用于制造正牙器具的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2012年4月26日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/638,617的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容在此全文引入作為參考。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及一種用于制造正牙器具的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：
正牙治療通常包括將矯治器附著至牙齒。施加至該矯治器的力則傳遞至牙齒并因此移動(dòng)牙齒。這樣，正牙器具代表了致力于改善患者齒系的正牙矯正治療的主要部件。正牙器具可包括托架、弓絲或其他裝置。使用正牙托架作為示例，正牙醫(yī)生可將正牙托架通過(guò)粘合劑粘附于患者牙齒，并將弓絲嚙合至每個(gè)托架的槽溝中。弓絲在正牙托架上施加彎曲應(yīng)力和/或扭曲應(yīng)力以產(chǎn)生恢復(fù)力，其包括旋轉(zhuǎn)、傾斜、擠出、侵入、平移和/或扭曲力，它們傾于將牙齒引向期望位置。傳統(tǒng)的結(jié)扎線，諸如小的彈性O(shè)環(huán)或細(xì)的金屬絲，可用來(lái)將弓絲保持在每個(gè)托架槽溝中。由于在將單個(gè)結(jié)扎線施加至每個(gè)托架時(shí)遇到各種困難，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了自鎖式正牙托架，其通過(guò)依靠諸如插銷、夾、或滑塊等可動(dòng)部分或部件將弓絲保持在托架槽溝中從而消除了對(duì)結(jié)扎線的需要。各種材料基于它們的強(qiáng)度、韌性、美學(xué)、抗生物性/耐蝕性、以及可制造性的特征組合支配著正牙市場(chǎng)。例如，早期用于正牙治療的弓絲可由具有帶耐蝕性的超彈性性能的形狀記憶合金(SMA)制成。鎳鈦諾是一種公知的形狀記憶合金并且是鎳(Ni)和鈦(Ti)的合金。通過(guò)另外的實(shí)例，弓絲可由不銹鋼或含鈦合金制成，諸如鈦鉬合金(TMA)。這些材料中的每種都結(jié)合了一定程度的強(qiáng)度、韌性、以及耐蝕性。類似地，正牙托架通常由強(qiáng)力的、非吸收性的、可焊的、且相對(duì)容易形成和加工的不銹鋼制成。鈦和鈦合金托架也可作為針對(duì)不銹鋼的無(wú)鎳替代品。雖然鈦比不銹鋼更具耐蝕性，但鈦比不銹鋼更加昂貴且更難以制造。作為金屬正牙托架的替代品，某些正牙托架結(jié)合有透明或半透明非金屬材料、諸如陶瓷的托架主體，其呈現(xiàn)或模擬下層牙齒的顏色或色調(diào)。然而，對(duì)比于它們的金屬對(duì)應(yīng)物，陶瓷托架具有相對(duì)低的強(qiáng)度和韌性。此外，陶瓷矯治器制造困難且昂貴。注射成型工藝能夠生產(chǎn)復(fù)雜形成的部件，諸如金屬或陶瓷正牙器具。所形成的部件通常稱為生坯，并包括由未燒結(jié)的粉末和粘結(jié)劑形成的混合物。未燒結(jié)的粉末可包括金屬或陶瓷粉末。采用這些粉末中的任一種的粉末注射成型(PIM)可分別稱為金屬注射成型(MIM)或陶瓷注射成型(CIM)。將未燒結(jié)的粉末和粘結(jié)劑的混合物加熱以軟化粘結(jié)劑，然后將加熱了的混合物注射到模具中。一旦注射，粘結(jié)劑冷卻并且變硬，從而將顆粒以注射成型形式保持在一起。為形成最終產(chǎn)品而將粘結(jié)劑移除。然后將無(wú)粘結(jié)劑的坯體加熱至高溫以便將顆粒燒結(jié)在一起，從而使粉末顆粒加固為燒結(jié)的坯體?？赡苄枰罄m(xù)精整工序來(lái)將燒結(jié)的坯體轉(zhuǎn)化為最終的正牙器具。為了通過(guò)MIM或CIM工藝形成正牙器具，必須在后續(xù)加工期間將粘結(jié)劑材料移除。該過(guò)程可稱為粘結(jié)劑脫除。通常，生坯因此要經(jīng)受移除粘結(jié)劑的過(guò)程。粘結(jié)劑的移除通常通過(guò)在熔爐中將生坯加熱至粘結(jié)劑分解或氣化的高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)。熔爐中的氣流將氣化或分解的粘結(jié)劑從生坯中運(yùn)走。除了熔爐或熱基系統(tǒng)，化學(xué)基系統(tǒng)和水基系統(tǒng)也是用于從生坯中移除粘結(jié)劑的公知方法?；谏鞯某叽绾驼辰Y(jié)劑的類型，以及其他因素，粘結(jié)劑的移除可能需要相當(dāng)一段時(shí)間，通常數(shù)小時(shí)，如果不是更長(zhǎng)時(shí)間的話。因此，粘結(jié)劑移除所需要的較長(zhǎng)時(shí)間會(huì)延遲后續(xù)燒結(jié)工序，并導(dǎo)致制造過(guò)程整體延長(zhǎng)。此外，這些過(guò)程中的每個(gè)可能都利用大量能量，需要昂貴和/或笨重的裝備，以及產(chǎn)生廢氣流或通常是環(huán)境管制對(duì)象的其他化學(xué)物。因此，需要用于制造正牙器具的改善的系統(tǒng)和方法以克服這些和其他缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了迄今已知的制造正牙器具使用的系統(tǒng)和方法的前述及其他不足和缺陷。雖然本發(fā)明將結(jié)合某些實(shí)施方式進(jìn)行描述，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明包括那些可包含于本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有替代、修改和等效物。根據(jù)本發(fā)明的原理，用于對(duì)呈正牙器具形式的生坯進(jìn)行粘結(jié)劑脫除的系統(tǒng)包括壓力容器，其配置成容納包括可燒結(jié)顆粒和粘結(jié)劑的多個(gè)生坯，以及能夠?qū)⒄辰Y(jié)劑從生坯中移除的超臨界流體。該系統(tǒng)還包括流體化學(xué)物源和熱源，所述流體化學(xué)物源耦接至壓力容器并配置成向壓力容器供應(yīng)流體化學(xué)物，所述熱源配置成將流體化學(xué)物加熱到至少流體化學(xué)物的超臨界溫度。該系統(tǒng)還包括泵，配置成將流體化學(xué)物加壓到至少流體化學(xué)物的超臨界壓力。超臨界壓力和超臨界溫度的組合足以形成與生坯的粘結(jié)劑相接觸的超臨界流體。該系統(tǒng)還包括收集容器，其耦接至壓力容器用以接收流體化學(xué)物和從生坯移除的粘結(jié)劑。收集容器配置成捕集從生坯移除的粘結(jié)劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，管將壓力容器耦接至收集容器，用以使流體化學(xué)物和粘結(jié)劑從壓力容器流向收集容器。該管小于2.5英尺(0.762米)長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種制造正牙器具的方法，包括：將含有可燒結(jié)顆粒和粘結(jié)劑的多個(gè)生坯暴露至超臨界流體，以便從生坯中移除至少一些粘結(jié)劑；以及隨著超臨界流體轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅R界流體而從超臨界流體中收集所移除的粘結(jié)劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，在將生坯暴露至超臨界流體之前，該方法還包括：注射成型所述生坯。在一個(gè)實(shí)施方式中，在將生坯暴露至超臨界流體之前和/或期間，該方法還包括：將在標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓力下作為流體存在的流體化學(xué)物加熱至等于或大于該流體化學(xué)物臨界溫度的溫度，以及將該流體化學(xué)物加壓至等于或大于該流體化學(xué)物臨界壓力的壓力以形成超臨界流體。在一個(gè)實(shí)施方式中，暴露生坯包括將生坯暴露至壓力容器中的超臨界流體一段時(shí)間，在該一段時(shí)間期間沒(méi)有超臨界流體流出壓力容器或流入壓力容器。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括以下步驟：在沒(méi)有超臨界流體流動(dòng)的所述一段時(shí)間期間將生坯暴露至超臨界流體之后，將生坯暴露至流入壓力容器和流出壓力容器的附加超臨界流體流。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述超臨界流體包括CO2。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述生坯呈正牙托架的配置。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述生坯每個(gè)重量小于1/10克。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述生坯具有至少約800平方英寸的總暴露表面面積。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述生坯具有約850平方英寸至約2000平方英寸范圍內(nèi)的總暴露表面面積。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述可燒結(jié)顆粒包括金屬顆?；蛱沾深w粒。附圖說(shuō)明并入且構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖例示出本發(fā)明的實(shí)施方式，并與下面給出的詳細(xì)描述一起，用于解釋本發(fā)明的各個(gè)方面。圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的粘結(jié)劑脫除系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式制成的自鎖式正牙托架的透視圖，其具有以打開(kāi)位置示出的鎖定閂；以及圖3是圖2所示的自鎖式正牙托架的透視圖，其中鎖定閂以關(guān)閉位置示出。具體實(shí)施方式為解決現(xiàn)有工藝過(guò)程和系統(tǒng)的缺點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)利用超臨界流體來(lái)對(duì)正牙器具形式的生坯進(jìn)行粘結(jié)劑脫除。該系統(tǒng)因此配置成將包括金屬顆?；蛱沾深w粒以及粘結(jié)劑的混合物的生坯暴露至超臨界流體。超臨界流體可移除全部或部分粘結(jié)劑而留下生坯的顆粒。在移除粘結(jié)劑后，保留了它們生坯形狀的顆?？梢詿Y(jié)并經(jīng)歷制造正牙器具的其他工藝過(guò)程。如這里所使用，正牙器具指代用于正牙治療的部件。舉例來(lái)說(shuō)，正牙器具包括但不限于圖2和3所示出的正牙托架、弓絲、可以直接或間接地附著或固定于牙齒的其他矯治器、或者正牙治療中使用的工具。該系統(tǒng)可比熱基脫除系統(tǒng)(諸如熔爐)更快地移除粘結(jié)劑，而同時(shí)還減少了移除相同體積粘結(jié)劑所需的能量。在一個(gè)實(shí)施方式中，每小時(shí)移除的粘結(jié)劑體積大大高于熱脫除系統(tǒng)。另外，根據(jù)本文公開(kāi)的實(shí)施方式，該系統(tǒng)減少了釋放至環(huán)境的粘結(jié)劑體積，因?yàn)樵撓到y(tǒng)捕集或收集從生坯移除的粘結(jié)劑的至少一部分，如果不是全部的話。為了這些和其他目的，圖1示意了用于對(duì)多個(gè)生坯210進(jìn)行粘結(jié)劑脫除的系統(tǒng)200。如上所簡(jiǎn)述，生坯是三維體，其包括通過(guò)粘結(jié)劑保持在一起的可燒結(jié)顆粒。生坯210可通過(guò)注射成型工藝制得，如通過(guò)本領(lǐng)域公知的金屬注射成型(MIM)工藝或陶瓷注射成型(CIM)工藝。通過(guò)實(shí)例而非限制的方式，生坯210可類似于正牙器具，如正牙托架，但在生的、未燒結(jié)狀態(tài)下體積更大。生坯的密度可能在脫除粘結(jié)劑后由于粘結(jié)劑的移除而變小，并且體積和密度在燒結(jié)后由于坯體孔隙率的降低而減小。可燒結(jié)顆?？砂ㄨF質(zhì)金屬顆粒和非鐵質(zhì)金屬顆粒，鐵質(zhì)金屬顆粒例如為諸如17-4不銹鋼及3-16不銹鋼的不銹鋼，非鐵質(zhì)金屬顆粒例如為鈦或鈦合金，或者其他金屬合金顆粒，或者其混合物?？蔁Y(jié)顆粒替代性地可包括陶瓷顆粒，例如氧化鋁(Al2O3)顆?；蛘咂渌饘傺趸镱w粒。生坯中的金屬或陶瓷顆粒具有足以在對(duì)應(yīng)于特定材料的高溫下燒結(jié)的平均尺寸和分布。除了可燒結(jié)顆粒，生坯210包括粘結(jié)劑。如上所述，粘結(jié)劑在生坯210形成期間將可燒結(jié)顆粒保持在一起，稍后在生坯粘結(jié)劑脫除期間和燒結(jié)前被移除。粘結(jié)劑可包括有機(jī)粘結(jié)劑，如蠟，其可包括脂肪酸的酯和烴。例如，粘結(jié)劑可包括石蠟、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、和/或硬脂酸。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，可以想到其他有機(jī)粘結(jié)劑，其可能足以將可燒結(jié)顆粒以生坯210的形式保持在一起。這些有機(jī)粘結(jié)劑包括各種聚合物，諸如聚烯烴、丙烯酸樹(shù)脂、乳膠、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、以及聚乙烯醇，這里僅列舉一些。生坯210可選地可包含其他材料，諸如，促進(jìn)生坯成型的添加劑和/或有助于燒結(jié)過(guò)程的材料。生坯210中可燒結(jié)顆粒的比例可取決于所制造的正牙器具和/或可燒結(jié)顆粒及粘結(jié)劑的材料。通過(guò)實(shí)例，可燒結(jié)顆粒的百分比可介于生坯210的約25wt.％至約98wt.％之間，然而可燒結(jié)顆粒的百分比可介于約50wt.％至約98wt.％，以及通過(guò)進(jìn)一步實(shí)例可介于約90wt.％至約95wt.％之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，生坯210重量小于約1/10克，例如，約0.06克，其中粘結(jié)劑含量小于約1/100克，例如約0.005克?？蔁Y(jié)顆粒重量與粘結(jié)劑重量的相對(duì)比率可取決于生坯210中的粘結(jié)劑類型和顆粒類型。在一個(gè)實(shí)施方式中，粘結(jié)劑是生坯210的比例平衡。也就是說(shuō)，在該情形中，生坯210基本由可燒結(jié)顆粒和粘結(jié)劑組成。如這里所使用的，“基本由…組成”意指沒(méi)有被有意加入至生坯210的其他材料。然而，可以考慮到加工過(guò)程或原材料的雜質(zhì)含量、燒結(jié)助劑和成型助劑。如圖1所示，系統(tǒng)200包括壓力容器220。在成形后，生坯210置于壓力容器220中用于粘結(jié)劑脫除。雖然未示出，生坯210可置于坩鍋或另一裝置中，所述坩鍋或另一裝置然后被置于壓力容器220中。壓力容器220配置成容納如下所述的超臨界態(tài)化學(xué)物。如這里所述，在對(duì)坯體210進(jìn)行粘結(jié)劑脫除期間，壓力容器220內(nèi)的壓力可例如升高至約5000psi(約34474kPa)，或者升高至超過(guò)形成超臨界流體所需臨界壓力的另一壓力。除壓力之外，雖然圖1中未示出，但是加熱器可貼近容器220定位并配置為在高壓時(shí)將容器220的內(nèi)含物加熱至高溫。容器220內(nèi)的高溫可能足以超過(guò)由所述化學(xué)物形成超臨界流體所需的臨界溫度，例如壓力容器220的溫度可升至約65℃。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，壓力容器220內(nèi)的溫度和壓力的組合可以小于約5000psi(約34474kPa)和/或小于約65℃，但可形成超臨界流體。因此，在粘結(jié)劑脫除期間，生坯210可暴露至超臨界流體。壓力容器220可具有足以容納多個(gè)生坯210的尺寸。通過(guò)實(shí)例，壓力容器220可包圍約1L的體積，并能夠容納或保持約10000至約15000個(gè)(例如約12000個(gè))以正牙托架形式配置的生坯。然而，壓力容器220可包圍大于或小于1L的體積。在這方面，在一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)生坯210的體積與壓力容器220的可用腔室體積的比值從約10％至約15％，以及通過(guò)進(jìn)一步實(shí)例為約12.5％?？梢岳斫獾氖?，生坯的暴露表面面積很大。通過(guò)實(shí)例，暴露表面面積可為至少約800平方英寸，以及可在約850平方英寸至約2000平方英寸的范圍內(nèi)，并通過(guò)進(jìn)一步實(shí)例，可在約900平方英寸至約1600平方英寸的范圍內(nèi)。每個(gè)生坯的暴露表面面積...