構(gòu)造成型體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采用基于平版印刷術(shù)的生成制造(快速原型)由液態(tài)光聚合性材料構(gòu)造成型體的方法，其中在構(gòu)造平臺(tái)上限定出一個(gè)粘性液態(tài)材料層，該層由曝光單元在具有預(yù)定輪廓的曝光區(qū)域中被曝光聚合，在該聚合層上限定出另一光聚合性材料層，最后限定的層在曝光步驟在具有針對(duì)最后限定的層的預(yù)定輪廓的曝光區(qū)域中被曝光聚合，最后兩個(gè)步驟被重復(fù)，直至通過一系列的具有逐層預(yù)定輪廓的硬化層來形成具有預(yù)定形狀的成型體，在具有預(yù)定輪廓的曝光區(qū)域中，每次曝光通過來自曝光元件二維陣列的曝光元件的單獨(dú)可控激活來進(jìn)行，每個(gè)曝光元件對(duì)應(yīng)于一個(gè)像素，并且被曝光的所述像素共同限定出該曝光區(qū)域，其中建立一個(gè)二維陣用于一個(gè)層的每個(gè)曝光步驟，其中該陣的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)于該曝光元件陣列的一個(gè)曝光元件并且包含用于這個(gè)曝光元件的呈時(shí)間相關(guān)函數(shù)形式的控制命令，該函數(shù)單獨(dú)確定出在曝光步驟期間所述曝光元件的光照強(qiáng)度分布。
【背景技術(shù)】
[0002]例如由W02010/045950 Al公開了一種構(gòu)造成型體的方法，其尤其涉及由液態(tài)光聚合性材料構(gòu)造牙齒修補(bǔ)物。在該已知方法中，構(gòu)造平臺(tái)垂直可移動(dòng)地保持在槽底，所述槽底被成形為透光的。在該槽底之下有曝光單元。該構(gòu)造平臺(tái)首先下降進(jìn)光聚合性材料中，直到在構(gòu)造平臺(tái)和槽底之間僅保留一具有期望層厚的光聚合性材料層。所述層隨后以預(yù)定輪廓由曝光單元曝光且由此硬化。在升起該構(gòu)造平臺(tái)之后，從周圍環(huán)境中補(bǔ)充光聚合性材料且該構(gòu)造平臺(tái)被再次降下，其中以如下方式控制所述下降，即在最后形成的層和槽底之間限定出具有期望厚度的層。然后，重復(fù)最后兩個(gè)步驟，直至通過各自具有預(yù)定輪廓的多個(gè)層的依次硬化生成具有期望形狀的成型體。
[0003]在具有預(yù)定輪廓的曝光區(qū)域中，利用具有曝光元件陣列的曝光單元來實(shí)現(xiàn)曝光，其中所述曝光元件是選擇性可控的以產(chǎn)生具有預(yù)定輪廓的曝光區(qū)域。所述曝光單元可包括例如光源和微鏡的陣列，它們能被選擇性地打開和關(guān)閉，就是說，光反射或不反射進(jìn)入所述曝光區(qū)域內(nèi)的相關(guān)聯(lián)的像素。可以通過依次打開微鏡以期望的頻率和期望的曝光脈沖持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)曝光元件的(平均)強(qiáng)度調(diào)節(jié)，以致在整個(gè)曝光步驟期間給出期望強(qiáng)度。其它曝光單元可包括光源和位置選擇光調(diào)制器(數(shù)字光閥)，例如以液晶顯示(LCD)陣列形式，其形成這樣的具有單獨(dú)可調(diào)節(jié)強(qiáng)度的曝光元件陣列。
[0004]歐洲專利申請(qǐng)EP1894704A1還解決了在待構(gòu)造的成型體的邊緣上所述成型體的改進(jìn)分辨率的問題。此外，為此提出位于邊緣上的像素的灰度梯級(jí)，其中所述處理方法相當(dāng)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)公知的圖形保真方法。為了在曝光邊緣實(shí)現(xiàn)灰度梯級(jí)，例如把曝光元件的曝光強(qiáng)度在恒定的曝光持續(xù)時(shí)間的情況下設(shè)置得更低，所述曝光強(qiáng)度在所述曝光持續(xù)時(shí)間內(nèi)是不變的；或者，如果所有的像素是等強(qiáng)度的，那么邊緣處的像素的曝光持續(xù)時(shí)間以可控的方式縮短以實(shí)現(xiàn)灰度梯級(jí)，用于更好地限定所述成型體邊緣。相應(yīng)地，在W02008/088642A2中在針對(duì)邊緣像素的曝光的相似的上下文中也提到，還可調(diào)節(jié)邊緣像素的曝光時(shí)間以實(shí)現(xiàn)灰度梯級(jí)。
[0005]通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的成型體可例如是用于牙齒修復(fù)的坯體，在這種情況下所述光聚合性材料可以是陶瓷填充的光聚合物(泥釉)。
[0006]在通過逐層聚合以所期望的輪廓構(gòu)造所述坯體之后，進(jìn)行該成型體的熱處理。該熱處理的第一步驟包括光聚合的粘合材料的去除，即所謂的脫膠。一旦所述粘合基體通過熱分解被去除，該成型體就由松散的陶瓷粉末顆粒構(gòu)成，所述陶瓷粉末顆粒被內(nèi)聚力集合在一起。在所述脫膠過程中可能出現(xiàn)缺陷，就是說可能在該成型體中形成裂紋。這些缺陷可以是在脫膠過程中溫度分布未達(dá)到優(yōu)化的結(jié)果，雖然所述缺陷還可以起源于通過逐層聚合制造該成型體的過程。在脫膠過程中，該成型件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是非常有限的。在脫膠過程中，在通過逐層聚合制造該成型體期間形成的內(nèi)應(yīng)力的分解可導(dǎo)致在脫膠過程中在削弱結(jié)構(gòu)中的裂紋。內(nèi)應(yīng)力還可在所述光聚合性泥釉的光聚合期間形成。已證明的是，在所述光聚合期間出現(xiàn)約5%的體積收縮。泥釉的粘性流可補(bǔ)償所述體積收縮。但當(dāng)已凝固的表面阻礙所述材料流時(shí)，在所生成的固化層中形內(nèi)應(yīng)力成。在傳統(tǒng)方法中，所述槽底和最后硬化的層的固體表面形成固體邊界表面，其限制所述材料流。此外，所述層在聚合期間的固化區(qū)域限制其它光聚合性材料流。
[0007]用于通過逐層聚合構(gòu)造成型體的已知裝置使用具有恒定的曝光持續(xù)時(shí)間和曝光強(qiáng)度參數(shù)的曝光方案，曝光持續(xù)時(shí)間和曝光強(qiáng)度的乘積給出能量劑量。引起光聚合所需要的最低能量劑量是已知的。由于已知幾何精確性(位置分辨率)或內(nèi)應(yīng)力和裂縫的產(chǎn)生與曝光持續(xù)時(shí)間和曝光強(qiáng)度無關(guān)，考慮到短曝光持續(xù)時(shí)間優(yōu)選具有高強(qiáng)度的曝光。
[0008]基于聚合收縮的內(nèi)應(yīng)力在光硬化的牙科復(fù)合材料的領(lǐng)域是已知的。殘余內(nèi)應(yīng)力損害由此制造的牙齒修補(bǔ)物的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性。已證明的是，不同類型的硬化可導(dǎo)致明顯更低的聚合應(yīng)力(見 Nicoleta 等人的 “ Is the soft-start polymerizat1n conceptstill relevant，，，Clinical Oral Investigat1ns，I (15)，第 21-29 頁(yè))。通過體積收縮的最小化實(shí)現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力減小，其基于更低的轉(zhuǎn)化程度。在本文中，用于牙科復(fù)合材料的輻照方案是已知的，所述材料以非恒定強(qiáng)度作業(yè)。對(duì)此，一個(gè)例子是所謂的“軟啟動(dòng)”方案，該方案包含以減小的強(qiáng)度初始曝光一確定的時(shí)間周期，隨后以最大強(qiáng)度曝光。另一方案是所謂的“脈沖延遲”硬化，其中依次進(jìn)行以減小強(qiáng)度的脈沖的曝光，繼而無曝光的等待時(shí)間(多秒或甚至多分鐘)，然后進(jìn)行以最大強(qiáng)度的曝光。
[0009]W02012/009630A1公開了一種包含根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述特征的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于由光聚合性材料逐層構(gòu)造成型體的方法，借助該方法能減少在制成的成型體上的缺陷，如在邊緣處的內(nèi)應(yīng)力、裂紋和幾何不精確性。
[0011]通過具有權(quán)利要求1所述特征的本發(fā)明方法來實(shí)現(xiàn)所述目的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中有描述。
[0012]關(guān)于該方法，建立一個(gè)二維陣用于一層的每個(gè)曝光步驟，其中該陣的每個(gè)元素對(duì)應(yīng)于來自曝光元件陣列的一個(gè)曝光元件且包含用于該曝光元件的呈時(shí)間相關(guān)函數(shù)形式的控制命令，該函數(shù)單獨(dú)確定在曝光步驟中所述曝光元件的輻射強(qiáng)度分布。在此可行的是，通過強(qiáng)度可控調(diào)節(jié)，關(guān)于位置和/或時(shí)間有區(qū)別地影響光聚合動(dòng)力學(xué)，從而有目的地減少所述聚合層中的缺陷。用于限定強(qiáng)度分布的時(shí)間相關(guān)函數(shù)可以是連續(xù)不斷的函數(shù)或呈脈沖序列形式的函數(shù)，在所述呈脈沖序列形式的函數(shù)中，通過改變脈沖持續(xù)時(shí)間和/或脈沖頻率來控制強(qiáng)度。本發(fā)明如此規(guī)定，只要在一個(gè)曝光步驟中待激活的曝光元件的強(qiáng)度分布的所有時(shí)間相關(guān)函數(shù)的共同的強(qiáng)度變化部分作為一般強(qiáng)度變化存在，那么所述一般強(qiáng)度變化就通過按照一般強(qiáng)度變化的光源強(qiáng)度控制來進(jìn)行。由此，最好可以將光源強(qiáng)度調(diào)節(jié)至最小值，從而要最強(qiáng)曝光的像素剛好還獲得期望的曝光強(qiáng)度。如果曝光強(qiáng)度在曝光步驟中降低，則光源強(qiáng)度也相應(yīng)降低。通過這種方式，所述光源可以在任何時(shí)刻僅以所需的最低強(qiáng)度運(yùn)行，結(jié)果，減弱所謂的暗場(chǎng)。暗場(chǎng)由具有像素的多個(gè)區(qū)域組成，這些區(qū)域在一個(gè)曝光步驟中根本不該被曝光。原則上，暗場(chǎng)中的光強(qiáng)度應(yīng)為零。但由于光調(diào)制器和光束引導(dǎo)性能并非是完全理想的，故在曝光步驟中在曝光區(qū)域外的暗場(chǎng)中還存在未變?yōu)榱愕墓鈴?qiáng)度。暗場(chǎng)中的剩余光強(qiáng)度取決于曝光用光源的強(qiáng)度，其中暗場(chǎng)的剩余光強(qiáng)度隨光源強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng)。通過在曝光步驟中與時(shí)間相關(guān)地盡量減小光源的調(diào)節(jié)強(qiáng)度，可以通過這種方式盡量減小不期望有的暗場(chǎng)強(qiáng)度。暗場(chǎng)在整個(gè)構(gòu)造過程期間有效且還永久地存在于暫時(shí)未曝光的區(qū)域中。結(jié)果，光聚合性材料可能始終是化學(xué)弱反應(yīng)，出現(xiàn)了液態(tài)原