfläche des sich bildenden Formteils sowie von einem oder mehreren zweiten Randbereichen der ausgehärteten Schicht,
k) relatives, insbesondere vertikales, Voneinanderwegbewegen von Träger und Behälteranordnung, so dass die Trägerunterseite oder ein daran vorliegendes sich bildendes Formteil zumindest bereichsweise nicht mehr in Kontakt mit der verfestigbaren Masse in der Behälterkammer und/oder dem Bodenelement der Behälterkammer steht, und
l) gegebenenfalls relatives seitliches, insbesondere horizontales, Verfahren von Träger und Behälteranordnung, so dass die Trägerunterseite oder das daran vorliegende sich bildende Formteil über einer weiteren Behälterkammer, enthaltend eine weitere verfestigbare Masse, vorliegt, sowie
m) Entfernen des Formteils von der Unterseite des Trägers.

Bevorzugt werden die Schrittfolge e) bis g) oder f) und g) mindestens einmal wiederholt, bevor mit dem Schritt h) fortgefahren wird. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsvariante werden alternativ oder zusätzlich die Schrittfolge i) bis k) oder j) und k) mindestens einmal wiederholt, bevor mit dem Schritt l) oder m) fortgefahren wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in Schritt l) die Behälterkammer die erste oder eine dritte, vierte, fünfte oder n-te Behälterkammer ist, enthaltend die erste bzw. eine dritte, vierte, fünfte oder n-te verfestigbare Masse und dass die Schrittfolge e) bis g) oder f) und g) mindestens einmal oder mindestens einmal in entsprechender Weise wiederholt werden, wobei die Behälterkammer die dritte, vierte, fünfte oder n-te Behälterkammer ist, enthaltend die die dritte, vierte, fünfte oder n-te verfestigbare Masse. Hierbei ist besonders bevorzugt, wenn sich an den in Schritt g) oder den in entsprechender Weise ausgeführten Schritt g) der Schritt h) sowie, mindestens einmal, die Schrittfolge i) bis k) und/oder j) und k) anschließen, gegebenenfalls in entsprechender Weise, wobei die Behälterkammer eine dritte, vierte, fünfte oder n-te verfestigbare Masse. n steht für eine natürliche Zahl, d. h. für eine positive ganze Zahl.
Auf diese Art und Weise kann zumindest ein Abschnitt eines Formteils aus Schichten aufgebaut wird, die nicht aus der gleichen verfestigbaren Masse gebildet sind. Bei dieser Vorgehensweise lassen sich Formteile bzw. Formteilabschnitte erzeugen, die in ihrem schichtweisen Aufbau nicht einheitlich sind. Vielmehr kann jede einzelne ausgehärtete Schicht eine wenn auch nur geringfügig andere Zusammensetzung und/oder Farbe aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt f) und/oder j) die Materialschicht ausgehärtet wird über einer Fläche, die die Kontaktfläche einer in einem unmittelbar vorhergehenden Schritt ausgehärteten oder angebrachten Schicht vollständig oder teilweise abdeckt und/oder die die freie Kontaktfläche von nicht im unmittelbar vorhergehenden Schritt ausgehärteten Schichten vollständig oder teilweise abdeckt und/oder die die Unterseite des Trägers vollständig oder teilweise abdeckt. Insbesondere bei dieser Vorgehensweise ist es ohne weiteres möglich, einen Schichtaufbau zu generieren, der innerhalb ein und derselben Schicht unterschiedliche aushärtbare Materialien aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet insbesondere dann hinreichend verlässliche und wiederholbare Resultate, wenn das zu bildende Formteil vor jedem Aushärtvorgang an einem festen Referenzpunkt vorliegt. Hierfür wird vorteilhafterweise der Träger, an dem das sich das bildende Formteil an der Unterseite vorliegt, über eine Hebevorrichtung oder einen Roboter bzw. Roboterarm als zweite Anordnung, insbesondere vertikal und gegebenenfalls horizontal, verfahren.
Verfahrenstechnisch von besonderen Vorteil ist zudem, dass nach Schritt f) und vor Schritt g) oder als Schritt g) und/oder nach Schritt j) und vor Schritt k) oder als Schritt k) die Behälteranordnung, insbesondere der Behälterboden, aus einer im wesentlichen horizontalen Lage in eine aus der Horizontalen geneigte Lage reversibel verschwenkt wird.
Geeignete verfestigbare Massen, die mittels Strahlungsbeaufschlagung ausgehärtet werden können, umfassen z. B. radikalisch polymerisierbare Materialien auf der Basis von radikalisch polymerisierbaren Monomeren wie (Meth)acrylate, Styrol und Styrolderivate, Allylverbindungen oder Vinylcyclopropane, wobei Acrylate und insbesondere Methacrylate besonders bevorzugt sind. Bevorzugt kommen die kommerziell verfügbaren monofunktionellen Monomere wie Methyl-, Ethyl-, Furfuryl- oder Phenyl(meth)acrylat in Betracht. Vorzugweise sind ebenfalls Vernetzermonomere, d. h. multifunktionelle Monomore wie multifunktionelle (Meth)acrcylate zugegen. Derartige Verbindungen sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in der DE 101 14 290 B4 beschrieben.
Die verfestigbaren Massen weisen vorteilhafterweise mindestens einen pharmazeutischen, antimikrobiellen, mineralisierenden und/oder Fluridionen-freisetzenden Wirkstoff auf. Derartige Formteile können demnach in der Weise ausgeführt sein, dass sie einen pharmazeutischen, antibakteriellen oder remineralisierenden Wirkstoff oder Fluridionen freisetzen.
Die durchschnittliche Dicke der bei einem Aushärtschritt (f, j) aus den verfestigbaren Massen gebildeten Schicht kann je nach den eingesetzten aushärtbaren Massen und/oder der beaufschlagten Strahlung in weiten Bereichen variieren und liegt vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 250 μm, vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 100 μm. Selbstverständlich können die aufeinander folgenden Schichten nicht nur jeweils eine einheitliche Schichtstärke aufweisen. Vielmehr können innerhalb eines zu bildenden Formteils die Schichtdicken für die auszuhärtenden Schichten beliebig in den jeweils technisch realisierbaren Grenzen gewählt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Trägerunterseite bzw. das an der Trägerunterseite anliegende, sich bildende Formteil in die verfestigbare Masse vorzugsweise soweit eingebracht, dass zwischen dem Bodenelement bzw. der Bodenplatte der Behälterkammer und der Unterseite bzw. der zuletzt angebrachten Schicht des Formteils ein Abstand verbleibt, der in etwa der Dicke der Schicht entspricht, die in dem anstehenden Aushärtschritt ausgebildet werden soll. Demnach wird die zwischen der Unterseite des Trägers bzw. der Unterseite des Formteils und der Bodenplatte vorliegende auszuhärtende Masse durch Kopf-über-Beaufschlagung mit Strahlung von unten ausgehärtet und gleichzeitig an die Unterseite bzw. an die Unterseite des sich bildenden Formteils angebunden. Wie vorangehend geschildert, kann das um diese ausgehärtete Schicht ergänzte Formteil günstigerweise durch Verschwenken der Bodenplatte von dieser abgelöst bzw. entfernt werden. Sodann kann die Bodenplatte beispielsweise in die Horizontale rückverschwenkt werden, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung bereits der neue Abstand zu dem an der Unterseite vorliegenden Formteil erhalten wird. Alternativ kann nach dem Verschwenken mit der zweiten Anordnung, beispielsweise mit Hilfe eines Schrittmotors, über das Anheben des Trägers der Abstand der nachfolgend zu bildenden Schicht eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die bei einem Aushärtschritt aus den verfestigbaren Massen gebildete Schicht keine, einen, zwei, drei oder mehrere freiliegende innere Bereiche aufweist. Hierbei ist von besonderem Vorteil wenn in einem nachfolgenden Aushärtschritt eine weitere, in dem/den freiliegenden Bereichen der vorhergehend gebildeten Schicht(en) vorliegende verfestigbare Masse unter Ausbildung einer Schicht ausgehärtet wird. Die untere Kontaktfläche dieser Schicht liegt vorzugsweise im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die zuvor ausgehärtete verfestigbare Masse.
Besonders bevorzugte Formteile, insbesondere dentale Formteile, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erhalten, dass in einem ersten Aushärtschritt eine Schicht aus einer ersten verfestigbaren Masse gebildet wird mit einer der Trägerunterseite gegenüberliegenden ersten Kontaktfläche, dass in einem zweiten Aushärtschritt eine Schicht aus einer zweiten verfestigbaren Masse gebildet wird, die vorzugsweise die zuvor gebildete Schicht teilweise oder vollständig, insbesondere bündig, umschließt und eine der Trägerunterseite gegenüberliegende zweite Kontaktfläche aufweist, die im wesentlichen auf gleicher Höhe liegt wie die erste Kontaktfläche, dass in einem weiteren Aushärtschritt eine Schicht aus einer ersten oder weiteren verfestigbaren Massen auf mindestens einem Großteil der ersten Kontaktfläche und gegebenenfalls einem Teil der zweiten Kontakfläche gebildet wird, dass in einem weiteren Aushärtschritt eine Schicht aus einer zweiten oder weiteren verfestigbaren Masse auf mindestens einem Großteil der zweiten Kontaktfläche und gegebenenfalls einem Teil der ersten Kontaktfläche gebildet wird, wobei gegebenenfalls der geschilderte Aufbau einer Schicht aus mindestens zwei verfestigbaren Massen mehrfach wiederholt wird. Bei dieser Ausführungsform liegen im gebildeten Formteil zwei oder mehr sich z. B. in Art, Zusammensetzung und/oder Farbe unterscheidende ausgehärtete Massen in einer Schichtebene vor. So ist es beispielsweise möglich, innerhalb nur einer Schicht zwei oder mehrere Bereiche zu haben, die sich alle in ihren mechanischen Eigenschaften unterscheiden, beispielsweise unterschiedliche E-Module aufweisen. Beispielsweise können für ein Dentalprodukt ein abrasiver äußerer Bereich für eine oder sämtliche Außenschichten und ein eher duktiler Bereich für den zentralen Kern generiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, zum Beispiel Schichten zu erzeugen mit unterschiedlichen segmenten, die E-Moduli im Bereich von 50 bis zu 50.000 N/m² aufweisen.
Unter unterer Kontaktfläche im Sinne der Erfindung soll diejenige Fläche einer ausgehärteten Schicht verstanden werden, die der Unterseite des Trägers im wesentlichen gegenüberliegt und die, liegt das Formteil am Träger vor, der verfestigbaren Masse zugewandt ist. Die Schichten weisen üblicherweise einen Randbereich auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mindestens eine, insbesondere die Mehrzahl der ausgehärteten verfestigbaren Massen Füllstoffe enthalten.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die Füllstoffe partiell oder vollständig beschichtet, insbesondere silanisiert, sind. Ferner kann vorgesehen sein, daß als Füllstoffe Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxide, Siliziumoxide, Feldspate, Dentalgläser, amorphe Kieselsäuren, Titanoxide, sphärische Gläser, Borsilikate oder Mischungen hiervon umfassen. Dentale Formteile liegen häufig als sogenannte Composite vor. Unter Composite versteht man im allgemeinen Formteile mit relativ hohen Füllstoffgehalten. So können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Formkörper bzw. Formteile Füllstoffgehalte von mehr als 20, insbesondere mehr als 40 und bevorzugt mehr als 60 Gewichtsprozent enthalten. Beispielsweise sind auch Form körper mit Füllstoffgehalten im Bereich von 75 bis 85 oder gar von 80 bis 95 Gewichtsprozent zugänglich. Ferner kommen als Füllstoffe Mischoxide aus Siliziumdioxid, Zirkondioxid und/oder Titandioxid in Betracht. Außerdem sind nanopartikuläre oder mikrofeine Füllstoffe wie pyrogene Kieselsäure oder Fällungskieselsäure sowie Makro- oder Minifüllstoffe wie Quarz-, Glaskeramik- oder Glaspulver mit durchschnittlichen Teilchengrößen von z. B. 0,01 bis 5 μm oder röntgenopake Füllstoffe wie Ytterbiumtrifluorid geeignet. Als Fasern kommen grundsätzlich organische und anorganische Fasern in Betracht. Exemplarisch seien Glasfasern, Wiskers, Schichtsilikate, Polyamid- und Kohlenstoffasern genannt.
Um eine zufriedenstellende Vermengung mit dem ausgehärteten verfestigbaren Material sicherzustellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Füllstoffe zumindest teilweise zu beschichten, vorzugsweise hydrophob auszustatten, zum Beispiel zu silanisieren, vorzugsweise wenn das Matrixmaterial selber eher unpolar ist. Füllstoffe dienen regelmäßig dem Zweck, Formkörper zu erhalten, die sich durch besondere Härte oder Abrasion oder auch durch einen verringerten Schrumpf beim Aushärtvorgang auszeichnen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind unter Verwendung geeigneter füllstoffhaltiger verfestigbarer Massen ebenfalls Grünkörper zugänglich. Als Füllstoffe für die Herstellung solcher Grünkörper können in den verfestigbaren Massen beispielsweise Pulver von Glas, Glaskeramiken oder Keramiken eingesetzt werden, z. B. in Form sogenannter keramischer Schlicker. Exemplarisch seien die folgenden Systeme genannt: Leucit-Phosphor-Silikat (SiO₂-Al₂O₃-K₂O-CuO-P₂O₅-F), Leucit, Lithiumdisilikat, Korund, Zirkonoxid sowie Alkalizinkoxidsilikat (SiO₂-ZnO-Na₂O).
Unterwirft man die auf diese Weise aus füllstoffenthaltenden verfestigbaren Massen erhaltenen Grünkörper einem Sinterungsvorgang, erhält man keramische Formkörper. Bei dem Sinterungsvorgang werden die organischen Komponenten der ausgehärteten Masse entfernt und die anorganischen Füllstoffe in einen keramischen Körper überführt. Für diese Prozessvarian te haben sich Füllstoffgehalte in den verfestigbaren Massen von größer als 40 Vol.-%, insbesondere größer als 60 Vol.-% als vorteilhaft erwiesen.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Formkörper stellen beispielsweise dentale Formteile dar, insbesondere solche für die Zahnrestauration (z. B. Inlays, Onlays, Brücken, Kronen, Stiftzähne, Verblendungen, Implantate, Vollprothesen oder dergleichen), Zahnersatz oder auch Hilfsmittel für einen Zahnersatz. Darüber hinaus sind z. B. auch Knochenprothesen und Hörgerätgehäuse zugänglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich durch Verwendung einer Behälteranordnung, enthaltend zwei oder mehrere Behälterkammern unter Kopf-über-Beaufschlagung mit Strahlung durch eine transparente Bodenplatte beliebig zusammengesetzte dreidimensionale Formteile generativ erhalten lassen. Hierbei werden verfestigbare Massen selektiv schichtweise unter Verwendung der generativen Maskenbelichtung ausgehärtet. Die erhaltenen Formteile sind aus mindestens zwei unterschiedlichen verfestigbaren Massen gefertigt, wobei diese unterschiedlichen Massen sowohl horizontal, d. h. innerhalb einer Schicht als auch in verschiedenen Schichten vorliegen können. Je nach Wahl der verfestigbaren Massen können diese im Endprodukt im ausgehärteten Zustand unterschiedliche Werkstoffeigenschaften und/oder Farbeindrücke generieren.
So ist es mögliche, geringste Farbunterschiede abzubilden, wodurch z. B. sehr natürlich anmutende Dentalprodukte zugänglich sind. Farbeindrücke können nicht mehr nur durch die Farbeinstellung einer aushärtbaren Masse eingestellt werden, sondern durch das Zusammenspiel von zwei oder mehreren aushärtbaren Massen. Dieses ist z. B. der Fall, wenn ein sehr dünner Außenrand aus einem ersten Material innerhalb einer Schicht um ein innenliegendes ausgehärtetes zweites Material hereingelegt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können unter Einsatz der ersten und/oder der zweiten Anordnung zum Verfahren von Träger- und/oder Behälteranordnung in den Behälterkammern vorliegende unterschiedliche verfestigbare Materialien in beliebiger Folge angesteuert werden. Auf diese Weise kann der Träger, enthaltend an seiner Unterseite das sich ausbildende Formteil, innerhalb eines Bauprozesses in eine Vielzahl an unterschiedlichen aushärtbaren Massen eingetaucht werden, wobei mit jedem Eintauchvorgang in eine bestimmte Behälterkammer und anschließender Bestrahlung von unten die Ausbildung mindestens einer ausgehärteten Materialschicht bzw. eines ausgehärteten Materialschichtsegments einhergeht.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der damit erhaltene Formkörper besteht darin, dass die erhaltenen Produkte, insbesondere als Zahnersatzprodukte oder als Baukörper für Hörgehörte, unmittelbar für den Einsatz beim Patienten geeignet sind und in der Regel keiner weiteren formgebenden Endbearbeitung unterworfen werden müssen. Natürlich ist nicht ausgeschlossen, dass sich gegebenenfalls noch Endreinigungs-, Temper- und/oder Lackierschritte ausschließen können. Insbesondere gelingt es, Formteile zu erhalten, die hinsichtlich Einfärbung und/oder Materialeigenschaften, z. B. E-Modul, in Längsrichtung wie auch quer zur Längsrichtung einen Gradienten aufweisen können.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von insbesondere Dentalprodukten besteht auch darin, dass die äußeren Schichten mit anderer Farbe und/oder Material- bzw. Werkstoffeigenschaften ausgeführt werden können als die innen liegenden Schichtsegmente. D. h. eine Materialschicht weist in dem Formteil unterschiedliche Eigenschaften auf. So können beispielsweise die äußeren bzw. oberen Schichten von dentalen Formteilen aus aushärtbaren Massen gefertigt bzw. verfestigt sein, die eine höhere Transluzenz als die darunter liegenden Materialien aufweisen. Hierdurch gelingt eine besonders gute Annäherung an die Erscheinungsform eines natürlichen Zahns.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 eine alternative schematische Seitenschnittansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
3 eine schematische Längsschnittansicht durch ein Formteil erhalten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1,
4 eine schematische Längsschnittansicht durch ein Formteil erhalten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1,
5a) bis 5g) eine schematische Längsschnittansicht durch verschiedene Prozessstufen bei der Herstellung des Formteils gemäß 4,
6 eine schematische Längsschnittansicht durch ein Formteil erhalten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1,
7a) und b) eine schematische Querschnittsansicht durch die dritte bzw. sechste Schicht des Formteils gemäß 6,
8 eine schematische Längsschnittansicht durch ein Formteil erhalten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 und
9 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer Behälteranordnung.
1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schichtweisen generativen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil, beispielsweise einen Zahnersatz zu entnehmen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Träger 4 mit einer Unter seite 6, an der ein oder mehrerer Formteile bzw. in Entstehung begriffene Formteile angebunden sein können. Der Träger 4 ist über einer Behälterwanne 8 angeordnet, die insgesamt 6 oberseitig offene und durch Trennwände voneinander separierte Behälterkammern 8.1 bis 8.6 enthält. Die Behälterwanne 8 weist eine durchgehende transparente Bodenplatte 10 auf, auf der die Seiten- bzw. Trennwände 16 der Behälterkammern dichtend angebracht sind. Somit verfügt jede Behälterkammer 8.1 bis 8.6 über seiner gesamten Bodenfläche über ein transparentes Bodenelement 10.1 bis 10.6. Unterhalb der Behälteranordnung 8 liegt eine Strahlungsquelle bzw. ein Projektor 2 vor, über den Strahlung jeweils gezielt von unten durch die transparenten Bodenelemente 10.1 bis 10.6 im Sinne einer Kopf-über-Beaufschlagung gelenkt werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist die Behälterwanne 8 mit einer ersten Anordnung 12 in Wirkverbindung, mit der diese in der Horizontalen, d. h. in der XY-Ebene verfahren werden kann. Eine solche erste Anordnung 12 kann beispielsweise ein geeigneter Schrittmotor sein. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Träger 4 über eine zweite Anordnung 14, beispielsweise ebenfalls ein Schrittmotor, in vertikaler Richtung, d. h. in Z-Richtung, verfahren. In X- und Y-Richtung ist der Träger 4 in der dargestellten Ausführungsform lagefixiert. Da auch die Strahlungsquelle 2 aus Gründen der Prozesssicherheit und -genauigkeit in der Vorrichtung 1 zumeist fest justiert vorliegt, bilden Träger und Strahlungsquelle ein fixes Referenzsystem aus.
Beispielsweise kann man nach einem ersten Bestrahlungsvorgang unter Ausbildung einer ersten Schicht aus einer in einer ersten Behälterkammer 8.1 oder in einer fünften Behälterkammer 85 vorliegenden verfestigbaren Masse z. B. den Träger 4 über den Schrittmotor 14 in vertikaler Richtung nach oben verfahren und mitsamt sich bildendem Formteil aus dem ersten Behälter 8.1 heraus heben. Anschließend kann die Behälterwanne 8 mit Hilfe der ersten Anordnung 12 horizontal in X-Richtung verfahren werden, so dass der Träger 4 samt Formteil über z. B. der zweiten Behälterkammer 8.2 positioniert ist. Durch vertikales Verfahren des Trägers 4 mit Hilfe des Schrittmotors 14 wird die Unterseite 6 des Trägers samt den darin ausgebildeten Formteilsegmenten in die in der zweiten Behälterkammer 8.2 vorliegende zwei te verfestigbare Masse eingetaucht. Hierbei nähert man die Unterseite 6 des Trägers 4 bzw. die sich bereits an dieser Unterseite ausgebildeten, ausgehärteten Schichten bzw. deren Kontaktflächen derart an die Oberseite der transparenten Bodenplatte 10 an, dass der Abstand im wesentlichen der Dicke der in diesem Schritt auszubildenden Schicht entspricht. Anschließend kann der in der vorangehend beschriebenen Weise bis zum Erhalt des fertigen Formteils fortgefahren werden.
Zur besseren Veranschaulichung ist die Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß 1 in schematischer Querschnittsansicht in 2 wiedergegeben. 2 zeigt demgemäß eine Strahlungsquelle 2 in Form einer Projektionseinheit, die unterhalb der Behälterwanne 8 angeordnet ist. Die Behälterwanne verfügt über eine transparente Bodenplatte 10. Die Behälterwanne liegt auf einer Plattform bzw. Trägerplatte 18 auf, die Bestandteil eines Rahmens oder Tisches 20 sein kann. Diese Trägerplatte 18 ist mit einer Durchgangsöffnung 22 ausgestattet, so dass Strahlung aus der Projektionseinheit 2 im Sinne einer Kopf-über-Beaufschlagung durch die transparente Bodenplatte 10 auf die in den Kammern der Behälterwanne 8 vorliegenden verfestigbaren Massen 24 gelenkt werden kann. In die Durchgangsöffnung 22 kann alternativ eine für Strahlung durchlässige Auflageplatte eingelassen sein. Auch kann die Behälteranordnung so dimensioniert sein, dass sie ein die Öffnung 22, vorzugsweise pass genau einlassen werden kann. Das sich ausbildende Formteil 26 liegt an der Unterseite 6 des Trägers 4 vor, der wiederum mit einem Schrittmotor 14, enthaltend einen Hebe- bzw. Haltearm 27 verbunden ist. Über den Schrittmotor 14 ist in der dargestellten Ausführungsform das sich bildende Formteil vertikal verfahrbar. Die erste Anordnung 12, mit der die Behälterwanne in der Horizontalen in x/y-Richtung verfahrbar ist, ist in 2 nicht dargestellt. Die Behälterwanne 8 ist durch zwei Trennwände 28 und 30 in drei Behälterkammern 8.1, 8.2 und 8.3 unterteilt. Die in den 1 und 2 wiedergegebenen Komponenten 2, 12 und 14 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind im allgemeinen über eine Datenverarbeitungseinrichtung 32 miteinander verbunden und ansteuerbar. So kann in einem Datenspeicher 34 der dreidimensionale Datensatz für ein auszubildendes Formteil hinterlegt sein, das sodann mit Hilfe der Datenverarbeitungseinrichtung 32 in der gewünschten Zusammensetzung generativ schichtweise erzeugt wird.
Für diesen Fall sind in der Datenverarbeitungseinrichtung 32 auch Anweisungen hinterlegt, für welche Materialschicht welche Behälterkammer anzufahren ist. Denn über das Sequenzmuster kann letztendlich der individuelle Aufbau des Formteils gesteuert werden.
Die 3 bis 7 zeigen grob skizziert Formteile, die sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten lassen.
3 zeigt ein Formteil im Querschnitt, das im wesentlichen aus zwei unterschiedlichen verfestigbaren Massen gefertigt ist im Querschnitt. Während die erste verfestigbare Masse 36 den Kern des Formteils bildet, liefert die zweite verfestigbare Masse 36 im ausgehärteten Zustand die seitliche Ummantelung desselben. Die dritte Formmasse bildet die abschließende Materialschicht. Ein solches Formteil 40 lässt sich beispielsweise mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten, die über eine Behälterwanne mit drei Behälterkammern verfügt. So kann in einem ersten Schritt an die Unterseite 6 des Trägers 4 die erste, aus der ersten Behälterkammer entnommene aushärtbare Masse, die letztendlich den Kern bindet, verfestigt werden, woraufhin in einem zweiten Schritt die Ummantelung dieser Schicht in derselben Schichtebene durch das zweite, aus der zweiten Behälterkammern entnommene verfestigbare Material gebildet wird. Diese Schichtfolge kann beliebig oft wiederholt werden bis man die gewünschte Größe des Fertigbauteils erhalten hat. In der dargestellten Ausführungsform wird im letzten Schritt eine Schicht aus einem dritten verfestigbaren Material, entnommen aus einer dritten Behälterkammer, über die gesamte Breite der aus dem ersten und dem zweiten verfestigbaren Material gebildeten Gesamtschicht ausgebildet. Selbstverständlich können auch in einem solchen Herstellungszyklus die Schichtdicken von Schritt zu Schritt variiert werden.
4 zeigt beispielsweise eine Längsschnittansicht eines Formteils das, aus sieben Einzelschichten aufgebaut worden ist, wobei sowohl innerhalb ein und derselben Schichtebene als auch in unterschiedlichen aufeinander folgenden Schichten unterschiedliche Materialien zu finden sind (durch unterschiedliche Schraffur gekennzeichnet). Die Herstellung dieses Formteils wird in den 5a) bis 5g) skizziert. Zunächst wird in einem ersten Schritt a) an der Unterseite 6 des Trägers 4 oder an einer der Unterseite vorliegenden Haftschicht (nicht abgebildet) eine erste Schicht 42 ausgehärtet. Diese erste Schicht verfügt über eine Kontaktfläche 52, die der Unterseite 6 abgewandt ist, und einen Randbereich 54, auch erster Randbereich genannt. In einem zweiten Schritt wird eine zweite Schicht b) aus einem zweiten Material 44 ausgehärtet, jedoch nicht über der gesamten unterseitigen Kontaktfläche 52 der ersten Schicht. Auch die zweite Schicht 44 bildet wieder eine der Unterseite 6 gegenüberliegende Kontaktfläche 56 aus und verfügt über einen Randbereich bzw. umlaufenden Rand 58, auch zweiter Randbereich genannt. Sodann kann in einem dritten Schritt c) ein drittes Material 46 in den Bereichen ausgehärtet werden, die in dem zweiten Schritt ausgelassen worden sind. In dem vierten Schritt d) kann anschließend beispielsweise wieder eine Schicht aus dem zweiten Material 44 auf der unterseitigen Fläche der in dem zweiten Schritt ausgehärteten Schicht verfestigt werden. In einem fünften Schritt e) kann dann beispielsweise durch das Aushärten des dritten Materials 46 in den von den im vierten Schritt freigelassenen Arealen eine einheitliche Schicht ausgebildet werden. Anschließend kann in einem sechsten Schritt f) ein Schichtsegment aus einem vierten verfestigbaren Material 48 angebunden werden. Wie gezeigt, kann ohne weiteres auch die Dicke der ausgehärteten Schichten innerhalb eines Formteils variiert werden. Die im sechsten Schritt ausgehärtete Schicht, beispielsweise aus dem Material 42 der ersten Schicht, ist beispielsweise wesentlich dünner als die vorhergehend gebildeten Schichten. Somit kann in einem sieben Schritt g) eine fünfte verfestigbare Masse 50 über der gesamten unterseitigen Fläche des Formteils unter Erhalt des fertigen Formteils ausgebildet werden.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Formteils in Längsschnittansicht, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie vorangehend beschrieben, erhältlich ist. Während die ersten drei ausgehärteten Materialschichten einheitlich aus demselben Material bestehen, ist in der vierten Materialschicht ein innen liegendes Segment aus einer zweiten verfestigbaren Masse eingelassen. 7a) zeigt einen Querschnitt A-A durch diese Schicht. Daraus ist zu ersehen, dass das zu bildende Formteil in der vierten Schicht eine in wesentlichen kreisförmige Umrissform hat mit einem eingefügten kreisförmigen Segment aus einem zweiten verfestigbaren Material, während der umlaufende Kreisring aus dem ersten verfestigbaren Material gebildet ist. Wie 6 weiter zu entnehmen ist, hat man sodann für die fünfte Materialschicht für den innen liegenden Bereich das zweite Material beibehalten, jedoch den umlaufenden Kreisring dieser Schicht aus einem dritten Material gebildet. In ähnlicher Weise hat man in der sechsten Materialschicht wiederum das zweite Material für den innen liegenden Bereich beibehalten und für den in dieser Schicht umlaufenden Kreisring ein viertes verfestigbares Material gewählt. Sodann ist für die Ausbildung der folgenden siebten Schicht zunächst ein Kreisring aus einem fünften Material gebildet worden, dessen Innenraum wiederum mit dem zweiten verfestigbaren Material ausgefüllt worden ist. Die Randbereiche dieser Schicht sind anschließend mit dem vierten verfestigbaren Material gebildet worden. 7a) zeigt einen Querschnitt A-A durch diese Schicht. Somit hat es für die Ausbildung dieser siebten Schicht insgesamt des Eintauchens in drei unterschiedliche Behälterkammern bedurft. Die abschließende, achte Schicht ist dann über die gesamte Breite des Formteils aus dem vierten Material gebildet worden.
8 zeigt eine schematische Längsschnittansicht durch eine weitere alternative Ausführungsform eines Formteils, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhältlich ist. Hierbei ist die erste, an der Unterseite 6 des Trägers 4 angebrachte Schicht wie in den Ausführungsformen der 3 bis 7 aus einer ersten aushärtbaren Masse hergestellt worden. D. h. die Unterseite 6 sowie der Behälterboden 10 der Behälterwanne 8 sind beim Aushärtvorgang beide im wesentlichen horizontal und zueinander parallel ausgerichtet gewesen. Für die Ausbildung der zweiten Schicht ist sodann der Behälter 8 samt Behälterboden 10 geringfügig verschwenkt worden, und zwar in einer Weise, dass an dem äußersten Rand der Unterseite der ersten Schicht noch ein minimaler Kontakt mit dem Behälterboden 10 verblieben ist. Bei der nachfolgenden Aushärtung der in den Spalt zwischen der Unterseite bzw. der Kontaktfläche der ersten Schicht und den Behälterboden eingetretenen verfestigbaren Masse ist ein keilförmiges Segment als zweite Schicht ausgebildet worden. Durch gegensinniges Verschwenken der Behälterwanne im Folgeschritt ist der Behälterboden 10 wieder in die Horizontale überführt worden und liegt parallel zu der Unterseite der ersten Schicht bzw. parallel zur Unterseite des Trägers vor. Beim Aushärtvorgang wird wiederum ein keilförmiges Segment gebildet. Für die Ausbildung der vierten Schicht ist die Behälterwanne ist bzw. der Behälterboden wiederum verschwenkt worden, allerdings ist gleichzeitig der Träger 4 geringfügig vertikal nach oben verfahren worden. Somit liegt beim Aushärtvorgang mittels unterseitiger Bestrahlung kein Kontakt zwischen der Bodenfläche und der ausgehärteten dritten Materialschicht mehr vor. Vielmehr kann verfestigbare Masse vollständig zwischen Behälterboden und dritter Materialschicht eindringen und gemäß der vorgesehenen Umrissmaske belichtet werden. Der geschilderte Vorgang kann selbstverständlich beliebig häufig wiederholt werden. Somit ist erkennbar, dass sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren Formteile erhalten lassen, die selbst innerhalb einer Schicht über graduierlich sich ändernde Werkstoff- und/oder Farbeigenschaften verfügen.
9 zeigt eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausgestaltung einer Behälteranordnung 8, bei der die einzelnen Behälterkammern 8.1 bis 8.8 um eine gemeinsame Drehachse 60 angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung stellt die erste Anordnung 12 beispielsweise einen Drehmotor dar, mit der die Behälteranordnung 8 rotiert werden kann. Hierbei können der Träger 4 samt Unterseite 6 sowie die Strahlungsquelle 2 fest justiert vorliegen. Durch vertikales Auf- und Ab-Verfahren des Trägers mit Zwischengeschaltetem Drehen der Behälteranordnung 8 kann wiederum, wie vorangehend beschrieben, ein Formteil in beliebiger Werkstoff- und/oder Farbstoffkombination erhalten werden.
Durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten von unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Werkstoffzusammensetzungen wie auch durch die Kombinierbarkeit von identischen oder unterschiedlichen Zusammensetzungen mit unterschiedlichen Farben innerhalb einer Schicht lassen sich nicht nur unterschiedlichste Werkstoffeigenschaften, sondern ebenfalls feinste Farbnuancen bzw. Farbmuster einstellen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1: Vorrichtung
2: Strahlungsquelle
4: Träger
6: Trägerunterseite
8: Behälterwanne
8.1 bis 8.6: Behälterkammern
10: Bodenplatte
10.1 bis 10.6: Bodenelemente
12: Erste Anordnung
14: Zweite Anordnung
18: Trägerplatte
20: Halterahmen
22: Durchgangsöffnung
24: Verfestigbare Massen
26: Sich ausbildendes Formteil
27: Hebe- bzw. Haltearm
28: Trennwand
30: Trennwand
32: Datenverarbeitungseinrichtung
34: Datenspeicher
36: Verfestigbare Masse
40: Formteil
42: Erste Schicht aus erstem Material
44: Zweite Schicht aus zweitem Material
46: Drittes Material
48: Viertes Material
50: Fünftes Material
52: Kontaktfläche der ersten Schicht
54: Randbereich der ersten Schicht/Erster Randbereich
56: Kontaktfläche der zweiten Schicht
58: Randbereich der zweiten Schicht/Zweiter Randbereich
60: Drehachse

Claims

Vorrichtung (1) zur schichtweisen generativen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei mittels Strahlung verfestigbaren Massen, umfassend mindestens eine Strahlungsquelle (2) und/oder Strahlungsumlenkvorrichtung geeignet zur Kopf-über-Beaufschlagung der verfestigbaren Massen mit Strahlung, mindestens einen Träger (4) mit einer mit Strahlung der Strahlungsquelle beaufschlagbaren Unterseite (6), geeignet für die Anbindung des aus den verfestigbaren Massen zu bildenden Formteils, mindestens eine Behälteranordnung (8) enthaltend mindestens zwei oberseitig offene Behälterkammern (8.1, 8.2) geeignet zur Aufnahme voneinander verschiedener verfestigbarer Massen, wobei mindestens zwei offene Behälterkammern (8.1., 8.2) zumindest abschnittsweise für Strahlung durchlässige Bodenelemente (10.1, 10.2) aufweisen und oberhalb der Strahlungsquelle (8) oder einer Strahlungsumlenkvorrichtung anordbar oder angeordnet sind, so dass die verfestigbaren Massen durch die für die Strahlung durchlässigen Bodenelemente (10.1, 10.2) über die Strahlungsquelle oder gegebenenfalls die Strahlungsumlenkvorrichtung von unten mit Strahlung beaufschlagbar sind, und mindestens eine erste Anordnung (12) geeignet zum Verfahren der Behälteranordnung (8) oder von mindestens zwei oberseitig offenen Behälterkammern (8.1, 8.2) und/oder mindestens eine zweite Anordnung (14) geeignet zum Verfahren des Trägers (4), so dass die Unterseite (6) des Trägers und/oder das sich auf der Unterseite bildende Formteil mit den verfestigbaren Massen in den Behälterkammern (8.1, 8.2) in Kontakt bringbar und/oder darin zumindest teilweise eintauchbar ist bzw. sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung eine solche zur stereolithographischen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei verfestigbaren Massen darstellt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Datenspeicher zur Abspeicherung von Daten, insbesondere CAD-Daten, die ein dreidimensionales Objekt wiedergeben.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Datenverarbeitungseinrichtung, die ausgelegt ist, Daten, die für die dreidimensionale Darstellung eines Objektes in einem Datenspeicher hinterlegt sind, zu empfangen und in Daten für einen schichtweisen Aufbau dieses Formteils umzuwandeln, und die geeignet und ausgelegt ist, die von der Strahlungsquelle (2) abstrahlbare Strahlung derart zu manipulieren oder einzustellen, dass ein Strahlungsmuster aussendbar ist, das jeweils mit den für eine aus den verfestigbaren Massen aufzubauende Schicht ermittelten Daten korreliert, so dass auf der Unterseite (6) des Trägers (4) und/oder auf dem an der Unterseite (6) vorliegenden Formteil eine Schicht aus verfestigbaren Massen in der von der Datenverarbeitungseinrichtung ermittelten Form haftend verfestigbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) eine UV-, VIS- oder IR-Strahlungsquelle darstellt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung (8) eine Behälterwanne mit einem für Strahlung im wesentlichen durchlässigen Behälterboden (10) darstellt, wobei die Behälterwanne (8) über eine oder mehrere Trennwände verfügt, so dass mindestens zwei oberseitig offene Behälterkammern (8.1, 8.2) resultieren.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Behälterkammern (8.1, 8.2) durch mindestens eine gemeinsame Trennwand voneinander getrennt sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Schwenkvorrichtung, mit der die Behälteranordnung (8), insbesondere der Behälterboden (10), und/oder die Trägerunterseite aus einer im wesentlichen horizontalen Lage in eine aus der Horizontalen geneigte Lage reversibel verschwenkbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) mit einer Projektionseinheit, insbesondere auf der Basis DLP/DMD, LCD und ILA, ausgestattet ist, über die die Umrißkontur der jeweils aus den verfestigbaren Massen auszuhärtenden Schicht festlegbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung (8) eine Vielzahl an Behälterkammern (8.1, 8.2), insbesondere mit im wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Querschnittsbodenfläche, aufweist, wobei benachbarte Behälterkammern (8.1, 8.2) vorzugsweise durch eine gemeinsame Trennwand voneinander getrennt sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterboden (10) und/oder die Behälteranordnung horizontal (8) verfahrbar ist bzw. sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterkammern (8.1, 8.2) um eine im wesentlichen vertikale Drehachse ange ordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei gemeinsame Trennwände von jeweils einander benachbarten Behälterkammern (8.1, 8.2) im wesentlichen radial auf die Drehachse ausgerichtet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung (8), insbesondere die Behälterwanne, mindestens vier oberseitig offene Behälterkammern (8.1, 8.2) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens zwei Behälterkammern jeweils unterschiedliche verfestigbare Massen vorliegen, insbesondere in sämtlichen Behälterkammern jeweils voneinander unterschiedliche verfestigbaren Massen vorliegen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend mindestens zwei, insbesondere eine Vielzahl an, Strahlungsquellen und/oder Strahlungsumlenkvorrichtungen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine dritte Anordnung geeignet zum, insbesondere horizontalen und/oder vertikalen, Verfahren mindestens einer Strahlungsquelle und/oder Strahlungsumlenkvorrichtung.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und/oder die dritte Anordnung (12, 14) einen Roboter oder einen Bestanteil hiervon, insbesondere einen Roboterarm, umfassen oder darstellen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein transparentes Bodenelement, insbesondere die Bodenplatte, der Behälteranordnung temporär oder dauerhaft eine geordnete oder willkürliche dreidimensionale Oberflächenstruktur auf der der Unterseite des Trägers zugewandten Seite aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Behälterkammer mindestens eine beabstandet von dem Bodenelement und auf der dem Träger zugewandten Seite vorliegende Abeckung aufweist, deren der Unterseite des Trägers zugewandte Seite zumindest partiell temporär oder dauerhaft mit einer geordneten oder willkürlichen dreidimensionalen Oberflächenstruktur versehen ist.
Verfahren zur Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil aus mindestens zwei unterschiedlichen verfestigbaren Massen, umfassend die Schritte: a) Zurverfügungstellung einer Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, b) Befüllen einer ersten, oberseitig offenen Behälterkammer einer Behälteranordnung mit einer ersten mittels Strahlung verfestigbaren Masse, c) Befüllen einer zweiten, obenseitig offenen Behälterkammer einer Behälteranordnung mit einer zweiten mittels Strahlung verfestigbaren Masse, d) gegebenenfalls Befüllen mindestens einer weiteren Behälterkammer, insbesondere einer dritten, vierten, fünften oder n-ten Behälterkammer, mit einer weiteren verfestigbaren Masse, insbesondere mit einer dritten, vierten, fünften bzw. n-ten verfestigbaren Masse, e) relatives, insbesondere vertikales, Aufeinanderzubewegen von Trägerunterseite und Behälteranordnung, so dass die Unterseite oder ein an dieser Unterseite befestigtes, sich bildendes Formteil in Kontakt mit einer in einer ersten Behälterkammer vorliegenden ersten verfestigbaren Masse tritt oder zumindest partiell in diese eintaucht, f) Aushärten einer Schicht einer an der Trägerunterseite oder an der Kontaktfläche zu dem sich bildenden Formteil vorliegenden ersten verfestigbaren Masse mittels Kopf-über-Beaufschlagung mit Strahlung durch den bzw. die für die Strahlung durchlässigen Bereiche des Bodenelements der ersten Behälterkammer unter Ausbildung mindestens einer zur Unterseite des Trägers beabstandeten Kontaktfläche des sich schichtweise bildenden Formteils sowie von einem oder mehreren ersten Randbereichen der ausgehärteten Schicht, g) relatives Voneinanderwegbewegen von Träger und Behälteranordnung, so dass die Unterseite des Trägers oder ein daran vorliegendes sich bildendes Formteil zumindest bereichsweise nicht mehr in Kontakt mit der verfestigbaren Masse in der Behälterkammer und/oder dem Bodenelement der Behälterkammer steht, h) relatives seitliches Verfahren von Träger und Behälteranordnung oder mindestens einer Behälterkammer, so dass die Trägerunterseite oder das daran vorliegende sich bildende Formteil über einer zweiten bzw. n-ten Behälterkammer mit einer zweiten bzw. n-ten verfestigbaren Masse vorliegt, i) relatives Aufeinanderzubewegen von Unterseite des Trägers und Behälteranordnung oder mindestens einer Behälterkammer, so dass die Unterseite des Trägers und/oder ein an dieser Unterseite befestigtes, sich bildendes Formteil in Kontakt mit einer zweiten bzw. n-ten verfestigbaren Masse in der zweiten bzw. n-ten Behälterkammer tritt oder in diese zumindest partiell eintaucht, j) Aushärten einer Schicht einer an der Trägerunterseite und/oder an der Kontaktfläche zu dem sich bildenden Formteil vorliegenden zweiten bzw. n-ten verfestigbaren Masse mittels Kopf-über-Beaufschlagung mit Strahlung durch die für Strahlung durchlässigen Bereiche des Bodenelements unter Ausbildung mindestens einer zur Unterseite beabstandeten Kontaktfläche des sich bildenden Formteils sowie von einem oder mehreren zweiten Randbereichen der ausgehärteten Schicht, k) relatives Voneinanderwegbewegen von Träger und Behälteranordnung, so dass die Trägerunterseite oder ein daran vorliegendes sich bildendes Formteil zumindest bereichsweise nicht mehr in Kontakt mit der verfestigbaren Masse in der Behälterkammer und/oder dem Bodenelement der Behälterkammer steht, und l) gegebenenfalls relatives seitliches Verfahren von Träger und Behälteranordnung, so dass die Trägerunterseite oder das daran vorliegende sich bildende Formteil über einer weiteren Behälterkammer, enthaltend eine weitere verfestigbare Masse, vorliegt, sowie m) Entfernen des Formteils von der Unterseite des Trägers.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittfolge e) bis g) oder f) und g) mindestens einmal wiederholt werden, bevor mit dem Schritt h) fortgefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittfolge i) bis k) oder j) und k) mindestens einmal wiederholt werden, bevor mit dem Schritt l) oder m) fortgefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt l) die Behälterkammer die erste oder eine dritte, vierte, fünfte oder n-te Behälterkammer ist, enthaltend die erste bzw. eine dritte, vierte, fünfte oder n-te verfestigbare Masse und dass die Schrittfolge e) bis g) oder f) und g) mindestens einmal oder mindestens einmal in entsprechender Weise wiederholt werden, wobei die Behälterkammer die dritte, vierte, fünfte oder n-te Behälterkammer ist, enthaltend die die dritte, vierte, fünfte oder n-te verfestigbare Masse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den in Schritt g) oder den in entsprechender Weise ausgeführten Schritt g) der Schritt h) sowie, mindestens einmal, die Schrittfolge i) bis k) und/oder j) und k) anschließen, gegebenenfalls in entsprechender Weise, wobei die Behälterkammer eine zweite, dritte, vierte, fünfte oder n-te Behälterkammer ist, enthaltend eine zweite, dritte, vierte, fünfte oder n-te verfestigbare Masse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt f) und/oder j) die Materialschicht ausgehärtet wird über einer Fläche, die die Kontaktfläche einer in einem unmittelbar vorhergehenden Schritt ausgehärteten oder angebrachten Schicht vollständig oder teilweise abdeckt und/oder die die freie Kontaktfläche von nicht im unmittelbar vorhergehenden Schritt ausgehärteten Schichten vollständig oder teilweise abdeckt und/oder die die Unterseite des Trägers vollständig oder teilweise abdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger über eine Hebevorrichtung oder einen Roboter bzw. Roboterarm als zweiter Anordnung, insbesondere vertikal und gegebenenfalls horizontal, verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung über eine Schiebevorrichtung oder einen Roboter bzw. Roboterarm als erster Anordnung, insbesondere horizontal und gegebenenfalls vertikal, verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das zu bildende Formteil vor jedem Aushärtvorgang an einem festen Referenzpunkt vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine verfestigbare Masse mindestens einen pharmazeutischen, antimikrobiellen, remineralisierenden und/oder Fluoridionen-freisetzenden Wirkstoff enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30 dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt f) und vor Schritt g) oder als Schritt g) und/oder nach Schritt j) und vor Schritt k) oder als Schritt k) die Behälteranordnung, insbesondere der Behälterboden, aus einer im wesentlichen horizontalen Lage in eine aus der Horizontalen geneigte Lage reversibel verschwenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Dicke der bei einem Aushärtschritt (f, j) aus den verfestigbaren Massen gebildeten Schicht im Bereich von 1 μm bis 250 μm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einem Aushärtschritt aus den verfestigbaren Massen gebildete Schicht keine, einen, zwei, drei oder mehrere freiliegende innere Bereiche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nachfolgenden Aushärtschritt eine weitere, in dem/den freiliegenden Bereich/en vorliegende verfestigbare Masse unter Ausbildung einer Schicht ausgehärtet wird, deren Kontaktfläche im wesentlichen auf der gleichen Höhe liegt wie die zuvor ausgehärtete verfestigbare Masse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Aushärtschritt eine Schicht aus einer ersten verfestigbaren Masse gebildet wird mit einer der Trägerunterseite gegenüberliegenden ersten Kontaktfläche, dass in einem zweiten Aushärtschritt eine Schicht aus einer zweiten verfestigbaren Masse gebildet wird, die die zuvor gebildete Schicht teilweise oder vollständig, insbesondere bündig, umschließt und eine der Trägerunterseite gegenüberliegende zweite Kontaktfläche aufweist, die im wesentlichen auf gleicher Höhe liegt wie die erste Kontaktfläche, dass in einem weiteren Aushärtschritt eine Schicht aus einer ersten oder weiteren verfestigbaren Massen auf mindestens einem Großteil der ersten Kontaktfläche und gegebenenfalls einem Teil der zweiten Kontakfläche gebildet wird, dass in einem weiteren Aushärtschritt eine Schicht aus einer zweiten oder weiteren verfestigbaren Masse auf mindestens einem Großteil der zweiten Kontaktfläche und gegebenenfalls einem Teil der ersten Kontaktfläche gebildet wird, wobei gegebenenfalls der geschilderte Aufbau einer Schicht aus mindestens zwei verfestigbaren Massen mehrfach wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, insbesondere die Mehrzahl der ausgehärteten verfestigbaren Massen Füllstoffe enthalten.
Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem sich bildenden Formkörper innenliegenden ausgehärteten verfestigbaren Massen Füllstoffe enthalten.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe partiell oder vollständig beschichtet, insbesondere silanisiert, sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxide, Siliziumoxide, Feldspate, Dentalgläser, amorphe Kieselsäuren, Titanoxide, sphärische Gläser, Borsilikate oder beliebige Mischungen hiervon umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß ein keramischer Grünkörper aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der, insbesondere nach Schritt k) oder m), erhaltene Grünkörper einem Sinterungsvorgang unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Verfahren zur stereolithographischen Herstellung von mindestens einem dreidimensionalen Formteil darstellt.
Verwendung der gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 42 erhaltenen Formkörper als dentales Formteil für die Zahnrestauration, als Zahnersatz, als Hilfsteil für einen Zahnersatz, als Prothese, insbesondere Knochenprothese, oder Bestandteil hiervon oder als Hörgerätegehäuse.