CN110997167A

CN110997167A - 通过增材制造来制作物理物体的方法

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Publication number: CN110997167A
Application number: CN201880049881.2A
Authority: CN
Inventors: 安雅·弗里德里希; 克里斯蒂安·A·黎克特; 马尔特·科滕; 巴斯蒂安·P·基尔希纳; 迈克尔·扬斯; 卡琳·灿克尔梅尔; 焦阿基诺·拉亚; 汉斯·R·舍纳格; 安德烈亚斯·赫尔曼; 丹尼尔·D·奥伯尔佩尔廷格
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: Shuwanuo Intellectual Property Co
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2038-07-23
Also published as: EP3658303A1; KR102555173B1; US11433658B2; JP2020528841A; US20200215811A1; EP3658303B1; JP7162048B2; WO2019023120A1; CN110997167B; KR20200035404A

Abstract

本发明提供了一种通过增材制造来制作物理物体的方法。在该方法中，提供可硬化的主要材料，通过连续地硬化可硬化的主要材料的层来构建该物体，并且通过使该物体移动并因而在多余材料中产生质量惯性力，来清理物体上的多余材料。本发明有利于通过增材制造来制作物体。

Description

通过增材制造来制作物理物体的方法

技术领域

本发明涉及一种通过增材制造来制作物理物体的方法。具体地讲，本发明涉及一种方法，其中通过使物体移动并因而在多余材料中产生质量惯性力，来清理物体上的多余材料。

背景技术

在多种技术领域中，越来越多地通过增材制造工艺来制造物理物体或机械工件。

此类增材制造工艺通常允许以物体的期望的单独形状来构建物体，这通过随后添加材料以形成该形状来实现。通过移除材料来从超大坯料中加工出物体的所谓的减成工艺越来越多地被增材制造工艺所取代。

虽然增材制造工艺在快速成型的行业中被同时广泛使用，但是在许多领域中的最终产品的制造仍然具有挑战性。特别是对于制作牙科修复物，一般需要使用与用于人体相容的材料。另外，由构建过程制造的牙科修复物必须满足对机械稳定性的要求以及对美学的期望，例如涉及色差和半透明度。

一些增材制造工艺基于立体光照型技术。立体光照型技术一般使用光来硬化可光硬化的或可光致聚合的树脂。基于计算机辅助设计和/或计算机辅助制造(CAD/CAM)的数据被用于在可光硬化树脂层上投影光图案。光敏树脂通常由于光暴露而固化，使得形成根据图案的固化树脂层。期望的三维物体借助连续添加层创建。从而根据三维物体的期望外部形状来控制图案。

通常，在物体与可光硬化材料之间的边界处，一些可光硬化材料在构建物体之后驻留在物体上。可光硬化材料通常以不同的量驻留在物体上，这取决于例如可光硬化材料的粘度。这种多余材料通常是不期望的，因为它在物体的实际形状上形成了附加的结构，而且因为可光硬化材料通常是粘性的、可能包含不期望的单体和/或可能(因此)不能形成耐用的结构。因此，目前通常对这种残留的可光硬化材料进行后固化，以提供具有固体表面的物体。根据另一种方法，对物体进行机械清理或借助于化学溶液来清理，之后任选地后固化。

虽然用于清理通过增材制造所制作的物体的现有方法提供了有用的结果，但是仍然需要一种提供高效清理并且避免损坏或影响物体的方法。这种方法有利地应该能够用于多种不同的增材制造工艺，这些工艺基于用于构建物体的不同化学材料来操作。

发明内容

本发明涉及通过增材制造来制作物理物体(本文中还称为“物体”)的方法。本发明可尤其涉及通过增材制造来制作牙科修复物或牙科器具的方法。

该方法包括以下步骤：

(a)提供可硬化的主要材料；

(b)通过连续硬化可硬化的主要材料的部分或层来构建物体；以及

(c)通过使物体移动并因而(通过所述移动)在多余的可硬化的材料中产生质量惯性力，来清理物体上的多余的可硬化的材料。

多余材料由可硬化的主要材料和可硬化的次要材料中的至少一者形成。这意味着多余材料可由可硬化的主要材料、可硬化的次要材料或由可硬化的主要材料和可硬化的次要材料的组合形成。

本发明的优点在于，允许充分清理通过增材制造而构建的物体上的不期望的粘附的多余材料，例如粘附在物体上的任何可硬化的主要或次要材料中的至少一些。具体地讲，物体的清理是非侵入性的且无接触的。因此，防止了物体发生结构损坏或机械故障，例如可能由清理工具或清理剂引起的结构损坏或机械故障。此外，由于该清理基于物理作用，因此清理通常不依赖于多余材料的化学组成。具体地讲，不需要用于化学清理的溶剂或清理剂(但另外也可应用化学清理步骤)。因此，本发明可与基于不同化学基础的多种可硬化的主要材料和次要材料一起使用。

如本文所提及的术语“质量惯性力”可被指定为每单位质量的力，并因此可以m/s²为单位来指定。此外，质量惯性力可由作为重力加速度的因子的G力来表示。出于本说明书的目的，重力加速度为9.81m/s²。因此，例如9.81m/s²的质量惯性力可表示为1G。

术语“可硬化的主要材料”优选地是指用于构建物体的材料类型中的非硬化材料。此外，术语“可硬化的次要材料”是指非硬化材料，该非硬化材料是与构建物体的材料不同的材料。可将可硬化的次要材料施加到所构建的物体上，例如涂覆在所构建的物体上以进行精加工。如本文所用，术语“可硬化的”可包含或对应于“可聚合的”。

可硬化的主要材料和可硬化的次要材料以及因此还有多余材料优选地是液体或糊状的。因此，可硬化的主要材料和次要材料以及多余材料也是可流动的。可硬化的主要材料和次要材料可以不是粉末。

多余材料优选地不形成物体的一部分。具体地讲，多余材料可由用于制作物理物体的特定类型的增材制造工艺产生。例如，用于制作物理物体的特定类型的增材制造工艺可能固有地导致不期望的可硬化的主要材料粘附在物体上。这种粘附的可硬化的主要材料可例如以膜的形式存在于物体的外表面上。

根据本发明，优选地使得至少一些粘附的可硬化的主要材料或次要材料由于作用在粘附的多余材料上的加速力或质量惯性力而与物体分离。加速力或质量惯性力是通过移动(例如旋转)物体而引起的。就此而言，“使得与物体分离”的措词涵盖粘附的可硬化的主要材料或次要材料的部分从覆盖物体外表面的膜中分离出来。因此，在本发明的清理步骤(c)期间可减少膜。应当指出的是，清理后可能会残留非常薄且均匀的粘附的可硬化主要材料或次要材料的膜或颗粒。但是，这种残留的膜可后固化，并因此可最终形成物体的一部分，并且可以不属于多余材料。因此，本发明的方法优选地包括步骤(d)：在步骤(c)之后对残留的可硬化的主要材料或次要材料进行后固化。优选地，使用非图案光源(例如聚光灯或表面发射器)来执行后固化步骤。已发现，残留的可硬化的主要材料或次要材料倾向于聚集在物体的角部，例如在物体的各层的过渡处，使得残留的可硬化的主要材料或次要材料一旦硬化，便有助于提供光滑的(相对于台阶状)外表面。

增材制造通常可基于对可硬化的主要材料的部分或层进行连续光硬化。增材制造(或增材制造工艺)可包括立体光照型技术(SLA)、多喷射建模(MJM)和膜转移成像(FTI)中的至少一者。所有这些增材制造工艺通常都使用液体和/或糊状的可光硬化材料来构建物体。

立体光照型技术(SLA)通常基于通过将可硬化的主要材料的选定部分暴露于光而对可硬化的主要材料的部分(具体地讲，层)进行硬化。立体光照型技术通常使用可定位的激光束来选择性地硬化可硬化的主要材料的部分。另外或另选地，可使用投影仪作为光源，以选择性硬化可硬化的主要材料的部分。一种基于投影仪的增材制造工艺通常称为Digital Light Processing^TM(DLP)。基于立体光照型技术和投影仪的增材制造工艺(包括DLP和其他工艺)在本文中被称为“立体光照型技术”，但在增材制造领域中，这些工艺可被理解为形成另选方案。

在一个实施方案中，本发明的方法在用于通过增材制造来制作物理物体的系统上执行。因此，本发明可另外涉及被构造用于执行如本文所公开的本发明方法的系统。具体地讲，该系统可包括用于增材制造的装置，该装置被构造成执行至少本发明的方法的步骤(a)和(b)。此外，该系统可包括后处理装置，该后处理装置被构造成执行至少本发明的方法的步骤(c)。用于增材制造的装置和后处理装置可被构造成彼此独立地操作(例如可以两个单独的装置的形式形成系统)或可组合操作(例如可组合形成一个装置或系统)。

优选地，该系统具有用于接纳可硬化的主要材料的槽和用于承载物体的构建载体。构建载体形成构建表面。构建表面优选地平行于槽的支撑表面。槽优选地为透明的或具有至少透明的底壁。底壁优选地形成支撑表面。构造表面和支撑表面面向彼此。此外，构建表面优选地面向重心，而支撑表面面向相反的方向。支撑表面支撑一定量的可硬化的主要材料(如果存在这种材料的话)。因此，槽具有用于将可硬化的主要材料保持在槽中的周向侧壁。槽和构建载体优选地能够相对于彼此移动。槽和构建载体优选地可通过计算机数字控制(CNC)相对于彼此定位。更具体地讲，槽和构建载体优选地能够在垂直于支撑表面和构建表面的维度上相对于彼此移动和定位。该维度在本文中还被称为“构建维度”。构建维度还对应于其中物体被连续构建的维度。

该系统通常可基于上述方法中的任一种。在特定的实施方案中，该系统基于DLP，其中光源(具体地讲，图像投影仪)被布置在构建载体的相对侧上的槽下方。在这种系统中，在增材制造期间使物体离开重心移动。此外，投影仪沿离开重心的方向投射光。图像投影仪特别地被布置成将图像形式的光穿过支撑表面朝向载体投射。优选地根据可硬化的主要材料中包含的光引发剂来选择光。例如，如果基于酰基氧化膦的光引发剂如

TPO包含在可硬化的主要材料中，则图像投影仪优选地发射至少波长在340nm至430nm之间的紫外光。

TPO通常具有介于350nm至420nm之间的吸收光谱，其中最大吸收为约381nm。然而，图像投影仪可被配置用于发射更多波长的光。例如，图像投影仪可适于发射至少在450nm至495nm之间的波长内的蓝光和/或发射380nm至750nm的波长范围的白光。

替代系统也具有用于接纳可硬化的主要材料的槽和用于承载物体的构建载体。构建载体形成优选地背对重心的构建表面。支撑表面支撑一定量的可硬化的主要材料(如果存在这种材料的话)。槽具有用于将可硬化的主要材料保持在槽中的周向侧壁。槽和构建载体优选地能够相对于彼此移动。槽和构建载体优选地可通过计算机数字控制(CNC)相对于彼此定位。更具体地讲，槽和构建载体优选地能够在垂直于构建表面的维度上相对于彼此移动和定位。该系统可具有布置在槽上方的激光光源。在这种系统中，在增材制造期间，物体朝向重心移向。此外，激光光源沿朝向重心的方向投射光。同样优选地根据如上所述的可硬化的主要材料中包含的光引发剂来选择光。

在一个实施方案中，构建物体的步骤(b)可包括由可硬化的主要材料提供层的步骤。优选地，来自可硬化的主要材料的层形成在构建表面与支撑表面之间。如果可硬化的主要材料的层已在之前硬化(如本发明方法的步骤(b)中所定义)，则来自可硬化的主要材料的层形成在硬化层与支撑表面之间。为了形成该层，可在槽中提供可硬化的主要材料，并且构建载体和槽可朝向确定的位置定位。优选地，该层具有沿构建维度的层厚度。构建表面与支撑表面之间的距离对应于或形成层厚度。一旦已构建物体的一个或多个层，则层厚度对应于相应的硬化层与支撑表面之间的距离。位置最靠近构建表面的硬化层被称为最底部硬化层。最底部硬化层具有面向支撑表面的表面。因此，在物体被至少部分地构建的情况下，来自可硬化的主要材料的层在最底部硬化层的表面与支撑表面之间形成。

在另一个实施方案中，该方法包括硬化可硬化的主要材料的层的体积元件的步骤。体积元件的厚度对应于层厚度。具体地讲，来自可硬化的主要材料的层可暴露于从图像投影仪发射的光。硬化的体积元件通常在形状上对应于由图像投影仪从可硬化的主要材料朝该层投射的图像。例如，由图像投影仪投影的环形图像通常产生硬化的主要材料的环，其厚度与层厚度相对应。体积元件围绕构建维度形成周向表面。该体积元件自然地与可硬化的主要材料接触。例如，在通过图像投影产生环形体积元件的情况下，这种环形体积元件形成与可硬化的主要材料接触的大致圆柱形的周向表面(在图像外部并因此未暴露于光)。

在另一个实施方案中，该方法包括使体积元件沿构建维度(沿厚度的维度)移动的步骤。具体地讲，使用立体光照型技术，可以降低体积元件以使得其他可硬化的主要材料能够在体积元件上方流动，或者另选地，可以升高体积元件以使得其他可硬化的主要材料能够在体积元件下方(具体地讲，在体积元件与支撑表面之间)流动。因此，形成了另一层可硬化的主要材料。

该方法还可包括硬化另一体积元件的步骤。该另一体积元件在该另一层可硬化的主要材料内硬化。

优选地重复以下步骤：硬化可硬化的主要材料的层的体积元件，

使体积元件沿构建维度移动，以及硬化另一体积元件，直到物体被构建。

在一个实施方案中，可硬化的次要材料不同于可硬化的主要材料。例如，可硬化的次要材料可基于不同于可硬化的主要材料所基于的化学组成的化学组成。具体地讲，可硬化的次要材料可具有不同于可硬化的主要材料的颜色和/或半透明度的颜色和/或半透明度。

在一个实施方案中，可硬化的主要材料为可光致聚合的树脂。另外，可硬化的主要材料可以是可光致聚合的树脂。硬化优选地通过用光照射可硬化的主要材料和/或可硬化的次要材料来进行。该光可为或可包括如本文所指定的紫外光、蓝光或白光。

在一个实施方案中，可硬化的主要材料以及可硬化的次要材料均基于包含酰基氧化膦(具体地讲，

TPO)作为光引发剂的配方。可硬化的主要材料和次要材料还可基于具有(甲基)丙烯酸酯部分作为反应性基团的单体，并且可包含填料、染料和着色剂。

在一个实施方案中，在步骤(c)中产生的质量惯性力对应于至少100G的G力。100G的质量惯性力已被证明适于移除中至高粘度的可光硬化的材料。技术人员将认识到，清理步骤(c)所需的质量惯性力对于较低粘度的材料而言可能较小，而较高粘度的材料则较大。质量惯性力通常可通过调节旋转速度来调节。例如，半径通常由物体的尺寸和后处理装置的构型来确定，使得质量惯性力可通过物体移动时的旋转速度来调节。优选地，根据步骤(c)的移动是在物体(包括多余材料)被空气(具体地讲环境空气)围绕的情况下进行的。这意味着多余材料与空气(具体地讲环境空气)直接接触。

在步骤(c)的一个实施方案中，物体的移动是物体的旋转或旋动。因此，质量惯性力可由离心力产生。因此，步骤(c)可这样来限定：通过使物体旋动并因而在多余的可硬化材料中产生离心力，而从物体上除去多余的可硬化材料。

在表1的示例中，根据该方法的步骤(c)移动(具体地讲旋转)物体。使物体以不同的旋转速度(如最左列中所指定的)并且围绕不同的旋转轴线旋转。测量物体的位置最远离旋转轴线的点或区域作为半径(如r列中所指定的)。在表1最后一行提供的示例中，将物体放置在实验室离心机中，使得物体的旋转轴线在物体外部。还作为从每分钟的转数到每秒钟的转数的转化，提供了旋转速度n。质量惯性力(在列a中提供)可由下式确定：

a＝(2*π*n)²*r

并且G力可由下式确定：

表1：

^*rpm＝每分钟转数

应当指出的是，作用在多余材料的颗粒上的离心力取决于旋转速度和该颗粒距旋转轴线所处的半径。因此，具有不均匀的外部形状的物体上的多余材料(例如，对于牙科修复物通常就是这种情况)暴露于不同的离心力。然而，已发现，至少对于偏离物体旋转的旋转轴线定位的物体的大部分外表面部分而言，以上文指定的旋转速度可达到令人满意的清理效果。此外，已发现对于物体的更靠近旋转轴线定位(或位于旋转轴线中)的那些外表面部分，清理步骤可通过围绕另一不同的旋转轴线旋转物体而进行。

因此，根据本发明的步骤(c)的物体的旋转优选围绕至少第一旋转轴线和第二旋转轴线进行。优选地，围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线中的每一者的旋转包括多次旋转。具体地讲，根据步骤(c)围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线中的每一者的旋转进行至少15秒(例如在15秒至200秒)的时间段。因此，第一旋转轴线和第二旋转轴线具有不同的取向。因此，可有效地清理通过增材制造构建的物体的外表面上的多余材料。物体的旋转可围绕可在一个、两个或三个维度上连续倾斜的多条旋转轴线或一条旋转轴线来进行。旋转轴线可在一个、两个或三个维度上连续倾斜的实施方案可通过万向悬架或卡登悬架(Cardansuspension)来实现。

在一个实施方案中，物体围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线的旋转以相同的旋转速度进行。

在一个实施方案中，第一旋转轴线的第一取向和第二旋转轴线的不同的第二取向是可调的或经过调整。

在一个实施方案中，物体包括用于从该物体提供牙科修复物的工件。因此，该工件可对应于牙科修复物，在物体被构建和清理之后，从该牙科修复物移除该物体的任何其他结构。因此，该工件可具有牙齿形状。例如，工件可以是牙冠、牙桥或牙嵌体。该物体还优选地包括固定部分。固定部分优选地不形成牙科修复物的一部分。而是，固定部分可被构造用于将物体保持在后处理装置中，以用于清理物体上的多余材料。该物体还可包括一个或多个支撑结构，该一个或多个支撑结构将工件和固定部分彼此连接。支撑结构优选地也不形成牙科修复物的一部分。因此，为了获得牙科修复物，该方法可包括从工件移除支撑结构的步骤。

该物体还可包括两个或更多个工件，该两个或更多个工件经由支撑结构被布置到一个共同的固定部分上。这允许同时构建多个牙科修复物，并且允许一次对一个物体(但若干牙科修复物)执行清理步骤。

在一个实施方案中，物体包括用于从该物体提供牙科器具的工件。这种牙科器具可包括正畸器具，诸如一个或多个正畸托槽或正畸对准器。一般来讲，正畸器具用于将患者的牙齿从初始位置(有时称为“咬合不正”)对准所需的最终位置(有时称为“理想位置”)。

正畸托槽通常包括用于将托槽附接至患者牙齿的托槽基座和用于在托槽主体所形成的狭槽内接纳正畸弓丝的托槽主体。此外，正畸对准器可由托盘形成，该托盘复制一排患者牙列中的若干颗牙齿的负形状。正畸对准器可复制牙齿的负形状，其中牙齿的位置与患者牙齿的初始位置略有不同。因此，通过将正畸对准器放置在牙齿上一段时间，可将牙齿推向正畸对准器中表示的位置。正畸器具还可包括所谓的正畸定位托盘或模板。正畸定位托盘通常被制作用于接纳正畸托槽，借助定位托架可将正畸托槽定位并安装在患者牙齿上。

正畸器具可进一步复制患者牙齿的正形状，以形成专利牙齿的正模型。该正模型可用于通过在正模型上深拉塑料薄膜来制作正畸对准器或正畸定位托盘。

牙科器具还可包括复制牙齿的负形状的牙齿印模。这种牙齿印模可用于浇铸患者牙齿的石膏模型,或用于通过用于修复牙齿印模的牙科材料来完成不完整的牙齿。

在一个实施方案中，该方法还包括将物体定位在马达驱动式后处理装置中的步骤，以用于根据步骤(c)清理物体。后处理装置可为摇动器或离心机。

在一个实施方案中，离心机包括马达和主轴，该主轴为可驱动的或由马达驱动的。主轴被提供用于将物体保持在其上。因此，主轴可被视为用于接纳和/或保持物体的接收器。具体地讲，物体的固定部分可被构造成与离心机的主轴机械地联接。例如，固定部分可具有用于通过(优选地，轻微的)压力配合将物体插入主轴上的腔。优选地，固定部分具有沿不同取向延伸的两个腔，以用于将物体插到主轴上，从而围绕两个不同的旋转轴线旋转。

在另一个实施方案中，离心机包括马达可驱动的或由马达驱动的转子，该转子上悬挂有一个或多个保持器。优选地，保持器以可枢转方式悬挂在转子处，使得在转子旋转期间，一个或多个保持器由于离心力而径向向外枢转。保持器通常被提供用于接纳进行离心的物体。另外，可提供托盘以用于将物体定位并保持在其中。托盘可进一步保持和/或接纳在保持器内。

在一个实施方案中，摇动器包括马达和转换器，该转换器用于在沿着非全圆形路径的移动中转换转子的旋转。非全圆形路径可以为线性或部分圆形移动(例如，在小于360度上)。因此，摇动器可使物体在两个极限位置之间移动。当接近并离开极限位置时，物体(以及因此多余材料)分别由于减速和加速而暴露于质量惯性力。通过在替代路径上移动可达到类似的效果。此类替代路径可为线性(部分圆形)移动和完整圆形移动的组合。例如，非全圆形路径可以为沿着形状类似8(或基本上类似8)的路径的移动或沿着椭圆形(或基本上椭圆形)的移动。此外，存在这样的摇动器，该摇动器提供大致线性或部分圆形的移动，但允许在线性(部分圆形)移动的横向上进行附加移动。在这种摇动器中，非全圆形路径由相对任意的横向移动和线性(或部分圆形)移动构成。基于本文所公开的原理的摇动器例如在牙科领域中用于混合汞合金或粉末液体材料。

在一个实施方案中，该方法还包括将物体放置在托盘中的步骤。托盘优选地包括用于接纳物体的接收器。该接收器可形成为具有台阶状构型的通孔。因此，通孔可沿着台阶的一侧上的较宽部分和台阶的另一侧上的较窄部分延伸。通孔的台阶可用于将物体保持在其上。具体地讲，物体的固定部分的尺寸和形状可被设定成适配在较宽部分中并且在物体的工件在通孔的较窄部分中延伸或穿过通孔的较窄部分延伸时搁置在通孔的台阶上。

在另一个实施方案中，该方法包括将托盘放置在离心机中的步骤。可将托盘放置在如上所述的离心机的保持器中。

在另一个实施方案中，该方法包括通过离心机将托盘内的物体离心的步骤。因此，优选地清理物体上的多余材料。

本发明还涉及离心机用于清理物体上的多余材料的用途。该物体通过增材制造来制作。该物体优选地通过基于光致聚合的树脂或材料的增材制造工艺来制作，例如通过立体光照型技术，具体地讲，如本文所述的数字光处理。该物体优选地至少部分地或部分地由硬化的主要材料形成。硬化的主要材料能够通过硬化可硬化的主要材料获得或通过硬化可硬化的主要材料来获得。多余材料可能粘附在物体上，具体地讲在物体的至少外表面上。多余材料由可硬化的主要材料和可硬化的次要材料中的至少一者形成。虽然通常不是所期望的，但物体还可包括介于硬化的主要材料与多余材料之间的可硬化的主要材料。例如，可硬化的主要材料与多余材料可形成一个膜，该膜自然地由用于构建物体的增材制造工艺产生。膜的(通常为主要的)部分能够通过根据本发明的方法的清理步骤移除。膜的这种可移除部分对应于多余材料。另一方面，膜的剩余(通常较小)部分可能不是可移除的(至少从经济角度来看)，并且可能形成物体的一部分。膜的该剩余部分可通过将其暴露于适当波长的光而被后硬化或后固化。

本发明还涉及一种离心机。离心机包括托盘，也如本文中本发明的其他方面所公开的。托盘包括多个接收器，用于接纳通过增材制造所制作的对应的多个物体。离心机还包括转子，至少一个保持器以可枢转方式悬挂到该转子上。此外，托盘以可移除方式可保持或保持在保持器中。离心机优选地被构造用于通过对物体进行离心并因而在多余材料中产生离心力，来清理物体上的多余材料。

在一个实施方案中，接收器以通孔的形式提供。通孔可延伸穿过托盘并在托盘中形成相应的接收器开口。优选地提供跨越接收器开口的收集容器。收集容器可以是杯形的，并且优选地形成开口，托盘可被布置在该开口中或邻近该开口布置。因此，收集容器被布置成使得通过离心与物体分离的多余材料被收集在收集容器中。

在一个实施方案中，托盘包括平衡装置，该平衡装置允许平衡包括两个或更多个托盘的离心机的转子。平衡装置的位置可调节以解决不同的不平衡。此外，平衡装置可用不同的平衡装置来替换，以解决不同的不平衡。

在另一实施方案中，托盘、收集容器或保持器中的至少一者能够相对于转子围绕两条不同的旋转轴线旋转。例如，保持器优选地能够围绕垂直于转子的旋转轴线的枢转轴线旋转。因此，保持器可在旋转轴线的径向维度上枢转(类似于椅子平面)。此外，托盘和/或收集容器可围绕垂直于枢转轴线的旋转轴线旋转。因此，在离心过程中，物体可围绕不同的旋转轴线取向。因此，清理效果可最大化。

在一个实施方案中，多个接收器包括至少一个物体或多个物体。此外，在多个接收器的每一个中可接纳一个物体。然而，应当指出的是，在多个接收器中的仅一些中可接纳物体。

附图说明

图1为可与本发明一起使用的用于增材制造的装置的示意图；

图2为可使用本发明的方法来制作的物体的透视图；

图3为图2所示物体的不同透视图；

图4为根据本发明的实施方案的附接到离心机上的物体的局部剖视图；

图5为根据本发明的实施方案的离心机的顶视图；

图6为可与本发明一起使用的托盘组件的透视图；

图7为图6所示托盘组件的剖视图；

图8为可与本发明一起使用的托盘的局部透视图；并且

图9为在离心机的操作中的图8的托盘的局部透视图，该离心机中使用了托盘。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法通过增材制造来制作物理物体100的装置1。在该示例中，装置1用于构建牙科修复物。因此，该示例中的物理物体100为牙科修复物。牙科修复物包括例如牙冠、牙桥、牙嵌体或一个或多个替换齿。

装置1包括槽3，在该槽中提供了可硬化的主要材料。为了提供可硬化的主要材料，装置1可具有用于存储可硬化的主要材料的一个或多个槽(未示出)和用于将可硬化的主要材料的一部分分配到槽3中的装置。可根据需要以不同的牙齿颜色选择性地提供可硬化的主要材料。在该示例中，可硬化的主要材料为可光硬化的树脂(在牙科材料实践领域中也通常称为可光致聚合树脂)。可硬化的主要材料具有液体或糊状(并且因此可流动)的稠度。槽3具有透光基座2。在该示例中，整个槽3由透明材料制成。用于槽3的合适材料包括，例如，石英玻璃或聚碳酸酯。其他材料也可以适当地使用。

槽3为大致杯形的。具体地讲，槽3具有底壁3a、侧壁3b并且形成与底壁3a相对的开口。该示例中的槽3为大致圆形的(具有圆形侧壁)，但其他几何形状也是可能的。

装置1通常被配置为通过立体光照型技术来构建物体100。这意味着通过连续硬化可硬化的主要材料的部分(具体地讲，层)来构建物理物体。因此，每个构建层均由硬化的主要材料组成。硬化的主要材料是固态的(且不可流动)。层被“堆叠”或在彼此上方提供的尺寸在本文中被称为“构建尺寸”，并且在图中被指定为“B”。其余两个维度中的形状由硬化的主要材料的层中的每一层的形状控制。

硬化的主要材料的各个层的形状通过暴露可硬化的主要材料的层的选定部分来确定。这由光源5执行，该光源在该示例中为图像投影仪。图像投影仪由计算机基于三维虚拟物体进行控制(具体地讲，提供图像)，该三维虚拟物体实际上被切成所需厚度的层。图像投影仪可基于Digital Light Processing^TM。数字光处理(DLP)使用在半导体芯片上布置成矩阵形式的微镜。此类半导体芯片被称为数字微镜器件(“DMD”)。DMD的典型反射镜的尺寸为约5μm或更小。每个反射镜能够通过控制半导体在两个位置之间移动。在一个位置中，反射镜被定位成反射通过光输出导向在反射镜上的光，而在另一个位置中，反射镜被定位成使得导向在反射镜上的光不离开投影仪。每个反射镜通常代表投影图像中的一个像素，使得反射镜的数量通常对应于投影图像的分辨率。技术人员将认识到，其他投影仪技术或激光束也可与本发明的装置一起使用。

光源5布置在装置1的透光区域7下方。透光区域7被布置成大致水平的(垂直于重力方向)，并且光源5布置在透光区域7的面向重心的那一侧。在该示例中，透光区域7设置在装置的外壳6中。槽3与透光基座2以可移除方式放置在透光区域7上。因此，由光源5发射并且透射穿过外壳6的透光区域7的光也透射穿过槽3的透光基座2。此外，由于槽3以可移除方式放置在装置1中，因此槽3可以由另一个槽(例如用于与不同颜色的可硬化主要材料一起使用的槽)代替。

优选的是，透光区域7和透光基座2是透明且清晰的。因此，投影到透光基座的图像的图像清晰度可最大化。这也是以最大化的准确度构建物体的基础。应当指出的是，在另一个示例中，透光区域和透光基座可组合成一体。

装置1包括构建载体4。构建载体4布置在透光区域7的与光源5相对的一侧上。构建载体4被配置为保持由装置构建的物体。可以通过计算机控制相对于透光基座2(和透光区域7)来定位构建载体4。具体地讲，构建载体4可至少在构建维度B上移动。在另一个示例中，构建载体可在垂直于构建维度的一个或两个维度上移动。

物体100在构建维度B上构建在装置1中。具体地讲，相对于首先形成的物体的一部分或层向下(在重力的方向上)执行构建过程。这是通过以下方式实现的：当物体100被构建时，装置1连续地向上牵拉物体100(离开重心并离开透光区域7)。

构建载体4经由支撑件8连接到线性驱动器9。该示例中的线性驱动器9具有主轴(未示出)，该主轴机械地联接至支撑件8，使得支撑件8可在构建维度B上沿两个方向移动。线性驱动器9还具有马达10和位置测量装置。因此，可通过经由计算机数字控制(CNC)来控制装置1从而精确地定位支承件8和附接的构建载体4。技术人员将认识到，在另一个示例中，支撑件自身可被构造为构建载体。此外，技术人员将认识到，构建载体可通过其他方式与线性驱动器连接。此外，还可以使用主轴驱动器以外的其他驱动器。

在示出的阶段，物体100(在该示例中包括牙冠)已经部分地构建在装置1中。一般来讲，物体100构建在构建载体4与透光基座2之间的区域中。具体地讲，物体100由构建载体4在物体100的第一端101处经由支撑结构103承载。在所示阶段中的构建载体4被定位成使得在物体100的相对的第二端102与透光基座2之间形成空间12。空间12在构建维度B上具有预定的厚度。此外，可硬化的主要材料11设置在槽3中。可硬化的主要材料11的量被选择成使得形成预定填充水平的可硬化的主要材料的浴。可硬化的主要材料11的填充水平对应于或高于空间12的厚度。因此，空间12被可硬化的主要材料11完全填充。在该阶段，图像投影仪5可用于将光发射穿过透光基座2到空间12中。光优选地以二维图案的形式在平行于透光基座2的平面中发射。因此，可硬化的主要材料11根据光图案的图案被局部照射。具体地讲，图案的任何光像素使得可硬化的主要材料11的暴露于光像素的光的此类部分硬化。可硬化的主要材料11在一定程度上通常为透光的，使得光完全穿过空间12中的可硬化的主要材料11。因此，通过使可硬化的主要材料硬化，形成硬化的主要材料的部分(具体地讲，层)。硬化的主要材料的这些部分与已构建成的物体100连接在一起，并成为得到更多补充的物体的一部分。从该阶段起，得到补充的物体可从透光基座2回缩，以便形成填充有尚未硬化的可硬化的主要材料的新空间，该尚未硬化的可硬化的主要材料可被另一个光图案照射以进一步补充物体，以此类推，直到物体被完全一层一层地构建起来。构建载体4具有保持表面，该保持表面面向透光区域7并且物体100粘附在该保持表面上。保持表面用于保持硬化的主要材料。该硬化的主要材料的保持优于硬化的主要材料在透光基座2上的保持。因此，在将物体从透光基座拉离时，物体在与透光基座断开连接的同时仍保持在构建载体上。技术人员将认识到控制硬化的主要材料在构建载体上的更好粘附的若干技术可能性，包括对用于构建载体4和透光基座2的材料的选择、构建载体4和透光基座2的表面粗糙度的构型、保持元件的布置或它们的组合。透光基座2任选地涂覆有不粘涂层，例如聚四氟乙烯。因此，在硬化部分彼此粘附的同时，硬化的主要材料从透光基座松动。因此，可以防止在回缩期间所构建的物体的任何分裂。

在物体回缩期间，由于物理原因，槽中的可硬化的主要材料被吸入(或被环境压力压入)到新出现的空间中。为了防止填充水平下降到空间的厚度以下(这可能导致物体中出现空隙)，在物体回缩之前和/或同时在槽中提供更多的可硬化的主要材料。

一旦物体100被完全构建，就例如通过脱离物体100来移除任何支撑结构103。此外，有利地移除粘附到物体上的多余的(液体或糊状)可硬化的主要材料。多余的可硬化的主要材料可能粘附在物体上，因为从中连续拉出物体的可硬化的主要材料通常不会完全流失。尽管这种粘附的多余的可硬化的主要材料可以硬化(后固化)以节省任何清理步骤，但已发现，粘附的可硬化的主要材料可能不形成均匀的层。因此，粘附的多余的可硬化的主要材料可能对物体的形状准确度产生负面影响。

图2和图3示出了如图2所述的在装置中构建的物体100。物体100包括工件104(在该示例中为牙冠)，该工件经由支撑结构103连接至固定部分105。工件104、支撑结构103和固定部分105由硬化的主要材料构建。固定部分105允许在任何所谓的后处理步骤中对物体100进行处理和可再现地定位。然而，固定部分105像支撑结构103一样形成所谓的丢失部件，即仅用于制造并且随后从工件移除的部件。后处理步骤可包括例如工件104(牙冠)的清理、后固化、切割、磨削和/或移除支撑结构103。在该示例中，固定部分105具有平面105a，该平面允许将物体100可再现地定位在预定的角度位置。此外，固定部分105中设置有第一腔和第二腔105b、105c。第一腔和第二腔105b、105c(见图3)允许将物体100安装在马达驱动的主轴上，如下文更详细地描述的。技术人员将能够提供允许将物体定位在后处理装置中的其他结构。示例包括螺纹、燕尾结构、卡口锁的一部分以及其他合适的结构。

图4示出了附接到离心机200上的物体100。离心机200具有马达驱动的主轴201。具体地讲，在该示例中，通过压力配合将物体100与固定部分105一起接纳在主轴201上。另选地或作为压力配合的补充，可设置用于防止物体100相对于主轴201移动的防扭转结构。此外，离心机200具有用于驱动主轴201的马达单元202。马达单元202具有连接到或可连接到电源的电动马达(未示出)。控制单元203作为离心机200的一部分或作为外部单元(未示出)，用于调节马达的旋转速度并因此用于调节主轴201的旋转速度。

在该示例中，物体100附接在主轴201上以围绕第一旋转轴线R1旋转。第一旋转轴线R1延伸穿过物体100。在该示例中，第一旋转轴线R1逼近物体的对称轴线。术语“逼近”是指牙科修复部件通常复制不完全对称的天然牙齿结构的事实。此外，第一旋转轴线R1平行于构建维度(图1中的B)。

物体100被进一步准备(通过图2和图3所示的第二腔105b)以用于附接到主轴201上，以围绕相对于旋转轴线R1倾斜的第二旋转轴线R2旋转。在该示例中，介于第一轴线与第二轴线R1、R2之间的倾斜角为50度。适当地，其他倾斜角也是可能的。此外，第二旋转轴线R2也延伸穿过物体100。因此，物体100可随后围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线R1、R2旋转。物体100的旋转导致粘附到物体100上的多余的液体或糊状材料与物体分离。已发现，因此可物理地清理物体100上的多余的可硬化的主要材料。虽然清理效果通常不会使得将100％的可硬化的主要材料从物体上移除，但已发现可移除约80％至95％的可硬化的主要材料。此外，物体上任何剩余的可硬化的主要材料通常形成均匀的层。因此，可使物体的总体形状的精度最大化。

清理效果是由质量惯性力引起的，具体地讲是作用在粘附到物体100的多余材料上的离心力。从理论上讲，定位在第一旋转轴线和/或第二旋转轴线R1、R2上的任何多余材料均不会受到这种离心力的影响。此外，施加在靠近第一旋转轴线和第二旋转轴线R1、R2中任一者定位的任何多余材料上的离心力小于施加在远离第一旋转轴线和/或第二旋转轴线R1、R2定位的多余材料上的离心力。然而，已发现，通过使物体围绕至少两条旋转轴线(例如，R1、R2)旋转，可最小化不同离心力对清理效果的任何影响。

第一腔和第二腔105b、105c优选地相对于物体100定位和取向，使得物体围绕第一腔和第二腔105b、105c中每一者的各自的第一旋转轴线和第二旋转轴线R1、R2的旋转被平衡。优选地，第一旋转轴线和第二旋转轴线R1、R2分别形成第一腔和第二腔105b、105c的中心轴线。用于平衡旋转的第一腔和第二腔105b、105c的位置和取向可在物体设计期间通过计算机辅助来确定。此外，固定部分可设置有附加结构和/或设置有用于平衡物体旋转的空隙。

根据可硬化的主要材料的物理性质(具体地讲流变行为)和物体的尺寸来选择旋转速度。在该示例中，物体100具有围绕第一旋转轴线R1的约10mm的最大直径。

大约6500转/分钟的旋转速度(在空气中旋转)产生了良好的清理效果，而不会由于物体的任何不平衡质量而产生的力而对物体造成机械损坏。应当指出的是，可以以如下方式来构建物体，即，由于工件104的形状而固有地存在的不平衡质量由固定部分105的形状所提供的平衡装置来补偿。

在该示例中，相对于距离(或半径)为5mm(物体的10mm直径除以2)的任何点或区域的G力为236G。在物体的与旋转轴线的距离或半径为2.5mm的区域处仍具有出色的清理效果，在这些区域中，G力仍大于100G。

物体100在收集容器210内旋转。这是为了收集从物体中甩出的可硬化的主要材料(并避免可硬化的主要材料污染周围区域)。该示例中的收集容器210包含空气(是空的)。在另一个示例中，可在收集容器中提供溶剂以从物体移除任何多余材料。然而，这种清理通常可能不是由质量惯性力引起的，并因此可作为本发明的方法步骤的补充而进行。

应当指出的是，可另外选择第一旋转轴线和第二旋转轴线R1、R2的位置和取向。

图5示出了示例性替代离心机300。如所示示例的离心机或类似的离心机可在市场上获得，例如用于化学或生化实验室。离心机300具有转子301，该转子具有四个保持器302，每个保持器用于容纳用于旋动(或离心)的一个或多个样品。转子301能够通过马达功率以可调节的速度围绕旋转轴线R旋转。

在该示例中，在每个保持器302中放置了托盘组件310(其不是现有技术的一部分)，如图6和图7中更详细地描述的。

图6和图7示出了其中接纳托盘组件310的保持器302。保持器302具有顶端319和底端318。此外，每个保持器302在其顶端与底端之间具有沿保持器302的维度的纵向轴线A。保持器302可旋转地悬挂在转子(图5中的301)处(在该视图中未示出)。保持器302悬挂在邻近保持器302的顶端的转子处，以沿旋转轴线(图5中的R)的径向旋转。因此，在离心机300的操作中，由于离心机转子的旋转所引起的离心力，保持器302倾斜，其底端318径向向外。该倾斜可被想象成类似于旋转飞椅中的椅子的径向移动。如果转子的旋转速度为零，则保持器302以其纵向轴线A垂直而取向(基本上与重力一致)。转子的旋转速度越高，保持器302就越倾斜，其中纵向轴线A逼近旋转轴线的径向方向。该示例中的保持器302是杯形的，并且在顶端319处形成开口312(参见图7)。此外，保持器302在底端318上闭合。因此，从离心的物体中逸出的任何物质均可捕获在保持器内，并且可防止离心机受到污染。然而，技术人员将理解，保持器可具有不同的形状，这取决于所使用的离心机的类型。

托盘组件310被接纳在保持器302的开口312之内或之上。在该示例中，托盘组件310包括托盘313和收集容器315。收集容器315是杯形的并且形成承窝317，托盘313接纳在该承窝中。因此，从托盘313中接纳的物体离心分离的多余的可硬化的主要材料被捕获在收集容器315内。这允许用待离心的新托盘替换整个托盘组件310(包括任何离心的物体和移除的可硬化的主要材料)。因此，保持器可保持清洁，使得能够通过托盘组件的可替换性和不存在用于清洁保持器的维护中断来实现大量生产。

应当指出的是，虽然不是优选的，但在另一个示例中，类似的托盘可直接接纳在保持器302中。

托盘313具有多个接收器314。该示例中的每个接收器314形成通孔。接收器314的形状和尺寸被设定成使得所构建的物体100可被接纳并保持在其中，如图8所示。

在该示例中，托盘313中的通孔具有台阶状构型，其中台阶320提供了保持部，该保持部保持物体100并防止物体100穿过通孔。台阶320由接收器314的通孔的第一部分314a与第二部分314b之间的过渡形成。第一部分314a的横截面比第二部分314b的横截面宽。在该示例中，第一部分314a和第二部分314b为圆柱形的，并且第一部分314a的第一横截面的直径大于第二部分314b的第二横截面的直径。物体100对应于图2和图3中所提及的物体，并且因此包括经由支撑结构103连接至固定部分105的工件104。将物体100与工件104一起朝下(朝向重心)放置到接收器314中。固定部分105的尺寸大于工件104的尺寸，并且维度被设定成适配在第一部分314a中。因此，固定部分105被定位在接收器的第一部分314a中，并且物体100的其余部分突出在(或穿过)接收器的第二部分314b中。

在一个示例(未示出)中，一个固定部分可承载多个(最终不同)工件。在该示例中，托盘可具有一个或多个更大的接收器(与用于接纳仅带有一个工件的物体的接收器相比)。

在图9中，示出了在离心过程中保持器和托盘313的移动M。由于离心机转子的旋转，托盘313因离心力而倾斜。取决于转子的旋转速度和包括托盘的保持器的重量，托盘的倾斜由于离心力和重力的合力F而建立。已发现，能够通过调节工件的倾斜度来促进从形成底切(如图中所示的底切106)的工件移除可硬化的主要材料，并且可通过离心机的旋转速度来调节工件的倾斜度。此外，由于包括托盘和物体的保持器的重量可能在设计物体时就已确定，因此已发现可在离心之前(例如在物体的设计期间)预先确定所需的旋转速度(也考虑工件的底切)。

就这一点而言，应当指出的是，相对于作用在离心机中的物体上的合力，物体中的任何腔均可相对于空腔的方向形成底切。因此，可以不同的速度对物体进行连续地离心，以从不同底切移除可硬化的主要材料。因此，装载有特定物体的托盘可设置有数据载体，例如印刷标签或RFID标签，其中存储有关于一个或多个旋转速度的数据。离心机可具有用于数据载体的读取装置，用于根据从数据载体读取的数据自动运行离心程序。

Claims

1.一种通过增材制造来制作物理物体的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供可硬化的主要材料，其中所述可硬化的主要材料是液体或糊状的；

(b)通过连续硬化所述可硬化的主要材料的层来构建所述物体；以及

(c)通过使所述物体移动并因而在多余材料中产生质量惯性力，来清理所述物体上的所述多余材料；

其中所述多余材料由所述可硬化的主要材料和可硬化的次要材料中的至少一者形成。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可硬化的次要材料不同于所述可硬化的主要材料。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述可硬化的主要材料为可光致聚合树脂，并且其中所述硬化通过用光照射所述可硬化的主要材料来进行。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述可硬化的主要材料基于包含樟脑醌作为光引发剂的配方。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(c)中产生的所述质量惯性力对应于至少100G的G力。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(c)中，所述物体的移动是所述物体的旋转。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述旋转围绕至少第一旋转轴线和第二旋转轴线进行，其中所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线具有不同的取向。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物体包括工件，所述工件用于从所述物体提供牙科修复物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述物体还包括固定部分，所述固定部分不形成所述牙科修复物的一部分，其中所述固定部分被构造用于将所述物体保持在后处理装置中，以清理所述物体上的多余材料。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将所述物体定位在马达驱动式后处理装置中的步骤，以用于根据步骤(c)清理所述物体。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，还包括以下步骤：将所述物体放置在托盘中，所述托盘包括用于接纳所述物体的接收器；将所述托盘放置在离心机中；以及通过所述离心机对所述托盘内的所述物体进行离心。

12.一种用于制作物理物体的系统，所述系统被配置用于执行前述权利要求中任一项所述的方法。

13.离心机用于清理物体上多余材料的用途，其中所述物体通过增材制造而制作，并且至少部分地由硬化的主要材料形成，所述硬化的主要材料能够通过硬化可硬化的主要材料而获得，并且其中所述多余材料粘附到所述物体上，其中所述多余材料由所述可硬化的主要材料和可硬化的次要材料中的至少一者形成。

14.一种离心机，包括托盘，所述托盘包括多个接收器，所述多个接收器用于接纳通过增材制造制作的对应的多个物体，所述离心机还包括转子，至少一个保持器以可枢转方式悬挂到所述转子上，并且其中所述托盘能够以可移除方式保持在所述保持器中。

15.根据权利要求13所述的离心机，其中所述接收器以通孔的形式设置，所述通孔延伸穿过所述托盘并在所述托盘中形成相应的接收器开口，并且其中设置有跨越所述接收器开口的收集容器。