(57)【要約】  本発明は、とりわけ、造形セラミック体（２２）の製作方法であって、次のステップ、即ち、構造化表面領域（１２）を備えたグリーン体（１０）を製作又は用意するステップと、少なくとも構造化表面領域（１２）を照射してグリーン体（１０）が構造化表面領域を含む体積ゾーン（１６）について強化されるが、構造化表面から離れて位置する体積ゾーンについては強化されず又は僅かな程度までしか強化されないようにするステップと、構造化表面領域を含む強化された体積ゾーン（１６）を強化されなかった又は僅かな程度までしか強化されなかったグリーン体（１０）の部分から分離するステップとを有し、適宜、このようにして得られた強化体積ゾーン（１６）を擦り磨きするステップを有することを特徴とする方法に関する。
2009516632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック造形物（２２）の製作方法であって、次のステップ、即ち、
構造化表面領域（１２）を備えたグリーン体（１０）を製作又は用意するステップと、
少なくとも前記構造化表面領域（１２）を照射して前記グリーン体（１０）が前記構造化表面領域（１２）を含む体積ゾーン（１６）について圧密されるが、前記構造化表面から離れて位置する体積ゾーンについては圧密されず又は僅かな程度までしか圧密されないようにするステップと、
前記構造化表面領域を含む前記圧密された体積ゾーン（１６）を圧密されなかった又は僅かな程度までしか圧密されなかった前記グリーン体（１０）の部分から分離するステップとを有し、そして適宜、
このようにして得られた前記圧密された体積ゾーン（１６）を擦り磨きするステップを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
１組の所定の３次元幾何学的形状データ、特に、前記構造化表面領域（１２）の１組の所定の３次元幾何学的形状データが、
ａ）前記グリーン体の製作のため、及び
ｂ）前記照射の制御のために用いられる、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記擦り磨きによって露出された前記造形物（２２）の表面領域を照射して前記造形物（２２）が一段と圧密されるようにする追加のステップを有する、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記グリーン体（１０）の前記照射は、
（ｉ）製作されるべき前記造形物（２２）の体積を含む体積ゾーン（１６）が前記圧密が行われるまで前記圧密に必要な温度状態に全体的に保たれるように、又は
（ｉｉ）製作されるべき前記造形物（２２）の体積を含む体積ゾーン（１６）内に位置するが、製作されるべき前記造形物（２２）よりも各々小さい体積要素が、前記圧密が各々行われるまで前記圧密に必要な温度状態に連続的に保たれるように実施される、
請求項１ないし３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
別法（ｉ）として、前記照射は、均一ビームを用いた同時照射によって実施される、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
別法（ｉｉ）として、前記照射は、場所の関数として制御されて前記構造化表面領域（１２）を含む前記圧密された体積ゾーン（１６）が漸変厚さを有するようにする、
請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記照射は、レーザ照射である、
請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記構造化表面領域を含む前記圧密された体積ゾーン（１６）を圧密されなかった又は僅かな程度までしか圧密されなかった前記グリーン体（１０）の部分から分離する前記ステップは、次の手段、即ち、機械的切離し、溶剤及び（又は）分散剤による前記グリーン体（１０）の処理、超音波浴内での前記グリーン体（１０）の処理のうち１つ又は２つ以上によって実施される、
請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記グリーン体は、
（ａ）セラミック粉末又は２つ若しくは３つ以上の互いに異なるセラミック粉末、オプションとして、
（ｂ）金属粉末及び（又は）ガラス粉末、及び（又は）
（ｃ）バインダを有し又はこれらから成る、
請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記グリーン体（１０）の前記製作又は用意に先立って、次のステップ、即ち、
製作されるべき前記造形物（２２）の平らであるが滑らかではない構造を形成するステップを有し、
製作されるべき前記造形物（２２）の形成された平らであるが滑らかではない構造は、次に製作され又は用意される前記グリーン体（１０）によって前記構造化表面領域（１２）について高い寸法精度で再現される、
請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
製作されるべき前記セラミック造形物（２２）は、歯科製品、特に歯冠、架工義歯、インレイ、又はオンレイである、
請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
構造化表面領域（１２）を備えた前記グリーン体（１０）の製作は、
（ａ）プレス、特に乾式プレス、湿式プレス、静水圧プレス、
（ｂ）スリップの注型、
（ｃ）グリーン体ブロックのフライス加工、
（ｄ）スリップからの堆積、又は
（ｅ）グリーン体の３Ｄ印刷によって実施される、
請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法によって製作可能な造形物。
【請求項１４】
前記造形物（２２）は、歯科製品、特に、歯冠、架工義歯、インレイ、又はオンレイである、
請求項１３に記載の造形物。
【請求項１５】
構造化表面領域（１２）を備えたグリーン体（１０）からセラミック造形物（２２）を製作する装置であって、前記構造化表面領域（１２）を照射して前記グリーン体（１０）が前記構造化表面領域（１２）を含む体積ゾーン（１６）について圧密されるが、前記構造化表面から離れて位置する体積ゾーンについては圧密されず又は僅かな程度までしか圧密されないようにする照射ユニットを有する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
セラミック造形物（２２）を製作するシステムであって、
構造化表面領域（１２）を備えたグリーン体（１０）を製作するための、特に、１組の所定の３次元幾何学的形状データ、好ましくは、前記構造化表面領域（１２）の１組の所定の３次元幾何学的形状データに基づいて前記グリーン体をコンピュータ支援によって製作する製作ユニットと、
前記構造化表面領域（１２）を照射し、特に、前記構造化表面領域（１２）を前記１組の所定の３次元幾何学的形状データに基づいてコンピュータ支援により照射して前記グリーン体（１０）が前記構造化表面領域（１２）を含む体積ゾーン（１６）について圧密されるが、前記構造化表面から離れて位置する体積ゾーンについては圧密されず又は僅かな程度までしか圧密されないようにする照射ユニットと、
前記構造化表面領域を含む前記圧密された体積ゾーン（１６）を圧密されなかった又は僅かな程度までしか圧密されなかった前記グリーン体（１０）の部分から分離し、適宜、このようにして得られた前記圧密された体積ゾーン（１６）を擦り磨きする処理ユニットとを有する、
ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック造形物の製作方法に関する。本発明は、更に、この方法により製作された造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック造形物は、全体又は少なくとも一部がセラミック材料の考慮すべき比率に合わせて作られる。かかるセラミック造形物は、所謂グリーン体から始まって熱処理により製作できる。グリーン体の個々の粒子相互間の付着性はほんの僅かである。高強度のセラミック本体は、高温処理によってのみ、即ち、グリーン体のコンポーネントを焼結することによってのみ得られる。
【０００３】
セラミック製品は、焼結のための規定された時間及び適当な雰囲気を必要とする。これら条件に従わなかった場合、結果として、内部応力が大きくなり、加工物に欠陥が生じたり、或いは、特性が不適当になる。典型的な焼結温度は、例えば、酸化アルミニウムについては１，６００℃〜１，８００℃であり、ステアタイトについては約１，３００℃であり、アルミナ、ポーセレンについては約１，２５０℃であり、窒化珪素については約１，７００℃である。
【０００４】
焼結中の高温により、粒子の比自由表面積が減少し（拡散法、メルトの生成、相変化）、従って、構造の締め固め又は圧密化が生じ、それに伴って体積が減少する。
【０００５】
この体積減少は、「縮み」と呼ばれ、これは、グリーン体から焼成済み造形物へのコンポーネントのサイズの百分率減少を意味している。縮みは、材料が異なると大幅なばらつきを生じる場合がある。したがって、一般に、成形品のための未焼成グリーン体は、所要の完成品よりも大きなサイズに合わせて造形されなければならない。というのは、コンポーネントの体積の減少は、セラミックス技術の特異性として方法シーケンスにおいてほぼ全ての材料で生じるからである。したがって、セラミック造形物の既存の製作方法に関する基本的な問題は、特に圧縮粉造形物について製作を困難にし、無駄を増やす縮みにある。
【０００６】
刊行物であるジェイ・ギュンスター（J. Gunster）、エス・エングラー（S. Engler）、ジェイ・ジー・ハインリッヒ（J. G. Heinrich）、エフ・シュヴァルツフェガー（F. Schwertfeger）共著，「ア・ノーベル・ルート・フォー・ザ・プロダクション・オブ・ウルトラ・ピュア・エスアイオーツー・クルーシブルズ（A novel route for the production of ultra pure SiO2 crucibles）」，グラス・サイエンス・アンド・テクノロジー（Glass Sci. Technol.），７８，２００５年，ｐ．１８〜２２において、表面をＣＯ2レーザで照射することにより坩堝（るつぼ）を坩堝の形をしたＳｉＯ2グリーン体から製作することができる方法が記載されている。この方法により製作されたるつぼは、その内側に、レーザ処理により溶け、次に再び凝固した石英層を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、信頼性を持って取り扱うことが可能であって耐性のある平らであるが滑らかではない構造を有するセラミック造形物の簡単且つ高精度の製作方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１記載の方法によって達成される。本発明は、製作が次のステップ、即ち、
構造化表面領域を備えたグリーン体を製作又は用意するステップ、
少なくとも構造化表面領域を照射してグリーン体が構造化表面領域を含む体積ゾーンについて圧密されるが、構造化表面から離れて位置する体積ゾーンについては圧密されず又は僅かな程度までしか圧密されないようにするステップ、
構造化表面領域を含む圧密された体積ゾーンを圧密されなかった又は僅かな程度までしか圧密されなかったグリーン体の部分から分離するステップとを有し、そして適宜、
このようにして得られた圧密された体積ゾーンを擦り磨きするステップ
を有している場合にはセラミック造形物を簡単な仕方で且つ高い精度で製作できるという知見に基づいている。
【０００９】
したがって、本発明の方法によれば、グリーン体は、圧縮粉造形物を与えるのに完全には圧密されず、このグリーン体は、その外側輪郭により、表面がエネルギーの導入によって最低あらかじめ決定可能な深さ（本明細書において、圧密後では「圧密体積ゾーン」と呼ぶ）まで圧密された領域（本明細書では、「構造化表面領域」と呼ぶ）を構成する。十分に高いエネルギー密度による照射によってグリーン体中に温度勾配が生じる。圧密されず又は十分には圧密されないグリーン体の領域は、照射後、圧密構造から容易に切り離せる。製作された造形物の照射済み外面の輪郭は、本質的に、グリーン体の外面の輪郭に一致する。したがって、かかる輪郭は、主として、グリーン体の形状又は造形によって決定される。製作された造形品のうちで照射されなかった反対側の外面の輪郭は、圧密体積ゾーンの境界部に直接起因しており、選択された照射パラメータ（この関係では、以下も又参照されたい）に起因する。
【００１０】
本発明の結果として、グリーン体の構造化表面領域の締め固めは、従来の意味における縮みを生じさせることはない。グリーン体は、外部だけが加熱され、それにより、最後には締め固めをもたらす拡散及び溶解方法は、表面の近くに位置する比較的薄いゾーンについてのみ実施が促進されるので、照射済みグリーン体は、その輪郭が安定したままである。
【００１１】
それにもかかわらず、締め固めと常時関連した縮みは、造形物の表面に垂直に伝わるグリーン体の収縮によって起こって外側の締め固め又は圧密体積ゾーンがグリーン体の安定した輪郭の非締め固めコア上で縮むようになる。したがって、例えば、セラミックグリーン体の従来型焼結によって再三生じ、予測が困難な幾何学的形状の変形を考慮に入れる必要はない。これにより、平らであるが滑らかではない構造を備えたセラミック造形物について達成されるべき最終の輪郭に対しきっちりとした非焼結グリーン体の設計を達成することが可能である。
【００１２】
「グリーン体」（又は、更に、圧縮粉、ブランク又は圧粉体）は、粉状材料（当初ばらばらの又は圧密前の粉状材料）から作られた成形品を意味するものと理解されたい。粉状材料の個々の粒子は、グリーン体の製作中に圧密されて次の取り扱いに十分な強度を備えた凝集形態になる。一般に、適当な造形方法は、経済的観点から選択され、かかる造形法としては、公知の方法、例えばグリーン体の乾式プレス、湿式プレス、静水圧プレス、押出、射出成形、スリップ注型、フィルム注型、スリップからの堆積、フライス加工及び３Ｄ印刷が挙げられる。
【００１３】
「擦り磨き」は、本件の場合、前もって得られた圧密体積ゾーンからの突出材料の分離又は切離しを意味している。例えば、均一照射の場合、圧密体積ゾーンは、造形品上に作成されるべき平らであるが滑らかではない構造よりも大きい場合がある。次に、突出材料を例えばレーザ切断により切り離す。
【００１４】
体積ゾーンの圧密の際、即ち、特に焼結の際の各種方法は、非常に複雑であり、純度、結晶粒度、充填密度及び焼成雰囲気に応じて互いに異なる進捗状況を呈する。固形物反応による高純度シンターの酸化物セラミックス製品は、長石、例えば高い比率の溶融相を有するポーセレンを含む組成物よりも非常に高い焼結温度を必要とする。処理されるべきグリーン体が金属又はガラスから成る場合、これらは、温度がこれらの融点に達した場合熱処理中に溶融する。代替的に又は追加的に、金属は、雰囲気（例えば、酸素）高温状態にあるグリーン体の別の成分と反応し、このようにしてセラミック材料に変換される。冷却及び必要に応じて溶融成分の再凝固後、所望のセラミックが存在する。したがって、本件において、「圧密」又は「焼結」と言う場合には、これらの用語は、個々の場合に特に断らないかぎり、上述すると共に照射中及び次の再冷却中、即ち、特に、金属コンポーネントの溶融及び再凝固並びに（或いは）酸化中に起こる材料に関する全ての方法を含む。
【００１５】
焼結のためのエネルギーは、例えばレーザによって材料に導入される。用いられるレーザビームについて高い吸収係数を有する材料の場合、レーザエネルギーは、グリーン体の処理表面から始まって、レーザ波長に匹敵する深さ範囲で完全に吸収される。例えば、ＣＯ2レーザビーム（波長１０．６μｍ）に関するグリーン体のＳｉＯ2表面の吸収深さは、約１０μｍである。したがって、原理的には、レーザの適切な選択により、表面の近くに位置する薄い領域だけが、レーザビームの吸収により直接加熱される。表面から始まって、熱は、熱伝導によりグリーン体中に広がる。この場合に生じる温度勾配は、本質的に、ばらばらの、締め固め前の又は既に締め固めされた材料の熱的性質、照射強度又は輻射照度、照射角度及び処理の持続時間で決まる。こういう訳で、照射出力に加えて、ビームの直径は、到達最大表面温度を決定する。ビーム直径から、有効に照射される領域は、照射角度によって与えられる。
【００１６】
アンダーカットが設けられていない単純な構造の造形物は、好ましくは、上述の方法によって作られることになる。
【００１７】
本発明の方法の有利な実施形態では、１組の所定の３次元幾何学的形状データ、特に、構造化表面領域の１組の所定の３次元幾何学的形状データが、ａ）グリーン体の製作と、ｂ）照射の制御の両方のために用いられる。
【００１８】
一例として上述したグリーン体の製作のための造形方法は、ネガ型（例えばプレス又は注型の場合）がグリーン体の製作に用いられる方法及びグリーン体が材料の追加による造形（例えば、３Ｄ印刷法又は堆積法の場合）又は材料の除去による造形により作られる方法を含む。しかしながら、ネガ型を用いるかどうか、或いはネガ型を用いないでグリーン体をフリーに製作するかどうかとは無関係に、所定の３次元幾何学的形状データに基づいて造形法を実施することができる。ネガ型を用いる場合、これは、好ましくは、所定の３次元幾何学的形状データに基づいてグリーン体の製作のために作られ、このネガ型を用いて作られるグリーン体は、所定の３次元幾何学的形状データを用いて作られたものである。他方、所定の３次元幾何学的形状データは又、材料の追加又は除去によるグリーン体の製作のために直接使用できる。
【００１９】
グリーン体（構造化表面領域を有するグリーン体）の製作のために所定の３次元幾何学的形状データを用いることにより、グリーン体それ自体の製作が単純化されるだけでなく、更に、少なくとも構造化表面領域の次の照射を最適な仕方で制御するために、グリーン体の製作に既に用いられた幾何学的形状データを再び用いることができることが判明した。このように、費用のかかる調節を大部分又はそれどころか完全に無しですますことが可能であり、もしそうでなければ、グリーン体及び焼結作業に対する照射の影響を制御するために、かかる費用のかかる調節が必要な場合がある。所定の幾何学的形状データがグリーン体（又は少なくともその構造化表面領域）の輪郭データを含む場合、照射をこれら幾何学的形状データ、公知のシステムパラメータ、例えば放射線出力及び集束度、及びグリーン体の材料特性、例えば吸収度及び熱伝導度にのみ基づいて照射を制御することができる。
【００２０】
グリーン体の製作方法は、有利には、コンピュータ支援方式で、特にラピッドプロトタイピング法（略して「ＰＲ法」と呼ばれることがあり、「積層造形法」又は「迅速原型製造法」と呼ばれることもある）として実施され、かかるラピッドプロトタイピング法では、所定の３次元幾何学的形状データが、グリーン体又はグリーン体の製作を目的とするネガ型の製作に直接用いられる。
【００２１】
さらに、分離の方法ステップ及び（又は）オプションとして擦り磨きの方法ステップのためにも１組の所定の３次元データを用いることも又、有利である。例えば、所定の３次元幾何学的形状データに基づく分離の場合、少なくとも所望の圧密が存在する上限まで材料の全てを標的方式で除去するのが良い。また、擦り磨きの場合、製作された造形物の実際の輪郭と所望の輪郭との間の同等化も又、所定の３次元幾何学的形状データに基づいて実施でき、そしてそれにより判明した偏差を用いて擦り磨きを実施することができる。
【００２２】
擦り磨きにより露出された造形物の表面領域を照射して造形物が一段と圧密されるようにする追加の方法ステップを有利に提供することができる。例えば、擦り磨き後の構造化表面と反対側の造形物の表面が同様に、グリーン体の構造化表面の照射に相当する仕方で追加のステップにおいて照射される場合、造形物の特に高い均質性を達成することができる。
【００２３】
好ましくは、グリーン体の照射は、
（ｉ）製作されるべき造形物の体積を含む体積ゾーンが圧密が行われるまで圧密に必要な温度状態に全体的に保たれるように、又は
（ｉｉ）製作されるべき造形物の体積を含む体積ゾーン内に位置するが、製作されるべき造形物よりも各々小さい体積要素が、圧密が各々行われるまで圧密に必要な温度状態に連続的に保たれるように実施される。
【００２４】
別法としての方法の好ましい形態（ｉ）では、グリーン体の照射を均一ビーム、例えば焦点外れビーム及び（又は）原ビームによる構造化表面領域の同時照射によって行う。広い面積にわたるグリーン体の照射の場合、表面に対する焼結をグリーン体の非定常温度プロフィールによって達成できる。これに必要な高いエネルギー密度は、例えば、商用レーザシステムによって容易に得られる。この場合に必要なレーザ出力は、従来、１００Ｗ〜数ｋＷである。別法（ｉ）は、処理時間が比較的短いこと及びビームの制御にそれほど関与しなくても良いことによって他とは区別される。
【００２５】
別法としての方法の好ましい形態（ｉ）では、グリーン体の照射は、ビームによるグリーン体の構造化表面領域の個々の部分の連続照射によって行われる。レーザビームが用いられる場合、１００Ｗ以下のレーザ出力が、従来通り必要である。
【００２６】
好ましくは、本方法に関する上述の別法（ｉｉ）では、照射は、均一ビームを用いた同時照射によって実施される。上述した意味での制御のために、好ましくは、ａ）ビームの保持時間又はｂ）ビームの走査速度を照射中変化させる。項目ａ）は、例えば構造化表面領域の特定の部分におけるビームの保持時間の増加は、この部分における造形物の厚さの増大を招くという知識に基づいており、なぜそうなるかというと、導入される熱が、そこでは多量であり、従って、圧密体積ゾーンの深さも又増大するからである。項目ｂ）は、ビームをグリーン体の構造化表面領域全体にわたって案内しなければならないということを考慮に入れている。ビームがこの表面上を擦るように動く速度は、走査速度と呼ばれる。走査速度の増大により、造形物の厚さが小さくなり、これに対し、走査速度の減少は、逆の作用効果を有する。造形物の厚さの連続変化は、走査速度の変化によって達成できる。走査速度は、一般に、第１の方向と第２の方向に対応した２つの成分で構成されている。グリーン体を例えば互いに平行な軌道に沿って照射する場合、走査速度は、例えば、照射領域がＸ方向に軌道を辿る速度及び隣り合う軌道からの距離又はＹ方向における隣り合う軌道相互間の変位によって与えられる。Ｘ方向における比較的高い速度では、Ｙ方向における軌道相互間の距離が短い場合、多量の熱の導入及びそれ故に圧密体積ゾーンの結果としての深い深さを達成することができる。熱の伝搬フロントは、更に、材料特性及び照射されるべきグリーン本体表面の部分におけるグリーン本体の輪郭で決まる。
【００２７】
本発明の方法は、照射がレーザ照射である場合に特に有利に実現できる。レーザは、幅広く用いられており、容易に採用することができる。十分なエネルギー密度が、最新式のレーザにより容易に得られる。焼結のためのエネルギーを十分な程度までグリーン体に伝えることができる他の照射形態も又、適している。ここでは、例えば、一般に電磁放射線が挙げられ、とりわけ、インコヒーレント光だけでなく、粒子のビーム、例えば電子ビームが挙げられる。
【００２８】
さらに、構造化表面領域を含む圧密された体積ゾーンを圧密されなかった又は僅かな程度までしか圧密されなかったグリーン体の部分から分離するステップは、次の手段、即ち、機械的切離し、溶剤及び（又は）分散剤によるグリーン体の処理、超音波浴内でのグリーン体の処理のうち１つ又は２つ以上によって実施されることが好ましい。
【００２９】
さらに、グリーン体は、
（ａ）セラミック粉末又は２つ若しくは３つ以上の互いに異なるセラミック粉末、オプションとして、
（ｂ）金属粉末及び（又は）ガラス粉末、及び（又は）
（ｃ）バインダを有し又はこれらから成ることが好ましい。
【００３０】
セラミック粉末、即ち粉状セラミック材料は、無機且つ非金属製である。一般に、かかる粉状セラミック材料は、室温で生の配合物から造形され、高温での焼結作業に起因して製作されるべき造形物にこれらの典型的な材料特性を示す。セラミック材料としては、シリケート、酸化物又は非酸化物セラミクッスが挙げられる。
【００３１】
ファインセラミック製品の主要な比率をなすものは、性質上シリケート類である。粘土及びカオリン、シリケートキャリヤとしての長石及びソープストーン（石けん石）は、これら多相材料の特性を決定する主要な成分である。さらに、例えばアルミナやジルコニウムのような成分も又、特定の材料特性、例えば高強度を達成するために用いられる。焼結中、必要不可欠な成分が二酸化珪素である高い比率のガラス相が、結晶相に加えて形成される。シリケートセラミックの材料としては、ポーセレン、ステアタイト、コージライト及びムライトが挙げられる。
【００３２】
酸化物セラミックスは、本質的に単一相及び一成分金属酸化物（＞９０重量％）を含む全てのセラミック材料を意味するものとして理解されたい。かかるセラミック材料は、ガラス相が少なく又はかかるセラミック材料にはガラス相が存在しない。原料は、合成により作られ、高い純度を備える。非常に高い焼結温度で、一様な顕微鏡組織が形成され、かかる一様な顕微鏡組織は、特性を向上させる役割を果たす。酸化物セラミックスの幾つかの代表例は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、チタン化アルミニウム及び二酸化チタンである。酸化物セラミックスは、エレクトロニクスにおいて、又、多くは構造セラミックスとして、即ち、非電気的用途に用いられている。酸化物セラミックスは、これに適した典型的な特性、例えば、破壊靱性、耐摩耗性、耐熱性及び耐腐食性をもたらす。
【００３３】
非酸化物セラミックスは、ホウ素、炭素、窒素及び珪素の配合物を主成分とするセラミック材料から成る。一般に、非酸化物セラミックスは、高い比率の共有結合を有している。これら非酸化物セラミックスは、高い使用温度を可能にし、高い弾性率を保証し、更に、耐腐食性及び耐摩耗性と共に高い強度及び高い硬度を与える。最も重要な非酸化物セラミックスは、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化ホウ素及び窒化ホウ素である。
【００３４】
金属成分が、グリーン体に対する造形法において金属粉末として添加され又は金属で被覆されたセラミック粒子の形態で存在する。
【００３５】
セラミック粉末は、好ましくは、酸化珪素、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムから成る群から選択された１種類又は２種類以上の無機化合物を含み又はこれらから成る。グリーン体は、好ましくは、補強作用を有し、又、構造化表面領域の照射の際にグリーン体の別の成分とは反応せず又は部分的にしか反応しない無機化合物を更に含む。補強用無機化合物として好ましくは酸化ジルコニウムが添加される。グリーン体は、好ましくは、特にアルミニウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム又は珪素から成る群から選択された１種類又は２種類以上の金属製又は半金属製要素を更に含む。数種類の金属要素が用いられる場合、これらは、好ましくは、合金又は金属間相の形態をしている。用いられるセラミック粉末の粒子は、好ましくは、金属のシェルで更に被覆される。金属は、セラミックスよりも著しく低い温度で溶解可能である。金属は、バインダ相として役立つ。それと同時に、金属の酸化中の体積の増大は、コンポーネントの幾何学的精度を一段と高めることができる。
【００３６】
本発明の方法は、好ましくは、グリーン体の製作又は用意に先立って、次に記載するステップを備える。
【００３７】
製作されるべき造形物の平らであるが滑らかではない構造を形成し、この場合、製作されるべき造形物の形成された平らであるが滑らかではない構造は、次に製作され又は用意されるグリーン体によって構造化表面領域について高い寸法精度で再現される。この場合、高い寸法精度を備えた状態での再現は、グリーン体の構造化表面領域の幾何学的形状があらかじめ定められている場合、焼結方法によって引き起こされる縮み（僅かな縮み）を考慮に入れることを意味しているものと理解されたい。構造（表面構造）の構成は、好ましくは、構造化表面領域の３次元幾何学的形状データをあらかじめ決定することを含む。
【００３８】
好ましくは、構造化表面領域を備えたグリーン体は、
（ａ）プレス、特に乾式プレス、湿式プレス、静水圧プレス、
（ｂ）スリップの注型、
（ｃ）グリーン体ブロックのフライス加工、
（ｄ）スリップからの堆積、又は
（ｅ）グリーン体の３Ｄ印刷（例えば、ゼット・コーポレイション（Z Corporation ）製のプリンタ）によって製作される。
【００３９】
特に本発明の方法の別のステップに適したグリーン体を上述の造形方法により製作することができる。オプションとして特に方法ステップａ）及びｂ）によるグリーン体の製作に用いられる型は、好ましくは、１組の所定の３次元幾何学的形状データに基づいてコンピュータ支援方式で製作される。
【００４０】
特に方法ステップｃ）、ｄ）及びｅ）によるグリーン体の直接的製作は、有利には、１組の所定の３次元幾何学的形状データに基づいてコンピュータ支援方式で実施される。
【００４１】
プレスの場合（上述の（ａ）を参照されたい）、グリーン体の製作に用いられる材料をネガ型で締め固めしてグリーン体にする。この場合、グリーン体のプレスと関連して、コンピュータ支援方式及び１組の所定の３次元幾何学的形状データに基づく製作を参照する場合、これは、特に、プレスに用いられるネガ型の製作をも意味している。同じことは、グリーン体の製作のためのスリップの注型（上述の（ｂ）を参照されたい）にも当てはまる。
【００４２】
グリーン体ブロックからのグリーン体のフライス加工の場合（上述の（ｃ）を参照されたい）、材料を所望の形状になるまで除去する。材料のコンピュータ支援による除去のための方法及び装置は、長年にわたり知られている。
【００４３】
例えばグリーン体をスリップからの電気泳動による堆積（電気泳動法）により製作する方法が知られている（上述の（ｄ）を参照されたい）。材料の追加によるグリーン体のこの造形も又、グリーン体の製作に用いられる個々の電極に関する電気泳動電圧及び（又は）従って電流を制御することによって３次元幾何学的形状データに基づいて制御できる。
【００４４】
３Ｄ印刷（上述の（ｅ）を参照されたい）、即ち、ラピッドプロトタイピング法に含められるべき方法により、例えば層の形態の被着によるグリーン体の製作が可能であり、かかる製作は、堆積のように内側から外側への被着には限定されない。３Ｄ印刷又は類似の方法を実施する装置は、グリーン体の製作のために市販されている。
【００４５】
本発明の別の観点は、上述の本発明の方法により製作できる造形物に関する。本発明の造形物は、本発明の製作方法により、造形物がこれらの構造化表面から始まってこれらの下面に向かって密度が減少している点で従来型の造形物とは異なっている。換言すると、表面の近くに位置する構造化表面領域の部分の温度が高いので、照射時におけるこれら部分の材料の締め固め度が大きくなり、従って、かかる材料の圧密度が高くなる。したがって、造形物の密度は、上面から遠ざかる方向に向いた下面よりも上面（照射された側）の方が高い。
【００４６】
表面の近くに位置するグリーン体の表面における放射線の吸収に起因して、その表面は、特に高い程度まで加熱され、従って、熱的活性化焼結方法によって最も高い度合いの締め固め状態になる。したがって、グリーン体の深いところに位置する層は、締め固め度が小さく、その結果、密度勾配が、処理の持続時間に応じて、グリーン体に生じて表面の近くに位置する領域の締め固め度が高くなり、表面から離れて位置する領域は、殆ど又は全く締め固めされない。密度は、材料の強度に正比例する。
【００４７】
セラミックグリーン体の焼結の進捗状況は、本質的には、拡散により、そして必要ならば、溶融方法によって決定されるので、粉状材料の温度と締め固め度との間には級数的な関係が存在する。この挙動は、表面の近くに位置するグリーン体の領域における高い締め固め度の薄い中実層の生成に好適である。表面の近くに位置する締め固められた領域は、本明細書においては、圧密（圧密された）体積ゾーンとも呼ばれている。
【００４８】
本発明のセラミック造形物は、一般に、数ダースマイクロメートルから数ミリメートルの厚さ、好ましくは、約０．２ｍｍ〜２ｍｍの厚さを有する。造形物の厚さは、レーザ処理中のグリーン体の表面に生じる温度プロフィール、材料特性及び照射の持続時間で決まる。造形物は、規定された平らであるが滑らかではない構造を有する。表面の構造は、平らな構造を想像上通って位置する幾何学的に平均化された平面から突出し又はこの中に入り込む隆起部及び凹みを有する。換言すると、平らであるが滑らかではない構造は、３次元異形領域の形状を取っている。
【００４９】
本発明の造形物（本発明の方法の結果として）は、好ましくは、歯科用製品、特に、歯冠（クラウン）、架工義歯（ブリッジ）、インレイ又はオンレイである。本製作方法により、歯科用製品は、平らであるが滑らかではない構造の表面から始まってこの構造の下面に向かって減少した密度を有する。利用にあたり、歯科用製品は、これらの上側に施され、治療されるべき歯と歯科用製品との間に連結部を形成する適当な充填剤が施された状態で従来通り嵌め合わせて配置される。平らであるが滑らかではない構造を備えた造形物の歯科製品は、圧縮粉造形物と比較して、治療されるべき歯への歯科用製品の嵌合が単純化されるという利点を有する。さらに、３次元歯表面を本発明の方法により高精度で作ることができる。というのは、照射中のグリーン体の縮みが少なく、しかも容易に予測可能だからである。したがって、形状を是正するために熱処理により行われる造形物の作り直しは、不要であり又は単純化される。
【００５０】
本発明の別の観点は、構造化表面領域を備えたグリーン体からセラミック造形物を製作する装置であって、構造化表面領域を照射してグリーン体が構造化表面領域を含む体積ゾーンについて圧密されるが、構造化表面から離れて位置する体積ゾーンについては圧密されず又は僅かな程度までしか圧密されないようにする照射ユニットを有することを特徴とする装置の提供にある。
【００５１】
本発明は、更に、セラミック造形物を製作するシステムであって、
構造化表面領域を備えたグリーン体を製作するための、特に、１組の所定の３次元幾何学的形状データ、好ましくは、構造化表面領域の１組の所定の３次元幾何学的形状データに基づいてグリーン体をコンピュータ支援によって製作する製作ユニットと、
構造化表面領域を照射し、特に、構造化表面領域を１組の所定の３次元幾何学的形状データに基づいてコンピュータ支援により照射してグリーン体が構造化表面領域を含む体積ゾーンについて圧密されるが、構造化表面から離れて位置する体積ゾーンについては圧密されず又は僅かな程度までしか圧密されないようにする照射ユニットと、
構造化表面領域を含む圧密された体積ゾーンを圧密されなかった又は僅かな程度までしか圧密されなかったグリーン体の部分から分離し、適宜、このようにして得られた圧密された体積ゾーンを擦り磨きする処理ユニットとを有することを特徴とするシステムを提供する。
【００５２】
本発明のシステムは、本発明の装置と同様、本発明の方法を実施するのに適しており又は本発明の方法の実施にあたって用いられるのに適している。本発明のシステム及び本発明の装置の好ましい実施形態は、本発明の方法の好ましい実施形態に対応しており、この場合、好ましい方法ステップを実施する所要の手段が存在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、例示の実施形態及び添付の図面の助けを借りて本発明を詳細に説明する。
【００５４】
緒言：
以下の例示の実施形態では、照射は、レーザを用いて行われる。他の照射技術、例えば電子による照射も又代替例として又は追加例として使用できる。
【００５５】
例示の実施形態においては、（ａ）所定の３次元幾何学的形状データに基づくグリーン体（又はそのネガ型）のコンピュータ支援製作及び（ｂ）上記（ａ）からのデータを用いた焼結のための照射の制御を参照されたい。しかしながら、変形例として、グリーン体の製作及び照射の制御は、当然のことながら、従来方式で実施できる。
【００５６】
例示の実施形態１
グリーン体は、セラミック造形法で、特に、乾式プレス、湿式プレス、静水圧プレス又はスリップ注型によりネガ型を用いて製作される。グリーン体は、その表面の領域に、レーザ照射によって締め固められ又は焼結され、最終的に製作されるべき造形物に平らであるが滑らかではない構造を形成する組織又は構造を有する。グリーン体は、例えば、ＳｉＯ2粉末で作られるのが良い。
【００５７】
グリーン体の製作に用いられるネガ型は、所定の３次元幾何学的形状データに基づいて前もって自動的に製作される。成形品のためのコンピュータ支援製作方法は、広く用いられていて一般に知られており、従って、ネガ型それ自体の製作方法の細部を説明する必要はないであろう。当業者であれば、特に例えば独国特許第１９７２４８７５号明細書に記載されたネガ型の製作に関する技術的事項について別の情報を見出すことができる。
【００５８】
図１は、グリーン体１０をその構造化表面１２の領域を通る断面を非常に概略的な形態で示している。表面領域１２は、次に行われるレーザ照射中のグリーン体１０の縮みを考慮に入れて、その形状及びその寸法が、製作されるべき造形物の平らであるが滑らかではない構造に合わされている（即ち、表面領域１２は、造形物に形成されるべき構造と寸法的に正確に一致している）。
【００５９】
レーザにより均一なレーザビーム１４を生じさせ、この均一なレーザビームは、幾何学的平均化によって想像的に得られた表面領域１２の平面にほぼ垂直に入射する。レーザビーム１４は、ほぼその波長の深さまで表面領域１２中に侵入し、そこに存在する材料によって吸収される。ＣＯ2レーザが用いられる場合、レーザビーム１４の侵入深さは、約１０μｍである。この上側吸収領域から始まって、吸収により放出される熱は、グリーン体１０のより深いゾーン中に広がる。材料特性、レーザビーム１４のエネルギー密度及び処理の持続時間で決まる深さまで、温度は、材料を焼結するのに十分である。換言すると、グリーン体１０は、構造化表面領域１２を含む体積ゾーン１６の領域が圧密される。この体積ゾーン１６は、図１に線図の形態で示されている。体積ゾーン１６の実際の深さ及びそれ故にセラミック造形物の後で得られる平らな構造の厚さは、例えばレーザビーム１４の入射角又は構造化表面１２の幾何学的形状のようなパラメータの関数として体積ゾーン１６の表面全体にわたってばらつきのある場合がある。理解できるように、例えば、体積ゾーン１６は、隆起した構造１８の付近のその深さの広がりが、表面領域１２の平坦な領域とは僅かにずれている。隆起構造１８の先端は、その幾何学的形状及び位置に鑑みて一層圧密され、体積ゾーン１６は、そのところが幾分厚くなる。他方、体積ゾーン１６は、隆起構造１８の下降するフランク又は側面と比較すると幾分薄い。
【００６０】
焼結作業のため、レーザビームによる照射は、グリーン体の製作に既に用いられた３次元幾何学的形状データに基づいて制御される。この関係で、レーザの方法パラメータ、例えば入射角及び強度は、好ましくは、幾何学的形状データに基づいて制御される。
【００６１】
レーザビームの入射位置及び入射角の制御に関し、重要なことは、グリーン体及びレーザの完全な位置決めではなく、これらの互いに対する相対的な位置である。したがって、レーザ又はレーザ源を動かす代わりに、グリーン体を動かしても良いことは明らかである。同様に、レーザとグリーン体の両方を動かすことが可能である。
【００６２】
体積ゾーン１６は、導入されるエネルギーにより圧密されるグリーン体１０の体積領域であり、僅かな程度にしか圧密されず、次の方法ステップで分離される領域は、体積ゾーン１６には含まれない。造形物に形成されるべき平らであるが滑らかではない構造を越えて突き出る体積ゾーン１６の領域を後の処理ステップで除去するのが良い。体積ゾーン１６のこれら追加の領域は、例えば、所望の造形物を与えるための次の種々の処理ステップを単純化するのに役立ち、かかる追加の領域を用途に応じて個々に決定することができる。これら追加の領域は、例えばレーザ切断により後で切り離されるのが良い。
【００６３】
レーザビームのエネルギー密度は、グリーン体１０の表面が非定常温度プロフィールにおいてできるだけ迅速に最高温度まで加熱されるよう選択される。最高温度は、フレームワーク条件、例えば、セラミック材料の熱分解、最小値を下回る粘度の低下等によって規定される。最高温度に達すると、これは、レーザ出力を制御することによって特定の期間（保持時間）の間維持される。連続的に深いところに位置するゾーンは、表面領域１２からグリーン体１０の内部にほぼ垂直に伝搬する熱フロントによって焼結される。保持時間は、体積ゾーン１６の厚さと相関している。
【００６４】
所定の保持時間の経過後、レーザ処理を停止し、構造をグリーン体１０のばらばらの、締め固められていない又は僅かに締め固められているに過ぎない材料から離す。これは、溶剤の助けを借りて又は借りないで機械的に又は溶剤入りの超音波浴内で実施できる。
【００６５】
例示の実施形態２
本方法は、この場合も又、グリーン体１０から始まり、グリーン体１０は、性状及び寸法が例示の実施形態１のグリーン体１０と同じである。この点に関し、先の説明を参照されたい。図１〜図３では、同一の参照符号は、同一又は類似の特徴を示すために用いられている。
【００６６】
しかしながら、グリーン体は、例示の実施形態１に関して説明した方法とは別の方法で製作される。グリーン体の製作のため、ブロックの形態をした前駆体を作り、この前駆体から、実際のグリーン体を材料の除去、例えばフライス加工によるコンピュータ支援造形法によって作る。材料の除去又は変形例として材料の追加によるコンピュータ支援造形法は、公知である。例えば、独国特許出願公開第１９９３０５６４（Ａ１）号明細書は、かかる方法を記載しており、独国実用新案第２０１０５２４８（Ｕ１）号明細書は、適当なフライス盤を記載している。
【００６７】
例示の実施形態１とは対照的に、例示の実施形態２の方法手順では、レーザ処理は、局所に制限され、即ち、処理されるべき表面領域１２の全体に関して同時には行われない。図２及び図３に示すように、このために、レーザビーム１４を処理されるべき表面領域１２の特定の部分２０′，２０″，２０′″に焦点合わせされる。焼結方法は、ここに導入されたエネルギーにより温度プロフィールで決まる深さまで部分２０′，２０″，２０′″に関して実施される。表面領域１２全体は、レーザビーム１４によって走査され、従って、造形物上に形成されるべき平らであるが滑らかではない構造を含む又はこれに対応した体積ゾーン１６が全体的に形成されるようになる。
【００６８】
局所のみのレーザ照射の利点は、照射された部分２０′，２０″，２０′″のそれぞれにおいて、体積ゾーン１６の厚さをレーザ出力、保持時間又は走査速度の変更により変化させることができるということにある。例えば、先ず最初に、図２に示すように、隆起構造１８を含む部分２０′だけを局所レーザ照射により圧密することが可能である。次いで、レーザビームによるエネルギー導入をレーザ出力の制御によって変更するのが良く、表面領域１２の部分２０″，２０′″の場合でも体積ゾーン１６の厚さを隆起構造１８を含む部分２０′における体積ゾーン１６の厚さとは独立して調節することができる。
【００６９】
局所レーザ照射により、例えば、図２及び図３から理解できるように、従って、上述した例示の実施形態１とは対照的に、グリーン体１０の表面領域１２の部分２０′，２０″，２０′″だけをそれぞれ照射する。レーザによって照射された部分２０′，２０″，２０′″に関し、レーザビームのエネルギー密度は、この部分２０′，２０″，２０′″又はこの中に位置している小部分が、非定常温度プロフィールでできるだけ迅速に最高温度まで加熱されるよう選択される。このように加熱された部分（小部分）は、体積ゾーン１６の体積要素である。最高温度は、フレームワーク条件、例えば、セラミック材料の熱分解、最小値を下回る粘度の低下等によって規定される。
【００７０】
レーザビームによりグリーン体１０の表面領域１２を全体的に走査することにより、即ち、レーザによる個々の部分２０′，２０″，２０′″の連続トリガにより、後で得られる造形物の平らであるが滑らかではない構造が圧密される。走査速度に応じて、最高温度が維持される或る特定の期間（保持時間）は、各部分２０′，２０″，２０′″又は小部分に関して結果的に得られる。加熱が部分２０′，２０″，２０′″又は小部分に制限されることにより、焼結方法は、局所的に制御でき、例えば、得られるべき造形物の厚さを局所的に変化させることができる。
【００７１】
連続して深いところに位置するゾーン（体積ゾーン１６の体積要素）は、レーザにより処理されるべき特定の部分２０′，２０″，２０′″又は小部分の幾何学的形状に応じてほぼ放射状に、円筒形に又は表面に垂直にグリーン体１０の内部に伝搬する熱フロントによって焼結される。保持時間、従って、走査速度は、焼結領域の厚さと相関している。
【００７２】
グリーン体の製作に用いられる３次元幾何学的形状データは、レーザビームのコンピュータ制御誘導に用いられる。この関係で、レーザの衝突箇所の所望の経路とその強度及び合焦度の両方は、グリーン体が所望の焼結を受けるように簡単且つ効率的に調節され、導入されるレーザ出力及びレーザビームの位置のモニタのための調節をほぼ無しですませることができる。
【００７３】
例えば、刊行物であるジェイ・ギュンスター（J. Gunster）、エス・エングラー（S. Engler）、ジェイ・ジー・ハインリッヒ（J. G. Heinrich）、エフ・シュヴァルツフェガー（F. Schwertfeger）共著，「ア・ノーベル・ルート・フォー・ザ・プロダクション・オブ・ウルトラ・ピュア・エスアイオーツー・クルーシブルズ（A novel route for the production of ultra pure SiO2 crucibles）」，グラス・サイエンス・アンド・テクノロジー（Glass Sci. Technol.），７８，２００５年，ｐ．１８〜２２によれば、溶融石英ガラスの温度をレーザ処理中、適当な光学系及びパイロメータによって測定する調節方法が提供されている。レーザビームをパイロメータによって測定された表面温度の助けを借りて制御する。しかしながら、グリーン体へのエネルギーの導入を決定するパラメータが、特にその幾何学的形状が既知の場合、レーザは、かかるフィードバック無しでも制御でき、このことは、これに対応して装置の単純化を可能にし、本発明によれば好ましい。
【００７４】
レーザ処理後、体積ゾーン１６をグリーン体１０のばらばらの又は僅かに圧密されているに過ぎない部分から分離する。これは、溶剤の助けを借りて又は借りないで機械的に又は溶剤入りの超音波浴内で実施できる。
【００７５】
図４は、グリーン体１０の構造化表面領域１２の写真図である。
【００７６】
図５は、本発明の方法によって製作された造形物の写真図である。造形物２２は、歯科用製品、具体的には、歯冠の一部であり、これは依然として、擦り磨きにより利用に必要な最終形態の状態に変換されなければならない。
【００７７】
図６ａ及び図６ｂは、圧密体積ゾーンのサイズに対する放射線出力及び入射角の影響を表わす線図である。図６ａによれば、レーザ照射は、一定強度のビーム１４によって行われる。表面構造１２に鑑みて、ビーム１４は、それぞれ、表面１２に異なる角度で当たる。この結果、衝突領域が異なり、これらは、領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃで指示されている。単位面積当たりに導入されるエネルギーは、小さくなり、衝突領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃの変形度が次第に増大する。これにより、特定の領域の加熱度が異なり、従って、所望の締め固めが起こる体積ゾーン１６′の深さが異なる。図６ｂに記載されたレーザ照射は、大部分、図６ａに記載されたレーザ照射と同じである。それにもかかわらず、図６ｂによれば、互いに異なる太さの矢印によって表わされたレーザビーム１４の異なる強度又は出力が用いられる。これは、体積ゾーン１６″の締め固めの深さに対する影響を有する（衝突領域の形状又は大きさと同様）。したがって、体積ゾーン１６′，１６″の互いに異なる３次元幾何学的形状が図６ａ及び図６ｂにそれぞれ結果的に得られ、特に、破線の輪郭線を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の方法の第１の変形例の線図である。
【図２】図１と同様な図であるが、照射の際のレーザの別の誘導方式を示す図である。
【図３】図１と同様な図であるが、照射の際のレーザの別の誘導方式を示す図である。
【図４】グリーン体の構造化表面領域の写真複写図である。
【図５】本発明の方法により製作されたグリーン体の構造化表面領域の写真複写図である。
【図６ａ】圧密体積ゾーンのサイズに対する放射線出力及び入射角の影響を表わす線図である。
【図６ｂ】圧密体積ゾーンのサイズに対する放射線出力及び入射角の影響を表わす線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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2009516632.tif 000014
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