CN111660557B - 增材制造三维产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用自上而下的立体平板印刷增材制造三维产品的方法，其中通过从上方曝光以局部选择性方式使容器(50)中可流动的、可光聚合的材料固结，其特征在于加压气体射流被引向可光聚合材料的表面，由能在容器中的液面上方移动的吹风机(2)的加压气体喷嘴喷射加压气体射流，其中加压气体射流在横向于吹风机的移动方向的方向上扩张，并且通过使吹风机及其加压气体喷嘴移动经过整个待固结材料表面的区域以及以此方式作用在该表面上，以平整和校平该表面。采用这种方法，可以构建多组成部分产品，在该产品中，必须构建附接到已有组成部分的另一组成部分，该已有组成部分(部分)突出容器中的液面之上。

Description

增材制造三维产品的方法

技术领域

本发明涉及用自上而下式立体平板印刷术增材制造三维产品的方法，其中从上方局部选择性曝光容器中可流动的可光聚合材料。

本发明总体涉及通过立体平板印刷术固化可流动的可光聚合材料来增材制造三维产品，其中该材料在后续层中以局部选择性方式被固化，其中每层的预定局部选择性曝光区域由待构建产品的三维模型的数据确定。

本发明尤其涉及制造牙科产品和正畸产品，尤其涉及制造牙科全假体和部分假体，全假体和部分假体由模拟牙龈部分的基托和预制牙齿组成，其中基托和牙齿由不同的材料组成以便能够以最佳方式模拟自然特性。

背景技术

在制造广泛使用的全假体或部分假体的过程中，预制牙齿被定位在定位模板中，该定位模板同时形成注塑模具，其中定位模板保持插入的牙齿相对于彼此正确定位，随后基托材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯，被注射到牙齿周围。

在数字工艺链中，义齿和基托是分开制造的，例如通过减材或增材制造方法，其中分开制造的基托和义齿在典型情况下通过胶合附接，从而将义齿锚固在基托中。预制义齿可以是预制出的标准义齿，或者可以是单独制造的义齿。

由若干组成部分制造牙科和正畸产品，例如不同种类的部分假体和牙科托槽，仍然需要大量的人工作业。模型铸造、通过自动装置弯曲丝线和金属托槽的成形操作以及用于产品其它组成部分的增材制造步骤可能有助于制造过程，但是目前还不能实现完全和连续的数字构建过程。在这方面，如果金属组成部分，比如丝线或托槽组成部分，必须嵌入例如由塑料制成的其它组成部分中，则尤其成问题。迄今为止，这已经通过将金属组成部分引入压模内并通过注射树脂以在金属组成部分周围形成包覆成型件来实现。或者，正畸板可以由塑料制成，其中提供用于待整合的金属组成部分的板凹槽。在将金属组成部分插入凹槽后，可以通过手动浇注树脂材料来填充凹槽，以包覆成型插入的金属组成部分，随后通过研磨和抛光来完成表面。在任何情况下，许多单独的制造步骤和人工中间步骤都是必要的，这阻碍了通向基本数字化工艺链的道路。

在WO2016/083296A1中，描述了一种通过将假体基托打印到假体的牙齿上来制造牙科假体的方法。在这种方法中，假体的义齿被固定在咬合板中，使得假体的义齿的基端部分暴露出来。通过研磨所有义齿的基面来使它们变短到所有的基面都位于同一平面。此后，将包括假体义齿的咬合板插入立体平板印刷三维(3D)打印机的支架中。在这方面，描述了一种自下而上的立体平板印刷方法，其中咬合板联接到可垂直移动的构建平台，使得牙齿从平台悬置，其中基端面朝下。然后，通过将构建平台朝向充满可光聚合液体的容器降低，假体义齿的基端部分浸入直到带有朝下的基面的牙齿抵靠在容器的底板上。底板在构建区域中是透明的，并且在底板下面提供用于局部选择性曝光的曝光单元。以这种方式，第一层可以通过曝光固化，该第一层嵌入浸入牙齿的基端部分。所有的后续固化层都是通过连续升高构建平台和其上形成有层的牙齿，并通过进一步局部选择性固化假体的基托层而形成的。利用这种方法，义齿可嵌入增材制造出的基托中的最大深度对应于基托的可光聚合材料的最大固化深度，该最大固化深度通常在毫米范围内。此外，在添加的假体基托和义齿之间的边界线是直线，即当基面接触到容器的底板时，在将构建平台朝向可光聚合材料降低到液面之后限定的可光聚合材料的边界线。这导致全假体的不自然外观外貌，因为在人类牙列中在牙龈和牙齿之间的边界线不是直线。尤其是，所述方法不可能在相邻牙齿的边界区域产生提升部分来模拟自然的牙龈乳头。

除了广泛描述的方法之外，如上所述，还提到了构建平台上的义齿可以降低到可光聚合材料中，然后可以自上方被曝光。这个没有进一步描述的替代方案对应于自上而下的立体平板印刷工艺，在该工艺中，必须由涂布可光聚合材料的刮刀校平待固化的可光聚合材料。在现有技术文献中没有进一步描述的这种替代方案形成了本发明有关现有技术部分的基础。

在自下而上的立体平板印刷方法中，下一步要固结的层的层厚可以通过降低构建平台以精确方式限定，对于待形成的第一层，降低到可光聚合材料内的深度，直到构建平台的下表面在对应于期望层厚的容器底上方水平处，即通过从构建平台和容器底之间的区域使材料移位，精确地设定构建平台的下表面和容器底之间的期望层厚。对于随后要固化的层，最后固化层的下表面与容器底之间的距离以如上所述的相应方式设定。

在使用自上而下式立体平板印刷术的方法中，使用参考平面(同时也是构建平面)为要固化的下一层定义具有期望厚度的层是不可能的。在自上而下的立体平板印刷中，必须在构建平台的上表面(对于待固化的第一层)或最后固化层的上表面上限定具有确定层厚的可光聚合材料层。为此目的，构建平台以下一层的期望层厚进一步降低进入容器中的可光聚合材料中(也称为“深浸”)，使得可光聚合材料可以流过构建平台或最后聚合层。此后，构建平台再次升高到下一层的层厚的期望高度，即再次降低和升高的距离之间的差值等于期望层厚。然而，以此方式，在大多数情况下无法获得具有平整表面和均匀厚度的层，但是在构建平台或最后固化层的上方分别形成弯月面，其中弯月面的层厚或层高通常大于构建物所期望的层厚(通常在0.05毫米-0.15毫米的范围内)，例如0.5毫米-1.5毫米。材料的粘度和/或表面张力越高，形成的弯月面越厚。当这种情况在分层增材制造期间发生时，待固化层的精确确定的不足将导致所构建物体的显著不准确性。这种弯月面的形成在图1中被示出，其中在图1a)中，构建平台20已经降低到容器50中的可光聚合材料中；构建平台20须进一步下降到容器50中，下降距离大于期望层厚，如图1b所示)，使得可光聚合材料流过构建平台20的表面。此后，构建平台再次升高，如图1c)所示，直到构建平台与侧向围绕构建平台20的区域中的液面相比，处于该液面以下等于期望层厚的深度；然而当将构建平台升高到该高度时，构建平台20顶部的材料也被升高且不会完全流出构建平台，使得上述弯月面保持在构建平台20的顶部。这种可能导致层厚偏离期望值超过1毫米的不准确性是不可接受的。

传统上，固体刮刀用于平整和校平可光聚合材料层的表面，可以驱动刮刀移动经过整个最后形成层的表面。一种刮刀组合件包括悬挂成可水平移动的刮刀(水平是指平行于液面的平面的方向)，其中刮刀的下边缘可调节成限定高度。可移动的刮刀以这样的高度水平移动经过整个构建区域，使得可光聚合材料被移动的刮刀向前推动，并且使得具有期望层厚的可光聚合材料的平整层保留在刮刀后面。

在产品的构建期间，可能存在刮刀不可用的情况和配合，例如，当存在产品的预先制造的构建部件时，应当将另一种材料层添加和附接到该构建部件，并且当用于其它可光聚合材料层时，预先制出的构建部件伸出到其它材料表面之外。在这样的情况下，刮刀组合件是不可用的，因为移动穿过表面上的刮刀会与突出部件碰撞。

如果一个产品要被构建在另一个结构中，该结构在侧向邻近待构建产品具有突出的突起，则会出现类似的复杂情况。

在这样的配合中，自下而上的立体平板印刷本身是不可用的，并且也不能执行利用大量刮刀的自上而下的立体平板印刷，因此自上而下的立体平板印刷的应用领域也受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供和改进自上而下式立体平板印刷方法，该方法也可用于上述情况，其中迄今为止，自上而下的立体平板印刷方法至少在使用粘性更大但仍可流动且自身不校平的材料的情况下不可用，但是需要精确定义下一个待固化层的层表面，以便能够以精确方式通过增材制造来制造构建部件。

该目的通过增材制造三维产品的方法实现，所述方法包括本发明的必要特征。附加技术特征阐述了本发明的优选实施例。

在一种使用自上而下式立体平板印刷术增材制造三维产品的方法中，在所述方法中通过从上方曝光以局部选择性方式使容器中可流动的、可光聚合的材料固结，根据本发明按序进行以下操作，以便平整和校平下一个待固化材料的层的表面。在一定程度上，在曝光之前已经以相同的方式使先前固化的层校平，即已经达到与包围构建平台的区域中的液面一致水平，以此方式也产生了确定且均匀的层厚。自能在容器竖向上方一定距离处移动的吹风机的加压气体喷嘴产生加压气体射流，并且通过使吹风机及加压气体喷嘴移动经过整个待固化表面的区域而被引向可光聚合材料的表面，所述加压气体射流在横向于加压气体喷嘴和所述加压气体射流的移动方向的方向上扩张，所述加压气体射流在其移动经过整个表面时作用在该表面上以平整该表面。由于横向于移动经过表面的方向扩张的加压气体射流的冲击，可光聚合材料从具有可光聚合材料的升高表面的区域移位，从而该表面校平成与容器中侧向包围构建物液面一致的水平。如果参照加压气体喷嘴相对于材料表面的距离，该距离被确定为相对于在容器中围绕构建平台的可流动材料的表面水平的正交距离。在发生通过移动经过整个表面的加压气体射流的平整和校平之前，相对于材料表面的正交距离可以偏离以上确定的距离，因为在构建平台上方的区域中，可以使材料表面变形，例如由于形成在那里的弯月面。

根据本发明，以自上而下的立体平板印刷方法，通过加压气体喷嘴产生横向于其移动方向扩张的加压气体射流并且被引向可光聚合材料的表面以及移动经过整个表面，以便使该表面校平。加压气体喷嘴与横向于其移动方向扩张的加压气体射流一起作用为空气刮刀(在加压空气作为加压气体的情况下)，其中不同于传统机械刮刀，通过在可光聚合材料上方一定距离处的加压空气喷嘴产生空气刮刀，但是仍然通过加压空气流直接作用在材料表面上。

本发明意义上的吹风机通常被认为是具有加压气体喷嘴的加压气体源，该加压气体喷嘴从加压气体源排出加压气体流作为成形的加压气体射流并且作为引导的体积流动流。作为加压气体源，可以使用马达驱动泵(风扇)或加压气体储罐。加压气体源可以直接连接到加压气体喷嘴，并且加压气体源和加压气体喷嘴可以形成连贯的组合件。在许多情况下，加压空气被用作加压气体，使得吹风机包括加压空气源和与其连接的加压空气喷嘴，其喷射压缩空气射流。作为加压空气的替代，可以在压力下供给另一种气体，比如惰性气体，例如氮气，以减少或防止在材料表面的抑制。

在优选实施例中，利用根据本发明的方法来制造多组成部分产品，以根据本发明的方法将待构建产品的另一组成部分附接到待构建产品的已有组成部分。在这方面，由位于已有组成部分下方的构建平台承载的已有组成部分，通过将所述构建平台降下入包含可流动的、可光聚合材料的容器中且然后再次升高较低的距离来降低，其中在降低距离和升高距离之间的差值等于期望层厚，从而形成待曝光的下一层。可能的是，在这些步骤期间，如果该已有组成部分通过降低构建平台而位于容器中可光聚合材料的液面下方，则可流动的、可光聚合材料也流过已有组成部分的部分。加压气体喷嘴悬置成能在高度水平处水平移动，使得其在用于形成可光聚合材料的新的层的第一降低和升高之后，其位于高于已有组成部分的最高点的高度。由此，加压气体喷嘴能够相对于其能移动经过整个容器的高度进行调节，以允许将加压气体喷嘴的高度调节到在已有组成部分上方的高度。以此方式，实现了加压气体喷嘴可以移动经过整个构建区域，以便借助加压气体流平整和校平待固化的可光聚合材料的区域，而不与已有组成部分的突出部件碰撞。在平整表面之后，用于待固化的当前层的可光聚合材料以局部选择性方式曝光，以使将该层以期望形状固结。降低和升高以确定可光聚合材料新的层的步骤，使加压气体喷嘴及其加压气体射流移动经过下一个待固化层的整个表面以使其平整的步骤，以及随后的局部选择性曝光以固结的步骤根据需要重复进行，直到待构建产品的另一组成部分已经附接到已有组成部分。

原则上，这种方法可在侧向和竖向上添加和附接另一部分到已有组成部分。

以此方式，也可以使用不同材料添加义齿的不同区。

在优选实施例中，用固定附接到加压气体喷嘴的距离传感器来测量距可光聚合材料表面的距离。以此方式，可以以位置相关方式确定相对于可光聚合材料表面的距离，从而确定如弯月面情况下的凸部，并且在施加空气射流之后，确定通过材料位移消除凸部。在此情况下，特别优选的是，由距离传感器测量的距可光聚合材料表面的距离用于控制横向移过可光聚合材料表面的吹风机的操作参数。以此方式，气体射流调节成使得其在弯月面或任何其它凸部的区域中使可光聚合材料移位，并且使表面平整成使得在应用加压气体喷嘴(例如空气刮刀)之后，获得作为整体水平的表面(即包括包围构建平台的液面)，并且形成用于位置选择性固结的可光聚合材料的确定层厚(即形成均匀的液面)。当喷嘴移动经过整个构建区域时，气流的强度可以使用各种控制变量来控制，比如距可光聚合材料表面的距离、体积流量、气流速度、气体射流的侧向扩张，使得实现相对于表面的均匀距离并因此实现均匀液面，这意味着可光聚合材料的表面已经以受控方式被平整和校平，并且弯月面已经被消除。

在优选实施例中，通过控制气体压力、加压气体流的宽度、体积流量、加压气体喷嘴移动经过整个表面的速度和/或由加压气体喷嘴喷射的加压气体射流相对于正交于可光聚合材料表面的轴线的倾斜角度，来控制用于使光聚合材料表面平整和校平的吹风机的操作参数，以便实现相对于待固结区域表面的均匀距离，从而实现均匀液面。

另一方面，这种控制或调整不是必须的，因为可以预先为可光聚合材料的不同材料特性确定适合于加压气体喷嘴的操作参数，并使用特定的可光聚合材料为特定的构建过程选择适合于使该可光聚合材料移位和校平的相关操作参数。

在优选实施例中，加压气体喷嘴移动经过整个待固化的可光聚合材料的表面，其中加压气体喷嘴形成有细长的喷嘴间隙，该喷嘴间隙在横向于喷嘴移动方向的方向上扩张，并且形成为空气刮刀(气刀)，其中喷射的加压空气流相对于光聚合材料表面的正交方向的倾斜角度能在+-45°的范围内可调节，尤其定向成正交于该表面。

在优选实施例中，已有组成部分至少部分作为另一组成部分的固化的光聚合物被包围，使得已有组成部分在另一组成部分的构建区域中被固化的光聚合物包围。

在优选实施例中，当前已有组成部分是假体或人造牙弓或其部件。人造牙弓或其部件由构建平台承载，使得基侧朝上。作为另一组成部分，假体基座或其部件被附接成包围人造牙弓的基部或其部件，由此人造牙弓或其部件用其基部以形状锁定配合嵌入附接的假体基座中。

在优选实施例中，后续使用不同的可光聚合材料来添加若干其它组成部分以构建产品。通过这种方式，可以在产品中创建期望的材料区、材料层和材料变化。

在优选实施例中，已有组成部分本身是使用根据本发明的方法构建的组成部分，使用如上所述的方法将另一组成部分附接至该已有组成部分。

在优选实施例中，在该方法的第一阶段，使用如上所述的方法构建产品的第一部件，其中在第一部件中形成用于插入已有组成部分的凹槽。将已有组成部分放置在至少一个凹槽中，此后使用上述方法构建产品的剩余第二部件，使得插入凹槽中的已有组成部分被两个构建出的部件包围，并且至少部分嵌入其中。该优选方法例如适用于构建正畸产品，比如包括正畸板的牙科托槽，该正畸板包括部分集成的金属部件(丝线、托槽元件等)。在此情况下，构建过程的第一阶段可用于通过逐层聚合材料来创建正畸板的第一部件，其中该第一部件包括用于待插入组成部分的凹槽。在完成第一部件后，它保留在构建平台上，为了更容易操作，该构建平台被提升出容器中的材料，其中第一部件可选地通过使用加压气体喷嘴吹流来清洁，以便使凹槽更易于插入另一组成部分的步骤。然后根据所提供的设计将插入组成部分(例如作为插入组成部分的丝线和托槽元件)放置到这些凹槽内，然后通过构建正畸板的第二构建部件来继续进行附加构建过程，从而填充凹槽并且因此嵌入插入组成部分，并且插入组成部分至少部分地集成在正畸板中。

在该方法的优选实施例中，当前存在的插入组成部分是金属部件、塑料部件、复合部件或陶瓷部件，它们以此方式至少部分地整合入牙科或正畸产品。

采用根据本发明的这种方法，可以制造牙科部分假体，其中通过根据本发明的增材制造来构建牙齿和牙龈部分，并且由铸造金属制成的安装元件作为插入组成部分被添加和嵌入在牙龈部分(假体基托)中，其中它们以形状配合方式嵌入到其中。

在优选实施例中，在曝光步骤之后，构建平台被提升到液面上方的水平，并且已构建的部分通过使用来自吹风机的加压气体射流的吹流而被清洁，以便去除任何过量的粘附的、未聚合的材料；任选地，构建平台此后浸入清洗液槽中，再次从槽中升起，并且通过将加压气体射流从吹风机引向部件来干燥已构建的部件。

进一步地，提供了一种用于执行根据本发明的方法的设备，该设备包括：储存有作为产品的待构建组成部分的数字三维模型的控制单元，适用于在所述控制单元的控制下、通过从上方以局部选择性方式逐层曝光容器中的可光聚合材料的能够竖向移动的曝光单元、承载正在构建的产品的能够竖向移动的构建平台，构建平台能在控制单元的控制下在竖向上降下进入所述容器中的可光聚合材料内，其中所述控制单元适用于将所述构建平台连续降低超过单个层厚且再次将其升高从而降下单个层厚，以便形成可光聚合材料的新的层，此后操作所述曝光单元，用于在用于该层的预定区域中局部选择性曝光，以便将该层固结成由三维模型确定的预定形状，并且重复最后两个步骤直到产品或产品的组成部分被构建成预定三维形状。包括加压气体源和加压气体喷嘴的吹风机安装在容器的顶部，其中加压气体喷嘴悬置在容器的上方并能够在所述控制单元的控制下横向移过容器中的可光聚合材料的表面。所述加压气体喷嘴可以能够与加压气体源作为整体组合件一起移动；或者，加压气体源可以固定安装且通过软管连接到可移动的加压气体喷嘴。加压气体喷嘴被构造成为了将加压气体射流引向可光聚合材料的表面，加压气体射流在横向于横过该表面的加压气体喷嘴的移动方向的方向上扩张，从而在用于形成可光聚合材料的新的层的进一步的降低和升高所述构建平台的各个步骤之后，来自所述加压气体喷嘴的加压气体射流通过加压气体射流的作用来平整和校平该表面。

在优选实施例中，所述曝光单元包括在物体侧实现远心成像的投影光学器件。这具有的优点是来自曝光单元的光被引向材料表面，以基本上沿着正交方向入射，这最小化了由于已有组成部分在材料层将附加地附接到其上的表面上方突出而对表面的可能遮蔽。

附图说明

现在将结合附图参考实施例来描述本发明，其中：

图1a)至c)示出了将构建平台降低到具有可光聚合材料的容器内的后续步骤；

图2a)至c)示出了根据本发明方法的进一步后续步骤，用于使可光聚合材料表面校平；

图3a)和b)示出了从两个不同方向的加压气体喷嘴两个平面图，该加压气体喷嘴可用于根据本发明的构建产品的方法中；

图4a)至c)示出了包括加压气体喷嘴的吹风机的各种实施例的示意图，在根据本发明的方法中，通过加压气体喷嘴可以从所供给的加压气体中产生延伸的气体流，以作用在可光聚合材料上；

图5a)至f)示出了本发明的构建方法中的后续步骤，其中假体基座通过增材制造附接到假牙的基侧并且围绕假牙的基端部分构建；

图6a)至f)示出了本发明的构建方法中的后续步骤，其中使用不同材料构建假牙；

图6g)至h)示出了根据本发明的构建方法中的后续步骤，其中用于假体基座的材料被附接且构建在假牙周围；

图7示出了通过使用根据图6的方法构建的假牙的横截面，以及根据本发明通过附加构建假牙而嵌入假牙的基侧的假体基座；

图8a)至f)示出了根据本发明的方法的后续步骤，其中构建具有集成金属部件的正畸板；和

图9示出了构建平台的示意性剖视图，该构建平台具有通过另一种方法制造的用于定位假牙的支架，该假牙将通过图5a)至f)所示的方法在假体基座中嵌入其上部的、暴露的、基侧；

图10至图12示出了根据本发明的方法中的后续步骤，该方法用于构建假牙并用于通过增材制造后续附接假体基座。

具体实施方式

在结合附图所描述的实施例的以下描述中，假设使用加压空气作为加压气体，其被供给到加压空气喷嘴以产生扩张的加压空气流，以作用在可光聚合材料的表面上，即在以下附图描述中，使用术语加压空气代替加压气体以及用加压空气喷嘴代替通常的加压气体喷嘴。加压空气可以由风扇或加压空气储罐提供，并且可以被供给到加压空气喷嘴，其中风扇或加压空气储罐可以与加压空气喷嘴形成一体组合件。

参考图1a)至c)，首先解释在自上向下的立体平板印刷方法中，在构建平台上方的区域中如何可以发生形成升高表面(弯月面)。在图1a)至c)中，构建平台20(未带有承载构建平台的提升机构)被示意性地和简化地示出。为了形成待固结且待附接到构建平台的第一层可光聚合材料，采取以下步骤。图1a)示出了当构建平台20降下入容器50中的可光聚合材料时的构建平台20，其中在图1a)降下的早期阶段，降下深度对于可流动的可光聚合材料来说过小，但材料具有用于流过构建平台20表面的一定粘度。为此原因，与获得期望层厚的实际所需相比，构建平台被降低至更深的深度从而可光聚合材料能够流过构建平台。这在图1b)中示出，其中可光聚合材料已经流过构建平台20的表面。

为了在构建平台20上形成具有期望的较低层厚的可光聚合材料层，构建平台20被再次升高直至在围绕构建平台20的区域中在容器50中的可光聚合材料的液面下方一期望层厚的深度，即，低于侧向邻近构建平台的液面。当将构建平台升高到液面以下的层厚深度时，不是全部过量的可光聚合材料从构建平台流出，而是升高区域保持为弯月面，如图1c)所示。这种弯月面可能具有大于1毫米的显著高度，并且从而可能显著干扰具有精确限定的层厚的可光聚合物材料层的精确定义。在传统方法中，在这种情况下使用刮刀，刮刀的下边缘平行于液面移动以将可光聚合材料向前推出弯月面区域，从而在构建平台上形成平整表面和具有限定层厚的层。

如背景技术中所解释的，根据本发明的方法旨在避免使用物理刮刀，从而还可以处理构件情形，在该情形中组成部分会突出超过容器中液面，在该情形不可能使用物理刮刀，因为这种物理刮刀会与这种突出的组成部分碰撞。根据本发明，利用包括加压空气喷嘴的吹风机2，该吹风机2可以在可光聚合材料表面上方一定距离处移动以平整和校平其表面，其中加压空气喷嘴将扩张的加压空气流引向该表面以平整和校平该表面。如图2b)所示，以这种方式尤其使可光聚合材料自弯月面区域移位。

当整个液面已经水平时，可光聚合材料从弯月面的移位导致邻近构建平台的液面的极小升高，并且因此也高出构建平台。通过将构建平台20升高到低于图2a)中液面的水平可在定义层厚时考虑这种影响，使得在可光聚合材料从弯月面位移之后，构建平台上方保持期望层厚。

图3a)和b)示出了吹风机2的两个平面图。吹风机2由风扇壳体4中的风扇、用于从风扇向加压空气喷嘴8供给加压空气的壳体部件6组成，加压空气喷嘴8在其下端具有细长的喷嘴间隙，该喷嘴间隙喷射细长的加压空气射流。图3a)是喷嘴间隙的纵向垂直于图形平面的侧视图，图3b)是视图方向相对于图a)的视图方向旋转90°的平面图，其中在图3b)中，喷嘴间隙的纵向位于图形平面内。加压空气喷嘴8的上端直接连接到中间壳体或管道部件6。加压空气喷嘴8在图1a)和b)的两个视图中在相反的方向上具有截锥形，使得喷嘴壳体朝向图1a)中的下端逐渐变细至其下端的窄喷嘴间隙，而在图1b)中旋转90°旋转的视图中，加压空气喷嘴8以截锥形张开，以形成沿纵向扩张的喷嘴间隙。喷嘴间隙的纵向延伸通常在X或Y方向上跨越构建领域的大小。喷嘴间隙垂直于其纵向扩张的宽度可以例如在0.1至10毫米的范围内，优选在0.5至2毫米的范围内。

然而应当注意，本发明意义上的加压空气喷嘴不限于具有纵向扩张喷嘴间隙的加压空气喷嘴。其它喷嘴开口轮廓也是可能的，其中喷嘴开口的纵向和横向扩张具有相同或相似的尺寸，使得产生大区域的喷嘴射流。还可能的是，阵列布置的若干单独的喷嘴开口协同产生以一定区域延伸的加压空气射流。

图4a)至c)以示意性立体图示出了包括加压空气喷嘴的吹风机2的替代实施例。在这些视图中，示出了带连接到其上的加压空气喷嘴8的壳体或管道部件6，而为了简化图示，省略了连接到其上的风扇壳体4。在图4a)中，加压空气喷嘴形成为细长的喷嘴间隙，其包括作为单个喷嘴开口的细长的喷嘴间隙。在图4b)中，形成多个喷嘴开口，其作为加压空气喷嘴8布置成呈细长线性布置的多个喷嘴开口，其中纵向延伸的一连串喷嘴开口有效地产生沿喷嘴开口布置的纵向延伸的细长空气流。在图4c)中，示出了具有紧密相邻的喷嘴开口矩阵或阵列布置的加压空气喷嘴8；这一带有在一定区域上分布的喷嘴开口阵列的加压空气喷嘴8有效地产生扩张的加压空气流，该加压空气流可以作用在大面积的表面上。

在图3a)和3b)的实施例中，另一壳体10附接到吹风机2，其中在壳体10中容纳有用于壳体部件4中的吹风机的操作的驱动电子装置。电缆12连接到壳体10，其中电缆12包含为吹风机供电的导体和用于将控制信号传输到驱动电子装置的导体。此外，电缆10可以包含用于导出传感器信号的传输线。在优选实施例中，可以存在距离传感器，该距离传感器固定连接到加压空气喷嘴，并且能够测量距当前在加压空气喷嘴下方的可光聚合材料表面的距离。使用该距离传感器，一方面可以测量容器中材料的填充水平(液面)，另一方面，当加压空气喷嘴与距离传感器一起移动经过整个表面时，可以检测可光聚合材料表面的凸部或凹部。这种传感器14在图2c)中示意性示出。控制单元可以被布置成如果检测到表面的与相邻液面相比的凸部，则在功率方面加强吹风机的操作，其中，继续以增加的功率继续加强操作，直至表面的凸部已经被可光聚合材料的移位消除并且完全使该表面校平。另一方面，不一定需要对吹风机的调节功率进行规制。根据可光聚合材料的粘度可以预先确定可光聚合材料，在吹风机在该粘度的工作状态下，加压空气射流充分作用在可光聚合材料上以能够使其移位。

如在图5b)和d)中示意性示出的，吹风机2安装在自上向下立体平板印刷设备的容器50的上方，使得吹风机2能够将加压空气射流引向包含在容器50中的可光聚合材料的表面。为了简化图示，在图5a)和5c)中省略了吹风机。加压空气喷嘴能够在容器50上方在竖向高度上沿水平方向移动经过整个容器，以便能够作用在构建区域内容器中的可光聚合材料的表面部分上。关于竖向和水平方向的定义，注意“竖向”是指(完全校平的)液面上的正交轴的方向，“水平”是指平行于液面的平面上的直线方向。在这方面，还可以设想加压空气喷嘴在容器上方的高度是可调节的，以使在实施本发明的方法之前，该高度可以适应待构建产品的性质。这意味着加压空气喷嘴可以被调节到已有组成部分的最高点上方的高度，产品的其它组成部分将通过根据本发明的方法被添加到该组成部分，这将在下面进一步解释。以此方式确保加压空气喷嘴不会与已有组成部分碰撞。

吹风机2能在水平方向上沿直线移动，其中在所示实施例中，喷嘴间隙定向成其纵向扩张与移动方向成一角度，使得喷嘴射流具有横向于移动方向的扩张。喷嘴间隙的纵向与移动方向的角度尤其可以是90°，这导致加压空气射流横向于移动方向最大扩张。或者，用于使加压空气喷嘴移动经过整个可光聚合材料的表面的不同移动模式是可能的。例如吹风机可被悬挂成能够绕竖向轴线旋转，使得通过吹风机2的旋转，加压空气射流被移动以沿着材料表面旋转。旋转轴线也可以相对于吹风机的圆柱形的壳体部件4和6的竖向轴线移动，使得吹风机在材料表面上方进行枢转运动。吹风机的这种枢转运动使得细长的空气流类似于挡风玻璃刮水器擦拭该表面。

参照图5a)至f)，现将描述自上而下的立体平板印刷方法，在该方法中，利用加压空气喷嘴来平整可光聚合材料的表面。立体平板印刷设备以非常示意的方式示出，其中带有加压空气喷嘴的吹风机2仅在图5b)-d)中以示意方式示出，但是在其它视图中被省略以简化图示。立体平板印刷设备包括填充有可流动的、可光聚合材料的容器50。构建平台20在竖向上能够移动，并且可以被浸入容器50中的可光聚合材料内。

在图5c)中示出了在容器50上方的曝光单元，但是在其它视图中被省略以简化图示；曝光单元包括光源40和空间光调制器42，它们以被示意性地示出为集成到单个单元内，其输出由投影光学器件44投影到图像平面。空间光调制器(SLM)包括曝光元件阵列，例如微镜阵列，该曝光元件选择性地将来自光源的光通过投影光学器件44投射到可光聚合材料表面上的图像平面中的相关图像元件。投影光学器件44可以被设计成实施传统投影。为了改进构建过程的精度，投影光学器件44优选地在物体侧上形成为远心光学器件，以便尽可能最大程度地确保位置选择性辐射在整个构建区域中的材料表面上的正交入射角。

为了完整起见，注意到为了实现局部选择性曝光，也可以使用具有偏转镜/陀螺仪的激光源，其逐个像素地连续扫描图像平面。

在图5a)至f)的当前实施例中，利用根据本发明的方法，以便将另一组成部分分层添加到已有组成部分，或者用绕已有组成部分构建的增材制造的另一组成部分来包围已有组成部分。在当前情况下，待构建产品是由假体基座和义齿组成的牙科全假体。在这方面，布置成牙弓的义齿在此情况下被认为是已有组成部分。在图5a)中义齿显示为由构建平台20承载的牙弓，其中义齿30由销状连接器承载，所谓的支撑结构在一侧连接到义齿30的咬合侧或切端侧，在另一侧连接到构建平台20，以使义齿30被定向成其基侧暴露并面向上。

第一，构建平台20在控制单元的控制下降下至容器50中的可光聚合材料内，如图5b)所示。为了在下文简化描述和措辞，在一些地方提到降低特定深度(层厚)的降低步骤，其中这被理解为降低更大的降低距离和后续升高步骤的结果，其中降低距离和升高距离之差对应于层厚。通过降低到预定深度，确定在已有组成部分(义齿30)上添加另一组成部分(假体基座)的最高部分(在基侧到咬合/切端侧的方向上)。该预定深度由控制单元分别从假体基座和牙齿的两个3D文件中检索，其包含相同坐标系中的模型数据。

在将构建平台20降低到如图5b)所示的预定深度后，来自吹风机2的加压空气喷嘴的加压空气射流移动经过整个可光聚合材料的表面以平整该表面。从图5b)中可以看到，加压空气喷嘴也可以从义齿30的基侧移动经过整个可光聚合材料的表面突出的区域；突出的义齿30的后一种情况将无法使用传统的刮刀，因为它会与从该表面突出的义齿的基端碰撞。通过将来自吹风机2的加压喷嘴的加压空气射流移动到容器上方的高度，该加压空气射流在横向于移动方向的方向上扩张，可光聚合材料从与容器中的可光聚合材料的剩余液面相比升高的提升区域(弯月面)移位，从而使整个表面校平，并限定共同的均匀液面。

此后，如图5c)所示，实施位置相关的曝光，该曝光由控制单元通过根据待构建的假体基座的数字3D模型控制空间光调制器42来控制。在当前情况下，待附接的假体基座的第一部分32通过固结义齿上的可光聚合材料构建；在当前情况下，这些部分是假体基座在真实牙龈中对应于相邻牙齿的过渡区中的牙龈乳头的部分。

随后，构建平台向下降低另一层厚进入容器50中的可光聚合材料内；这种状态如图5d)所示。然后，吹风机2和其横向扩张的加压空气射流再次移动横过可光聚合材料的表面和义齿30的突出基部和端部，以便使可光聚合材料的表面平整和校平。

现在紧接下一个曝光步骤，其在图5e)中示意性示出。在该步骤中，另一层被固结并附接到先前已固结的部分和义齿的部分。以这种方式，已经通过固结附接的假体基座的部分32逐层生长。

逐步降低(图5d))和随后的另一层的曝光(图5e))的这些步骤根据需要经常重复，直到完全构建假体基座32，如图5f)所示。

通过逐层增材制造附接假体基座来嵌入义齿的基端部分，导致义齿和基托的强复合结构，而无需任何进一步的连接步骤或使用粘合剂。义齿的基端部分被假体基座的材料包围并嵌入其中，以使义齿30的基端部分形状接合附接的假体基座32。

在上面结合图5a)至f)所述的实施例中，假设在构建开始时义齿30已经存在并位于构建平台上。原则上，使用根据本发明的自上而下的立体平板印刷方法来构建义齿30是可能的。在图6a)至f)中示出了义齿构建过程的这种实施例。为了简化图示，示出了单个义齿的构建过程；然而，利用这种方法，也可以并行构建若干义齿或整个牙弓。

在图6a)中，示出了如何降低构建平台和用作支撑结构34呈锥形支撑销形式的第一层通过曝光和固结附接到构建平台，其中在每个曝光步骤之后，如上所述通过降低并随后升高更低的距离而降低构建平台20，以有效地将其降低到更深的一个层厚，此后，通过来自吹风机2的加压空气喷嘴的扩张的加压空气射流平整和校平可光聚合材料A的表面。支撑结构34通常由也用于第一构建部件36的相同的第一材料A构建，在这种情况下是待构建的义齿的咬合部件或切端部件。在图6b)中示意性示出了构建的支撑结构34。

在支撑结构34上完成第一构建部件36(义齿的咬合层结构)之后，将构建平台从材料A中向上升起，第一构建部件36受到来自吹风机2的吹风以移除过量的材料A，并且在另一容器(见图7)中用清洁液体可选清洁，以及此后由使用吹风机2的吹风干燥。

对于使用第二可光聚合材料B的下一构建阶段，构建平台与第一构建部件36和支撑结构34一起下降进入另一容器50中的第二可光聚合材料B内，如图6c)所示。从图6c)中可以看到，在第二构建部件37的构建过程的开始时，第一构建部件36突出可光聚合材料B的表面。由此，吹风机2与液面的距离必须至少足够大以使加压空气喷嘴在移动经过整个液面时不会撞到第一构建部件36的部分。根据本发明，通过在可光聚合材料的表面上方一定距离处侧向横过移动吹风机2来实现待光聚合材料的表面的平整和校平。

第二构建材料B的其它层通过曝光成功固结并添加到义齿的咬合部件36直至义齿的另一部件37最终被构建成附接到先前的部件36，如图6d)所示。

如图6e)至f)中所示，图6b)至d)中所示的相同顺序重复用于第三材料C，以附接基部部件38。同样在这种情况下，先前产生的构建部件37在开始时突出可光聚合材料C的表面，因此需要使用悬置在材料水平上方一定距离处的吹风机2，以通过来自加压空气喷嘴的加压空气射流远程作用在该表面上，用于通过加压空气流使可光聚合材料C的表面平整和校平。

类似于结合图5a)到f)所述的用于将假体基座附接到义齿的构建部件26、37和38的构建过程，假体基座32可以通过第四可光聚合材料D的层的连续固结来附接。通过从图6g)的状态到图6h)的状态的转换示意性示出了该构建过程。

在完成最后的构建步骤之后，构建平台20和由不同材料附加产生的完成的构建部件可以通过使用吹风机2将其吹流而被清洁，可以在清洁槽中被进一步清洁，以及此后通过使用吹风机2吹气而被干燥。

图7示出了在构建平台上构建的产品的横截面视图，在臼齿区域的左侧，以及在假体部的切牙区域的右侧，在每种情况下包括咬合/切端部件36(切牙区域)、另一部件37(牙质)和基部部件38(牙根)以及附接的假体基座32，其可以使用参照图3a)至h)所述的方法构建。当然，义齿可以用少于或多于三个部件36、37、38构成。

在图8a)至f)中示意性示出了用于包括金属插入件的正畸板的构建过程，该正畸板可以用根据本发明的方法构建，其中金属组成部分，比如丝线和托槽元件，嵌入在附加固化的聚合物层中并且可以从聚合物板部分突出。

当在第一构建阶段中应用本发明的自上向下立体平板印刷方法时，支撑结构34(这里以锥形示意性示出)和带有凹槽62的正畸板60的下部使用相同的材料D通过逐层添加可光聚合材料和通过位置选择性曝光构建在构建平台20上，如图8a)所示。

如图8b)所示，通过升高构建平台20，包括凹槽62的正畸板60的初始构建的下部随后被移出容器且移出可光聚合材料D，使得带有凹槽62的正畸板的下部可自由接近。

此后，预制金属元件64，比如特定弯曲的丝线和托槽元件，被插入预期的凹槽62内。在这种情况下，如图8c)所示，正畸板60的带有凹槽的较低部件和插入的金属元件64，也可以被认为是待构建的牙科产品(完整的正畸板)的已有组成部分，其中，为了完成该产品，必须通过本发明的优选实施例将另一组成部分添加到该已有组成部分。

如图8d)所示，在接下来的第二构建阶段中，通过降低构建平台、借助空气刮刀(吹风机2)平整表面以及位置相关曝光，凹槽62和放置在其中的插入的金属部件64接连地逐层填充和闭合。如图8e)所示，以此方式，插入组成部分64以形状配合的方式嵌入正畸板中。对于增材制造过程，在同一坐标系中在包括凹槽62和凹槽62中的插入组成部分的正畸板60中存在用于支撑结构的3D数据文件，以控制构建过程。

为了在最下面凹槽(在中心)开始逐层固化和填充凹槽，正畸板60的较低部件和在凹槽中的插入组成部分64下降进入材料容器内，仅降低到在此情况下产品已构建的部件在右手侧和左手侧向上突出超出可光聚合材料的表面的程度，见图5d)。在用于填充凹槽62的逐层构建步骤期间，在构建平台的每个降低对应于层厚的距离的步骤之后，有必要不接触表面而通过移动带有引向现在固结的层的表面的加压空气流的吹风机2使可光聚合材料的表面平整。在这种情况下，传统的刮刀也会与已构建的组成部分的超出表面的部分发生碰撞。

在通过闭合凹槽62完成第二构建阶段之后，并且在所需的后处理(清洁、精加工、移除支撑结构和抛光)之后，获得完成的包括嵌入的插入组成部分64的正畸板60，如图8f)所示。

图9示意性示出了初始情况，其中预制的假牙或预制的人造牙弓是已有组成部分，其中假体基座通过增材制造附接在假牙的基侧上，如结合图5a)至f)所述。与参照图6a)至h)所述的方法相反，其中也通过实施本发明的方法来构建假牙30，在图9的示例中，使用通过不同方法制得的预制假牙30。在这种情况下，首先借助自上而下的立体平板印刷方法在构建平台20上构建支架29，其中支架29设置有与假牙的咬合/切端部分互补的凹槽，使得假牙30可以插入其中并保持在支架中精确限定的位置。此后，可以使用根据本发明的自上而下的立体平板印刷方法添加假体基座，将假体基座附接到假牙的基侧，使得假牙30的基部最终以形状配合的方式嵌入附接的假体基座(未示出)中。

在图10至图12中，再次总结了根据本发明的构建过程，其中在第一阶段中，通过根据本发明的自上向下的立体平板印刷方法在构建平台上构义齿30，其中可以使用若干不同的构建材料，例如已经结合图6a)至h)所解释的，其中在每次改变用于构建义齿的另一组成部分的构建材料之前，实施清洁过程。

在从一种构建材料转换到另一种构建材料期间，可能的清洁过程将在这里再次详细描述：在构建阶段结束后，构建平台20升出容器，并且用来自吹风机2的空气吹流构建部件，以便去除仍然粘附的、未聚合的材料；该步骤在先前构建阶段所用的同一个容器上方进行(见图11的左手侧)，使得将吹流的材料收集在正确的容器中。可选地，清洁过程可以在清洁容器52中的清洁液体中继续；在这种情况下，构建平台20被降低到装有清洗液的容器中，如图11右手侧所示。然后，带有构建在其上的部件的构建平台再次升出清洗液，并用来自清洁容器上方的吹风机2的空气吹流以进行干燥。此后，可以实施用另一构建材料的另一构建阶段。

在图10中，示出了构建义齿30的最后步骤，其中在该步骤中，可光聚合材料M1的层被固结为义齿的最后一单件。

此后，如上所述实施义齿30的进一步清洁。然后，可以移动容器50，使得装有材料M2的容器50位于构建平台20的区域中，使得该构建平台可以被降低到装有可光聚合材料M2的容器50内，以将假体基座附接到作为已有组成部分的义齿30，其中通过使用根据本发明的方法构建假体基座来附接假体基座，其中，图12示出了该构建阶段的开始。在将假体基座的层附接到义齿的基部以及紧接的降低构建平台并再次将其升高至层厚以形成新的可光聚合材料层的每个步骤之后，通过移动带有其横过新限定的层的表面的加压空气流的吹风机2平整和校平该表面。

Claims (15)

1.一种使用自上而下式立体平板印刷术增材制造三维产品的方法，在所述方法中，通过从上方曝光以局部选择性方式使容器(50)中的可流动的可光聚合材料固结，其中，自能在所述容器上方移动的吹风机(2)的加压气体喷嘴，在横向于所述吹风机(2)的移动方向的方向上扩张的加压气体射流被指向可光聚合材料的表面并且作用在待固结的材料表面的区域，以通过使来自所述吹风机的加压气体射流移动经过整个表面来平整和校平所述表面，其特征在于，为构建多组成部分产品，使用自上而下式立体平板印刷术的本增材制造方法以将待构建产品的另一组成部分附接到待构建产品的已有组成部分，其中已有组成部分由位于已有组成部分下方的构建平台(20)承载，其中所述吹风机(2)的所述加压气体喷嘴能够相对于所述容器沿可调节的高度移动，

(a)其中所述构建平台(20)在所述容器(50)中降低入可流动的可光聚合材料内以限定新的层并且再次升高以在可光聚合材料中有效定位在一层厚度的深度，

(b)其中所述加压气体喷嘴移动经过待固结的可光聚合材料的整个区域以便平整和校平表面，

(c)其中可光聚合材料的表面以局部选择性方式曝光，并且重复步骤直(a)至(c)至另一组成部分已被成功制出并被附接到已有组成部分，

其中所述已有组成部分具有至少一个区域的不平坦结构，该区域在步骤(a)的所述构建平台(20)先降低到所述加压气体喷嘴下方之后以及在步骤(b)之前突出到所述可光聚合材料的表面之外；和

其中吹风机(2)的所述加压气体喷嘴的高度被调节到所述容器上方这样的高度，即在步骤(a)的所述构建平台(20)先降低到所述加压气体喷嘴下方之后，所述气体喷嘴高于突出于所述可光聚合材料的表面的已有组成部分的最高点的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用固定连接到所述吹风机(2)的距离传感器测量距可光聚合材料的表面的距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述距离传感器所测得的距可光聚合材料的表面的距离被用于控制移动经过可光聚合材料的整个表面的所述吹风机(2)的操作参数，以使所产生的加压气体流导致可光聚合材料在所覆盖区域中与位置相关地位移，以便专门平整和校平可光聚合材料的表面。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过所述距离传感器所测得的距可光聚合材料的表面的距离被用于调整曝光单元至可光聚合材料的表面且因此至构建平面的图像平面，其中为此移动所述曝光单元和/或材料容器。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了控制所述吹风机(2)的用于平整和校平可光聚合材料的表面的操作，控制参数压力、射流宽度、体积流量、所述吹风机(2)的加压气体喷嘴相对于表面的移动速度和/或从所述吹风机(2)的加压气体喷嘴喷射出的加压空气射流相对于可光聚合材料的表面上的正交轴的倾斜角度，以在整个待固结区域均匀实现距所述表面的确定距离并以此方式在最后固化区上方获得规定的均匀材料层。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述加压气体喷嘴形成有作为空气刮刀的细长喷嘴间隙，其以相对于可光聚合材料的表面上的正交轴的在±45°范围内的可调节的倾斜角度移动经过该可光聚合材料的整个表面。

7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，已有组成部分至少部分被选择性附接的固结光聚合物嵌埋，使得嵌埋的部分被固结的光聚合物包围。

8.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在附接多种另一组成部分(36,37,38)的多个步骤中，后续使用几种不同的可光聚合材料作为用于构建产品的构建材料。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述产品的已有组成部分已经用根据前述权利要求中任一项所述的方法预先构建。

10.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在第一构建阶段中，包括用于插入已有组成部分的至少一个凹槽(62)的所述产品的第一部件用所述方法构建，并且后续用所述方法在其顶部构建所述产品(60)的另一部件，使得插入的已有组成部分(64)被构建部件嵌埋且至少部分被包围。

11.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述产品的第一部件是由所述方法构建的牙科产品的部件，其中作为已有组成部分，金属或陶瓷组成部分(64)或由塑料或复合材料制成的组成部分(64)插入所述第一部件的凹槽(62)中，然后该已有组成部分由用所述方法构建出的、用于包围所述已有组成部分的所述产品(60)的另一部件嵌埋。

12.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述已有组成部分是人造牙弓或其部件，其中所述人造牙弓或其部件以基侧面向上的方式支撑在所述构建平台(20)上，并且作为另一组成部分的假体基座(32)或其部件围绕假牙或其部件的基区被附接，从而所述人造牙弓或其部件以形状配合方式嵌入所附接的假体基座(32)。

13.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，牙科产品通过所述方法围绕已有组成部分构建所述产品的另一部件来产生，使得所述牙科产品形成为已有组成部分和附接的另一部件的形状锁合的复合件，而无需连结或粘附连接它们。

14.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，使用加压空气作为所述吹风机(2)的加压气体，加压空气通过风扇、压气机或通过加压空气储器被供给到形成为加压空气喷嘴的所述加压气体喷嘴。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在曝光步骤后，所述构建平台升高高出液面且用来自所述吹风机(2)的加压空气流吹流已有组成部分以用于清洁，从而去除粘附的、未聚合的过量材料，并且此后可选地，所述构建平台被浸入清洁液体的浴槽并再次自清洁液体中被提起且此后使用来自所述吹风机(2)的加压空气流吹流已构建的部件以便干燥。