ES2898466T3 - Composiciones termoplásticas de poliuretano para la fabricación de formas libres sólidas de dispositivos y componentes médicos y para el cuidado bucal - Google Patents

Composiciones termoplásticas de poliuretano para la fabricación de formas libres sólidas de dispositivos y componentes médicos y para el cuidado bucal Download PDF

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John M Cox
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Abstract

Un dispositivo o componente para el cuidado bucal, que comprende: una composición de poliuretano termoplástico fabricada con aditivo derivada de (a) un componente de poliisocianato que comprende un diisocianato aromático; (b) un componente extensor de cadena; en donde la composición está libre de componentes de poliol distintos del componente extensor de cadena.

Description

DESCRIPCIÓN
Composiciones termoplásticas de poliuretano para la fabricación de formas libres sólidas de dispositivos y componentes médicos y para el cuidado bucal
Campo de la invención
La invención se refiere a composiciones y métodos para la fabricación directa de formas libres sólidas de dispositivos o componentes y aplicaciones para el cuidado bucal. Los dispositivos para el cuidado bucal se pueden formar a partir de poliuretanos termoplásticos biocompatibles adecuados para tal procesamiento. Los poliuretanos termoplásticos útiles se derivan de (a) un componente diisocianato aromático y (b) un componente extensor de cadena; en donde la composición está libre de componentes de poliol distintos del componente extensor de cadena. Antecedentes
La fabricación de formas libres sólidas (SFF), también referida como fabricación aditiva, es una tecnología que permite la fabricación de estructuras en formas arbitrarias directamente de datos de ordenador mediante etapas de formación aditivas. La operación básica de cualquier sistema SFF consiste en cortar un modelo de ordenador tridimensional en secciones transversales delgadas, traducir el resultado en datos de posición bidimensionales y alimentar los datos al equipo de control que fabrica una estructura tridimensional en forma de capas.
La fabricación de formas libres sólidas implica muchos enfoques diferentes, que incluye la impresión tridimensional, la fusión por haz de electrones, la estereolitografía, la sinterización selectiva por láser, la fabricación de objetos laminados, el modelado por deposición fundida y otros.
Las diferencias entre estos procesos radica en la forma en que se colocan las capas para crear las partes, así como también en los materiales utilizados. Algunos métodos, tales como la sinterización selectiva por láser (SLS), el modelado por deposición fundida (FDM) o la fabricación de filamentos fundidos (FFF), funden o ablandan el material para producir las capas. Otros métodos, tales como la estereolitografía (SLA), curan los materiales líquidos.
Típicamente, la fabricación aditiva de termoplásticos utiliza dos tipos de métodos de impresión. En el primer método, conocido como un tipo de extrusión, un filamento y/o una resina (denominada “impresión en gránulos”) del material sujeto se ablanda o funde y luego se deposita por la máquina en capas para formar el objeto deseado. Los métodos de tipo de extrusión se conocen como modelado por deposición fundida (FDM) o fabricación de filamentos fundidos (FFF). En los métodos de extrusión, se suministra una resina termoplástica o una hebra de filamento termoplástico a un cabezal de boquilla que calienta el termoplástico y enciende y apaga el flujo. La pieza se construye al extruir pequeñas perlas de material que se endurecen para formar capas.
El segundo método es el tipo de polvo o granular donde se deposita un polvo en un lecho granular y luego se fusiona con la capa anterior mediante fusión o fusión selectiva. La técnica típicamente fusiona partes de la capa mediante el uso de un láser de alta potencia. Después de que se procesa cada sección transversal, se baja el lecho de polvo. Luego se aplica una nueva capa de material en polvo y se repiten las etapas hasta que la pieza está completamente construida. A menudo, la máquina está diseñada con la capacidad de precalentar el material del lecho de polvo a granel hasta ligeramente por debajo de su punto de fusión. Esto reduce la cantidad de energía y el tiempo para que el láser aumente la temperatura de las regiones seleccionadas hasta el punto de fusión.
A diferencia de los métodos de extrusión, los métodos granulado o en polvo usan el medio no fundido para soportar salientes o repisas y paredes delgadas en la pieza que se produce. Esto reduce o elimina la necesidad de soportes temporales mientras se construye la pieza. Los métodos específicos incluyen la sinterización selectiva por láser (SLS), la sinterización selectiva por calor (SHS) y la fusión selectiva por láser (SLM). En SLM, el láser derrite completamente el polvo. Esto permite la formación de una pieza en un método de capas que tendrá propiedades mecánicas similares a las de las piezas fabricadas convencionalmente. Otro método en polvo o granulado utiliza un sistema de impresión por chorro de tinta. En esta técnica, la pieza se crea por capas al imprimir un aglutinante en la sección transversal de la pieza mediante el uso de un proceso similar a la inyección de tinta sobre una capa de polvo. Se agrega una capa adicional de polvo y se repite el proceso hasta que se imprime cada capa.
La fabricación actual de formas libres sólidas para dispositivos y aplicaciones para el cuidado bucal se ha centrado en la fabricación indirecta, tal como la impresión de moldes que subsecuentemente se rellenan con un material o la impresión de una forma sobre la que luego se moldea un dispositivo termoformado; o para aplicaciones médicas que involucran visualización, demostración y creación de prototipos mecánicos, por ejemplo, donde los resultados esperados se pueden modelar antes de realizar procedimientos en base a un prototipo impreso en 3D. Por tanto, la SFF facilita la fabricación rápida de prototipos funcionales con una inversión mínima en herramientas y mano de obra. Tal creación rápida de prototipos acorta el ciclo de desarrollo del producto y mejora el proceso de diseño al proporcionar comentarios rápidos y efectivos al diseñador. La SFF también puede usarse para la fabricación rápida de piezas no funcionales, por ejemplo, modelos y similares, con el propósito de evaluar varios aspectos de un diseño, tal como la estética, el ajuste, el montaje y similares.
Los materiales actuales utilizados en la fabricación aditiva para el cuidado bucal y aplicaciones médicas incluyen típicamente ABS, nailon, policarbonatos, policaprolactona, ácido poliláctico (PLA), ácido poli-L-láctico (PLLA) y fotopolímeros/materiales líquidos curados. Algunos de estos materiales se limitan a aplicaciones fuera del cuerpo, tales como prototipos, moldes, planificación quirúrgica y modelos anatómicos, debido a su falta de biocompatibilidad o biodurabilidad a largo plazo.
Dada la atractiva combinación de propiedades que ofrecen los poliuretanos termoplásticos y la amplia variedad de artículos fabricados con medios de fabricación más convencionales, sería conveniente identificar y/o desarrollar poliuretanos termoplásticos adecuados para la fabricación directa de formas libres sólidas de dispositivos médicos y para el cuidado bucal, componentes y aplicaciones.
Resumen
La tecnología descrita proporciona un dispositivo o componente para el cuidado bucal, que incluye una composición de poliuretano termoplástico fabricada con aditivos derivada de (a) un componente de poliisocianato que comprende un diisocianato aromático; (b) un componente extensor de cadena; en donde la composición está libre de componentes de poliol distintos del componente extensor de cadena.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que el componente extensor de cadena comprende 1,6-hexanodiol (HDO), 1,4-ciclohexano dimetanol (CHDM) o combinaciones de los mismos.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que el diisocianato aromático incluye MDI.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que la fabricación aditiva comprende modelado por deposición fundida o sinterización selectiva por láser.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que el poliuretano termoplástico es biocompatible.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que el componente extensor de cadena es del 25 % en peso al 35 % en peso del peso total de la composición.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que el componente de poliisocianato incluye además TDI, IPDI, LDI, b Di, PDI, Ch DI, TODI, NDI, HXDI o cualquier combinación de los mismos.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que el poliuretano termoplástico incluye además uno o más colorantes, antioxidantes (incluidos fenólicos, fosfitos, tioésteres y/o aminas), radiopacificantes, estabilizadores, lubricantes, inhibidores, estabilizadores de hidrólisis, estabilizadores de luz de amina impedida, absorbente de UV de benzotriazol, estabilizadores de calor, estabilizadores para prevenir la decoloración, tintes, pigmentos, agentes reforzantes, o cualquier combinación de los mismos.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente de cuidado bucal en el que el dispositivo o componente de cuidado bucal incluye uno o más de un alineador dental, un retenedor dental o un dispositivo de ortodoncia.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal en el que el dispositivo o componente para el cuidado bucal está personalizado para un paciente.
La tecnología descrita proporciona además un método para fabricar un dispositivo o componente de cuidado bucal tridimensional que incluye las etapas de (I) operar un sistema para la fabricación de formas libres sólidas de un objeto en el que el sistema incluye un aparato de fabricación de formas libres sólidas que funciona para formar una dispositivo o componente de cuidado bucal tridimensional de un material de construcción que incluye un poliuretano termoplástico derivado de (a) un componente de poliisocianato que incluye un diisocianato aromático; (b) un componente extensor de cadena; en donde la composición está libre de componentes de poliol distintos del componente extensor de cadena.
La tecnología descrita proporciona además un dispositivo o componente para el cuidado bucal formado directamente que incluye una composición de poliuretano termoplástico depositada selectivamente derivada de (a) un diisocianato aromático; y (b) un componente extensor de cadena; en donde la composición está libre de componentes de poliol distintos del componente extensor de cadena.
Descripción detallada
A continuación, se describirán varias características y modalidades preferidas a manera de ilustración no limitante. La tecnología descrita proporciona composiciones termoplásticas de poliuretano útiles para la fabricación directa de formas libres sólidas de dispositivos y componentes médicos y para el cuidado bucal. Los poliuretanos termoplásticos descritos son biocompatibles y biodurables, así como también de estar libres de los auxiliares de procesamiento requeridos por los materiales convencionales usados para los métodos de fabricación de formas libres sólidas de dispositivos y componentes para el cuidado bucal.
Los Poliuretanos Termoplásticos
Los poliuretanos termoplásticos útiles en la tecnología descrita se derivan de (a) un componente de diisocianato aromático y (b) un componente extensor de cadena; en donde la composición está libre de componentes de poliol distintos del componente extensor de cadena. Las composiciones de TPU descritas en la presente descripción se preparan mediante el uso de (a) un componente de poliisocianato. El componente de poliisocianato y/o poliisocianato incluye uno o más poliisocianatos. En algunas modalidades, el componente de poliisocianato incluye uno o más diisocianatos.
En algunas modalidades, el componente de poliisocianato y/o poliisocianato incluye un diisocianato de alfa, omegaalquileno que tiene de 5 a 20 átomos de carbono.
En algunas modalidades, el componente de poliisocianato incluye uno o más diisocianatos aromáticos. En algunas modalidades, el componente de poliisocianato está esencialmente libre de o incluso completamente libre de diisocianatos alifáticos.
Los ejemplos de poliisocianatos útiles incluyen diisocianatos aromáticos tales como isocianato de 4,4'-metilenbis(fenil isocianato) (MDI), diisocianato de m-xileno (XDI), 1,4-diisocianato de fenileno, 1,5-diisocianato de naftaleno y diisocianato de tolueno (TDI); así como también diisocianatos alifáticos tales como diisocianato de isoforona (IPDI), diisocianato de 1,4-ciclohexilo (CHDI), 1,10-diisocianato de decano, diisocianato de lisina (LDI), diisocianato de 1,4-butano (BDI), diisocianato de isoforona (PDI), diisocianato de 3,3'-dimetil-4,4'-bifenileno (TODI), diisocianato de 1,5-naftaleno (NDI) y diciclohexilmetano-4,4'-diisocianato (H12MDI). Pueden usarse mezclas de dos o más poliisocianatos. En algunas modalidades, el poliisocianato es MDI.
Las composiciones de TPU descritas en la presente descripción se preparan mediante el uso de b) un componente extensor de cadena. Los extensores de cadena incluyen glicoles aromáticos, dioles, diaminas, y combinación de los mismos.
Los extensores de cadena adecuados incluyen compuestos polihidroxi relativamente pequeños, por ejemplo, glicoles alifáticos inferiores o de cadena corta que tienen de 2 a 20, o de 2 a 12, o de 2 a 10 átomos de carbono. Los ejemplos adecuados incluyen etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol (DPG), 1,4-butanodiol (BDO), 1,6-hexanodiol (HDO), 1,3-butanodiol, 1,5-pentanodiol, neopentilglicol, 1,4-ciclohexanodimetanol (CHDM), 2,2-bis[4-(2-hidroxietoxi)fenil]propano (HEPP), hexametilenodiol, heptanodiol, nonanodiol, dodecanodiol, 3-metil-1,5-pentanodiol, etilendiamina, butanodiamina, hexametilendiamida, e hidroxietil resorcinol (HER), y similares, así como también mezclas de los mismos. En algunas modalidades, el extensor de cadena incluye HDO. En algunas modalidades, el extensor de cadena incluye HDO y CHDM.
El poliuretano termoplástico está libre de un componente de poliol, la relación molar del extensor de cadena al poliol es infinita.
Los poliuretanos termoplásticos descritos en la presente descripción también pueden considerarse composiciones de poliuretano termoplástico (TPU). En tales modalidades, las composiciones pueden contener uno o más TPU. Estos TPU se preparan al reaccionar:
a) el componente de poliisocianato descrito anteriormente; y el componente extensor de cadena descrito anteriormente, donde la reacción puede llevarse a cabo en presencia de un catalizador. Al menos uno de los TPU en la composición debe cumplir los parámetros descritos anteriormente, lo que lo hace adecuado para la fabricación de formas libres sólidas y, en particular, el modelado por deposición fundida.
Los medios por los que se lleva a cabo la reacción no están demasiado limitados e incluyen tanto el procesamiento por lotes como el continuo. En algunas modalidades, la tecnología se ocupa del procesamiento por lotes de TPU aromático. En algunas modalidades, la tecnología se ocupa del procesamiento continuo de TPU aromático.
Las composiciones descritas incluyen los materiales de TPU descritos anteriormente y también composiciones de TPU que incluyen dichos materiales de TPU y uno o más componentes adicionales. Estos componentes adicionales incluyen otros materiales poliméricos que pueden mezclarse con el TPU descrito en la presente descripción. Estos componentes adicionales incluyen uno o más aditivos que pueden añadirse al TPU, o mezcla que contiene el TPU, para impactar las propiedades de la composición.
El TPU descrito en la presente descripción también puede mezclarse con uno o más de otros polímeros. Los polímeros con los que puede mezclarse el TPU descrito en la presente descripción no están demasiado limitados. En algunas modalidades, las composiciones descritas incluyen dos o más de los materiales de TPU descritos. En algunas modalidades, las composiciones incluyen al menos uno de los materiales de TPU descritos y al menos otro polímero, que no es uno de los materiales de TPU descritos.
Los polímeros que pueden usarse en combinación con los materiales de TPU descritos en la presente descripción también incluyen materiales de TPU más convencionales tales como TPU basado en poliéster sin caprolactona, TPU a base de poliéter o TPU que contiene tanto poliéster sin caprolactona como grupos poliéter. Otros materiales adecuados que pueden mezclarse con los materiales de t Pu descritos en la presente descripción incluyen policarbonatos, poliolefinas, polímeros estirénicos, polímeros acrílicos, polímeros de polioximetileno, poliamidas, óxidos de polifenileno, sulfuros de polifenileno, cloruros de polivinilo, cloruros de polivinilo clorados, ácidos polilácticos o sus combinaciones.
Los polímeros para su uso en las mezclas descritas en la presente descripción incluyen homopolímeros y copolímeros. Los ejemplos adecuados incluyen: (i) una poliolefina (PO), tal como polietileno (PE), polipropileno (PP), polibuteno, caucho de etileno propileno (EPR), polioxietileno (POE), copolímero de olefina cíclica (COC), o sus combinaciones; (ii) un estireno, como poliestireno (PS), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), estireno acrilonitrilo (SAN), caucho de estireno butadieno (SBR o HIPS), polialfametilestireno, estireno anhídrido maleico (SMA), copolímero de estireno-butadieno (SBC) (tal como copolímero de estireno-butadieno-estireno (SBS) y copolímero de estireno-etileno/butadieno-estireno (SEBS)), copolímero de estireno-etileno/propileno-estireno (SEPS), látex de estireno-butadieno (SBL), SAN modificado con monómero de dieno propileno etileno (EPDM) y/o elastómeros acrílicos (por ejemplo, copolímeros PS-SBR) o sus combinaciones; (iii) un poliuretano termoplástico (TPU) distinto de los descritos anteriormente; (iv) una poliamida, tal como Nylon™, que incluye poliamida 6,6 (PA66), poliamida 1,1 (PA11), poliamida 1,2 (PA12), una copoliamida (COPA) o sus combinaciones; (v) un polímero acrílico, tal como polimetilacrilato, polimetilmetacrilato, un copolímero de metilmetacrilato estireno (MS) o sus combinaciones; (vi) un cloruro de polivinilo (PVC), un cloruro de polivinilo clorado (CPVC) o sus combinaciones; (vii) un polioxiemetileno, tal como poliacetal; (viii) un poliéster, tal como el tereftalato de polietileno (PET), el tereftalato de polibutileno (PBT), los copoliésteres y/o elastómeros de poliéster (COPE), que incluyen los copolímeros de bloques de poliéter-éster, tal como el tereftalato de polietileno (PETG) modificado con glicol, el ácido poliláctico (PLA), ácido poliglicólico (PGA), copolímeros de PLA y PGA, o sus combinaciones; (ix) un policarbonato (PC), un sulfuro de polifenileno (PPS), un óxido de polifenileno (PPO) o sus combinaciones; o sus combinaciones.
En algunas modalidades, estas mezclas incluyen uno o más materiales poliméricos adicionales seleccionados de los grupos (i), (iii), (vii), (viii), o alguna combinación de los mismos. En algunas modalidades, estas mezclas incluyen uno o más materiales poliméricos adicionales seleccionados del grupo (i). En algunas modalidades, estas mezclas incluyen uno o más materiales poliméricos adicionales seleccionados del grupo (iii). En algunas modalidades, estas mezclas incluyen uno o más materiales poliméricos adicionales seleccionados del grupo (vii). En algunas modalidades, estas mezclas incluyen uno o más materiales poliméricos adicionales seleccionados del grupo (viii).
Los aditivos adicionales opcionales adecuados para su uso en las composiciones de TPU descritas en la presente descripción no están demasiado limitados. Los aditivos adecuados incluyen pigmentos, estabilizadores de luz UV, absorbentes de luz UV, antioxidantes, agentes de lubricación, estabilizadores de calor, estabilizadores de hidrólisis, activadores de reticulación, retardantes de llama biocompatibles, silicatos en capas, colorantes, agentes de refuerzo, mediadores de adhesión, modificadores de resistencia al impacto, antimicrobianos, opacificadores de radio, rellenos y cualquier combinación de los mismos. Cabe señalar que las composiciones de TPU de la invención descritas en la presente descripción no requieren el uso de rellenos inorgánicos, orgánicos o inertes, tales como talco, carbonato de calcio, TiO2, polvos que, aunque no deseen estar vinculados por la teoría, se cree que puede contribuir a la imprimibilidad de la composición de TPU. Por tanto, en algunas modalidades, la tecnología descrita puede incluir un relleno y, en algunas modalidades, la tecnología descrita puede estar libre de cargas.
Las composiciones de TPU descritas en la presente descripción también pueden incluir aditivos adicionales, que pueden denominarse estabilizadores. Los estabilizadores pueden incluir antioxidantes tales como fenólicos, fosfitos, tioésteres y aminas, estabilizadores de luz tales como estabilizadores de luz de amina impedida y absorbentes de luz UV de benzotiazol y otros estabilizadores de proceso y sus combinaciones. En una modalidad, el estabilizador preferido es Irganox 1010 de BASF y Naugard 445 de Chemtura. El estabilizador se usa en una cantidad de aproximadamente 0,1 por ciento en peso a aproximadamente 5 por ciento en peso, en otra modalidad de aproximadamente 0,1 por ciento en peso a aproximadamente 3 por ciento en peso, y en otra modalidad de aproximadamente 0,5 por ciento en peso a aproximadamente 1,5 por ciento en peso de la composición de TPU.
Pueden usarse otros aditivos opcionales en las composiciones de TPU descritas en la presente descripción. Los aditivos incluyen colorantes, antioxidantes (que incluye fenólicos, fosfitos, tioésteres, y/o aminas), estabilizadores, lubricantes, inhibidores, estabilizadores de hidrólisis, estabilizadores de luz, estabilizadores de luz de aminas impedidas, absorbente de luz UV de benzotriazol, estabilizadores de calor, estabilizadores para prevenir la decoloración, tintes, pigmentos, agentes de refuerzo y sus combinaciones.
Todos los aditivos descritos anteriormente pueden usarse en una cantidad efectiva habitual para estas sustancias. Los aditivos no retardantes de llama pueden usarse en cantidades de aproximadamente 0 a aproximadamente 30 por ciento en peso, en una modalidad de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 25 por ciento en peso y en otra modalidad aproximadamente 0,1 a aproximadamente 20 por ciento en peso del peso total de la composición de TPU.
Estos aditivos adicionales pueden incorporarse en los componentes de, o en la mezcla de reacción para la preparación de la resina de TPU, o después de fabricar la resina de TPU. En otro proceso, todos los materiales pueden mezclarse con la resina de TPU y luego fundirse o pueden incorporarse directamente en la masa fundida de la resina de TPU.
Los materiales de TPU descritos anteriormente pueden prepararse mediante un proceso que incluye la etapa de (I) hacer reaccionar: a) el componente de poliisocianato aromático descrito anteriormente; b) el componente extensor de cadena descrito anteriormente, donde la reacción puede llevarse a cabo en presencia de un catalizador, lo que resulta en una composición de poliuretano termoplástico.
El proceso puede incluir además la etapa de: (II) mezclar la composición de TPU de la etapa (I) con uno o más componentes de mezcla, que incluye uno o más materiales y/o polímeros de TPU adicionales, que incluye cualquiera de los descritos anteriormente.
El proceso puede incluir además la etapa de: (II) mezclar la composición de TPU de la etapa (I) con uno o más de los aditivos adicionales descritos anteriormente.
El proceso puede incluir además la etapa de: (II) mezclar la composición de TPU de la etapa (I) con uno o más componentes de mezcla, que incluye uno o más materiales y/o polímeros de TPU adicionales, que incluye cualquiera de los descritos anteriormente y/o de la etapa de: (III) mezclar la composición de TPU de la etapa (I) con uno o más de los aditivos descritos anteriormente.
Los Sistemas y Métodos
Los sistemas de fabricación de formas libres sólidas y los métodos de uso de los mismos útiles en la tecnología descrita no están demasiado limitados. Se observa que la tecnología descrita proporciona ciertos poliuretanos termoplásticos que son más adecuados para la fabricación de formas libres sólidas de dispositivos y componentes médicos que los materiales actuales y otros poliuretanos termoplásticos. Se observa que algunos sistemas de fabricación de formas libres sólidas, incluidos algunos sistemas de modelado por deposición fundida, pueden ser más adecuados para procesar ciertos materiales, incluidos los poliuretanos termoplásticos, debido a sus configuraciones de equipos, parámetros de procesamiento, etc. Sin embargo, la tecnología descrita no se centra en los detalles de los sistemas de fabricación de formas libres sólidas, incluidos algunos sistemas de modelado por deposición fundida, más bien la tecnología descrita se centra en proporcionar ciertos poliuretanos termoplásticos que son más adecuados para la fabricación de formas libres sólidas de dispositivos y componentes médicos.
Los procesos y sistemas de fabricación aditiva de tipo extrusión útiles en la presente invención incluyen sistemas y procesos que construyen piezas capa por capa al calentar el material de construcción a un estado semilíquido y se extruye de acuerdo con recorridos controlados por ordenador. El material, suministrado como una hebra o resina, puede dispensarse como un flujo semicontinuo y/o filamento de material desde el dispensador o alternativamente puede dispensarse como gotitas individuales. El FDM a menudo usa dos materiales para completar una construcción. Se usa un material de modelado para constituir la pieza terminada. También se puede usar un material de soporte para actuar como andamio para el material de modelado. El material de construcción, por ejemplo, TPU, se alimenta desde los almacenes de material del sistema a su cabezal de impresión, que típicamente se mueve en un plano bidimensional, al depositar material para completar cada capa antes de que la base se mueva a lo largo de un tercer eje a un nuevo nivel y/o plano y comienza la siguiente capa. Una vez que el sistema ha terminado de construir, el usuario puede retirar el material de soporte o incluso disolverlo, al dejar una parte lista para usar. En algunas modalidades, los sistemas y procesos de fabricación aditiva incluirán un material de soporte que incluye un TPU diferente del TPU inventivo descrito en la presente descripción. En algunas modalidades, los sistemas y procesos están libres del material de soporte.
El tipo de polvo o granulado de sistemas y procesos de fabricación aditiva útiles en la presente invención SLS implica el uso de un láser de alta potencia (por ejemplo, un láser de dióxido de carbono para fusionar pequeñas partículas del material, por ejemplo, TPU, en una masa que tiene una forma tridimensional deseada. La producción por fusión selectiva de capas es un método para producir artículos que consiste en depositar capas de materiales en forma de polvo, fundir selectivamente una porción o región de una capa, depositar una nueva capa de polvo y volver a fundir una porción de dicha capa, y continuar de esta manera hasta que se obtenga el objeto deseado. La selectividad de la porción de la capa a fundir se obtiene, por ejemplo, mediante el uso de absorbentes, inhibidores, máscaras, o mediante la entrada de energía focalizada, tal como, por ejemplo, un láser o un haz electromagnético. Se prefiere la sinterización por adición de capas, en particular la creación rápida de prototipos por sinterización mediante el uso de un láser. La creación rápida de prototipos es un método usado para obtener piezas de forma compleja sin herramientas y sin mecanizado, a partir de una imagen tridimensional del artículo a producir, al sinterizar capas de polvo superpuestas mediante el uso de un láser. Se proporciona información general sobre la creación rápida de prototipos mediante sinterización por láser en la patente de Estados Unidos Núm. 6,136,948 y las solicitudes WO96/06881 y US20040138363.
Las máquinas para implementar estos métodos pueden comprender una cámara de construcción en un pistón de producción, rodeada a izquierda y derecha por dos pistones que alimentan el polvo, un láser y medios para esparcir el polvo, tal como un rodillo. La cámara se mantiene generalmente a temperatura constante para evitar deformaciones.
También son adecuados otros métodos de producción por adición de capas, tales como los descritos en los documentos WO 01/38061 y EP1015214. Estos dos métodos usan calentamiento por infrarrojos para derretir el polvo. La selectividad de las partes fundidas se obtiene en el caso del primer método mediante el uso de inhibidores, y en el caso del segundo método mediante el uso de una máscara. Otro método se describe en la solicitud DE10311438. En este método, la energía para fundir el polímero es suministrada por un generador de microondas y la selectividad se obtiene mediante el uso de un susceptor.
La tecnología descrita proporciona además el uso de los poliuretanos termoplásticos descritos en los sistemas y los métodos descritos, y los dispositivos y componentes médicos fabricados a partir de los mismos.
Los Dispositivos Médicos, Componentes y Aplicaciones.
Los procesos descritos en la presente descripción pueden utilizar los poliuretanos termoplásticos descritos en la presente descripción para producir diversos dispositivos y componentes médicos.
Al igual que con toda la fabricación aditiva, esta tecnología tiene un valor particular en la fabricación de artículos como parte de la creación rápida de prototipos y el desarrollo de nuevos productos, como parte de la fabricación de piezas personalizadas y/o de una sola vez, o aplicaciones similares en las que se produce una gran cantidad de artículos no está garantizado y/o es práctico.
Los dispositivos y componentes útiles para el cuidado bucal que pueden fabricarse con aditivos a partir de las composiciones de la invención incluyen alineadores dentales, retenedores, dispositivos de ortodoncia, y similares. Los dispositivos y componentes médicos útiles que pueden fabricarse aditivos a partir de las composiciones de la invención incluyen férulas, aparatos ortopédicos de soporte externo, dispositivos ortopédicos, y similares.
La cantidad de cada componente químico descrito se presenta excluyendo cualquier solvente o aceite diluyente, que puede estar presente habitualmente en el material comercial, es decir, sobre una base química activa, a menos que se indique de cualquier otra manera. Sin embargo, a menos que se indique de cualquier otra manera, cada producto químico o composición a que se hace referencia en la presente descripción debe interpretarse como un material de calidad comercial que puede contener los isómeros, subproductos, derivados, y otros materiales similares de este tipo que normalmente se entiende que están presentes en la calidad comercial.
Se sabe que algunos de los materiales descritos anteriormente pueden interactuar en la formulación final, de modo que los componentes de la formulación final pueden ser diferentes de los que se añaden inicialmente. Por ejemplo, los iones metálicos (de, por ejemplo, un retardante de llama) pueden migrar a otros sitios ácidos o aniónicos de otras moléculas. Los productos que se forman de ese modo, que incluyen los productos que se forman tras emplear la composición de la tecnología descrita en la presente descripción en su uso previsto, pueden no ser susceptibles de una descripción fácil. No obstante, todas estas modificaciones y productos de reacción se incluyen dentro del alcance de la tecnología descrita en la presente descripción; la tecnología descrita en la presente descripción abarca la composición que se prepara mediante la mezcla de los componentes que se describieron anteriormente.
Ejemplos
La tecnología descrita en la presente descripción puede entenderse mejor con referencia a los siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplo 1
Materiales. Se preparan y evalúan varios poliuretanos termoplásticos (TPU) para determinar su idoneidad de uso en la fabricación directa de formas libres sólidas de un dispositivo para el cuidado bucal.
El TPU-A (no de acuerdo con la invención) es un TPU que contiene un poliéter poliol con una relación molar de extensor de cadena a poliol de aproximadamente 31,3.
El TPU-B (no de acuerdo con la invención) es un TPU que contiene un poliol de óxido de propileno protegido con óxido de etileno con una relación molar de extensor de cadena a poliol de aproximadamente 178.
El TPU-C (no de acuerdo con la invención) es un TPU que contiene un poliéster poliol con una relación molar de extensor de cadena a poliol de aproximadamente 29,7. El TPU-D inventivo es un TPU que no contiene poliol y, por lo tanto, tiene una relación molar infinita de poliol a extensor de cadena.
Cada material de TPU se ensaya para determinar su idoneidad para su uso en procesos de fabricación en forma libre seleccionados. Cada material de TPU se extruye a partir de resina en varillas de aproximadamente 1,8 mm de diámetro mediante el uso de una extrusora de un solo tornillo. Las barras de tracción se imprimen mediante el uso de un proceso de modelado de deposición fundida en una impresora 3D de escritorio MakerBot 2X que ejecuta MakerBot Desktop Software Versión 3.7 con los siguientes parámetros de ensayo:
Temperatura de extrusión 200 °C-230 °C
Temperatura de plataforma de construcción 40 °C-150 °C
Velocidad de impresión 30 mm/s -120 mm/s
Los resultados de este ensayo se resumen más abajo en la Tabla 1.
Tabla 1
Figure imgf000008_0001
Como se ilustra en los resultados, las composiciones de TPU-D de la invención proporcionan composiciones que son adecuadas para la fabricación de formas libres sólidas.
Ejemplo 2
Se evaluó una muestra impresa en 3D de la composición D de TPU de la invención para determinar la resistencia a la tracción y el alargamiento en los ejes “x”, “y” y “z” (identificados por ASTM 52921) de acuerdo con ASTM D412 en comparación con un material de TPU moldeado por inyección estándar de la misma composición. Los resultados se muestran en la Tabla 2 a continuación:
Tabla 2
Figure imgf000008_0002
Como puede verse en la Tabla 2, la resistencia máxima a la tracción del material de TPU impreso en 3D de la invención es comparable a la de un material moldeado por inyección cuando se imprime mediante el uso de la dirección del eje xz.
Las distribuciones de peso molecular pueden medirse en el cromatógrafo de filtración en gel (GPC) de Waters equipado con la bomba Waters modelo 515, el muestreador automático Waters modelo 717 y el detector de índice de refracción Waters modelo 2414 mantenido a 40 °C. Las condiciones de GPC pueden ser una temperatura de 40 °C, un conjunto de columnas de Phenogel Guard 2x D (5u) mixto, 300 x 7,5 mm, una fase móvil de tetrahidrofurano (THF) estabilizada con 250 ppm de hidroxitolueno butilado, un caudal de 1,0 ml/min, un volumen de inyección de 50 pl, concentración de muestra ~ 0,12 % y adquisición de datos mediante el software Waters Empower Pro. Típicamente, una pequeña cantidad, típicamente aproximadamente 0,05 gramos de polímero, se disuelve en 20 ml de THF de grado HPLC estabilizado, se filtra a través de un filtro desechable de politetrafluoroetileno de 0,45 micras (Whatman) y se inyecta en el GPC. La curva de calibración de peso molecular puede establecerse con estándares de poliestireno EasiCal® de Polymer Laboratories.
Como se usa en la presente descripción, el término de transición “que comprende”, que es sinónimo de “que incluye”, “que contiene” o “se caracteriza por”, es inclusivo o abierto y no excluye elementos o etapas del método adicionales que no se mencionan. Sin embargo, en cada mención de “que comprende” en la presente descripción, se pretende que el término también abarque, como modalidades alternativas, las frases “que consiste esencialmente de” y “que consiste de”, donde “que consiste de” excluye cualquier elemento o etapa que no se especifica y “que consiste esencialmente de” permite la inclusión de elementos o etapas adicionales que no se mencionan y que no afectan materialmente las características novedosas o básicas de la composición o método en consideración. Es decir, “que consiste esencialmente de” permite la inclusión de sustancias que no afectan materialmente a las características básicas y novedosas de la composición bajo consideración.
Aunque ciertas modalidades y detalles representativos se han mostrado con el propósito de ilustrar el objeto de la tecnología descrita en la presente descripción, para los expertos en esta técnica será evidente que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones en la misma sin apartarse del alcance del objeto de la invención. Con respecto a esto, el alcance de la tecnología descrita en la presente descripción se limita solo por las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo o componente para el cuidado bucal, que comprende:
una composición de poliuretano termoplástico fabricada con aditivo derivada de (a) un componente de poliisocianato que comprende un diisocianato aromático; (b) un componente extensor de cadena; en donde la composición está libre de componentes de poliol distintos del componente extensor de cadena.
2. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde el componente extensor de cadena comprende 1,6-hexanodiol (HDO), 1,4-ciclohexano dimetanol (CHDM) o combinaciones de los mismos.
3. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde el diisocianato aromático comprende MDI.
4. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde la fabricación aditiva comprende modelado por deposición fundida o sinterización selectiva por láser.
5. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde el poliuretano termoplástico es biocompatible.
6. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde el componente extensor de cadena es del 25 % en peso al 35 % en peso del peso total de la composición.
7. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde el componente de poliisocianato comprende además TDI, IPDI, LDI, BDI, PDI, CHDI, TODI, NDI, HXDI o cualquier combinación de los mismos.
8. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde el poliuretano termoplástico comprende además uno o más colorantes, antioxidantes (que incluyen fenólicos, fosfitos, tioésteres, y/o aminas), opacificadores de radio, estabilizadores, lubricantes, inhibidores, estabilizadores de hidrólisis, estabilizadores de luz, estabilizadores de luz de aminas impedidas, absorbente de luz UV de benzotriazol, estabilizadores de calor, estabilizadores para prevenir la decoloración, tintes, pigmentos, agentes de refuerzo, o cualquiera de sus combinaciones.
9. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 1, en donde el componente o dispositivo para el cuidado bucal comprende uno o más de un alineador dental, un retenedor dental o un dispositivo de ortodoncia.
10. El dispositivo o componente para el cuidado bucal de la reivindicación 9, en donde el componente o dispositivo para el cuidado bucal está personalizado para un paciente.
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