SE521944C2

SE521944C2 - Arrangements for the production of three-dimensional body in bone and / or tissue-friendly material and device and use of the body

Info

Publication number: SE521944C2
Application number: SE0104447A
Authority: SE
Inventors: Carina Berggren
Original assignee: Nobel Biocare Ab
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-12-23
Also published as: SE0104447L; WO2003061513A1; EP1460963A1; SE0104447D0

Abstract

In an arrangement for producing a three-dimensional body, preferably made of titanium, a computer-based first apparatus is used to identify and simulate the body in connection with a given implantation situation, and a second apparatus is used to produce a model or die as a function of the identification and simulation. A third apparatus comprises a unit for high-velocity flame spraying of the material in powder form via a nozzle. Movement-controlling members are also included for controlling the nozzle and/or members supporting the model or die. The unit is arranged to apply coating layers to the die via the nozzle during simultaneous movement control of the nozzle and/or the supporting member. The layer coating can be controlled or emanate from the first apparatus and/or the second apparatus to form the body. The invention also relates to a device and a use. By means of what is proposed, a novel way of building up three-dimensional bodies is obtained, while maintaining earlier requirements in terms of precision and strength.

Description

25 30 521 944 2 u u o | .i höga tryck och flöden förs in i en förbränningskammare där gaserna blandas och atomiseras. Då blandningen förbränns ökas trycket mycket snabbt och gasen kan strömma ut ur kammaren. Pulvret införes i den heta jetströmmen och accelererar även detta mycket snabbt till överljudshastighet. Det utströmmande smälta pulverrnaterialet bildar det eller de aktuella skikten. Flamtemperaturerna kan vara ca 2800°C och partikelhastigheten kan vara ca 800 rn/s. Se faktablad utgivet av IVF. 25 30 521 944 2 u u o | .in high pressures and flows are introduced into a combustion chamber where the gases are mixed and atomized. As the mixture burns, the pressure increases very quickly and the gas can flow out of the chamber. The powder is introduced into the hot jet stream and also accelerates this very quickly to supersonic speed. The effluent molten powder material forms the layer or layers in question. The flame temperatures can be about 2800 ° C and the particle velocity can be about 800 rn / s. See fact sheet published by IVF.

Vid framställning av tredimensionella kroppar, t.ex. tandhättor, implantat, etc. föreligger behov av att nya arrangemang och metoder som tidigare utnyttjats inom området kan förbättras eller ersättas från rationella och ekonomiska synpunkter med bibehållna eller ökade krav på tillverkningsnoggrannhet och effektivitet. I anslutning till framställning av produkter i dentala sammanhang förekommer framtagning och användandet av individuellt anpassade produkter som skall framställas i ett eller flertal exemplar, vilket ytterligare ökar kostnads- och effektivitetskraven. Det är angeläget att de nya principerna för framställning kan utnyttja befintliga hjälpmedel i samband med användandet. Så tex. är det angeläget att de nya arrangemangen kan inlemmas i och utnyttjas tillsammans med datoriserade hjälpmedel, datortomografi, röntgen, moderna avläsnings- och scanningshjälpmedel, etc.In the production of three-dimensional bodies, e.g. dental caps, implants, etc. there is a need for new arrangements and methods previously used in the field to be improved or replaced from rational and economic points of view with maintained or increased requirements for manufacturing accuracy and efficiency. In connection with the production of products in dental contexts, there is the production and use of individually adapted products that are to be produced in one or more copies, which further increases the cost and efficiency requirements. It is important that the new principles of production can utilize existing aids in connection with their use. So tex. it is important that the new arrangements can be incorporated into and utilized together with computer aids, computed tomography, X-rays, modern reading and scanning aids, etc.

Föreliggande uppfinning har som huvudändarnål att lösa bl.a. denna problematik.The present invention has as its main end needle to solve e.g. this problem.

Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för det inledningsvis Omnämnda arrangemanget är bl.a. att en tredje utrustning är anordnad med en enhet för höghastig- hetsﬂamsprutning av materialet i pulverforrn via munstycke och rörelsestyrande organ för styrning av munstycket och modellen eller stansen uppbärande organ. Vidare kännetecknas arrangemanget av att enheten via munstycket är anordnad att utöva skiktbeläggning på modellen eller stansen under samtidig rörelsestyming av munstycket och/eller nämnda uppbärande organ, och att skiktbeläggningen är anordnad styrbart eller emanerar från den första och/eller den andra utrustningen för bildande av kroppen.What can mainly be considered to be characteristic of the initially mentioned arrangement is i.a. that a third equipment is provided with a unit for high-speed injection of the material into the powder form via nozzle and motion control means for controlling the nozzle and the model or punch supporting means. Furthermore, the arrangement is characterized in that the unit via the nozzle is arranged to apply layer coating on the model or punch during simultaneous movement control of the nozzle and / or said supporting means, and that the layer coating is arranged controllably or emanates from the first and / or the second equipment for forming the body. .

I vidareutvecklingar av uppﬁnningstanken föreslås bl.a. att variationer i väggtjocklek och ytterutformningar är effektuerbara medelst styrning av utgående höghastighetsﬂamma och/eller de inbördes rörelserna mellan munstycket och kroppen. Ytterligare vidareut- 10 15 20 25 30 521 944 s vecklingar av uppfinningstanken framgår av de efterföljande underkraven för arrange- manget.In further developments of the idea of invention, it is proposed e.g. that variations in wall thickness and outer designs can be effected by controlling the output of the high-speed output and / or the mutual movements between the nozzle and the body. Further developments of the inventive concept appear from the following subclaims of the arrangement.

En anordning enligt uppfinningen kan huvudsakligen anses vara kännetecknad av att den innefattar ett antal på varandra belägna och genom höghastighetsﬂamsprutning av mate- rialpulver applicerade skikt. Nämnda skikt är i stelnad forrn företrädesvis självbärande från hållfasthetssynpunkt.A device according to the invention can mainly be considered to be characterized in that it comprises a number of layers superimposed on each other and applied by high-speed injection of material powder. Said layer is in solidified form preferably self-supporting from the point of view of strength.

En användning enligt uppfinningen kännetecknas huvudsakligen därav att en utrustning för höghastighetsflamsprutning av materialet i pulverforrn användes för att på stans eller modell pålägga skikt under samtidig rörelseutövning av ett munstycke i utrustningen och/eller stansen eller modellen eller ett denna uppbärande organ.A use according to the invention is mainly characterized in that an equipment for high-speed flame spraying of the material in the powder form is used to apply layers to a punch or model during simultaneous movement of a nozzle in the equipment and / or the punch or model or a support means.

Genom det i ovan föreslagna banas en ny väg för framställning av dentala och/eller män- niskokroppsrelaterade tredimensionella produkter eller ärnnen för sådana produkter.The above suggests a new path for the production of dental and / or human body-related three-dimensional products or scars for such products.

Modellen eller stansen belägges med tunna skikt av smält titanpulver som påföres ovanpå varandra tills den önskade kroppsformen erhållits. Kroppen kan i skiktens stelnade form avskiljas från stansen och i en utföringsform utnyttjas direkt.The model or punch is coated with thin layers of molten titanium powder which are applied on top of each other until the desired body shape is obtained. In the solidified form of the layers, the body can be separated from the punch and in one embodiment used directly.

En för närvamade föreslagen utföringsform av ett arrangemang, en anordning och en användning skall beskrivas i nedanstående under samtidig hänvisning till bifogade ritning där figur 1 i block- och principschemaform visar ett arrangemang för framtagning av kropp eller ämne till kropp medelst högtryckﬂamsprutning av företrädesvis titanpulver, och figur 2 visar i stark förstoring ett antal på en stans eller modell applicerade skikt som pålagts medelst nämnda högtrycksﬂarnsprutning. 10 15 20 25 30 4 . . . . -__..__. . . .' " I figuren 1 är en första utrustning angiven med 1, en andra utrustning med 2 och en tredje utrustning med 3. Gränssnitten mellan utrustningama kan anordnas på olika eller lämpliga andra sätt. Den första utrustningen som kan vara av i och för sig känt slag innefattar avläsningseffektuerande utrustning 4 som utnyttjas för att fastställa en dental situation på en patient 5. Avläsningsfunktionen kan vara av i och för sig känt slag och således kan fastställande av ifrågavarande installationssituation utföras med hjälp av modell, optisk avläsning, avbildning medelst kamera, etc. Avbildningen är representerad med en pil 6 och det från avbildningen erhållna resultatet med en pil 7 som tillföres en avbildningen avkännande utrustning av det slag som kan omforma avkänningen till digital information, vilken representeras med 9. I en datorutrustning 10 kan den digitala informationen 9 mottagas och en analys kan utföras av en användare 11 i en interaktiv samverkan mellan användaren och datorutrustningen. Datorutrustningen kan därvid vara försedd med manöverorgan 10a, röststymingsorgan, etc., medelst vilken användaren utför eller tar del av analysarbetet. Analysfunktionen kan även innefatta hjälpfunktioner såsom datortomografi som utövas med därför avsedd utrustning 12, med bibliotek 13 som innehåller erfarenhetsinformationer. Informationer från dylika yttre källor 12, 13 har i ﬁguren 1 angivits med 14.A presently proposed embodiment of an arrangement, a device and a use will be described below with simultaneous reference to the accompanying drawing where Figure 1 in block and principle diagram form shows an arrangement for producing body or substance to body by high pressure injection of preferably titanium powder, and Figure 2 shows in strong magnification a number of layers applied to a punch or model which have been applied by means of said high-pressure aerial spraying. 10 15 20 25 30 4. . . . -__..__. . . . ' In Figure 1, a first equipment is indicated by 1, a second equipment by 2 and a third equipment by 3. The interfaces between the equipment can be arranged in different or suitable other ways. The first equipment which may be of a per se known type comprises reading effecting equipment 4 which is used to determine a dental situation on a patient 5. The reading function can be of a kind known per se and thus determining the installation situation in question can be performed by means of model, optical reading, imaging by camera, etc. The image is represented by an arrow 6 and the result obtained from the image with an arrow 7 which is fed to the image sensing equipment of the kind which can transform the sensing into digital information, which is represented by 9. In a computer equipment 10 the digital information 9 can be received and an analysis can be performed by a user 11 in an interactive interaction between the user and computer equipment ningen. The computer equipment can then be provided with operating means 10a, voice control means, etc., by means of which the user performs or takes part in the analysis work. The analysis function may also include auxiliary functions such as computed tomography performed with dedicated equipment 12, with libraries 13 containing experience information. Information from such external sources 12, 13 is indicated in Figure 1 by 14.

Analysfunktionen medelst utrustningen 1 kan därvid resultera i informationsöverförings- signal 15 som är avsedd för en i utrustningen 2 ingående tillverkningsenhet 16. Tillverk- ningsenheten kan betjäna ett antal avkännings- och analysställen enligt ovan och en ytter- ligare konstellation av den hithörande utrustningen har principiellt angivits med 4' och 10”.The analysis function by means of the equipment 1 can thereby result in an information transmission signal 15 which is intended for a manufacturing unit 16 included in the equipment 2. The manufacturing unit can serve a number of sensing and analysis points as above and a further constellation of the associated equipment has in principle been stated. with 4 'and 10'.

De olika första utrustningarna kan vara applicerade hos olika tandläkare, tandtekniker, etc.The different initial equipments can be applied at different dentists, dental technicians, etc.

Den tillverkade mallen eller stansen kan överföras manuellt, t.ex. med post, transport, etc.The manufactured template or punch can be transferred manually, e.g. by post, transport, etc.

Altemativt kan infonnationssignaler 18 (filer) överföras till utsändningsenheter 19, 20, 21 osv. som var och en är tilldelad sin funktion eller sina informationer/filer.Alternatively, information signals 18 (files) can be transmitted to broadcast units 19, 20, 21, and so on. each of which is assigned its own function or information / files.

Tillverkningsenheten är ansluten till den första utrustningen via en första bussförbindelse 22 och enheterna 19, 20 och 21 är anslutna till tillverkningsenheten 16 via en andra bussförbindelse 22. Enhetema 19, 20 och 21 kan vidare vara anslutna till en utgående bussförbindelse, här benämnd tredje bussförbindelse 23. Till sistnämnda bussförbindelse kan första och andra styrenheter vara anslutna. Filinformationen 18 på den andra 10 15 20 25 30 521 944 5 bussförbindelsen 22 kan delas upp i olika informationsdelar eller filer 18a, 18b respektive 18c. Styrenhetema 24 och 25 kan hämta styrinformation från en eller ﬂera av nämnda enheter 19, 20 och 21 och således har styrenheten 24 förmåga att motta information eller fil 26 och styrenheten 25 förmåga att motta information eller fil 27. Sistnämnda informationer/filer 26 respektive 27 kan emanera direkt ifrån den första utrustningen, vilket indikerats med streckade pilar 28. Ifrågavarande inforrnationer/filer 26 respektive 27 avser styrfunktioner eller styrinfonnationer till dels en utrustning för höghastighetsﬂamsprutning av pulver, till vilken styrenheten 24 är ansluten eller ingår på i och för sig känt sätt. I beroende av styrinformationen 26 kan styrenheten styra ett i utrustningen ingående munstycke 29. Styrningen kan förorsaka vridnings- eller tippningsrörelser längs eller av dess längdaxel 30. Vridningsrörelsen är indikerad med 31 och tippningsrörelsen med a.The manufacturing unit is connected to the first equipment via a first bus connection 22 and the units 19, 20 and 21 are connected to the manufacturing unit 16 via a second bus connection 22. The units 19, 20 and 21 may further be connected to an outgoing bus connection, hereinafter referred to as the third bus connection 23. First and second control units can be connected to the latter bus connection. The file information 18 on the second bus connection 22 can be divided into different information parts or files 18a, 18b and 18c, respectively. The control units 24 and 25 can retrieve control information from one or more of said units 19, 20 and 21 and thus the control unit 24 is capable of receiving information or file 26 and the control unit 25 is capable of receiving information or file 27. The latter information / files 26 and 27 can emanate directly from the first equipment, as indicated by dashed arrows 28. The information / files 26 and 27, respectively, relate to control functions or control information and partly to equipment for high-speed injection of powder, to which the control unit 24 is connected or included in a manner known per se. Depending on the control information 26, the control unit can control a nozzle 29 included in the equipment. The control can cause rotational or tilting movements along or of its longitudinal axis 30. The rotational movement is indicated by 31 and the tilting movement by a.

Altemativt eller kompletterande kan munstycket även parallellförskjutas i pilamas 32 och 33 riktningar samt i riktningar in mot och ut ifrån figurplanet i figuren 1.Alternatively or additionally, the nozzle can also be displaced in parallel in the directions of the arrows 32 and 33 and in directions towards and out of the figure plane in figure 1.

Påverkningsfunktionen från styrenheten 24 är visad med en pil 34. På motsvarande sätt kan styrenheten medelst styrsignaler 35 påverka ett uppbämingsorgan 36 för en modell eller stans 37. Uppbärningsorganet/modellen/stansen kan således roteras kring en vertikalaxel 38, varvid rotationspilarna angivits med 39. Organet 36/modellen/stansen kan även förskjutas i höjdriktningen 40 och sidoriktningar 41, 42. Informationen eller filen 27 och den från styrenheten 25 utgående informationen 35 kan även vara hänförbar till modellens eller stansens 37 uppbyggnad, vilket gäller i det fall då den framtagna modellen skall överföras med hjälp av elektrisk infonnation/filer. Inforrnationema kan altemativt överföras med disketter.The actuating function of the control unit 24 is shown by an arrow 34. Correspondingly, the control unit can by means of control signals 35 actuate a support means 36 for a model or punch 37. The support means / model / punch can thus be rotated about a vertical axis 38, the rotation arrows being indicated by 39. 36 / the model / punch can also be displaced in the height direction 40 and lateral directions 41, 42. The information or file 27 and the information 35 emanating from the control unit 25 can also be attributable to the structure of the model or punch 37, which applies in the case where the model transmitted using electrical information / files. The information can alternatively be transferred with floppy disks.

Då det gäller funktionen för utrustningen för höghastighetsﬂamsprutningen skall denna inte beskrivas närmare här eftersom i och för sig känd utrustning kan utnyttjas. Såsom framgår av figur 1 innefattar munstycket en luftkåpa och ingående kanaler för tryckluft, oxygen, propan eller oxygen-hydrogen. Dessutom ingår en central kanal för aktuellt materialpulver, vilket i föreliggande fall utgöras av titanpulver som tillföres med hjälp av bärgas i nitrogen.With regard to the function of the equipment for high-speed injection, this should not be described in more detail here, as per se known equipment can be used. As shown in Figure 1, the nozzle comprises an air cap and constituent ducts for compressed air, oxygen, propane or oxygen-hydrogen. In addition, a central channel for the material powder in question is included, which in the present case consists of titanium powder which is supplied by means of carrier gas in nitrogen.

Munstycket innefattar således inre och yttre munstycken för ovanstående komponenter.The nozzle thus comprises inner and outer nozzles for the above components.

Nämnda infonnationssignaler 34 till munstycket kan även innefatta rnängdinforrnationer till de olika komponentema och pulvret, ﬂamtemperaturer, partikelhastigheter, etc. 1 10 15 20 25 30 c ø I a nu o 521 944 6 beroende av den styrda ﬂamsprutningsfunktionen och rörelsefunktionen utgår smälta partiklar 43a som riktas mot modellens/stansens ytteryta 37a eller på denna yta redan applicerade påsprutade skikt. I enlighet med uppfinningens ide' utför munstycket och modellen/stansen inbördes rörelseri beroende av nämnda stymingar, varunder smält pulver 43a som ingår i en höghastighetsﬂamma belägger den under relativ rörelse varande ytan 37a. På så sätt kan skikt byggas upp på ytan allteftersom. I enlighet med uppfinningens idé skall ett antal ovanpå varandra belägna tunna skikt påföras på ytan 37a.Said information signals 34 to the nozzle may also include length information to the various components and the powder, temperature temperatures, particle velocities, etc. depending on the controlled injection function and the motion function of molten particles. against the outer surface 37a of the model / punch or sprayed layers already applied to this surface. According to the idea of the invention, the nozzle and the model / punch perform mutual movement depending on said controls, during which molten powder 43a which is included in a high-speed vacuum coats the surface 37a which is in relative motion. In this way, layers can be built up on the surface as needed. In accordance with the idea of the invention, a number of superimposed thin layers are to be applied to the surface 37a.

I figuren 2 visas i mycket stark förstoring tre ovanpå varandra belägna skikt 44, 45 och 46.Figure 2 shows in very strong magnification three layers 44, 45 and 46 located on top of each other.

När skikten stelnas avformas den på så sätt av skikten 44, 45, 46, osv. bildade kroppen från modellen eller stansen 37. En dylik avforrnning kan utföras på i och för sig känt sätt och är i figuren 1 representerad med 47.When the layers solidify, they are thus deformed by the layers 44, 45, 46, etc. formed the body from the model or the punch 37. Such a deformation can be performed in a manner known per se and is in Figure 1 represented by 47.

I enlighet med ovanstående erhålles således en från hållfasthetssynpunkt självbärande kropp (ämne) som kan utnyttjas i dentala eller andra människokroppsrelaterade samman- hang. Genom nämnda stymingar 34 och 35 kan kroppens uppbyggnad utföras med framträdande noggrannhet som är aktuell för närnnda dentala sammanhang i samband med tandhättor, distanshylsor, etc. Den tredje utrustningen kan underkastas en styrning som ger den önskade yttre utformningen direkt, vilket i vissa sammanhang medför att kroppen inte behöver underkastas någon efterbehandling. Kroppen kommer således att få goda egenskaper från noggrannhetssynpunkt och hållfasthetssynpunkt.In accordance with the above, a self-supporting body (substance) is thus obtained which can be used in dental or other human body-related contexts. Through said controls 34 and 35, the construction of the body can be performed with prominent accuracy which is relevant for the said dental contexts in connection with tooth caps, spacer sleeves, etc. The third equipment can be subjected to a control which gives the desired external design directly, which in some contexts means that the body does not need to undergo any finishing. The body will thus have good properties from the point of view of accuracy and strength.

Genom föreliggande uppfinning är det således möjligt att använda utrustning för höghas- tighetsﬂamsprutning av pulver i ben- och/eller vävnadsvänligt material samtidigt med en effektuerad rörelseutövning i enlighet med ovanstående. Alternativt till titanpulver kan utnyttjas pulver i guldlegering, stål, etc. I fallet med titanpulver utnyttjas rent pulver med förhållandevis små kom. Nämnda bussförbindelser kan utgöras av data- och/eller teleförbindelser och kan innefatta eller bestå av publika dylika nät, Intemet, osv. Modell eller mall kan tillverkas i enheten 16 eller på annat ställe som inhämtar tillverkningsinfonnation från enheten 16, jämför figuren 1. 521 944 7 . . . . ..Thus, by means of the present invention, it is possible to use equipment for high-speed injection of powder into bone- and / or tissue-friendly material at the same time as performing a movement exercise in accordance with the above. As an alternative to titanium powder, powders in gold alloy, steel, etc. can be used. In the case of titanium powder, pure powder with relatively small grains is used. Said bus connections may consist of data and / or telecommunications connections and may comprise or consist of public such networks, the Internet, etc. A model or template can be manufactured in unit 16 or in another location that obtains manufacturing information from unit 16, see Figure 1.521 944 7. . . . ..

Uppﬁnningen är inte begränsad till den i ovanstående visade utföringsfonnen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinnings- tanken.The invention is not limited to the embodiment shown in the above, but may be subjected to modifications within the scope of the appended claims and the inventive concept.

Claims

10 15 20 25 30 III E g "" "'' _ v" - .nf "" H o. n.

1. I .. ".: g; - 2: '; g g-: .u ..,;' :: -... '8 -. N .." J "-'. PATENT REQUIREMENTS Arrangements for the production of three-dimensional body in bone- and / or tissue-friendly material, preferably titanium, using a computer-based first equipment for identifying and simulating the body in connection with an installation situation and a second equipment for developing a model or punch depending on the identification and the simulation, characterized by a third equipment comprising a unit for high speed flame spraying of the material in powder form via nozzle and motion control means for controlling the nozzle and the model or punch supporting means, and that the unit via the nozzle is arranged to apply coating on the model or punch during simultaneous movement control of the nozzle and / or said supporting means, and that the layer coating is arranged controllably or emanates from the first and / or the second equipment (s) for forming of the body.

Arrangement according to claim 1, characterized in that variations in wall thickness and outer shapes can be effected by controlling the output of the high-speed output and / or the mutual movements between nozzle and body.

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the model or punch is arranged for applying a number of thin layers from the nozzle, and that the applied thin layers form the body of the body.

Arrangement according to claim 3, characterized in that the body or body formed by the thin layers is arranged separably in solidified layer from the model or punch.

Arrangement according to claim 4, characterized in that the separated body or frame is directly usable in the installation situation without further or only slight finishing. 10 15 521 944 9 g:: u.: Iv..u ~:.:: U :: u.zløsnš '.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the powder consists of titanium powder which has a substantially high purity.

Device in the form of a three-dimensional body in bone- and / or tissue-friendly material, preferably titanium, characterized in that it comprises a number of superimposed layers applied by superimposed flame spraying of the material in powder form.

Device according to claim 8, characterized in that the layers in solidified condition are self-supporting from a strength point of view.

Use in a device in the form of a three-dimensional body in bone- and / or tissue-friendly material, preferably titanium, characterized in that a device for high-speed injection of the material in powder form is used to apply layers to a punch or model during the movement of a nozzle. in the equipment and / or the punch or the model or a body supporting it.