構造成型體的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及采用基于平版印刷術的生成制造(快速原型)由液態光聚合性材料構造成型體的方法，其中在構造平臺上限定出一個粘性液態材料層，該層由曝光單元在具有預定輪廓的曝光區域中被曝光聚合，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最后限定的層的預定輪廓的曝光區域中被曝光聚合，最后兩個步驟被重復，直至通過一系列的具有逐層預定輪廓的硬化層來形成具有預定形狀的成型體，在具有預定輪廓的曝光區域中，每次曝光通過來自曝光元件二維陣列的曝光元件的單獨可控激活來進行，每個曝光元件對應于一個像素，并且被曝光的所述像素共同限定出該曝光區域，其中建立一個二維陣用于一個層的每個曝光步驟，其中該陣的每個元素對應于該曝光元件陣列的一個曝光元件并且包含用于這個曝光元件的呈時間相關函數形式的控制命令，該函數單獨確定出在曝光步驟期間所述曝光元件的光照強度分布。
【背景技術】
[0002]例如由W02010/045950 Al公開了一種構造成型體的方法，其尤其涉及由液態光聚合性材料構造牙齒修補物。在該已知方法中，構造平臺垂直可移動地保持在槽底，所述槽底被成形為透光的。在該槽底之下有曝光單元。該構造平臺首先下降進光聚合性材料中，直到在構造平臺和槽底之間僅保留一具有期望層厚的光聚合性材料層。所述層隨后以預定輪廓由曝光單元曝光且由此硬化。在升起該構造平臺之后，從周圍環境中補充光聚合性材料且該構造平臺被再次降下，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，重復最后兩個步驟，直至通過各自具有預定輪廓的多個層的依次硬化生成具有期望形狀的成型體。
[0003]在具有預定輪廓的曝光區域中，利用具有曝光元件陣列的曝光單元來實現曝光，其中所述曝光元件是選擇性可控的以產生具有預定輪廓的曝光區域。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閉，就是說，光反射或不反射進入所述曝光區域內的相關聯的像素。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時間實現曝光元件的(平均)強度調節，以致在整個曝光步驟期間給出期望強度。其它曝光單元可包括光源和位置選擇光調制器(數字光閥)，例如以液晶顯示(LCD)陣列形式，其形成這樣的具有單獨可調節強度的曝光元件陣列。
[0004]歐洲專利申請EP1894704A1還解決了在待構造的成型體的邊緣上所述成型體的改進分辨率的問題。此外，為此提出位于邊緣上的像素的灰度梯級，其中所述處理方法相當于計算機圖形學公知的圖形保真方法。為了在曝光邊緣實現灰度梯級，例如把曝光元件的曝光強度在恒定的曝光持續時間的情況下設置得更低，所述曝光強度在所述曝光持續時間內是不變的；或者，如果所有的像素是等強度的，那么邊緣處的像素的曝光持續時間以可控的方式縮短以實現灰度梯級，用于更好地限定所述成型體邊緣。相應地，在W02008/088642A2中在針對邊緣像素的曝光的相似的上下文中也提到，還可調節邊緣像素的曝光時間以實現灰度梯級。
[0005]通過根據本發明的方法制造的成型體可例如是用于牙齒修復的坯體，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造所述坯體之后，進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成，所述陶瓷粉末顆粒被內聚力集合在一起。在所述脫膠過程中可能出現缺陷，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到優化的結果，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，該成型件的結構強度是非常有限的。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應力的分解可導致在脫膠過程中在削弱結構中的裂紋。內應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約5%的體積收縮。泥釉的粘性流可補償所述體積收縮。但當已凝固的表面阻礙所述材料流時，在所生成的固化層中形內應力成。在傳統方法中，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域限制其它光聚合性材料流。
[0007]用于通過逐層聚合構造成型體的已知裝置使用具有恒定的曝光持續時間和曝光強度參數的曝光方案，曝光持續時間和曝光強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)或內應力和裂縫的產生與曝光持續時間和曝光強度無關，考慮到短曝光持續時間優選具有高強度的曝光。
[0008]基于聚合收縮的內應力在光硬化的牙科復合材料的領域是已知的。殘余內應力損害由此制造的牙齒修補物的機械和化學穩定性。已證明的是，不同類型的硬化可導致明顯更低的聚合應力(見 Nicoleta 等人的 “ Is the soft-start polymerizat1n conceptstill relevant，，，Clinical Oral Investigat1ns，I (15)，第 21-29 頁)。通過體積收縮的最小化實現內應力減小，其基于更低的轉化程度。在本文中，用于牙科復合材料的輻照方案是已知的，所述材料以非恒定強度作業。對此，一個例子是所謂的“軟啟動”方案，該方案包含以減小的強度初始曝光一確定的時間周期，隨后以最大強度曝光。另一方案是所謂的“脈沖延遲”硬化，其中依次進行以減小強度的脈沖的曝光，繼而無曝光的等待時間(多秒或甚至多分鐘)，然后進行以最大強度的曝光。
[0009]W02012/009630A1公開了一種包含根據權利要求1的前序部分所述特征的方法。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是提供一種用于由光聚合性材料逐層構造成型體的方法，借助該方法能減少在制成的成型體上的缺陷，如在邊緣處的內應力、裂紋和幾何不精確性。
[0011]通過具有權利要求1所述特征的本發明方法來實現所述目的。本發明的優選實施方式在從屬權利要求中有描述。
[0012]關于該方法，建立一個二維陣用于一層的每個曝光步驟，其中該陣的每個元素對應于來自曝光元件陣列的一個曝光元件且包含用于該曝光元件的呈時間相關函數形式的控制命令，該函數單獨確定在曝光步驟中所述曝光元件的輻射強度分布。在此可行的是，通過強度可控調節，關于位置和/或時間有區別地影響光聚合動力學，從而有目的地減少所述聚合層中的缺陷。用于限定強度分布的時間相關函數可以是連續不斷的函數或呈脈沖序列形式的函數，在所述呈脈沖序列形式的函數中，通過改變脈沖持續時間和/或脈沖頻率來控制強度。本發明如此規定，只要在一個曝光步驟中待激活的曝光元件的強度分布的所有時間相關函數的共同的強度變化部分作為一般強度變化存在，那么所述一般強度變化就通過按照一般強度變化的光源強度控制來進行。由此，最好可以將光源強度調節至最小值，從而要最強曝光的像素剛好還獲得期望的曝光強度。如果曝光強度在曝光步驟中降低，則光源強度也相應降低。通過這種方式，所述光源可以在任何時刻僅以所需的最低強度運行，結果，減弱所謂的暗場。暗場由具有像素的多個區域組成，這些區域在一個曝光步驟中根本不該被曝光。原則上，暗場中的光強度應為零。但由于光調制器和光束引導性能并非是完全理想的，故在曝光步驟中在曝光區域外的暗場中還存在未變為零的光強度。暗場中的剩余光強度取決于曝光用光源的強度，其中暗場的剩余光強度隨光源強度增強而增強。通過在曝光步驟中與時間相關地盡量減小光源的調節強度，可以通過這種方式盡量減小不期望有的暗場強度。暗場在整個構造過程期間有效且還永久地存在于暫時未曝光的區域中。結果，光聚合性材料可能始終是化學弱反應，出現了液態原