特表 2024-514803 モノリシック部材を製造するためのプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-03

(54)【発明の名称】モノリシック部材を製造するためのプロセス

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/124 20170101AFI20240327BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240327BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240327BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240327BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240327BHJP

   B29C 64/277 20170101ALI20240327BHJP

   B29C 64/379 20170101ALI20240327BHJP

   B33Y 40/20 20200101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

B29C64/124

B33Y10/00

B33Y50/02

B29C64/393

B33Y30/00

B29C64/277

B29C64/379

B33Y40/20

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023561159

(86)(22)【出願日】2022-04-12

(85)【翻訳文提出日】2023-12-04

(86)【国際出願番号】 EP2022059684

(87)【国際公開番号】W WO2022223359

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】102021110029.1

(32)【優先日】2021-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523377438

【氏名又は名称】アンウェリナ アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100084375

【弁理士】

【氏名又は名称】板谷 康夫

(74)【代理人】

【識別番号】100142077

【弁理士】

【氏名又は名称】板谷 真之

(72)【発明者】

【氏名】ウーヴェ シャイザウアー

(72)【発明者】

【氏名】クリストフ カール

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AA29

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL06

4F213WL14

4F213WL44

4F213WL55

4F213WL82

4F213WL85

4F213WW06

4F213WW38

(57)【要約】

本発明は、モノリシック部材の製造プロセスに関し、特に濡れ挙動、堆積挙動及び／又は細胞によるコロニー形成の観点で異なる表面特性を与えるために、特異的に選択された領域で異なる表面トポロジーが生成される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モノリシック部材を生成するためのプロセスであって、特に濡れ挙動、堆積挙動及び／又は細胞によるコロニー形成の観点で異なる表面特性を実現するために、異なる表面トポロジーが特異的に選択された領域で生成されることを特徴とするプロセス。

【請求項2】

前記モノリシック部材は、複数の設計要素（Ｅ）を有する設計部材（ＣＡＤ）から生成され、実際の構築空間の構築空間方向（ｘ、ｙ、ｚ）に対して前記設計要素（Ｅ）の少なくとも１つの設計方向（^ｘＭ、^ｙＭ、^ｚＭ）が特異的に変更されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

付加的製造技術を用いて前記モノリシック部材を形成し、
光重合性材料（１）が、透明な水平トレイ底部（２）を有するトレイ内に供給され、
プラットフォーム（４）が、前記トレイ底部（２）から所定の距離を置いて前記光重合性材料（１）に浸漬され、前記距離に対応した高さを有して前記プラットフォーム（４）に接着した重合層体（Ｓ_Ｘ）を生成するために、前記トレイ底部（２）を通じて選択的照射（８）が実行され、
前記重合層体（Ｓ_Ｘ）を備えたプラットフォーム（４）が、次の層体（Ｓ_Ｘ＋１）を形成するために垂直方向に変位され、
先の層生成ステップを繰り返すことで、前記モノリシック部材（７）が所望形状で層毎に構築され、該部材の表面が少なくとも部分的に段差構造を有し、
前記層生成ステップの繰り返し中に製造パラメータを調整することで、前記モノリシック部材（７）の選択された領域において異なる表面特性を実現するために異なる表面トポロジーを与えるステップを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロセス。

【請求項4】

前記選択的照射（８）は、行列状に配置された複数のマイクロミラー（Ｍ）を有するデジタルマイクロミラーユニット（６）を用いて実行されることを特徴とする請求項３に記載のプロセス。

【請求項5】

前記製造パラメータとして、照射パラメータ、特に照射強度及び／又は照射時間が、重合される層体と同時に該層体の上に位置する前記段差構造の縁部及び／又は角部に残存する光重合性の残存材料（Ｒ）が重合されるように、前記トレイ底部（２）を通じた選択的照射（８）において調整されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のプロセス。

【請求項6】

前記製造パラメータとして、水平マイクロミラー主軸（ｘ、ｙ）に対する水平設計要素主軸（^ｘＭ、^ｙＭ）の回転角度（α）が、前記層生成ステップの繰り返し中に変更されることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項7】

前記製造パラメータとして、垂直設計要素主軸（^ｚＭ）と前記水平トレイ底部に対する垂線（ｚ）との間の傾斜角度（β）が、前記層生成ステップの繰り返し中に変更されることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項8】

前記製造パラメータとして、前記プラットフォーム／最後に重合された層体（Ｓ_Ｘ）と前記トレイ底部（２）との間の距離が、前記層生成ステップの繰り返し中に変更されることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項9】

前記製造パラメータとして、前記マイクロミラーユニットのマイクロミラー（Ｍ）により反射された画素（Ｐ）の寸法が、前記層生成ステップの繰り返し中にイメージングユニット（Ｏ）を介して変更されることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項10】

前記光重合性材料は、
ポリマー分野からの材料、特にＰＡ、ＰＥＫ、ＰＥＫＫ、ＵＨＭＷＰＥ又はＰＣＬ、
金属分野からの材料、特にＴｉ又はステンレス鋼、
金属合金分野からの材料、特にＴｉ６４又はＣｏＣｒ、
マグネシウム合金分野からの材料、特にＭｇ－Ｃａ、Ｍｇ－Ｚｒ又はＭｇ－Ｚｎ、
セラミック分野からの材料、特にＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４又はＣａ_３（ＰＯ_４）_２、
及び／又は
ガラス分野からの材料から成ることを特徴とする請求項３乃至請求項９のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項11】

前記モノリシック部材（７）の生成後、洗浄、脱バインダ及び／又は焼結が行われることを特徴とする請求項３乃至請求項１０のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項12】

前記モノリシック部材（７）は、関節での組織再生のための関節インプラントであることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項13】

前記モノリシック部材（７）は、技術機能体であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項14】

請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のプロセスが実行されるように、コンピュータシステムと相互作用可能で電子的に読み取り可能な制御信号を有するデジタル記録媒体。

【請求項15】

プログラムがコンピュータで実行される場合、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のプロセスを実行するために、機械可読記録媒体に記録されたプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品。

【請求項16】

プログラムがコンピュータで実行される場合、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のプロセスを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モノリシック部材を形成するためのプロセスに関し、特に、付加的リソグラフィに基づいた製造技術を使用して、関節における組織再生のための関節インプラント又は技術機能体を形成するためのプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

公開特許出願ＷＯ２０１０／０４５９５０Ａ１は、リソグラフィに基づいた製造技術を使用してモノリシック部材を形成するためのプロセスを開示しており、光重合性材料が透明なトレイ底部を有するトレイに供給され、光重合性材料の中にプラットフォームがトレイ底部から所定距離を置いて浸漬され、トレイ底部を通じて選択的照射が行われて上記距離に対応する高さを持ちプラットフォームに接着した重合層体を生成し、重合層体を有するプラットフォームが次の層体を形成するために垂直方向に変位され、この層生成ステップを繰り返すことでモノリシック部材が所望形状で層毎に構築される。

【0003】

多くの技術部門で、異なる表面領域で異なる表面特性（例えば、濡れ挙動）を有する材料を生成することが必要となる。

【0004】

濡れ挙動は、固体表面と接触したときの液体の挙動を意味するものとして以下では理解される。濡れ性は、特定の液体に対する固体表面の特性であり、固体表面上の液滴のいわゆる接触角によりしばしば定義される。接触角が１８０°から９０°の範囲で、ほんの小さな（点状の）接触面積を有し、固体表面上を容易に滑る（ビーディングする）球状又は半球状の液滴が形成される場合、濡れは存在しない又はほんの僅かである。接触角が９０°未満の場合、部分的な濡れが起こっており、液滴が固体表面において丸いキャップを形成する（ランオフ）。接触角が実質的に０°の場合、完全な濡れが起こっており、液滴が固体表面において平らなシート状に広がる。この場合、液体残渣は、強い力（例えば、表面の極端な傾斜）の影響下でも固体表面に付着したままである。

【0005】

液体として水を使用する特別な場合、疎水性（撥水性）又は親水性（水親和性）の固体表面について考察する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

技術機能体（触媒、コンデンサ、膜．．．）の場合も医療技術に使用される材料や物体の場合も、異なる濡れ挙動がしばしば望まれ、これまでは出発材料の生成後、時間とコストのかかる後処理プロセス（機械的／化学的後処理及び／又は化学的コーティング）を通じて実現される必要があった。

【0007】

そこで、本発明は、特に濡れ挙動、堆積挙動及び／又は細胞によるコロニー形成の観点で異なる表面特性が簡便且つコスト効率の良い様式で局所的に実現され得るモノリシック部材を生成するためのプロセスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、この目的は請求項１の特徴によって達成される。

【0009】

特に、モノリシック部材の特異的に選択された領域に異なる表面トポロジーを形成することにより、これらの領域において、特に濡れ挙動、堆積挙動及び／又は細胞によるコロニー形成の観点で異なる表面特性を与えることができる。

【0010】

モノリシック部材は、複数の設計要素を有する設計部材（ＣＡＤ又はＣＡＭ）から好ましくは生成され、実際の構築空間の構築空間方向に対して設計要素の少なくとも１つの設計方向が特異的に変更される。

【0011】

モノリシック部材の形成は、例えば、付加的製造技術を用いて行われ、光重合性材料が透明な水平トレイ底部を有するトレイ内に供給され、プラットフォームがトレイ底部から所定の距離を置いて光重合性材料に浸漬され、同距離に対応した高さを有してプラットフォームに接着した重合層体を生成するためにトレイ底部を通じて選択的照射が実行され、重合層体を備えたプラットフォームが次の層体を形成するために垂直方向に変位され、先の層生成ステップを繰り返すことでモノリシック部材が所望形状で層毎に構築される。層生成ステップの繰り返し中に製造パラメータを調整することで、モノリシック部材の選択された領域において異なる表面特性を実現するための異なる表面トポロジーが得られる。

【0012】

このリソグラフィに基づく３－Ｄプリント技術を用いて生成される部材は、成形体だけでなく完成した焼結セラミックの後処理を不要及びアクセスできない部位でも可能とするので、特にコスト効率の高い方法で生成され得る。

【0013】

製造パラメータとして、例えば、照射パラメータ（特に、照射強度及び／又は照射時間）が、重合される層体に加えて段差構造の縁部及び／又は角部に残存する光重合性の残存材料が重合／架橋されるように、トレイ底部を通じた選択的照射において調整され得る。
これにより、特に簡単な方法で、対向する表面領域に異なる表面トポロジーを同時に形成することができる。

【0014】

製造パラメータとして、水平設計要素主軸と水平構築空間主軸との間の回転角度若しくはマイクロミラーユニットの行又は列整列を変更することが更に可能である。
これにより、各々の重合層体において側面に異なる表面トポロジーを形成することができる。

【0015】

製造パラメータとして、垂直設計要素主軸と垂直構築空間主軸／水平なトレイ底部に対する垂線との間の傾斜角度を変更することが更に可能である。
これにより、垂直方向において異なる表面トポロジーを形成することができる。

【0016】

製造パラメータとして、層生成ステップの繰り返し中に、プラットフォーム／最後に重合された層体とトレイ底部との間の距離を変更することが更に可能である。
これにより、更に垂直方向において異なる表面トポロジーを形成することができる。

【0017】

製造パラメータとして、層生成ステップの繰り返し中に、イメージングユニットを介してマイクロミラーユニットのマイクロミラーにより反射された画素の寸法を変更することが更に可能である。
これにより、更に表面トポロジーを変更することができる。

【0018】

更なる従属請求項は、本発明の更なる有利な実施形態を特徴付ける。

【0019】

本発明は、例示実施形態の助けを借りて、図面を参照しながら以下で具体的に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】モノリシック部材を層毎に構築するための装置の簡略側面図。

【図2】ＦＩＧ２ａ，２ｂは、使用されるマイクロミラーユニットの簡略図。

【図3】ＦＩＧ３ａ，３ｂは、第１例示実施形態に係るプロセスステップを説明するための簡略斜視図で、異なる表面トポロジーが構築空間方向に対する設計要素の設計方向を意図的に変更することで形成される。

【図4a】第２例示実施形態に係る異なる表面トポロジーの選択的生成におけるプロセスステップを説明するための簡略図で、ｘ、ｙ平面での回転が実行されている。

【図4b】第２例示実施形態に係る異なる表面トポロジーの選択的生成におけるプロセスステップを説明するための簡略図で、ｘ、ｙ平面での回転が実行されている。

【図4c】第２例示実施形態に係る異なる表面トポロジーの選択的生成におけるプロセスステップを説明するための簡略図で、ｘ、ｙ平面での回転が実行されている。

【図5】第３例示実施形態に係る異なる表面トポロジーの選択的生成におけるプロセスステップを説明するための棒状部材の簡略図で、ｚ軸に対して傾斜されている。

【図6a】第４例示実施形態に係るプロセスステップを説明するための簡略斜視図で、異なる表面トポロジーが対向する表面へのトランス照射の結果として同時に形成される。

【図6b】第４例示実施形態に係るプロセスステップを説明するための簡略斜視図で、異なる表面トポロジーが対向する表面へのトランス照射の結果として同時に形成される。

【図6c】第４例示実施形態に係るプロセスステップを説明するための簡略斜視図で、異なる表面トポロジーが対向する表面へのトランス照射の結果として同時に形成される。

【図7】関節における組織再生のために本発明に係るプロセスで生成可能な関節インプラントの簡略図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下の説明は、特に関節における組織再生のための関節インプラントを生成するためのプロセスに関する。また、このプロセスは、表面トポロジーを狙って変更することで異なる表面領域において濡れ挙動が調整され得る技術機能体の生成にも使用され得る。

【0022】

図１は、本発明に係るプロセスを実現するために使用され、モノリシック部材の層毎構築のための装置の簡略側面図である。対応する装置は、いわゆる３－Ｄプリンタとも呼ばれる。

【0023】

例えば、Ｌｉｔｈｏｚ（登録商標）社によって生産されるこのような３－Ｄプリンタは、例えば、リソグラフィをベースにした製造技術に基づいて、製造される部材のＣＡＤモデルから出発して対応するデータセットが３－Ｄプリンタの制御ユニット（不図示）に直接伝送される。

【0024】

光重合性材料１は、例えば、透明な水平トレイ底部２を有するトレイに導入され、例えば、高さ調節可能な平滑化部材／ドクターブレード３によりトレイ内に均一に分配される。採用される光重合性材料１は、例えば、セラミック懸濁液（粒子含有分散液、スリップとも呼ばれる）である。ｚ方向（垂直方向）に移動可能なプラットフォーム４は、トレイ底部２に対して所定距離を置いて光重合性材料１に浸漬され、光重合性材料１への選択的照射が行われることで、プラットフォームに接着した重合３次元層体が形成される。重合層体の高さは、トレイ底部２からプラットフォーム４までの所定距離に対応し、その底領域は、個々の照射領域に対応する。選択的照射は、特に部位選択的照射を意味すると理解され得る。

【0025】

図１に示すように、光重合性材料１の選択的照射は、照射ユニット５を用いて透明なトレイ底部２を通じて下方から行われ得る。例えば、波長略４６５ｎｍの青色光が使用され得る。選択的照射により、光重合性材料１が重合（架橋／固化）され、生成されるモノリシック部材／成形体（グリーンボディ）７のプラットフォーム４に接着された第１重合層体が形成される。

【0026】

第１重合層体を有するプラットフォーム４は、続いてｚ方向において垂直上方に変位され、光重合性材料１が必要に応じて任意に補充され、平滑化部材３を用いて任意に平滑化／均一に分配され、最終的にプラットフォームがトレイ底部２から先の重合層体まで所定距離を置いて光重合性材料１に再浸漬され、（部位）選択的に照射されることで更なる重合層体が形成される。このような層生成ステップを繰り返すことで、重合して互いに接着された複数の層体から所望のモノリシック且つ３次元部材７（成形体）が最終的に形成され、ｚ方向における同部材の表面は、少なくとも部分的に段差構造／トポロジーを有し得る。

【0027】

図１に示すように、照射ユニット５は、光重合性材料１の選択的照射を可能とするデジタルマイクロミラーユニット６を含み得る。

【0028】

図２ａは、採用され得るマイクロミラーユニット６の簡略図を示し、図２ｂは、本発明に従って採用され得るデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）の簡略断面図を示す。

【0029】

図２ａ、２ｂに示すように、マイクロミラー装置は、光源／照射源Ｌによって照射され得るように行列状に配置された複数の旋回可能なマイクロミラーＭを含み得る。マイクロミラーＭは、入射光（右から１番目のビーム）が画素Ｐの実現及びそこに存在する光重合性材料１の架橋のためにプラットフォーム４の方向に反射されるか（右から２番目のビーム）、（プラットフォーム４の領域に存在する光重合性材料１の架橋が起こらない）吸収体Ａの方向に偏向されるように（右から４番目のビーム）制御ユニット（不図示）を介して制御され得る。非作動（無電圧）状態では、旋回可能なマイクロミラーＭからの光は、吸収体Ａの方向に同様に偏向され（右から３番目のビーム）、結果として光重合性材料の架橋は起こらない。

【0030】

図２ｂにおいてマイクロミラー装置は、略１０００から１００００行列のマイクロミラーＭを含む。マイクロミラーＭは、１つ又は複数の画素Ｐを表し得る。例えば、４０９６×２１００画素（４Ｋ）の解像度を有するマイクロミラー装置が使用され得る。マイクロミラーＭは、例えば、略１０μＭから２０μＭの辺長を有する矩形であってもよい。図２ａにおいて、トレイ底部２に実際にイメージングされる画素Ｐは、イメージングユニットＯを介して調整／変更可能なサイズを有し得る。光学イメージングユニットＯは、制御ユニット（不図示）を介して同様に制御可能で、１つ又は複数のレンズを含み得る。或いは、マイクロミラー装置のマイクロミラーＭは、反射光が吸収体Ａ又はイメージングユニットＯへと偏向されるという２つの状態だけを取ることもできる。

【0031】

図１、２に係る装置によるモノリシック部材の層毎構築プロセスは、例えば、ｘ－ｙ方向において略１０－１００μｍの分解能を有し、ｚ方向において略５－１００μｍの分解能を有し得る。（３－Ｄプリント）形成される成形体７の最大３－Ｄ寸法は、例えば、７６×４３×１５０ｍｍ^３である。

【0032】

付加的に製造された３－Ｄ層体／成形体７の完成後、最終的な洗浄、脱バインダ及び焼結が行われ、最終的なモノリシック部材が得られる。

【0033】

図１に示す軸ｘ、ｙ及びｚは、実際の構築空間／製造空間の主軸を特定するものであり、以下では構築空間方向とも呼ぶ。

【0034】

一例として、光重合性材料１は、ポリマー、特にＰＡ、ＰＥＫ、ＰＥＫＫ、ＵＨＭＷＰＥ又はＰＣＬ；金属、特にＴｉ又はステンレス鋼；金属合金、特にＴｉ６４又はＣｏＣｒ；マグネシウム合金、特にＭｇ－Ｃａ、Ｍｇ－Ｚｒ又はＭｇ－Ｚｎ；セラミック、特にＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２又はＣａ_３（ＰＯ_４）_２；及び／又はＳｉ_３Ｎ_４を含み得る。これにより、例えば、組織再生に優れた特性を有する高機械強度の関節インプラントや、機械的摩耗、センサーとしての使用、コンデンサとしての使用、触媒としての使用、電気泳動及び／又は材料のターゲット配置について優れた特性を有する技術機能体を実現することができる。成形体は、粒子充填ポリマー部材として使用可能で、また、更なる処理後に金属／セラミック部材の形態とすることもできる。

【0035】

原理的には、特に関節インプラントの生成のために、光重合性材料１として更に医学的に承認され生体不活性で生体適合性があり、３－Ｄプリント可能な材料を採用することもできる。

【0036】

図３ａ、３ｂは、第１例示実施形態に係るプロセスステップを説明するための簡略斜視図であり、構築空間方向に対する設計部材の設計方向を意図的に変更した結果、異なる表面トポロジーが形成されることを示している。

【0037】

図３ａは、例えば、設計平面（ＣＡＤ又はＣＡＭ）での回転により生成され、異なる設計方向（^ｘＭ、^ｙＭ、^ｚＭ）を有する同一の設計要素Ｅを示している。複数の設計要素Ｅは、設計部材（不図示）を形成し得る。

【0038】

図３ｂは、付加的製造技術によって構築空間（ｘ、ｙ、ｚ）内で生成可能な実際の部材要素Ｂを示す。左側の設計要素Ｅの想定される設計要素表面Ｏ_Ｍについて図３ｂに示すように、付加的製造技術（層毎構築）は、左側の部材要素Ｂの対応する部材要素表面Ｏ_Ｂに段差のある表面トポロジーをもたらす。

【0039】

本発明によれば、個々の設計要素Ｅの設計中に、設計要素Ｅの想定される設計要素表面Ｏ_Ｍに異なる表面トポロジー及び表面特性が実現されるように、設計方向（^ｘＭ、^ｙＭ、^ｚＭ）を特異的に変更することができる。特に、例えば、図３ａの右側に示す設計要素Ｅのように構築空間方向（ｘ、ｙ、ｚ）に対する設計方向（^ｘＭ、^ｙＭ、^ｚＭ）の特異的な変更は、実際の構築空間において滑らかな部材要素表面Ｏ_Ｂを生成し得る。このようにして、生成される部材の特異的に選択された領域において、特に濡れ挙動、堆積挙動及び／又は細胞によるコロニー形成の観点で、局所的に異なる表面特性を実現することができる。

【0040】

図４ａ乃至４ｃは、第２例示実施形態に係る異なる表面トポロジーの選択的生成におけるプロセスステップを説明するための簡略図を示し、図２ａ、２ｂで示した水平構築空間主軸／投影マイクロミラー主軸ｘ、ｙと水平設計要素主軸^ｘＭ、^ｙＭとの間での回転が実行されている。

【0041】

図４ａは、水平構築空間主軸／マイクロミラー主軸ｘ、ｙを示すマイクロミラーユニット６により、トレイ底部２に投影可能な画素フィールド１１の簡略化された平面図を示す。生成される部材の設計要素主軸^ｘＭ、^ｙＭは、これらのマイクロミラー主軸ｘ、ｙ（α＝０°）に対して典型的には平行且つ不変に整列されることで、例えば、真っ直ぐな（滑らかな）側面を有する層体Ｓ１を形成し得る。ここで、マイクロミラー主軸ｘ、ｙに対して設計要素主軸^ｘＭ、^ｙＭを回転角度αだけ回転させると、図４ａに示すように、形成される層体Ｓ２からＳ４の側面に異なる表面トポロジーを形成することができる。

【0042】

そのため、図４ａに示すように、マイクロミラー主軸（水平構築空間主軸）ｘ、ｙと設計要素主軸^ｘＭ、^ｙＭとの間での回転角度α＝４５°により、トレイ底部２に投影される画素Ｐの寸法により実質的に規定される層体Ｓ４において、側面に表面トポロジーを形成することができる。

【0043】

図４ｂは、図４ａに示した平面図に対応する斜視図である。図４ｃから明らかなように、０°から４５°で回転角度αを変化させて層体Ｓ１からＳ４を連続的に層構築することにより、上方領域（層体Ｓ１）において滑らかな側面を有する一方、最下方領域（層体Ｓ４）では非常に粗い（段差のある）側面を有する３－Ｄ層体７を生成することができる。

【0044】

従って、この第２例示実施形態によれば、層生成ステップの繰り返し中に、水平設計要素主軸^ｘＭ、^ｙＭとマイクロミラーユニット６の投影された行／列アラインメントｘ、ｙとの間の回転角度αの変更により、モノリシック部材７の表面トポロジーを特異的に変更し、例えば、異なる局所領域において異なる濡れ挙動を実現することができる。

【0045】

図５は、第３例示実施形態に係る異なる表面トポロジーの選択的生成におけるプロセスステップを説明するために得られた３－Ｄ層体の簡略図を示しており、垂直設計要素主軸^ｚＭとトレイ底部２に直交した構築空間主軸ｚとの間の傾斜が実行される。

【0046】

図５において、ｘ、ｙは水平なトレイ底部２の水平主軸を表し、ｚはこの水平なトレイ底部２に対する直交又は垂線を表す。^ｚＭは垂直な設計要素主軸を表し、これに沿って上述したような個々の層体が形成される。

【0047】

図５は、プラットフォーム／構築空間の垂直主軸に対して１６の異なる配向を有するロッドを部材として示す。設計部材／ロッドＢ_１１の垂直主軸^ｚＭは、トレイ底部に対する垂線ｚと平行になっている。ロッドＢ_１２からＢ_１４はｘｚ平面において傾斜している一方、ロッドＢ_２１からＢ_４１はｙｚ平面において傾斜している。図５ａに示す更なるロッドＢ_２２からＢ_４４は、ｘｚ平面及びｙｚ平面の両方において傾斜している。

【0048】

トレイ底部の水平主軸に対して設計要素主軸^ｚＭは、ｘ方向に傾斜角度β_ｘで、そしてｙ方向に傾斜角度β_ｙで傾斜し得る。また、ｘ方向及びｙ方向の両方への傾斜（β_ｘ、ｙ）も起こり得る。

【0049】

図５は、傾斜角度β_ｘ＝０及びβ_ｙ＝０で形成されたモノリシック部材Ｂ_１１を示しており、その結果、部材の４つの側面は段差の無い表面トポロジーを示している。

【0050】

図５の第１行は３つの更なるモノリシック部材を示しており、ｘ方向への傾斜角度β_ｘが各ケースで増加している。層毎構築及びｘ方向への傾斜により、β_ｘ＝４５°の傾斜角度は図５でＢ_１４とラベルされたモノリシック部材を生み出し、ｘ方向に傾いた／傾斜した２つの側面に段差のある表面トポロジーを呈する一方、ｙ方向に傾いていない／傾斜していない側面は滑らかな表面を有する。

【0051】

同様に、図５の第１列は更に３つのモノリシック部材を示しており、ｙ方向への傾斜角度β_ｙが各ケースで増加している。層毎構築及びｙ方向への傾斜により、β_ｙ＝４５°の傾斜角度は図５でＢ_４１とラベルされたモノリシック部材を生み出し、この部材は、ｙ方向に傾いた／傾斜した２つの側面に段差のある表面トポロジーを呈する一方、ｘ方向に傾いていない／傾斜していない２つの側面は滑らかな表面を有する。

【0052】

同様に、図５の更なる行列は、ｘ方向への傾斜角度β_ｘ及びｙ方向への傾斜角度β_ｙが各ケースで増加した更なるモノリシック部材を示している。層毎構築並びにｘ方向及びｙ方向への傾斜は、例えば、β_ｘ＝４５°及びβ_ｙ＝４５°の傾斜角度では図５においてＢ_４４とラベルされたモノリシック部材を生み出し、この部材は、ｘ方向及びｙ方向に傾いた／傾斜した４つの側面の各々に段差のある表面トポロジーを呈する。

【0053】

従って、垂直構築空間主軸ｚ／水平トレイ底部２の垂線に対する垂直設計要素主軸^ｚＭの傾斜も、段差表面トポロジーを特異的に変更することが可能で、その結果、個々の表面における濡れ挙動を特異的に調整することができる。

【0054】

製造パラメータとして、層生成ステップの繰り返し中に、プラットフォーム／最後に重合された層体とトレイ底部との間の距離を変更することが更に可能である。これにより、垂直方向における個々の層体の高さの変更を通じて、更に異なる表面トポロジーを形成することができる。

【0055】

製造パラメータとして、層生成ステップの繰り返し中に、イメージングユニットＯを介してマイクロミラーユニット６のマイクロミラーＭにより反射された画素の寸法を変更することができる。これにより、表面トポロジーを更に変更することができる。

【0056】

図６ａ乃至６ｃは、第１例示実施形態に係るプロセスステップを説明するための簡略斜視図を示し、トランス照射により対向する表面に異なる表面トポロジーを同時に形成することができる。

【0057】

例えば、図６ａに示す段差構造を有する３－Ｄ層体は、Ｓ１からＳ５までの複数の重合層体の連続形成により典型的な方法で形成され得る。プラットフォーム４は、図６ａには示されておらず、最初の層体Ｓ１の上にある。図６ａに示すように、この連続的な層毎構築は、各々のケースで得られた段差構造の角部及び／又は縁部に残存する光重合性の残存材料Ｒを生じさせる。

【0058】

本発明によれば、個々の層体を架橋するための選択的照射８の間に、段差構造９におけるトランス照射側の角部及び／又は縁部に残存する光重合性の残存材料Ｒが、下方に位置する層体（例えば、Ｓ５）を通じて照射され、同様に光重合／架橋された残存材料に変換（Ｒ→Ｒ'）されるように照射パラメータが変更される（例えば、増加される）ことで、この副次効果は利用され得る。対照的に、入射光側の段差構造１０上に残存する残存材料Ｒは照射されず（マイクロミラーＭは、吸収体Ａに光を反射する）、その結果、この領域では残存材料Ｒの重合／架橋は起こらない。この架橋されていない残存材料は、後の洗浄で部分的又は完全に除去され得る。

【0059】

図６ｂ、６ｃのように、この結果、入射光側の段差構造１０には比較的荒い表面トポロジーが生じ、トランス照射側の段差構造９には架橋された残存材料Ｒ'により平滑化された表面トポロジーが生じるので（角部及び／又は縁部は、重合された残存材料Ｒ'で満たされる）、例えば、これらの局所領域において異なる濡れ挙動を実現することができる。

【0060】

変更可能な照射パラメータは、例えば、照射強度であり、（形成される）個々の最下層の層体Ｓ５への照射エネルギー入力は、そこに配置される光重合性の残存材料Ｒも（トランス）照射されるように増加される。その結果、実際に形成される層体Ｓ５だけでなく、その上に配置された層面の残存材料も重合／架橋され、洗浄ステップ後、図示されたようなトランス照射側の段差構造９の平滑化が達成される。しかしながら、入射光側の段差構造１０の領域では下方からの照射が無いので、この側では光重合性の残存材料Ｒの後架橋が行われず、その結果、洗浄ステップ後、入射光側では非常に鋭角な表面トポロジーが形成される。一例として、照射強度は、所定の層厚に対する通常の照射強度に対して１.５から２.５倍に増加され得る。

【0061】

或いは又は更に、照射パラメータである照射時間を増加させることも可能であり、（形成される）最下層の層体Ｓ５への照射エネルギー入力が、そこに配置される残存材料Ｒも（トランス）照射されるように増加される。その結果、実際に形成される層体Ｓ５だけでなく、その上に配置された層の光重合性の残存材料も重合／架橋され、図示されたような平滑化が、重合された残存材料Ｒ'によりトランス照射側の段差構造９で達成される。入射光側の段差構造１０の領域では下方からの照射は行われず、その結果、この側では重合可能な残存材料Ｒの後架橋が起こらず、（例えば、残された未架橋の残存材料Ｒを洗浄することにより）非常に鋭角な表面トポロジーが形成される。一例として、照射時間は、所定の層厚に対する通常の照射時間に対して１.５から３.５倍、好ましくは２倍に増加され得る。

【0062】

或いは又は更に、エネルギー入力を増加させて上述したような効果を実現するために、使用される照射の波長を変更することも更に可能である。

【0063】

本出願では、照射パラメータに関して光にしばしば言及しているが、任意のタイプの電磁放射線（例えば、不可視光やＸ線等も含む）が選択的照射に使用可能であることが理解されよう。

【0064】

この第１例示実施形態により、照射パラメータの特定変化を通じて簡単な様式で且つ同時に、個々の表面領域において３－Ｄ層体／モノリシック部材の対向する表面に異なる表面トポロジーを形成することができる。

【0065】

図７は、関節における組織再生のために本発明に係るプロセスで生成可能な関節インプラントの簡略図である。

【0066】

図７のように、人工的な海綿構造が少なくともシェル領域に形成され、個々の海綿の表面トポロジーが、上述したプロセスによって特異的に変更され得る。関節インプラントの海綿構造は、原理的に体液に対して開放性且つ透過性であり、軟骨芽細胞又は骨芽細胞のような細胞による海綿表面での迅速なコロニー形成を可能にする。更に、上述した表面トポロジーの特異的な変更（不可視）は、高品質なヒアリン再生軟骨までの再生線維軟骨（軟骨芽細胞）の成長が特定の領域で促進され、骨（骨芽細胞）の成長が他の領域で促進されるような関節インプラントを提供することができる。

【0067】

関節インプラントは、膝蓋骨への適用や、例えば、手首又は足首のような小関節への適用では少なくとも０.６ｃｍで最大でも１.２ｃｍ、膝及び股関節での近位及び遠位の脛骨及び大腿骨への適用では少なくとも０.８ｃｍで最大でも２.２ｃｍ、特に１.０ｃｍから１.６ｃｍ、より好ましくは１.２５ｃｍの長さを有する。これにより、間葉系幹細胞の最適なアクセス性及び生着を達成することができる。図７に係る関節インプラントは、更に少なくとも２ｍｍで最大でも６ｍｍ、好ましくは３ｍｍの直径Ｄを有し、これにより、置換軟骨組織形成のために滑膜（関節腔）に面する側面の最適化を達成することができる。人工海綿構造の厚さｄは、好ましくは０.５から２.０ｍｍ、より好ましくは０.５から１.５ｍｍである。

【0068】

自然の海綿構造又は関節インプラントに適合された形状を有するチャネル構造に基づいて定義及び反復された人工海綿構造の網目構造は、特異的に選択された領域に異なる表面トポロジーを形成するための上記プロセスと併せて、関節インプラントと窪み／ボアチャネルとの間の境界領域、特に、関節インプラントの内部領域や滑膜に面する関節インプラントの端部上方への内因性組織の最適な生着を達成することができる。

【0069】

本発明によれば、関節インプラントは、特に頂部領域及び上部シェル領域に疎水性で軟骨芽細胞分化に好ましい表面を有する一方、底部領域及び下部シェル領域に親水性で間葉系幹細胞の骨芽細胞分化に好ましい表面を有し得る。これにより、関節インプラントの（滑膜に面する）上部領域において軟骨成長を促進し、関節インプラントの（骨髄腔に面する）下部領域において骨成長を促進することができる。

【0070】

また、このようなモノリシック部材は、局所的に異なる表面特性を有するので、例えば、触媒、コンデンサ、膜等の技術機能体を与えることもできる。選択的に調整可能な濡れ挙動により、技術機能体（３－Ｄ層体）は、例えば、導電性材料、触媒活性材料、耐摩耗性材料、センサ材料、コンデンサ材料等により特異的且つ所定領域だけで被覆され得る。このようにして、高度に複雑で非常に小さな機能体が、初めて比較的低コストで生成可能となる。

【0071】

上記プロセスの各ステップは、コンピュータプログラムコマンドにより実施され得ることに留意されたい。これらのコンピュータプログラムコマンドは、コンピュータ又は別のプログラマブルデバイスにロードされて装置を生成することができ、コンピュータ又は別のプログラマブルデバイスで実行されるコマンドは、プロセスステップにおいて上記機能を実施するための手段を与える。これらのコンピュータプログラムコマンドは、同様に、特定機能を実現するためにコンピュータ又は他のプログラマブルデバイスにより読み取り可能なデジタル記録媒体、例えば、ＤＶＤ、ＣＤ又はディスケットに記録され得る。更に、コンピュータプログラムコマンド／プログラムコードは、例えば、電気通信ネットワークからダウンロードされ、コンピュータ又は他のプログラマブルデバイス上で実行される操作ステップをもたらし、プロセスステップを実行可能とするコンピュータ実行プロセスを与える。

【0072】

従って、本発明は、説明したプロセスステップを実行できるようにコンピュータシステムと相互作用する電子的に読み取り可能な制御信号を有するデジタル記録媒体を更に含む。本発明は、更に、プログラムがコンピュータ上で実行される場合に、上記プロセスステップを実行するための機械可読記録媒体に記録されたプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品に関する。本発明は、更に、プログラムがコンピュータ上で実行される場合に、上記プロセスステップを実行するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラムに関する。

【0073】

本発明は、好ましい例示実施形態を参照して説明された。しかしながら、本発明は、これに限定されず、特に上述した例示実施形態を組み合わせたものも含む。特に照射は、マイクロミラーユニットの代わりにレーザを介して行われてもよい。また、上記リソグラフィプロセスの代わりに、他の付加的３－Ｄプリントプロセスを採用することも可能である。

【符号の説明】

【0074】

１ 光重合性材料
２ トレイ底部
３ 平滑化部材
４ プラットフォーム
５ 照射ユニット
６ マイクロミラーユニット
７ モノリシック部材（成形体）
８ 選択的照射
９ トランス照射側の段差構造
１０ 入射光側の段差構造
１１ 画素フィールド
１２ リフト機構
Ｓ１－Ｓ５ 層体
Ｍ マイクロミラー
Ｌ 光源
Ａ 吸収体
Ｐ 画素
Ｏ 光学イメージングユニット
Ｅ 設計要素
Ｏ_Ｍ 設計要素表面
Ｂ 部材要素
Ｏ_Ｂ 部材要素表面
Ｒ 光重合性の残存材料
Ｒ' 光重合性の残存材料
ｘ、ｙ 水平構築空間方向（マイクロミラー主軸）
^ｘＭ、^ｙＭ、^ｚＭ 設計方向
ｚ 垂直構築空間方向（トレイ底部に直交）
α 回転角度
β_ｘ ｘ方向への傾斜角度
β_ｙ ｙ方向への傾斜角度
Ｂ_１１－Ｂ_４４ 傾斜を有して生成された部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図7】

【国際調査報告】