构造成型体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及采用基于平版印刷术的生成制造(快速原型)由液态光聚合性材料构造成型体的方法，其中在构造平台上限定出一个粘性液态材料层，该层由曝光单元在具有预定轮廓的曝光区域中被曝光聚合，在该聚合层上限定出另一光聚合性材料层，最后限定的层在曝光步骤在具有针对最后限定的层的预定轮廓的曝光区域中被曝光聚合，最后两个步骤被重复，直至通过一系列的具有逐层预定轮廓的硬化层来形成具有预定形状的成型体，在具有预定轮廓的曝光区域中，每次曝光通过来自曝光元件二维阵列的曝光元件的单独可控激活来进行，每个曝光元件对应于一个像素，并且被曝光的所述像素共同限定出该曝光区域，其中建立一个二维阵用于一个层的每个曝光步骤，其中该阵的每个元素对应于该曝光元件阵列的一个曝光元件并且包含用于这个曝光元件的呈时间相关函数形式的控制命令，该函数单独确定出在曝光步骤期间所述曝光元件的光照强度分布。
【背景技术】
[0002]例如由W02010/045950 Al公开了一种构造成型体的方法，其尤其涉及由液态光聚合性材料构造牙齿修补物。在该已知方法中，构造平台垂直可移动地保持在槽底，所述槽底被成形为透光的。在该槽底之下有曝光单元。该构造平台首先下降进光聚合性材料中，直到在构造平台和槽底之间仅保留一具有期望层厚的光聚合性材料层。所述层随后以预定轮廓由曝光单元曝光且由此硬化。在升起该构造平台之后，从周围环境中补充光聚合性材料且该构造平台被再次降下，其中以如下方式控制所述下降，即在最后形成的层和槽底之间限定出具有期望厚度的层。然后，重复最后两个步骤，直至通过各自具有预定轮廓的多个层的依次硬化生成具有期望形状的成型体。
[0003]在具有预定轮廓的曝光区域中，利用具有曝光元件阵列的曝光单元来实现曝光，其中所述曝光元件是选择性可控的以产生具有预定轮廓的曝光区域。所述曝光单元可包括例如光源和微镜的阵列，它们能被选择性地打开和关闭，就是说，光反射或不反射进入所述曝光区域内的相关联的像素。可以通过依次打开微镜以期望的频率和期望的曝光脉冲持续时间实现曝光元件的(平均)强度调节，以致在整个曝光步骤期间给出期望强度。其它曝光单元可包括光源和位置选择光调制器(数字光阀)，例如以液晶显示(LCD)阵列形式，其形成这样的具有单独可调节强度的曝光元件阵列。
[0004]欧洲专利申请EP1894704A1还解决了在待构造的成型体的边缘上所述成型体的改进分辨率的问题。此外，为此提出位于边缘上的像素的灰度梯级，其中所述处理方法相当于计算机图形学公知的图形保真方法。为了在曝光边缘实现灰度梯级，例如把曝光元件的曝光强度在恒定的曝光持续时间的情况下设置得更低，所述曝光强度在所述曝光持续时间内是不变的；或者，如果所有的像素是等强度的，那么边缘处的像素的曝光持续时间以可控的方式缩短以实现灰度梯级，用于更好地限定所述成型体边缘。相应地，在W02008/088642A2中在针对边缘像素的曝光的相似的上下文中也提到，还可调节边缘像素的曝光时间以实现灰度梯级。
[0005]通过根据本发明的方法制造的成型体可例如是用于牙齿修复的坯体，在这种情况下所述光聚合性材料可以是陶瓷填充的光聚合物(泥釉)。
[0006]在通过逐层聚合以所期望的轮廓构造所述坯体之后，进行该成型体的热处理。该热处理的第一步骤包括光聚合的粘合材料的去除，即所谓的脱胶。一旦所述粘合基体通过热分解被去除，该成型体就由松散的陶瓷粉末颗粒构成，所述陶瓷粉末颗粒被内聚力集合在一起。在所述脱胶过程中可能出现缺陷，就是说可能在该成型体中形成裂纹。这些缺陷可以是在脱胶过程中温度分布未达到优化的结果，虽然所述缺陷还可以起源于通过逐层聚合制造该成型体的过程。在脱胶过程中，该成型件的结构强度是非常有限的。在脱胶过程中，在通过逐层聚合制造该成型体期间形成的内应力的分解可导致在脱胶过程中在削弱结构中的裂纹。内应力还可在所述光聚合性泥釉的光聚合期间形成。已证明的是，在所述光聚合期间出现约5%的体积收缩。泥釉的粘性流可补偿所述体积收缩。但当已凝固的表面阻碍所述材料流时，在所生成的固化层中形内应力成。在传统方法中，所述槽底和最后硬化的层的固体表面形成固体边界表面，其限制所述材料流。此外，所述层在聚合期间的固化区域限制其它光聚合性材料流。
[0007]用于通过逐层聚合构造成型体的已知装置使用具有恒定的曝光持续时间和曝光强度参数的曝光方案，曝光持续时间和曝光强度的乘积给出能量剂量。引起光聚合所需要的最低能量剂量是已知的。由于已知几何精确性(位置分辨率)或内应力和裂缝的产生与曝光持续时间和曝光强度无关，考虑到短曝光持续时间优选具有高强度的曝光。
[0008]基于聚合收缩的内应力在光硬化的牙科复合材料的领域是已知的。残余内应力损害由此制造的牙齿修补物的机械和化学稳定性。已证明的是，不同类型的硬化可导致明显更低的聚合应力(见 Nicoleta 等人的 “ Is the soft-start polymerizat1n conceptstill relevant，，，Clinical Oral Investigat1ns，I (15)，第 21-29 页)。通过体积收缩的最小化实现内应力减小，其基于更低的转化程度。在本文中，用于牙科复合材料的辐照方案是已知的，所述材料以非恒定强度作业。对此，一个例子是所谓的“软启动”方案，该方案包含以减小的强度初始曝光一确定的时间周期，随后以最大强度曝光。另一方案是所谓的“脉冲延迟”硬化，其中依次进行以减小强度的脉冲的曝光，继而无曝光的等待时间(多秒或甚至多分钟)，然后进行以最大强度的曝光。
[0009]W02012/009630A1公开了一种包含根据权利要求1的前序部分所述特征的方法。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种用于由光聚合性材料逐层构造成型体的方法，借助该方法能减少在制成的成型体上的缺陷，如在边缘处的内应力、裂纹和几何不精确性。
[0011]通过具有权利要求1所述特征的本发明方法来实现所述目的。本发明的优选实施方式在从属权利要求中有描述。
[0012]关于该方法，建立一个二维阵用于一层的每个曝光步骤，其中该阵的每个元素对应于来自曝光元件阵列的一个曝光元件且包含用于该曝光元件的呈时间相关函数形式的控制命令，该函数单独确定在曝光步骤中所述曝光元件的辐射强度分布。在此可行的是，通过强度可控调节，关于位置和/或时间有区别地影响光聚合动力学，从而有目的地减少所述聚合层中的缺陷。用于限定强度分布的时间相关函数可以是连续不断的函数或呈脉冲序列形式的函数，在所述呈脉冲序列形式的函数中，通过改变脉冲持续时间和/或脉冲频率来控制强度。本发明如此规定，只要在一个曝光步骤中待激活的曝光元件的强度分布的所有时间相关函数的共同的强度变化部分作为一般强度变化存在，那么所述一般强度变化就通过按照一般强度变化的光源强度控制来进行。由此，最好可以将光源强度调节至最小值，从而要最强曝光的像素刚好还获得期望的曝光强度。如果曝光强度在曝光步骤中降低，则光源强度也相应降低。通过这种方式，所述光源可以在任何时刻仅以所需的最低强度运行，结果，减弱所谓的暗场。暗场由具有像素的多个区域组成，这些区域在一个曝光步骤中根本不该被曝光。原则上，暗场中的光强度应为零。但由于光调制器和光束引导性能并非是完全理想的，故在曝光步骤中在曝光区域外的暗场中还存在未变为零的光强度。暗场中的剩余光强度取决于曝光用光源的强度，其中暗场的剩余光强度随光源强度增强而增强。通过在曝光步骤中与时间相关地尽量减小光源的调节强度，可以通过这种方式尽量减小不期望有的暗场强度。暗场在整个构造过程期间有效且还永久地存在于暂时未曝光的区域中。结果，光聚合性材料可能始终是化学弱反应，出现了液态原