激光燒結(jié)牙齒修復物及制造方法
【專利摘要】一種制造物品(諸如，牙齒修復物)的方法，所述方法包括：獲取由粉末材料逐層地形成的處于初始狀態(tài)的物品，所述物品包括至少一個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)；以及對所述至少一個產(chǎn)品(例如，牙齒修真者)的至少選定區(qū)域進行電化學處理，從而使至少所述選定區(qū)域變光滑。
【專利說明】激光燒結(jié)牙齒修復物及制造方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用粉末材料逐層地形成的物品以及用于制造這種物品的方法和設備，所述物品例如包括至少一個牙齒修復物。

【背景技術(shù)】
[0002]選擇性激光燒結(jié)或選擇性激光熔化是這樣的一種技術(shù)，通過這種技術(shù)，能夠用粉末材料(例如粉末金屬)逐層地構(gòu)建產(chǎn)品。例如，可以將一層粉末材料施加至激光燒結(jié)機器的床身，然后對激光進行控制，將所述粉末材料的選定部分燒結(jié)或熔化，從而形成零件的第一層。然后，將另一層粉末施加在上面，并且再次對激光進行控制以將所述零件的另一層燒結(jié)或熔化。該過程反復進行，直到形成了整個零件。然后將所形成的零件從粉末的床身移除。這種技術(shù)是已知的，例如在EP 1021997和EP 1464298中就描述了這種技術(shù)。
[0003]與更傳統(tǒng)的技術(shù)(諸如從坯料或者毛坯來銑削零件)相比，這種技術(shù)提供了快速制造，并且方便復雜零件的制造，并且能夠有助于使材料浪費最小。結(jié)果，人們越來越希望使用這種技術(shù)來制造零件。實際上，已知使用這種技術(shù)來形成牙齒修復物，特別是形成牙齒支架，牙齒支架通常是復雜的定制零件。
[0004]然而，當前的激光燒結(jié)技術(shù)得到的產(chǎn)品的表面光潔度比通過銑削過程形成的產(chǎn)品的光潔度粗糙。這樣的表面光潔度可能并非是人們所期望的，特別是對于粗糙表面光潔度可能成為細菌的樂園的產(chǎn)品(例如牙齒修復物)來說。已知的是，這種零件的表面光潔度可以通過使用工具(例如旋轉(zhuǎn)的研磨工具)對表面進行研磨或拋光來提高。然而，這可能比較慢并且耗費勞動。
[0005]US2008/0230397公開了一種通過等離子拋光對假牙進行拋光。US4801367公開了牙齒修復物的電蝕刻。W02007/103446公開了金屬支架(stent)的電解拋光。GB1557018公開了不銹鋼的電解拋光。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明提供了一種用于對由粉末材料逐層地形成的物品的表面進行有效處理的技術(shù)，從而降低所述物品的至少一部分的表面粗糙度。
[0007]具體地說，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種制造物品的方法，所述方法包括:獲取由粉末材料形成的處于初始狀態(tài)的物品，所述物品包括至少一個產(chǎn)品；以及對所述至少一個產(chǎn)品的至少選定區(qū)域進行電化學處理，從而使所述至少所述選定區(qū)域變光滑。
[0008]所述至少一個產(chǎn)品可以包括至少一個牙齒修復物。所述至少一個產(chǎn)品可以包括為至少一個牙齒修復物。
[0009]盡管零件的電解拋光本身是已知的，但是這種電解拋光在通過諸如激光燒結(jié)或熔化之類的添加過程初始形成的零件(特別是牙齒修復物)上的使用需要獨特的考慮。例如，電解拋光一般用來使已經(jīng)相對光滑的零件變得更光滑，例如從而對機加工表面進行拋光，從鏡子去除顯微粗糙或者從諸如醫(yī)用支架之類的特征去除顯微毛刺，并且例如用于對粗糙度值小于Iym(微米)Ra的零件進行拋光。然而，逐層地構(gòu)建零件的添加過程會在傾斜表面上引入階梯表面修整，此外在通過激光燒結(jié)或激光熔化粉末材料制成的零件上會由于在制造過程中粘結(jié)至零件表面的附加粉末顆粒而引入附加表面粗糙度。不僅如此，而且其他表面粗糙度來源包括零件的外表面可能由于熔融材料的表面張力作用而能產(chǎn)生波紋，從而致使該熔融材料在激光束的中心處隆起并且凝固成可以被描述為痕跡的東西，這些痕跡沿著光束路徑延伸并且還將蒸發(fā)的粉末材料再次焊接回到表面。因此，存在許多粗糙度來源，這些粗糙度來源在通過添加過程形成的零件的表面粗糙度中產(chǎn)生顯著變化以及一定數(shù)量的不可預測性。
[0010]所述物品可以已經(jīng)通過激光固化過程構(gòu)建，例如通過還公知為選擇性激光燒結(jié)或者選擇性激光熔化的激光燒結(jié)或者激光熔化過程來構(gòu)建。如將理解的，可以已經(jīng)使用其他過程。例如，所述物品可以已經(jīng)通過激光熔敷過程、熔融沉積造型(FDM)過程或電子束熔化工程構(gòu)建。所述方法可以包括用粉末材料逐層地形成所述物品的步驟。合適的粉末材料包括鈷鉻、鈦、鎳合金和鋼。因而，將進行電化學處理的至少所述選定區(qū)域的表面粗糙度初始可以為至少5 μ m (微米)Ra,例如至少10 μ m (微米)Ra,例如至少20 μ m (微米)Ra,并且例如多達40 μ m(微米)Ra。本發(fā)明的過程可以用來將表面的粗糙度降低到不超過0.05 μ m(微米)Ra，甚至降低到不大于0.02 μ m(微米)Ra。因此，本發(fā)明的方法需要去除平均至少0.25mm的材料,并且在一些情況下需要去除多達平均至少0.5mm的材料。
[0011]當將要進行電化學處理的零件是牙齒修復物時，出現(xiàn)了進一步獨特的考慮，例如，需要對牙齒修復物進行非常精密的修整，以便避免與患者口腔中的支撐構(gòu)件(例如，為了接收修復物而制備的植入物或牙齒，通常稱為“制備物”)形成不良裝配。不良裝配會導致牙齒修復物失效和/或由于會滋生細菌的間隙而增加感染的風險。電化學處理時這樣一種過程，該過程在電解溶液中侵蝕零件的整個暴露表面，并因此將材料從所有零件(包括那些已經(jīng)精確地形成而無需從其去除進一步材料的零件)去除。
[0012]因而，諸如磨削和研磨拋光之類的其他過程通常用來對以這種方式制造的牙齒零件進行修整。
[0013]然而，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以使用電化學處理來實現(xiàn)期望的表面修整要求，同時仍然獲得具有期望精度水平的產(chǎn)品。不僅如此，而且電化學處理能夠提高更光滑并且更均勻的表面修整，降低對表面進行拋光所需的勞動，并且與傳統(tǒng)的研磨技術(shù)相比還能夠?qū)Ω?、更復雜的特征進行拋光。再有，電化學處理能夠提供更大的過程控制，結(jié)果可以使零件的表面更一致地光滑。
[0014]如將理解的，電化學處理通過在(陽極的)表面和電解液之間發(fā)生的化學反應將材料從陽極(即，物品)的表面去除。具體地說，電化學處理能夠使至少所述區(qū)域的表面氧化而溶解在電解液中。如還將理解的，在該電化學處理中使用的電解液在電化學處理過程中保持在液體狀態(tài)下。
[0015]在本發(fā)明的上下文中，電化學處理(或電解拋光)與等離子拋光是有區(qū)別的。等離子拋光是需要高溫(接近電解液的沸點)的燒蝕(和侵蝕)過程，且電解液在被處理的表面周圍變成氣態(tài)。等離子拋光可能不安全，并且在功耗方面要求苛刻，需要高電壓和高電流。與陽極和/或被拋光的物品相比，等離子拋光一般還需要非常大的陰極。另一方面，與等離子拋光相比，電解拋光安全得多并且更清潔，一般需要低電壓和低電流以及低溫。這里描述了各種操作參數(shù)，這些操作參數(shù)將本發(fā)明的實施方式與等離子拋光更清楚地區(qū)分開。因為等離子拋光是一種特別侵蝕性的過程，其通常被認為更適合于處理與通過添加過程(參見上述)形成的物品相關(guān)的表面粗糙度的類型。然而，本 申請人:反對這種偏見，并且已經(jīng)認識至IJ，電解拋光對利用粉末材料通過添加過程逐層地形成的物品可能是有效的。
[0016]可以利用室溫或略微高于或略微低于室溫的電解液(例如，利用至少5°C的電解液，例如至少10°c的電解液，例如至少15°C的電解液，并且例如利用不大于80°C的電解液，例如不大于60°C的電解液，例如不大于50°C的電解液)對物品(例如，包括至少一個牙齒修復物)進行電化學處理。
[0017]此外，i)在電化學過程中使用的陰極的表面面積與ii)物品/陽極的表面面積的比可以例如不大于10:1,例如不大于5:1,例如不大于2:1。
[0018]在電化學過程中使用的電流密度可以小于2000Am_2，并且優(yōu)選小于1500Am_2，例如在100AnT2左右。
[0019]在電化學過程中使用的驅(qū)動電壓可以小于300伏，例如200伏以下，諸如100伏以下,例如50伏以下,例如10伏以下并且/或者在5伏到35伏的范圍內(nèi)，諸如8伏到15伏。
[0020]在電化學過程中使用的電解液間隙可以大于0.5mm，例如大于1mm，諸如大于2.5mm,例如大于5_。
[0021]電化學處理可以通過在物品的表面和電解液之間發(fā)生的化學反應將材料從物品的表面去除。
[0022]電化學處理可以使得至少所述區(qū)域的表面氧化而溶解在電解液中。
[0023]在電化學過程中使用的電解液可以在該電化學過程期間保持在液體狀態(tài)下。
[0024]所述方法可以包括基本上僅對所述選定區(qū)域進行電化學處理。
[0025]所述方法可以包括在所述電化學處理之后對所述物品進行進一步處理。所述進一步處理可以包括對所述物品的至少一部分進行機加工，例如銑削。因而，所述進一步處理可以包括對所述制品上的至少一個特征進行處理例如機加工?？梢允沁@樣的，即所述至少一個特征完全在所述進一步處理的過程中形成。可選地，所述至少一個特征可以已經(jīng)至少部分地形成在處于其初始狀態(tài)的所述物品中(例如，所述至少一個特征在所述物品使用粉末材料逐層地形成的過程中至少部分地形成)。因而，對所述至少一個特征進行處理可以包括對所述至少一個特征進行修整。這可以包括去除所述至少一個特征上的材料。因而，所述至少一個特征可以設置有在所述進一步處理的過程中被去除的過多材料。因而，當所述方法包括形成處于其初始狀態(tài)的物品時，該步驟可以包括向至少所述至少一個特征添加過多材料。這種過多材料可以是比完工產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)最終期望的材料多的材料。
[0026]實際上，處于其初始狀態(tài)的物品可以設置有過多材料，至少在選定部分(例如，在所述選定區(qū)域)中，并且可選地在其整個表面上設置過多材料，從而對在所述電化學處理過程中材料的去除進行補償。而且，這種過多材料可以是比完工產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)最終期望的材料多的材料。
[0027]所述進一步處理可以包括將所述物品的至少一部分(例如，與所述選定區(qū)域不同的區(qū)域)粗化。所述至少一部分可以是所述基臺的將粘附另一種材料(例如，瓷釉或牙冠或牙橋)的區(qū)域，例如所述基臺的粘結(jié)表面。這種區(qū)域可以是所述基臺的冠狀區(qū)域。
[0028]所述選定區(qū)域可以包括所述牙齒修復物的浮現(xiàn)輪廓，該浮現(xiàn)輪廓也被稱為“穿齦區(qū)域”。
[0029]用于對所述至少所述區(qū)域進行電化學處理的所述電化學處理設備的陰極可以被定位成將所述電化學處理引導(例如，聚集或集中)在所述選定區(qū)域處。所述陰極可以在物理上附接至所述物品。優(yōu)選地，在所述電化學處理過程中所述陰極和所述物品之間的最大距離不大于20mm，更優(yōu)選不大于15mm，特別優(yōu)選不大于10mm。優(yōu)選地，在所述電化學處理過程中所述陰極和所述物品之間的最小距離不小于2mm，更優(yōu)選不小于5mm。
[0030]所述物品可以包括結(jié)合在一起的多個單個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)。因而，所述方法可以包括對所述多個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)同時進行電化學處理。所述多個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)可以被附接至公共構(gòu)件。所述陰極可以至少部分地圍繞所述多個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)，例如所述陰極可以圍繞所述多個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)至少部分地環(huán)繞地延伸。
[0031]所述方法可以包括隨后獲取由粉末材料(例如，逐層地)形成的處于初始狀態(tài)的包括至少一個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)的另一個物品，并且對所述至少一個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)的至少選定區(qū)域進行電化學處理，從而使至少所述選定區(qū)域變光滑。換言之，所述方法可以包括獲取一系列物品，每個物品包括至少一個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)，并且根據(jù)以上描述的電化學過程對它們進行電化學處理。優(yōu)選地，該系列物品被構(gòu)造成使得所述至少一個產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)相對于所述物品的位置對于所述物品中的每個物品來說基本位于相同位置。優(yōu)選地，當所述物品包括多于一個的產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)時，所述產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)相對于所述物品的位置對于所述物品中的每個物品來說都是基本共同的。這使得對所述系列的物品中的所有物品來說都可以使用公共陰極，同時仍然維持對所述產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)的電化學處理的良好控制水平。
[0032]可以使用穩(wěn)流電源用于所述電化學處理。
[0033]所述方法可以包括使用如下所述的電化學處理設備。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種電化學處理設備，該電化學處理設備用于對物品(例如，牙齒修復物)的至少選定區(qū)域進行電化學處理，從而使所述至少選定區(qū)域變光滑，該電化學處理設備包括:由所述物品提供的陽極；和陰極，該陰極被定位成對至少所述選定區(qū)域進行電化學處理。
[0035]優(yōu)選地，所述陰極被定位成將所述電化學處理引導(例如，聚集或集中)在所述選定區(qū)域處。因而，優(yōu)選地，所述陰極被布置成位于所述物品的接近所述選定區(qū)域的一側(cè)。這能夠?qū)㈦妶鰪姸燃性谒鲞x定區(qū)域處。換言之，所述電化學處理設備能夠被構(gòu)造成使得所述電場強度在所述選定區(qū)域比在所述零件的另一個區(qū)域大。例如，在牙齒修復物的情況下，所述電化學處理設備能夠被構(gòu)造成使得所述電場強度在所述牙齒修復物的端部(包括所述至少區(qū)域)比在其其他端部大。更具體地說，所述電化學處理設備能夠被構(gòu)造成使得所述電場強度在所述牙齒修復物的浮現(xiàn)輪廓端部比所述牙冠端部大。
[0036]在所述電化學處理過程中所述陰極可以在物理上固定至所述物品。這可以幫助控制所述陰極相對于正被處理的所述物品的位置。
[0037]所述陰極可以是可從所述電化學處理設備的槽移除的。如果所述陰極在所述電化學處理過程中在物理上固定至所述物品，情況尤其如此。
[0038]用于所述陰極的合適材料包括不銹鋼、鈦、銅和其他的貴金屬。
[0039]所述電化學處理設備可以包括穩(wěn)流電源。
[0040]所述物品可以包括連接到至少一個構(gòu)件的至少一個產(chǎn)品，所述至少一個構(gòu)件例如是最終并不形成所述物品的部分的犧牲構(gòu)件。所述構(gòu)件可以是一轂，并且所述至少一個產(chǎn)品可以圍繞該轂并連接至該轂。所述構(gòu)件例如可以是用于使所述物品能夠被保持在所述電化學處理設備中而例如不需要與所述至少一個產(chǎn)品進行物理接觸的構(gòu)件。所述構(gòu)件例如可以是這樣的構(gòu)件，該構(gòu)件用于使得所述物品能夠被夾持在機床設備的保持裝置中以用于隨后的處理。
[0041]所述物品可以包括附接至彼此的多個單個產(chǎn)品。例如，與以上描述的方法一樣，所述單個產(chǎn)品可以包括多個單個的牙齒修復物。
[0042]所述多個單個產(chǎn)品可以附接至上述的構(gòu)件，在這種情況下，該構(gòu)件可以被描述為公共構(gòu)件。
[0043]所述陰極可以通過電絕緣隔離構(gòu)件固定至所述構(gòu)件。
[0044]所述陰極可以設置有這樣的區(qū)域，該區(qū)域在形狀上與所述物品的所述選定區(qū)域大體對應。
[0045]所述陰極可以被構(gòu)造成至少部分地延伸，例如圍繞所述物品完全成環(huán)形地延伸。所述陰極可以包括溝槽，例如，所述陰極可以是溝槽形狀的，其中所述至少一個產(chǎn)品能夠至少部分地定位在該溝槽形狀中。例如，所述物品和/或設備可以被構(gòu)造成使得至少所述區(qū)域位于所述溝槽內(nèi)。例如，所述物品和/或設備可以被構(gòu)造成使得所述至少一個產(chǎn)品的至少另一個區(qū)域從所述溝槽突出，從而例如使得僅僅至少所述區(qū)域位于所述溝槽內(nèi)。所述陰極可以包括至少一個通道，例如一個開口或孔，電解液能夠通過該開口或孔橫跨或通過所述陰極(例如，所述陰極的本體)。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種產(chǎn)品(例如，牙齒修復物)，該產(chǎn)品由例如粉末材料通過添加工藝(例如通過激光凝固過程，例如，通過選擇性激光燒結(jié)或選擇性激光熔化過程)逐層地制成，該產(chǎn)品包括至少第一電化學拋光的區(qū)域。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造牙齒植入物支撐的基臺的方法，該方法包括通過激光燒結(jié)過程用粉末材料逐層地構(gòu)建基臺，該基臺包括與植入物構(gòu)件接口的部分。這種方法可以包括在所述激光燒結(jié)過程之后對所述基臺的至少一部分進行處理。所述處理可以包括例如借助于機加工從所述基臺去除材料。該方法可以包括對用于與植入物構(gòu)件接口的部分進行處理。該處理可以包括在所述激光燒結(jié)過程之后將所述基臺安裝在一裝置中，該裝置用于在所述處理過程中保持所述基臺。所述激光燒結(jié)過程可以包括構(gòu)建連接至所述基臺的支座，通過該支座將所述基臺安裝在用于在所述處理過程中保持所述基臺的裝置。優(yōu)選地，所述基臺和所述支座被構(gòu)造成使得當所述基臺被安裝在用于在所述處理過程中保持所述基臺的所述裝置中時，所述基臺的縱向軸線(該縱向軸線可以例如與所述基臺的任何當前的或尚未形成的孔(植入螺釘穿過該孔，或者用于緊固植入螺釘?shù)穆萁z起子能夠被接收在該孔內(nèi))的軸線平行或者甚至重合)和可選地例如用于與所述植入物構(gòu)件接口的部分的軸線平行于用于對所述基臺進行處理的工具，例如切割工具。所述激光燒結(jié)過程可以包括構(gòu)建連接至同一個支座的多個基臺。所述多個基臺中的至少兩個基臺(優(yōu)選全部的基臺)都能夠被定向成使得它們的用于與植入物構(gòu)件接口的部分在同一個方向上定向，例如使得它們的縱向軸線彼此平行。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種通過這里描述的方法制造的產(chǎn)品或物品。在所述物品包括結(jié)合在一起的多個單個產(chǎn)品的情況下，本發(fā)明的該方面還用來覆蓋這些產(chǎn)品在被彼此分離或拆卸時這些產(chǎn)品當中的一個產(chǎn)品或多個產(chǎn)品。同樣，在所述產(chǎn)品通過公共構(gòu)件附接至彼此的情況下，本發(fā)明的該方面還用來覆蓋這些產(chǎn)品在被從所述公共構(gòu)件分離或拆卸時這些產(chǎn)品當中的一個產(chǎn)品或多個產(chǎn)品。
[0049]如將理解的，與本發(fā)明的第一方面相關(guān)地描述的構(gòu)思同樣適合于以上提及的本發(fā)明的其他方面，反之亦然。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]現(xiàn)在將參照如下附圖僅僅以示例的方式描述本發(fā)明的實施方式，在附圖中:
[0051]圖1示意性示出了用于形成物品的選擇性激光燒結(jié)機器；
[0052]圖2示意性示出了附接至支撐植入物的植入物基臺(abutment)的剖視圖；
[0053]圖3a和圖3b不意性不出了物品的底側(cè)視圖，該物品包括多個基臺，所述多個基臺在中央轂的初始狀態(tài)下連接至所述中央轂；
[0054]圖4a和圖4b示意性示出了圖3中所示的物品的頂側(cè)視圖；
[0055]圖5示出了流程圖，該流程圖圖示了在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的過程中涉及的步驟；
[0056]圖6示意性示出了圖3和圖4的激光燒結(jié)物品的側(cè)剖視圖，該激光燒結(jié)物品在制造過程中仍然附接至構(gòu)建板；
[0057]圖7示出了用于對通過激光燒結(jié)過程形成的牙齒基臺進行電化學處理的設備的示意性圖示；
[0058]圖8是圖7中所示的布置的立體圖；以及
[0059]圖9a和圖9b圖示了電化學處理之前和之后的牙齒基臺的浮現(xiàn)輪廓的表面光潔度差異。

【具體實施方式】
[0060]下面的描述了提供了如何使用本發(fā)明來制造植入物支撐的基臺的示例。如將理解的，植入物支撐的基臺是一種特定類型的牙齒修復物，在使用時，該牙齒修復物被固定至已經(jīng)植入在患者下頜內(nèi)的牙齒植入物，從而將牙齒修復物保持在患者的嘴內(nèi)。一般來說，植入物支撐的基臺用來替換單顆牙齒。植入物支撐的基臺通常由金屬的基體結(jié)構(gòu)制成，其中在裝配基臺之前將瓷釉、牙橋或者牙冠添加至基臺，以給基臺提供期望的光潔度形式和外觀。
[0061]如將理解的，本發(fā)明并不限于植入物支撐的基臺的制造，而是可以還用在例如其他類型的牙齒修復物(諸如，牙橋或者牙冠)的制造中。然而，本發(fā)明一般來說也并不限于牙齒修復物。相反，本發(fā)明可以用在各種不同類型的產(chǎn)品(例如，其他類型的醫(yī)學植入物、航空零件和珠寶)的制造中。
[0062]如將理解的，植入物支撐的基臺需要精確地制造，從而確?；_在患者的嘴內(nèi)提供舒適持久的裝配。已知使用諸如CNC銑床之類的機床來用具有足夠體積的毛坯或者“坯料”生產(chǎn)牙齒基臺，從而整個基臺可以以一個部件的形式進行機加工。如將理解的，對于植入物支撐的基臺來說，毛坯可能是實心金屬件(例如，鈦金屬件或者鈷鉻合金件)?？梢允褂闷渌牧?，例如，氧化鋯，不過在這種情況下，在氧化鋯本體和植入物之間有時需要金屬聯(lián)接構(gòu)件。在任何情況下，這種銑削/機加工技術(shù)可以形成高度精確的支架，但是耗費時間、昂貴并且涉及到大量的材料浪費。
[0063]根據(jù)本發(fā)明描述的實施方式利用添加(additive)過程來生產(chǎn)基臺的初始形式。然后使用電化學過程提高所述基臺的至少選定區(qū)域的表面光潔度。如果期望的話，可以對所述支架進行進一步處理，例如，對支架的某些特征進行機加工。相比于用實心毛坯機加工整個牙齒修復物來說，使用添加過程可能是有利的，因為添加過程需要明顯更少的材料并且還消耗更少的時間。
[0064]圖1圖示了選擇性激光燒結(jié)/熔化機器的構(gòu)建腔室210的典型布置。構(gòu)建腔室210限定了位于可下降的構(gòu)建平臺230上方的空間220。構(gòu)建腔室220包括粉末分配和涂覆設備240，該粉末分配和涂覆設備240用于將粉末250散布在構(gòu)建平臺230的表面上。位于腔室210的上壁中的窗口 255允許對激光束260進行引導而照射在構(gòu)建表面270上散布的粉末，從而選擇性地燒結(jié)/熔化所述粉末，由此形成將要制造的物品20的一層。激光和可下降的平臺230可以由諸如PC之類的控制器280來控制，該控制器280具有限定用于形成物品20的過程的程序。所述程序可以基于將要形成的零件的CAD數(shù)據(jù)來控制激光燒結(jié)過程。具體地說，所述CAD數(shù)據(jù)可以被分成數(shù)個層，每個層對應于將要通過激光燒結(jié)過程形成的層。
[0065]圖2圖示了如何將處于其最終狀態(tài)的完成的牙齒修復物2 (在這種情況下，為植入物支撐的基臺12)固定至位于患者頜骨5中的植入物4上。為了簡單起見，在該圖中沒有示出相鄰的牙齒。如圖所示，外層瓷釉3被添加至基臺12以提供牙齒修復物2的最終外部形狀。圖1示出了植入物/支架界面6，該植入物/支架界面6是這樣的區(qū)域，在該區(qū)域處，基臺12和植入物4與彼此接合。這是基臺12的表面的將被精加工為高精度的部分。如圖所示，基臺12包括形成于其中的埋頭孔8，植入物螺釘10可以定位在該埋頭孔8中。埋頭孔8包括上區(qū)段13和下區(qū)段15。下區(qū)段15具有比上區(qū)段13小的半徑，特別是具有比用來將基臺12固定至植入物4的螺釘10的頭部小的半徑。如圖所示，當通過埋頭孔8被擰入植入物4內(nèi)時，螺釘10將埋頭孔8牢固地緊固至植入物4，并且因而將基臺12牢固地緊固至植入物4。
[0066]圖2中還示出了浮現(xiàn)輪廓區(qū)域7，該浮現(xiàn)輪廓區(qū)域7位于i)植入物界面6與ii)基臺12的部分9之間，瓷釉/牙冠被添加在基臺12的部分9上，該部分9經(jīng)常被稱為冠狀區(qū)域9。該浮現(xiàn)輪廓區(qū)域7也可以被描述為位于基臺的植入物界面6與基臺的邊界線11之間的區(qū)域。如將理解的，邊界線一般被理解為圍繞基臺的邊緣，一般要將瓷釉或牙冠設置到該邊緣。該基臺的金屬表面的該區(qū)域7因此是暴露的，并且與患者的牙齦11或齒齦直接接觸。在牙科領域中，該浮現(xiàn)區(qū)域7 —般被稱為“浮現(xiàn)輪廓”或“穿齦區(qū)域”。對該浮現(xiàn)輪廓區(qū)域7來說光滑可能十分重要，從而避免齒齦發(fā)炎并且還防止細菌滋生。
[0067]圖3a和3b以及圖4a和4b分別示出了通過激光燒結(jié)過程用粉末鈷鉻合金制成的物品20的下側(cè)和頂側(cè)視圖，該物品20包括多個單個基臺12，每個基臺12都通過連接桿21附接至公共中央轂22。如圖所示，每個基臺12的最下表面包括圓形盤/圓凸臺狀的過多材料14的突起，仍然將從該突起14開始對基臺12的植入物界面6進行機加工。如圖所示，所有基臺12都定向成使得它們的縱向軸線32彼此平行。此外，所述基臺和支座被構(gòu)造成使得當在任何可選的隨后機加工步驟中將物品20安裝在夾具中時，基臺的縱向軸線32可以平行于切割工具的縱向軸線。
[0068]圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的生產(chǎn)植入物支撐的基臺12的方法的流程圖。將參照圖6至9說明圖示的每個步驟。
[0069]在第一步驟110中，使用快速制造過程生產(chǎn)包括多個基臺12和中央轂22的物品20。在該過程中，所述快速制造過程是選擇性激光燒結(jié)過程。如將理解的，選擇性激光燒結(jié)過程包括使用諸如在圖1中示意性所示并在上面進行描述的選擇性激光燒結(jié)機器來向物品20反復地添加粉末材料層。針對適當?shù)膶訉⒏邚姸燃す饩劢乖谂c物品20的適當形狀對應的粉末材料的區(qū)域上，從而使粉末粘結(jié)。隨后，將發(fā)生燒結(jié)的表面降低，從而當接下來施加粉末材料時，激光可以聚焦在同一高度，但是橫跨粉末圍繞合適的路線進行掃描。
[0070]圖6示出了物品20的剖視圖，該物品20已經(jīng)通過選擇性激光燒結(jié)構(gòu)成，但是仍然位于構(gòu)建板24上。物品20擱置在支撐結(jié)構(gòu)23上，該支撐結(jié)構(gòu)23是由密度比所述物品小的燒結(jié)材料構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但是該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的強度足以支撐所述物品20并防止在其自重和內(nèi)部熱應力作用下發(fā)生扭曲。所述支撐結(jié)構(gòu)23在這里還被稱為腳手架或支撐網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如將理解的，盡管沒有示出，構(gòu)建板24可以比正被生產(chǎn)的物品20大得多，并且這樣可以允許同時構(gòu)建若干個物品20。
[0071]選擇性激光燒結(jié)過程之后是第二步驟120，該第二步驟120包括將構(gòu)建板24和物品20從選擇性激光燒結(jié)設備移開，并使其準備好進行機加工。該準備可以包括各種可選階段，例如，將物品20與支撐網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)23和構(gòu)建板24 —起放置在工業(yè)烤爐內(nèi)，以便可以進行應力釋放熱處理循環(huán)。然后通過將支撐結(jié)構(gòu)23切割掉而將物品20從構(gòu)建板24移除，且通過鉗子和研磨旋轉(zhuǎn)工具移除結(jié)構(gòu)23的任何剩余部分。然后可以對物品20進行噴砂處理以使得整個表面更光滑。即使在噴砂之后，由于支撐結(jié)構(gòu)23的剩余部分仍然留在物品20上，物品20的與支撐結(jié)構(gòu)連接的一側(cè)有時可能仍然比相反側(cè)粗糙得多(例如，取決于在噴砂之前是否使用研磨工具)。如圖所示，在物品20的下表面(支撐結(jié)構(gòu)23設置在該下表面上)上發(fā)現(xiàn)了基臺的浮現(xiàn)輪廓區(qū)域7和過多材料14(將由這些過多材料14機加工植入物界面)。
[0072]在步驟130，如圖7所示，物品20經(jīng)受電化學過程。該電化學過程使得物品的表面上的金屬氧化并溶解在電解液中，由此使該表面變得光滑。如圖7中所示，物品20被安放在電化學處理設備300中，該電化學處理設備300包括5升的玻璃槽310，該玻璃槽310容納大約4升電解溶液315，在這種情況下，該電解溶液315包括85%的乙二醇、10%的硫酸和5%的鹽酸，并且在該實施方式中處于室溫。如將理解的，可以使用其他電解溶液，并且其他電解溶液將根據(jù)包括被處理的物品20的尺寸和材料的許多因素來確定。電化學處理設備300進一步包括陽極桿320，該陽極桿320被電連接至電壓源的正端子并且在使用時其第一端從槽310的蓋330物理懸置。物品20在物理上電連接至陽極桿320的第二端。在這種情況下，物品20的轂22具有孔29，陽極桿320延伸穿過該孔29，從而該陽極桿320能夠通過陽極桿320的末端以及絕緣塊340上的相互配合螺紋而螺紋緊固至電絕緣塊340。物品的轂因而夾持在電絕緣塊340和朝向陽極桿320的末端的唇緣325之間。設備300進一步包括不銹鋼陰極350，在這種情況下(并且如圖8中更清楚地所示)，該不銹鋼陰極350包括圓盤狀構(gòu)件，該圓盤狀構(gòu)件具有限定內(nèi)側(cè)360和外側(cè)370的環(huán)狀溝槽。發(fā)現(xiàn)這種設計在防止屏蔽效應時是特別有利的，當陽極部件(諸如轂20和連接器桿21)的較大面積接近需要處理的區(qū)域并且致使電場在更大表面面積上居中分散時會發(fā)生屏蔽效應。這種電場的稀釋驅(qū)使低電流密度通過這些區(qū)域，這樣降低了材料去除率并因而導致不均勻的材料去除。使用被設計成在陰極和陽極的臨界區(qū)域(例如牙齒修復物的浮現(xiàn)區(qū)域7)之間提供更均勻間隙(例如，如通過具有U形溝槽的陰極提供的，牙齒修復物的至少一部分可以被接收在該U形溝槽內(nèi))的陰極能夠?qū)⑵帘涡档偷娇珊雎缘乃健?br> [0073]多個孔380圍繞圓盤狀陰極350的平面間隔開，這些孔380允許電解溶液穿過陰極350。陰極350以壓力配合的方式固定至絕緣塊340。陰極350因而相對于物品20保持在規(guī)定位置。此外，這種配置允許將整個電氣組件作為整體提升到槽之外，這有助于清潔并降低污染危險。
[0074]陰極桿390將陰極350連接至電壓源的負端子。如圖所示，在被組裝時，物品20的基臺12的末端接近并面向陰極350，而基臺12的牙冠端(將在該牙冠端添加瓷釉層)遠離并背離陰極350。此外，在所描述的示例中，陰極350和物品20之間的最大距離大約為不大于15mm,更具體為不大于1mm,最小距離小于2.5mm,更具體小于5mm。
[0075]一旦組裝好，則將電壓源開啟，這將開始電化學過程。施加8伏到15伏的電壓和4安培的電流大約1.5小時?？?80允許新鮮電解液在物品20上具體在基臺12上循環(huán)。循環(huán)流借助于在反應區(qū)域中發(fā)生的加熱通過對流以及在陰極350處產(chǎn)生的氫氣氣泡395的向上運動來驅(qū)動。如果合適的話，可以使用附加的設備來幫助電解液的循環(huán)，例如，將泵或磁性攪拌器放置在槽的底部，磁性攪拌器通過安置槽310的磁性驅(qū)動器轉(zhuǎn)動。
[0076]使陰極350接近陽極(即物品20)導致較短電路徑長度，該較短電路徑長度降低了由該電路經(jīng)歷的電解液的電阻。這允許使用相對較低的驅(qū)動電壓，雖然該驅(qū)動電壓將取決于具體情況(例如所處理的材料和所使用的電解液)，但是仍然可以例如小于300伏，例如200伏以下，有時為100伏以下，并且有時為50伏以下，例如10伏以下，同時仍然獲得較高電流。在鈷鉻合金的情況下，這可能意味著可以使用在5伏到35伏的范圍內(nèi)的低電壓。通過降低由歐姆損失引起的發(fā)熱還增加了槽的效率。
[0077]使用大約4升電解液使得小的磁性攪拌器就能夠給槽的全部內(nèi)容物賦予顯著速度，從而將反應產(chǎn)物從零件的表面有效地去除。對于該實施方式來說，這還意味著電解液能夠吸收在一個1.5小時的循環(huán)上產(chǎn)生的熱，并且不會有過度溫升。如果使用穩(wěn)流電源維持恒定電流流動，則電特性隨著溫度的變化不會顯著到對拋光具有影響。因此，使用穩(wěn)流電源可以消除對溫度控制的需要。然而，在一些應用中，可能期望包括溫度控制，特別是包括冷卻機構(gòu)，以防止溫度升高超過預定閾值。
[0078]如將理解的，以上描述的過程與典型的電解拋光技術(shù)不同，這是因為陰極被構(gòu)造成將所述物品的特定選擇區(qū)域作為目標，而不是整個物品。該過程也與典型的電化學機加工過程不同，因為不使用侵蝕性電化學加工過程來去除大量材料量，從而將陰極的形狀壓印在陽極材料上(與如在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中使用的通常小于2000Am_2并且優(yōu)選小于1500Am_2的電流密度，例如在100AnT2左右相比，這通常需要大得多的電流密度，例如IMAm-2) 0此外，如將理解的，與本發(fā)明的過程不同，電化學加工需要小得多的電解液間隙(即不大于1mm，并且優(yōu)選不大于0.5mm)，并且需要將電解液泵送通過所述間隙以防止沸騰并排空反應產(chǎn)物。
[0079]一旦電化學過程完成，則將物品20從槽310移除。
[0080]下一個步驟140是可選步驟，該可選步驟在物品20上具體在基臺支架12上進行附加處理。例如，這可以包括將物品20(例如，通過轂22)夾持到機床內(nèi)，并且在物品(具體為基臺12)上進行機加工操作，例如機加工/銑削基臺12。例如，在已經(jīng)在植入物界面區(qū)域處設置了過多材料14的實施方式中，則可以對界面結(jié)構(gòu)進行機加工。在基臺12的電化學處理之后執(zhí)行這種銑削或機加工可能意味著這種銑削/機加工的特征的精度不受電化學過程的影響。其他可選過程包括在基臺12中鉆出其他特征，例如孔。
[0081]在步驟150，將基臺支架12從轂12拆下。然后，可以例如手動地對它們進行進一步處理，從而移除連接桿21的任何殘余物。例如可以對基臺12去毛刺。可以將瓷釉或牙冠添加至基臺支架12，從而提供最終的美學外觀。然后將它們準備好運送至消費者以裝配至患者頜骨中的植入物。
[0082]除了上述之外，基臺還可以經(jīng)受粗糙化過程例如噴砂或燒蝕，以增加基臺的至少選定部分的表面粗糙度。例如，在添加瓷釉、牙冠或牙橋之前將基臺12的牙冠區(qū)域9的表面粗糙度粗化可能是有利的，從而提高瓷釉、牙冠或牙橋與基臺的附著性。當基臺根據(jù)本發(fā)明來制造時，情況尤其如此，因為電化學處理會使得牙冠區(qū)域變得光滑?？梢詫⒒_的選定區(qū)域掩蓋，以便降低或避免在這種粗糙化過程中粗化。因而，可以向要被防止受到粗化過程影響的選定區(qū)域施加諸如可從Tolber Chemical Divis1n獲得的MICCROPeel之類的液體橡膠。
[0083]圖9a和9b分別示出了在根據(jù)本發(fā)明的電化學處理之前和之后的基臺12的圖像，由此可以看出，基臺的粗糙度被顯著降低，例如差不多從30 μ m(微米)Ra減小到0.02 μ m (微米)Ra。
[0084]同一電化學處理設備特別是同一陰極可以用來處理一系列物品。因而，可以將上述物品20從電化學處理設備移除，然后將另一個物品裝載到該設備內(nèi)并且使用同一陰極對該物品進行電化學處理。當物品被制造成使得牙齒修復物在所述物品上的位置被控制成相對于該物品位于預定位置(例如，位于圍繞所述公共轂構(gòu)件的預定位置)時情況尤其如此。
【權(quán)利要求】
1.一種制造物品的方法，所述方法包括: 獲取由粉末材料逐層地形成的處于初始狀態(tài)的物品，所述物品包括至少一個產(chǎn)品；以及 對所述至少一個產(chǎn)品的至少選定區(qū)域進行電化學處理，從而使至少所述選定區(qū)域變光滑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法包括在所述電化學處理之后進一步處理所述物品O
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述進一步處理包括對所述物品的至少一部分進行銑削。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述進一步處理包括將所述物品的至少一部分粗糙化。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中用于對所述至少所述區(qū)域進行電化學處理的電化學處理設備的陰極被定位成將所述電化學處理引導在所述選定區(qū)域處。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述陰極在物理上附接至所述物品。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述物品包括結(jié)合在一起的多個單個產(chǎn)品，所述方法包括對所述多個產(chǎn)品同時進行電化學處理，并且所述方法優(yōu)選包括將所述產(chǎn)品彼此分離或拆卸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述多個產(chǎn)品被附接至公共構(gòu)件，并且所述方法優(yōu)選包括從所述公共構(gòu)件分離或拆卸所述多個產(chǎn)品。
9.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，當從屬于權(quán)利要求5時，其中所述陰極圍繞所述多個產(chǎn)品。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述物品通過激光固化過程形成。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述物品通過激光燒結(jié)過程或激光熔化過程形成。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，該方法包括用粉末材料逐層地形成所述物品。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，該方法包括隨后獲取另一個物品，所述另一個物品包括由粉末材料逐層地形成的處于初始狀態(tài)的至少一個產(chǎn)品，并且該方法包括對所述至少一個產(chǎn)品的至少選定區(qū)域進行電化學處理從而使至少所述選定區(qū)域變光滑。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述至少一個產(chǎn)品為至少一個牙齒修復物或包括至少一個牙齒修復物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述選定區(qū)域包括所述牙齒修復物的穿齦區(qū)域。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電化學過程中使用的電解液的溫度為至少5°C，例如至少10°C，例如至少15°C。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電化學過程中使用的電解液的溫度不超過80°C，例如不超過60°C，例如不超過50°C。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電化學過程中使用的所述陰極的表面面積與所述物品/陽極的表面面積的比不大于10:1，例如不大于5:1，例如不大于
2:1。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電化學過程中使用的電流密度小于2000ΑπΓ2，并且優(yōu)選小于1500ΑπΓ2，例如在100AnT2左右。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電化學過程中使用的驅(qū)動電壓小于300伏，例如200以下，例如100伏以下，例如50伏以下，例如10伏以下，并且/或者在5伏到35伏的范圍內(nèi)，例如在8伏和15伏之間的范圍內(nèi)。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電化學過程中使用的電解液間隙大于0.5mm,例如大于Imm,例如大于2.5mm,例如大于5mm。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述電化學處理通過在所述物品的表面和電解液之間發(fā)生的化學反應將材料從所述物品的表面去除。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述電化學處理使得至少所述區(qū)域的表面氧化并溶解在所述電解液中。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述電化學過程中使用的電解液在所述電化學過程中保持為液體狀態(tài)。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，該方法包括基本僅對所述選定區(qū)域進行電化學處理。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，該方法包括使用穩(wěn)流電源用于所述電化學處理。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，所述方法包括在所述電化學過程中使用根據(jù)權(quán)利要求28至37所述的電化學處理設備。
28.一種電化學處理設備，該電化學處理設備用于對物品的至少選定區(qū)域進行電化學處理，從而使至少所述選定區(qū)域變光滑，該電化學處理設備包括: 由所述物品提供的陽極；和 陰極，該陰極與所述物品鄰近地定位并且定位成將所述電化學處理聚集在所述選定區(qū)域處。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電化學處理設備，其中在所述電化學處理過程中所述陰極在物理上固定至所述物品。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的電化學處理設備，其中所述物品包括附接至公共構(gòu)件的多個單個產(chǎn)品。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電化學處理設備，其中所述陰極通過電絕緣隔離構(gòu)件在物理上固定至所述公共構(gòu)件。
32.根據(jù)權(quán)利要求28至31中任一項所述的電化學處理設備，其中所述陰極布置在所述物品的接近所述選定區(qū)域的一側(cè)。
33.根據(jù)權(quán)利要求28至32中任一項所述的電化學設備，其中所述陰極設置有在形狀上與所述物品的所述選定區(qū)域大體對應的區(qū)域。
34.根據(jù)權(quán)利要求28至33中任一項所述的電化學處理設備，其中所述陰極至少部分地圍繞所述物品延伸，例如在所述物品的所述選定區(qū)域處延伸。
35.根據(jù)權(quán)利要求28至34中任一項所述的電化學處理設備，其中所述陰極包括溝槽，所述物品的至少一部分被至少部分地定位在該溝槽中，例如所述物品的所述選定區(qū)域被至少部分地定位在該溝槽中。
36.根據(jù)權(quán)利要求28至35中任一項所述的電化學處理設備，其中所述陰極包括至少一個通道，通過所述至少一個通道，電解液能夠穿過所述陰極。
37.根據(jù)權(quán)利要求28至36中任一項所述的電化學處理設備，該設備還包括穩(wěn)流電源。
38.一種選擇性激光燒結(jié)或選擇性激光熔化產(chǎn)品，該選擇性激光燒結(jié)或選擇性激光熔化產(chǎn)品包括至少被首先電化學處理的區(qū)域。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的產(chǎn)品，該產(chǎn)品為牙齒修復物。
40.一種通過權(quán)利要求1至27中任一項所述的方法制造的產(chǎn)品或物品。
【文檔編號】C25F3/00GK104427955SQ201380036083
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月10日
【發(fā)明者】戴維·畢比 申請人:瑞尼斯豪公司