DE112012001671T5 - Verfahren und Systeme zum thermischen Umformen eines Objektes - Google Patents

Abstract

Geschaffen werden ein Verfahren und ein System (100) zum thermischen Umformen eines Objektes (42). Es wird ein Formwerkzeug (32) bereitgestellt, dessen Form einer gewünschten Form des Objektes entspricht. Ein Material (10) wird in einen Erhitzungsbereich (18) eingeführt, und das Material (10) wird unter Verwendung von Wärmequellen (22i) erhitzt, die unabhängig gesteuert werden können und die verschiedene Bereiche (10a, 10b, 10c) des Materials erhitzen. Das erhitzte Material wird dann über oder in wenigstens einem Abschnitt des Formwerkzeugs (32) angeordnet, um das Material zu verformen. Das verformte Material kann dann beschnitten werden, um das Objekt (42) auszubilden.

Description

• Verwandte Anmeldungen
• Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der am 13. April 2011 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/475,212 (Aktenzeichen des Bevollmächtigten Nr. 83289-804351), die hiermit in die vorliegende Anmeldung in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke einbezogen wird.
• Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum thermischen Umformen bzw. Thermoformen eines Objektes. Das heißt, die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum selektiven Erhitzen eines Materials, das über oder in einem Formwerkzeug angeordnet werden soll.
• Die Technik bedient sich gegenwärtig verschiedener Methoden zum thermischen Umformen von Objekten. Dazu gehören Methoden des sogenannten Thin-Gauge-Thermoformens, bei denen dünne Platten oder Folien (die üblicherweise eine Dicke von weniger als 0,6 Inch haben) aus Kunststoff eingesetzt werden, um relativ mobile Objekte, wie beispielsweise Geschirr, Lebensmittelverpackungserzeugnisse, Blister-Verpackungen aus Kunststoff zum Verpacken pharmazeutischer Erzeugnisse und dergleichen zu formen. Dazu gehören auch Methoden des sogenannten Thick-Gauge-Thermoformens, bei denen dickere Platten (die üblicherweise eine Dicke von mehr als 1,2 Inch haben) aus Kunststoff eingesetzt werden, um relativ große Objekte, wie beispielsweise Verkleidungsflächen an Kraftfahrzeugen, medizinischen Geräten, Küchengeräten und dergleichen herzustellen.
• Bei vielen Methoden wird zunächst das Kunststoffmaterial in Plattenform erhitzt und dann unter Verwendung eines Formwerkzeugs in die Form des gewünschten Objektes gebracht. Das Erhitzen wird üblicherweise mit einer einzelnen Einheit durchgeführt, die eine oder mehrere Heizspiralen enthält. Aufgrund von ungleichmäßiger Verteilung von Wärme bei vielen existierenden Systemen treten zahlreiche Probleme auf. Bei einer einzelnen Heizspirale werden Abschnitte des Kunststoffs, die sich unter der Heizspirale befinden, erheblich stärker erhitzt als Abschnitte des Kunststoffs, die von der Heizspirale entfernt sind. Bei mehreren Heizspiralen werden Abschnitte des Kunststoffs, die sich unter den Heizspiralen befinden, erheblich starker erhitzt als Abschnitte des Kunststoffs, die sich zwischen Heizspiralen befinden.
• Ungleichmäßige Wärmeverteilung verursacht verschiedene Probleme beim Prozess des thermischen Umformens. Beispielsweise variiert die Verformbarkeit des erhitzten Kunststoffs, so dass es zu ungenauem Formen über einem Formwerkzeug kommt. Bei einem anderen Beispiel werden Teile des erhitzten Kunststoffs möglicherweise zu stark erhitzt, um eine gewünschte durchschnittliche Wärme und damit Verformbarkeit zum Formen des Kunststoffs über dem Formwerkzeug zu erreichen, wobei die Überhitzung Verformungen, Schwachstellen usw. in der Kunststoffzusammensetzung bewirkt. Für Einsatzzwecke, bei denen Präzisions-Formwerkzeuge erforderlich sind, so beispielsweise bei der Herstellung von Dentalvorrichtungen, die einem Formwerkzeug innerhalb eines Toleranzbereiches von Mikrometern genau entsprechen müssen, führen diese Probleme zu erheblichem Aufwand und Ineffizienz bei dem Prozess des thermischen Umformens und möglicherweise zu mangelhafter Effektivität der Erzeugnisse.
• Des Weiteren werden bei existierenden Methoden Veränderungen an oder Unterschiede zwischen Kunststoffen und/oder Formwerkzeugen nicht berücksichtigt. Das heißt, es werden die gleichen Heizspiralen und Wärmemengen auch dann eingesetzt, wenn die Kunststoffplatten (oder Formwerkzeuge), die am Eingang vorhanden sind, verschieden sind (dicker oder dünner sind), um unterschiedliche Objekte herzustellen. In diesem Fall wird suboptimale Erhitzung an den folgenden Platten durchgeführt, wodurch es wiederum zu mangelhafter Effektivität und Einschränkungen hinsichtlich der Erweiterung der Produktpalette kommt.
• Dementsprechend ist es wünschenswert, dass diese Mängel überwunden werden, um die Qualität mittels thermischen Umformen hergestellter Objekte zu verbessern, die Effizienz beim Herstellen von Objekten mittels thermischen Umformen zu verbessern, die Abfallmenge zu verringern, die bei Systemen und Prozessen zum thermischen Umformen anfällt und die Anzahl der Einsatzzwecke zu erhöhen, für die ein einzelnes System zum thermischen Umformen eingesetzt werden kann.
• Kurze Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren, Systeme sowie Vorrichtungen zum thermischen Umformen bzw. Thermoformen eines Objektes mittels selektiven Erhitzens eines über oder in einem Formwerkzeug anzuordnenden Materials.
• In einer Ausführungsform werden ein Verfahren, ein System oder eine Vorrichtung zum thermischen Umformen bzw. Thermoformen eines Objektes geschaffen. Das Verfahren kann beispielsweise einschließen, dass ein Formwerkzeug bereitgestellt wird, das funktional in einer Vakuumkammer installiert ist. Ein Material (beispielsweise Kunststoff) kann dann in einen Erhitzungsbereich eingeführt und unter Verwendung einer Vielzahl unabhängig gesteuerter Wärmequellen erhitzt werden, die verschiedene Bereiche des Materials erhitzen. Durch unabhängige Steuerung der Wärmequellen, die verschiedene Bereiche erhitzen, kann die Erhitzung des Materials verbessert bzw. besser angepasst werden, um so beispielsweise bessere oder gleichmäßigere Verteilung der Wärme über das gesamte Material zu gewährleisten. Das erhitzte Material kann über oder in wenigstens einem Abschnitt des Formwerkzeugs angeordnet werden, indem beispielsweise ein Vakuum in der Vakuumkammer erzeugt wird.
• Ein umfassenderes Verständnis des Wesens und der Vorteile von Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung sowie die beigefügten Zeichnungen. Andere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus den Zeichnungen sowie der ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die folgt. Der Schutzumfang der Erfindung wird jedoch vollständig aus den Ausführungen der Patentansprüche ersichtlich.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt ein System zum thermischen Umformen bzw. Thermoformen eines Objektes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2A ist eine Perspektivansicht eines vereinfachten Erhitzungselementes gemäß einer ersten Ausführungsform.
• 2B ist eine Seitenansicht des in 2A gezeigten vereinfachten Erhitzungselementes.
• 3A ist eine Perspektivansicht eines vereinfachten Erhitzungselementes gemäß einer zweiten Ausführungsform.
• 3B ist eine Seitenansicht des in 3A gezeigten vereinfachten Erhitzungselementes.
• 4A ist eine Perspektivansicht eines vereinfachten Erhitzungselementes gemäß einer dritten Ausführungsform.
• 4B ist eine Seitenansicht des in 4A gezeigten vereinfachten Erhitzungselementes.
• 5A zeigt erhitzte Abschnitte eines Materials gemäß einer ersten Ausführungsform.
• 5B zeigt erhitzte Abschnitte eines Materials gemäß einer zweiten Ausführungsform.
• 5C zeigt erhitzte Abschnitte eines Materials gemäß einer dritten Ausführungsform.
• 6 zeigt ein Erhitzungselement gemäß einer Ausführungsform.
• 7 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Vorgänge zum Thermoformen eines Objektes gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
• 8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Vorgänge zum Thermoformen eines Objektes gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
• 9 ist ein Schema einer elektronischen Berechnungs- bzw. Computervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
• Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Verfahren und Systeme zum thermischen Umformen bzw. Thermoformen eines Objektes mittels selektiven Erhitzens eines Materials geschaffen, das über oder in einem Formwerkzeug angeordnet wird.
• In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Thermoformen eines Objektes geschaffen. Das Verfahren kann einschließen, dass ein Formwerkzeug bereitgestellt wird, das funktional mit einer Vakuumkammer verbunden ist. Ein Material (z. B. Kunststoff, Polymerfolie, Spielzeuge usw.) kann dann in einen Erhitzungsbereich eingeführt und unter Verwendung einer Vielzahl von Wärmequellen erhitzt werden, die unabhängig gesteuert werden können und verschiedene Bereiche des Materials erhitzen. Durch unabhängige Steuerung der Wärmequellen, die verschiedene Bereiche erhitzen, kann Erhitzen des Materials verbessert bzw. besser angepasst werden, um so beispielsweise bessere oder gleichmäßigere Verteilung von Wärme über das gesamte Material zu gewährleisten. Das erhitzte Material kann über oder in wenigstens einem Abschnitt des Formwerkzeugs angeordnet werden, indem beispielsweise ein Vakuum in der Vakuumkammer geschaffen wird.
• In einer weiteren Ausführungsform wird ein System zum Thermoformen eines Objektes geschaffen. Das System enthält ein bewegliches Element, mit dem ein Material in einen Erhitzungsbereich eingeführt werden kann. Das bewegliche Element kann beispielsweise Walzen enthalten, die das Material durch den Erhitzungsbereich und zu sowie durch andere Elemente des Systems transportieren. Das System enthält des Weiteren eine Erhitzungseinheit, mit der das Material unter Verwendung einer Vielzahl von Wärmequellen erhitzt werden kann, die unabhängig gesteuert werden können und verschiedene Bereiche des Materials erhitzen, wenn sich das Material in dem Erhitzungsbereich befindet. Das System kann des Weiteren eine Steuereinrichtung enthalten, die elektronisch mit den Wärmequellen gekoppelt ist, um einen Ausgang der Wärmequellen zu steuern. Das System kann des Weiteren ein Element zum Formen eines Objektes enthalten, das funktional mit einem Formwerkzeug verbunden ist, so positioniert ist, dass es das erhitzte Material aufnimmt und so eingerichtet ist, dass es das erhitzte Material über oder in wenigstens einem Abschnitt des Formwerkzeugs anordnet. In einer Ausführungsform enthält das Element zum Formen eines Objektes des Weiteren eine obere Kammer und eine untere Kammer, die in Eingriff kommen können und eine Vakuumkammer bilden.
• In einer weiteren Ausführungsform ist ein Heiz- bzw. Erhitzungselement zum Erhitzen eines Materials vorhanden, das dazu dient, ein Objekt in einem Thermoformprozess herzustellen. Das Erhitzungselement enthält eine Vielzahl Wärmequellen, die unabhängig gesteuert werden können und mit denen verschiedene Abschnitte des Materials erhitzt werden können. Die Wärmequellen können beispielsweise Karbon-Strahler einschließen. Das Erhitzungselement enthält des Weiteren wenigstens einen Temperatursensor zum Überwachen einer Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte des Materials. Der Temperatursensor kann beispielsweise einen Infrarot-Temperatursensor enthalten, der an einer Seite des Materials angeordnet ist, die einer Seite gegenüberliegt, an der die Wärmequellen angeordnet sind. Das Erhitzungselement kann des Weiteren eine Steuervorrichtung enthalten, die elektrisch mit den Wärmequellen und dem Temperatursensor gekoppelt ist, um die Wärmequellen auf Basis der überwachten Temperatur zu steuern. Durch Überwachen der Temperatur und Steuern der Wärmequellen auf Basis der überwachten Temperatur kann das Erhitzen des Materials genau angepasst werden, um so eine gleichmäßige Verteilung von Wärme über ausgewählte gewünschte Abschnitte des Materials zu gewährleisten.
• 1 zeigt ein System 100 zum thermischen Formen bzw. Thermoformen eines Objektes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. System 100 enthält ein zu einem Objekt zu formendes Material 10, ein bewegliches Element 12 zum Bewegen von Material 10 sowie ein tragendes Element 14, das verschiedene Elemente des Systems 100 physisch trägt. System 100 enthält des Weiteren ein Erhitzungselement 20 zum selektiven Erhitzen von Material 10. Erhitzungselement 20 enthält eine Erhitzungseinheit 22 zum Erhitzen von Material 10 sowie einen Temperatursensor 24 zum Überwachen einer Temperatur von Material 10. System 100 enthält des Weiteren ein Element 30 zum Formen eines Objektes, mit dem das erhitzte Material 10 über oder in wenigstens einem Teil eines Formwerkzeugs 32 angeordnet wird. Element 30 zum Formen eines Objektes enthält eine obere Kammer 34, eine untere Kammer 36 sowie einen Formwerkzeugträger 38 und bewirkt, dass verformte Abschnitte 39 in Material 10 ausgebildet werden. System 100 enthält des Weiteren ein Ausdrückelement 40 zum Ausdrücken eines Objektes aus Material 10. Ausdrückelement 40 enthält einen Beschneider 44 und eine Rutsche 46.
• Jedes dieser Elemente und seine Funktion werden im Folgenden ausführlicher erläutert. Material 10 ist jedes beliebige geeignete Material zum Thermoformen eines Objektes, d. h., Material 10 ist jedes beliebige Material, das in Reaktion auf eine Wärmebehandlung verformbar wird. Beispielsweise kann Material 10 elastomerisches Polymermaterial sein, z. B. Thermoform-Dentalmaterial vom Typ Tru-Train (z. B. 0,03 Inch) (Tru-Train Plastics, Rochester, Minnesota). Material 10 kann als eine Endlosbahn bereitgestellt werden, die von einer Spule, Rolle oder dergleichen (nicht dargestellt) bezogen wird, oder kann in vorgeschnittenen Teilen bereitgestellt werden, wobei die vorgeschnittenen Teile beispielsweise so bemessen sind, dass sie dem Element 30 zum Formen eines Objektes entsprechen. Material 10 kann jede beliebige geeignete Form (z. B. rechteckig, quadratisch, kreisrund, oval) und Dicke (z. B. 0,01 Inch, 0,03 Inch, 0,05 Inch, im Bereich von 0,01 Inch bis 0,05 Inch; 0,1 Inch, 0,12 Inch, 0,14 Inch, im Bereich von 0,1 Inch bis 0,14 Inch oder weniger als 0,1 Inch, im Bereich von 0,05 Inch bis 0,1 Inch oder mehr als 0,14 Inch) haben. Material 10 kann eine im Wesentlichen einheitliche Dicke über einen Teil von Material 10 und/oder eine variierende Dicke über einen Teil von Material 10 haben.
• Das bewegliche Element 12 ist jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung, mit dem/der Material 10 in einen Erhitzungsbereich 10 eingeführt werden kann. Das bewegliche Element 10 kann auch so betrieben werden, dass es Material 10 in andere Abschnitte von System 100 einführt, so beispielsweise Objekt 30 zum Formen eines Objektes sowie Ausdrückelement 40. In einer Ausführungsform kann das bewegliche Element 12 eine oder mehrere drehbare Spule/n oder Rolle/n enthalten. Material 10 kann mit den drehbaren Spulen in Kontakt kommen und veranlasst werden, sich in Reaktion auf Drehung der drehbaren Spulen zu bewegen. Eine Spule kann so eingerichtet sein, dass sie Material 10 aufnimmt, bevor Material 10 in Erhitzungsbereich 18 eintritt, und eine andere Spule kann so eingerichtet sein, dass sie Material 10 nach Erhitzen und Schneiden aufnimmt. Material 10 kann im Betrieb zwischen den Spulen so gespannt werden, dass wenigstens im Betrieb Material 10 im Wesentlichen plan zwischen den Spulen ist. Durch die Anordnung und Drehung der Spulen kann Material 10 in Erhitzungselement 20, Element 30 zum Formen eines Objektes sowie Ausdrückelement 40 hinein und durch sie hindurch geleitet werden.
• In einer anderen Ausführungsform kann das bewegliche Element 12 positionierende Ketten (nicht dargestellt) enthalten, bei denen Stifte, Nadeln oder andere eingreifende Strukturen eingesetzt werden, die Material 10 durchstoßen und transportieren. Die positionierenden Ketten können zwischen den verschiedenen Elementen von System 100 verlaufen. Ähnlich wie bei der oben erläuterten Ausführungsform kann mit den positionierenden Ketten Material 10 in Erhitzungselement 20, Element 30 zum Ausbilden eines Objektes sowie Ausdrückelement 40 hinein und durch sie hindurch geleitet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann das bewegliche Element 12 separate Abschnitte zum Einführen von Material 10 in Erhitzungselement 20, Element 30 zum Formen eines Objektes oder/und Ausdrückelement 40 enthalten. Beispielsweise kann Material 10 vorgeschnitten sein, und ein Abschnitt des beweglichen Elementes 12 kann in Funktion den vorgeschnittenen Teil von Material 10 in Erhitzungsbereich 18 anordnen. Der gleiche oder ein anderer Abschnitt des beweglichen Elementes 10 kann dann in Funktion den erhitzten vorgeschnittenen Teil von Material 10 aus Erhitzungsbereich 18 zu Element 30 zum Formen eines Objektes überführen, in dem dann ein verformter Abschnitt 39 von Material 10 ausgebildet wird. Der gleiche oder ein anderer Abschnitt des beweglichen Elementes 12 kann dann in Funktion den verformten Abschnitt 39 von Element 30 zum Formen eines Objektes zu Ausdrückelement 40 überführen, an dem der verformte Abschnitt 39 anschließend aus dem Material 10 ausgedrückt werden kann.
• Das tragende Element 14 ist jede beliebige geeignete Vorrichtung, mit der verschiedene Elemente von System 100 physisch getragen und/oder positioniert werden. Das tragende Element 14 kann beispielsweise ein massives Objekt sein, mit dem Temperatursensor 24, die untere Kammer 36, Formwerkzeug-Träger 38 oder/und Rutsche 46 getragen und positioniert wird/werden. Das tragende Element 14 kann des Weiteren Abschnitte (nicht dargestellt) enthalten, mit dem andere Elemente von System 100, wie beispielsweise Erhitzungseinheit 22, die obere Kammer 34 und Beschneider 44 direkt oder indirekt getragen und positioniert werden.
• Erhitzungselement 20 ist jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung, mit dem/der Erhitzungsbereich 18 geschaffen wird, in dem Abschnitte von Material 10 erhitzt werden können. In einer Ausführungsform wird Material 10 beispielsweise durch Drehung des beweglichen Elementes 12 durch Erhitzungselement 20 geleitet. Material 10 kann kontinuierlich durch Erhitzungselement 20 geleitet werden, oder in einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt bzw. Teil von Material 10 an eine Position nahe an Erhitzungselement 20 bewegt werden, über einen Zeitraum angehalten und dann an eine Position nahe an anderen Elementen von System 100, wie beispielsweise Element 30 zum Formen eines Objektes, bewegt werden.
• Erhitzungselement 20 enthält eine Erhitzungseinheit 22 und einen Temperatursensor 24. Erhitzungseinheit 22 ist jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung, mit dem/der Wärme auf Erhitzungsbereich 18 gerichtet wird. Erhitzungseinheit 22 kann eine oder mehrere Wärmequelle/n 22i enthalten, oder Wärmequellen 22i können außerhalb von Erhitzungseinheit 22 vorhanden sein. Die Wärmequellen 22i können jede beliebige geeignete Wärmequelle sein. Beispielsweise können die Wärmequellen 22i Wärme erzeugen, indem Strom durch einen Widerstand geleitet wird, Gas oder anderes brennbares Material verbrannt wird, elektromagnetische Strahlung erzeugt wird usw. Erhitzungseinheit 22 kann stationär oder beweglich sein, so dass Wärme unter Verwendung einer einzelnen Wärmequelle 22i auf einen oder mehrere Abschnitte von Erhitzungsbereich 18 gerichtet werden kann. Erhitzungselement 20, das Erhitzungseinheit 22 enthält, wird unter Bezugnahme auf 2A bis 6 weitergehend erläutert.
• Temperatursensor 24 ist jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung zum Messen einer Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte von Material 10, der/die sich in Erhitzungsbereich 18 befindet/befinden, und er kann ein oder mehrere Temperaturmesselement/e 24 enthalten. In einer Ausführungsform sind die Temperaturmesselemente 24i kontaktlose Sensoren, mit denen eine Temperatur von Material 10 bestimmt werden kann, ohne dass der Sensor mit Material 10 in Kontakt kommt. Beispielsweise können die Temperaturmesselemente 24i Strahlungsthermometer (z. B. ein Pyrometer, Infrarotwärmebildkamera, Leitungsmessthermometer (line-measuring thermometer), Infrarotstrahlungs-Thermometer usw.), Wärmebildeinrichtungen, Funkthermometer, optische Pyrometer, Glasfaser-Temperatursensoren usw. sein. In einer anderen Ausführungsform sind die Temperaturmesselemente 24 Kontaktsensoren, mit denen eine Temperatur von Material 10 mittels Kontakt mit Material 10 bestimmt wird. Die Temperaturmesselemente 24 können beispielsweise thermoelektrische Elemente, Thermistoren, Flüssigkeitsthermometer, Widerstands-Temperaturdetektoren, Ausdehnungsthermometer, Bimetallthermometer, Halbleiter-Temperatursensoren usw. sein. Die Temperaturmesselemente 24i können jede beliebige Kombination der oben beschriebenen Elemente einschließen. Erhitzungselement 20, das die Temperaturmesselemente 24i enthält, wird unter Bezugnahme auf 2A bis 6 weitergehend erläutert.
• Element 30 zum Formen eines Objektes kann jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung sein, mit dem/der das erhitzte Material 10 über oder in wenigstens einem Abschnitt von Formwerkzeug 32 angeordnet wird. Element 30 zum Formen eines Objektes kann einen Abschnitt von Material 10 aufnehmen, nachdem der Abschnitt mit Erhitzungselement 20 erhitzt worden ist. Element 30 zum Formen eines Objektes kann funktional mit Formwerkzeug 32 verbunden sein und in Funktion den erhitzten Abschnitt von Material 10 über oder in wenigstens einem Abschnitt von Formwerkzeug 32 anordnen. Da der erhitzte Abschnitt von Material 10 aufgrund der Wärmebehandlung verformbar ist, formt sich der erhitzte Abschnitt von Material 10 um die Konturen von Formwerkzeug 32 herum. Dadurch werden verformte Abschnitte 39 von Material 10 ausgebildet, wobei die verformten Abschnitte 39 so geformt werden, dass sie Formwerkzeug 32 aufnehmen.
• In einer Ausführungsform erzeugt Element 30 zum Formen eines Objektes ein Vakuum, so dass Abschnitte von Material 10 an die Innen- und/oder Außenfläche von Formwerkzeug 32 gesaugt werden. In dieser Ausführungsform kann Element 30 zum Formen eines Objektes eine obere Kammer 34 und eine untere Kammer 36 enthalten. Ein oder mehrere Formwerkzeug/e, wie beispielsweise Formwerkzeug 32, kann/können von der oberen Kammer 34 oder/und der unteren Kammer 36 aufgenommen werden. Hier wird Formwerkzeug 32 von der unteren Kammer 36 aufgenommen. Ein erhitzter Abschnitt von Material 10 kann an eine Position zwischen der oberen Kammer 34 und der unteren Kammer 36 bewegt werden. Wenn das Material 10 positioniert ist, kann seine Bewegung unterbrochen werden. An diesem Punkt können die obere Kammer 34 und die untere Kammer 36 einander verschließen und zusammen mit dem zwischen ihnen befindlichen erhitzten Abschnitt von Material 10 eine abgedichtete Kammer bilden. Dann kann ein Vakuum in der abgedichteten Kammer erzeugt werden, durch das in der abgedichteten Kammer eingeschlossene Luft entfernt wird, so dass der in der Kammer angeordnete Abschnitt von Material 10 über oder in Formwerkzeug 32 gezogen wird. Es ist möglich, dass Element 30 zum Formen eines Objektes in einer anderen Ausführungsform kein Vakuum erzeugt. Vielmehr kann ein Abschnitt von Material 10 über Formwerkzeug 32 gepresst werden.
• Formwerkzeug 32 ist jedes beliebige geeignete Formwerkzeug zum Ausbilden bzw. Formen eines Objektes. Formwerkzeug 32 kann eine positive Form (bei der Material 10 über Form 32 geformt wird) sein oder kann eine negative Form (bei der Material 10 im Inneren von Formwerkzeug 32 geformt wird) sein. Formwerkzeug 32 kann aus jedem beliebigen geeigneten massiven Material, wie beispielsweise Metall, Silizium, Glas usw. bestehen. Formwerkzeug 32 kann jede beliebige geeignete Form haben. In einer Ausführungsform hat Formwerkzeug 32 die Form von Zähnen einer Person (d. h. ein physisches Zahnmodell). In anderen Ausführungsformen nimmt Formwerkzeug 32 andere Formen, wie beispielsweise Formen an, die Einwegbechern, Behältern, Deckeln, Schalen, Blister-Verpackungen, Klappschalen, anderen Erzeugnissen für Lebensmittel, Medikamente und den allgemeinen Einzelhandel, Fahrzeugtüren und Armaturenbrettern, Kühlschrankauskleidungen, Nutzfahrzeug-Ladeflächen, Kunststoffpaletten usw. entsprechen.
• Ausdrückelement 40 ist jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung zum Ausdrücken eines Objektes 42 aus Material 10. Ausdrückelement 40 kann verformte Abschnitte 39 aus Material 10 von Element 30 zum Formen eines Objektes aufnehmen, wobei jeder verformte Abschnitt 39 eine gewünschte Form von Objekt 42 hat. Beim Aufnehmen eines verformten Abschnitts 39 kann Ausdrückelement 40 den verformten Abschnitt 39 von Material 10 entfernen und damit Objekt 42 schaffen. Objekt 42 kann die Form eines gewünschten Objektes haben. In einigen Ausführungsformen kann Objekt 42 Restmaterial enthalten, das dann abgeschnitten werden kann, so dass die Form des gewünschten Objektes entsteht.
• In einer Ausführungsform enthält Ausdrückelement 40 einen Beschneider 44. Beschneider 44 enthält Schneidkanten. Der verformte Abschnitt 39 kann nahe an den Schneidkanten von Beschneider 44 angeordnet werden. Beschneider 44 kann mit Material 10 in Eingriff kommen, so dass die Schneidkanten von Beschneider 44 den verformten Abschnitt 39 physisch von Material 10 abtrennen. Die abgetrennten verformten Abschnitte 39 bilden Objekte 42. In einer anderen Ausführungsform enthält Ausdrückelement 40 des Weiteren eine Rutsche 46. Rutsche 46 kann jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung sein, mit dem/der Objekte 42 aufgenommen und in einigen Ausführungsformen transportiert, werden. In einer Ausführungsform ist Rutsche 46 ein schräges Element, das Objekt 42 aufnimmt und bewirkt, dass sich Objekt 42 durch Schwerkraft an eine gewünschte Position bewegt. In anderen Ausführungsformen können andere Verfahren zum Abschneiden bzw. Beschneiden eingesetzt werden, die z. B. automatisiertes oder manuelles Beschneiden (oder eine Kombination daraus), Anwenden einer oder mehrerer Schneidkanten, Laser-Schneiden oder -Ritzen und dergleichen einschließen.
• Objekt 42 kann jedes beliebige Objekt sein, das eine gewünschte Form hat. In einer Ausführungsform ist Objekt 42 eine kieferorthopädische, vom Patienten entnehmbare Vorrichtung, die dazu dient, Zähne eines Patienten von einer ersten Zahnstellung (beispielsweise einer anfänglichen Zahnstellung) an eine zweite Zahnstellung (z. B. eine geplante, vorgesehene, vorübergehende oder abschließende Zahnstellung) zu verschieben und/oder an dieser zu halten. Die Vorrichtung kann von einem Patienten getragen werden, um die Zähne des Patienten einzuschränken und/oder ihre Position zu ändern. Die Vorrichtung kann eine Schale (beispielsweise eine Polymerschale) oder einen Schalenabschnitt umfassen, der eine Vielzahl von Zahnaufnahmehohlräumen aufweist, die so geformt sind, dass sie die Zähne aufnehmen und eine elastische Positionierkraft ausüben, mit der diese eingeschränkt und/oder verschoben werden. Eine Vorrichtung kann auf allen in einem Ober- oder Unterkiefer vorhandenen Zähnen oder weniger als allen der Zähne sitzen. In einigen Fällen werden nur bestimmte von einer Vorrichtung aufgenommene Zähne durch die Vorrichtung verschoben, während andere Zähne einen Basis- bzw. Verankerungsbereich bilden können, mit dem die Vorrichtung festgehalten wird, während sie Kraft auf den Zahn bzw. die Zähne ausübt, der/die verschoben werden soll/en. In einigen Fällen werden während einer kieferorthopädischen Behandlung viele oder die meisten oder auch alle der Zähne verschoben. Beispielhafte Vorrichtungen, einschließlich der in dem System in Invisalign^® eingesetzten, sind in zahlreichen Patenten und Patentanmeldungen von Align Technology, Inc., die beispielsweise die US-Patente Nr. 6,450,807 und 5,975,893 sowie die US-Patentanmeldung Nr. 12/633,715 (Aktenzeichen des Bevollmächtigten Nr. 83289-75154) einschließen, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis vollständig einbezogen werden, sowie auf der Website des Unternehmens beschrieben, die im Internet zugänglich ist (siehe z. B. ”align.com”). In anderen Ausführungsformen kann es sich bei Objekt 42 um andere Typen kieferorthopädischer Vorrichtungen handeln, so beispielsweise einen sogenannten Retainer oder eine sogenannte Tracking-Schablone (tracking template).
• System 100 ist in einer Ausführungsform ein Thermoformsystem, das Elemente zum Erhitzten von Material, zum Formen von Objekten in dem Material sowie zum Entfernen der Objekte von dem Material enthält. Dem Fachmann ist jedoch bewusst, dass ein derartiges System ebenso gut in einem System mit einer kleineren oder einer größeren Anzahl von Komponenten als der in 1 dargestellten funktionieren könnte. Daher sollte die Darstellung von System 100 in 1 als veranschaulichend und nicht als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend verstanden werden.
• 2A–4B zeigen ein vereinfachtes Erhitzungselement 20 gemäß verschiedener Ausführungsformen. 2A ist eine Perspektivansicht eines vereinfachten Erhitzungselementes 20 gemäß einer ersten Ausführungsform. Erhitzungselement 20 enthält eine Vielzahl von Wärmequellen 22a, 22b, 22c, mit denen Wärme erzeugt und auf Material 10 gerichtet werden kann, so dass ein erster Abschnitt 10a, ein zweiter Abschnitt 10b und ein dritter Abschnitt 10c jeweils erhitzt werden, wobei sich der erste Abschnitt 10a, der zweite Abschnitt 10b und der dritte Abschnitt 10c voneinander unterscheiden.
• Bei den Wärmequellen 22a, 22b, 22c kann es sich um jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Vorrichtung handeln, mit denen, wie bereits erläutert, Wärme erzeugt wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Wärmequellen 22a, 22b, 22c Karbon-Wärmestrahler. Die Wärmequellen 22a, 22b, 22c sind länglich geformt und erstrecken sich so vollständig über eine Breite W von Material 10. Die Wärmequellen 22a, 22b, 22c sind parallel zueinander in einer Linie angeordnet, die einer Richtung einer Länge L von Material 10 entspricht. Die Wärmequellen 22a, 22b, 22c sind so bemessen, dass die erhitzten Abschnitte 10a, 10b und 10c des Materials wenigstens die Gesamtmenge des Materials 10 bilden, die eingesetzt wird, um Objekt 42 auszubilden (1). Jede der Wärmequellen 22a, 22b, 22c kann unabhängig gesteuert werden, so dass eine von jeder Wärmequelle auf Material 10 gerichtete Wärmemenge gesteuert werden kann und damit die Wärme des ersten Abschnitts 10a, des zweiten Abschnitts 10b sowie des dritten Abschnitts 10c gesteuert werden kann.
• In einer Ausführungsform kann ein Ausgang einer oder mehrerer der Wärmequellen 22a, 22b, 22c gesteuert werden. Beispielsweise kann eine an eine oder mehrere Wärmequelle/n 22a, 22b, 22c angelegte Spannung erhöht oder verringert werden, um eine entsprechende Zunahme oder Verringerung der Wärme zu bewirken, die von einer oder mehreren Wärmequelle/n 22a, 22b, 22c erzeugt wird. In einer anderen Ausführungsform kann eine Richtung der Wärme, die von einer oder mehreren Wärmequelle/n 22a, 22b, 22c übertragen wird, gesteuert werden. Beispielsweise kann eine Ausrichtung der Wärmequelle selbst so reguliert werden, dass die von der Wärmequelle erzeugte Wärme anders gerichtet wird. Bei einem anderen Beispiel können Wärmeleitplatten, die mit der Wärmequelle verbunden sind, so reguliert werden, dass die durch die Wärmequelle erzeugte Wärme anders gerichtet ist. In einer weiteren Ausführungsform können sowohl ein Ausgang als auch eine Richtung der Wärme einer oder mehrerer Wärmequelle/n 22a, 22b, 22c gesteuert werden.
• Temperatursensor 24 enthält in dieser Ausführungsform mehrere Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c. Bei den Temperaturmesselementen 24a, 24b, 24c kann es sich um jedes beliebige geeignete System bzw. jede beliebige geeignete Einrichtung handeln, mit dem/der, wie bereits erläutert, eine Temperatur von Material 10 gemessen wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c Infrarot-Temperatursensoren. Mit den Temperaturmesselementen 24a, 24b, 24c kann eine Temperatur des dritten Abschnitts 10d von Material 10, des vierten Abschnitts 10e von Material 10 bzw. des fünften Abschnitts 10f von Material 10 gemessen werden. In einigen Ausführungsformen sind die Abschnitte (10d, 10e, 10f) des Material, deren Temperatur gemessen wird, genauso groß wie oder größer als die erhitzten Abschnitte (10a, 10b, 10c) von Material 10. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Abschnitte (10d, 10e, 10f) des Materials, deren Temperatur gemessen wird, kleiner als die erhitzten Abschnitte (10a, 10b, 10c) von Material 10.
• Die Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c können an jeder beliebigen Position vorhanden sein, um eine Temperatur von erhitztem Material 10 zu messen, das zum Formen von Objekt 42 eingesetzt wird. Beispielsweise können sie an Kanten von Material 10, in der Mitte einer Breite W von Material 10 oder an anderen Stellen entlang der Breite W vorhanden sein. Wenn mehrere Temperatursensoren vorhanden sind, können sie in jedem beliebigen Abstand über die Länge L von Material 10 angeordnet sein. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht jedes Temperaturmesselement (24a, 24b, 24c) einer Wärmequelle (22a, 22b, 22c) und liegt einer Position der entsprechenden Wärmequelle (22a, 22b, 22c) gegenüber.
• Es kann jede beliebige geeignete Anzahl von Temperaturmesselementen 24a, 24b, 24c zum Messen einer Temperatur von erhitztem Material 10 vorhanden sein, das zum Formen von Objekt 42 eingesetzt wird. Beispielsweise könnte ein einzelner Temperatursensor vorhanden sein, oder es könnten mehrere Temperatursensoren vorhanden sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Temperatursensoren vorhanden, wobei jedes Temperaturmesselement (24a, 24b, 24c) einer einzelnen Wärmequelle (22a, 22b, 22c) entspricht.
• In einer Ausführungsform ändern sich Bereiche von Material 10, für die eine Temperatur mit einem Temperatursensor gemessen wird, nicht. Beispielsweise kann der Temperatursensor stationär sein. Bei anderen Beispielen können sich Bereiche von Material 10, für die eine Temperatur mit einem Temperatursensor gemessen wird, ändern. Beispielsweise kann der Temperatursensor mit einem Motor, einem Stellglied oder dergleichen gekoppelt sein und von diesem gesteuert werden, um eine Ausrichtung des Temperaturmesselementes zu steuern.
• In der vorliegenden Ausführungsform enthält Erhitzungselement 20 des Weiteren ein Gehäuse 26. Gehäuse 26 dient dazu, die Wärmequellen 22a, 22b, 22c wenigstens teilweise aufzunehmen und reflektiert in einigen Fällen von den Wärmequellen 22a, 22b, 22c erzeugte Wärme auf Material 10 zu. Gehäuse 26 kann gegenüber Wärme isolieren oder diese leiten und kann aus jedem beliebigen dazu geeigneten Material, wie beispielsweise Metallen, Polymer, Mineralien, Beton usw., bestehen. Des Weiteren sind in der vorliegenden Ausführungsform die Wärmequellen 22a, 22b, 22c alle von gleicher Größe und Form und gleichem Typ. In anderen Ausführungsformen kann/können jedoch eine oder mehrere Wärmequelle/n 22a, 22b, 22c von unterschiedlicher Größe und Form und/oder unterschiedlichem Typ sein. Beispielsweise können die Wärmequellen 22a, 22c kleiner sein als Wärmeelement 22b. Dementsprechend können die Wärmequellen 22a, 22b, 22c unterschiedliche Mengen an Material 10 in Wärmemustern mit unterschiedlichen Formen und/oder Verwendung verschiedener Wärmetechnologie erhitzen. Desgleichen sind in der vorliegenden Ausführungsform die Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c alle von gleicher Größe und Form und gleichem Typ. In anderen Ausführungsformen kann/können ein oder mehr Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c, jedoch von unterschiedlicher Größe und Form und/oder unterschiedlichem Typ sein. Beispielsweise kann Temperatursensor 24b eine Temperatur eines größeren Abschnitts von Material 10 messen als die Temperaturmesselemente 24a, 24c. Dementsprechend können die Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c Temperatur für unterschiedliche Materialmengen 10 in Temperaturmessmustern mit unterschiedlicher Form und/oder unter Verwendung unterschiedlicher Temperaturmesstechnologie messen.
• In Funktion wird Material 10 (oder ein Teil bzw. von Material 10) in Erhitzungsbereich 18 (1) eingeführt. Erhitzungsbereich 18 entspricht in der vorliegenden Ausführungsform Bereichen von Material 10, die in Reaktion auf Aktivierung der Wärmequellen 22a, 22b, 22c erhitzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird Material 10 so in Erhitzungsbereich 18 eingeleitet, dass ein Teil von Material 10 in Reaktion auf Aktivierung der Wärmequellen 22a, 22b, 22c erhitzt wird. Nachdem Material 10 in Erhitzungsbereich 18 positioniert ist, wird das positionierte Material stationär gehalten. Diese stationäre Position kann mit Ausdrückelement 40 übereinstimmen, das Beschneider 44 steuert, um ein zuvor geformtes Objekt 42 aus Material 10 auszudrücken (1). Zu diesem Zeitpunkt wird/werden eine oder mehrere Wärmequelle/n 22a, 22b, 22c aktiviert, so dass Abschnitte 10a, 10b, 10c von Material 10 erhitzt werden. Beim Erhitzen messen die Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c eine Temperatur verschiedener Abschnitte 10d, 10e, 10f von Material 10. Diese Temperaturmessungen werden dann zu einer Steuerung bzw. Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zurückgeführt, die dazu dient, einen Ausgang der Wärmequellen 22a, 22b, 22c zu steuern. Die Wärmequellen 22a, 22b, 22c können auf diese Weise selektiv so gesteuert werden, dass die Temperaturen in verschiedenen Bereichen von Material 10 eine gewünschte Temperatur erreichen. In einer Ausführungsform können Temperaturen der Abschnitte 10a, 10b, 10c so gesteuert werden, dass sie gleichzeitig eine gewünschte Temperatur erreichen. In einer anderen Ausführungsform können die Temperaturen der Abschnitte 10a, 10b, 10c so gesteuert werden, dass sie zu unterschiedlichen Zeitpunkten eine gewünschte Temperatur erreichen. Wenn der/die erhitzte/n Abschnitte/n von Material 10 auf die gewünschte Temperatur/en erhitzt worden ist/sind, kann/können der/die erhitzte/n Abschnitt/e zu Element 30 zum Formen eines Objektes transportiert werden (1), um den/die erhitzten Abschnitt/e 10a, 10b, 10c zu verformen.
• 2B ist eine Seitenansicht des in 2A gezeigten vereinfachten Erhitzungselementes 20. Aus der Seitenansicht wird deutlich, dass ein Objektabschnitt 10z aus Material vorhanden ist, wobei Objektabschnitt 10z zum anschließenden Formen von Objekt 42 eingesetzt wird (1). Objektabschnitt 10z kann jede beliebige geeignete Größe und jede beliebige geeignete Form zum anschließenden Formen von Objekt 42 haben. Objektabschnitt 10z kann beispielsweise quadratisch, rechteckig, kreisrund, oval usw. sein. In diesem Fall ist Objektabschnitt 10z kleiner als Abschnitte von Material 10, die mit den Wärmequellen 22a, 22b, 22c erhitzt werden. In einigen Ausführungsformen kann jedoch Objektabschnitt 10z genauso groß sein wie oder größer als Abschnitte von Material 10, die mit den Wärmequellen 22a, 22b, 22c erhitzt werden. Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform Objektabschnitt 10z größer als Abschnitte von Material 10, deren Temperatur mit den Temperaturmesselementen 24a, 24b, 24c gemessen wird. In einigen Ausführungsformen kann jedoch Objektabschnitt 10z genauso groß sein wie oder kleiner als Abschnitte von Material 10, deren Temperatur mit den Temperaturmesselementen 24a, 24b, 24c erfasst wird.
• 3A ist eine Perspektivansicht eines vereinfachten Erhitzungselementes 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die unter Bezugnahme auf 2A und 2B erläuterten Merkmale gelten mit den im Folgenden aufgeführten Ausnahmen ebenso für diese Ausführungsform. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Wärmequellen 22a, 22b, 22c nicht vollständig über eine Breite W von Material 10. Vielmehr erstrecken sich die Wärmequellen 22a, 22b, 22c nur teilweise über die Breite W. Des Weiteren sind die Wärmequellen 22a, 22b, 22c über die Länge L zueinander versetzt. Das heißt, die Wärmequellen 22a, 22c sind über einer ersten Hälfte von Breite W angeordnet, und Wärmeelement 22b ist über einer zweiten Hälfte von Breite W angeordnet, die sich von der ersten Hälfte unterscheidet. Aufgrund ihrer Größer oder/und Position sind die Wärmequellen 22a, 22b, 22c so angeordnet, dass Objektabschnitt 10z (3B), der zum anschließenden Formen von Objekt 42 eingesetzt wird, sowohl erhitzte Abschnitte als auch nicht erhitzte Abschnitte enthalten kann.
• In der vorliegenden Ausführungsform sind die Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c ebenfalls zueinander versetzt. Die Temperaturmesselemente 24a, 24b, 24c sind so angeordnet, dass Abschnitte 10d, 10e, 10f von Material 10, deren Temperatur gemessen wird, den erhitzten Abschnitten 10a, 10b, 10c entsprechen. Dabei werden mit den Abschnitten 10d, 10e, 10f, deren Temperatur gemessen wird, nur erhitzte Abschnitte von Material 10 gemessen. In einigen Ausführungsformen kann/können jedoch ein oder mehrere Abschnitt/e 10d, 10e, 10f, dessen/deren Temperatur gemessen wird, nicht erhitzte Abschnitte von Material 10 einschließen. In einigen Ausführungsformen kann/können ein oder mehrere Abschnitt/e 10d, 10e, 10f, dessen/deren Temperatur gemessen wird, nur nicht erhitzte Abschnitte von Material 10 einschließen.
• 3B ist eine Seitenansicht des in 3A gezeigten vereinfachten Erhitzungselementes 20. Aus der Seitenansicht wird ersichtlich, dass sich Objektabschnitt 10z, selbst wenn die Wärmequellen 22a, 22b, 22c dazu dienen, erhitzte Abschnitte von Material 10 zu erzeugen, und dabei nicht erhitzte Abschnitte verbleiben, über eine Länge L des Materials erstrecken und sowohl erhitzte als auch nicht erhitzte Abschnitte von Material 10 einschließen kann.
• 4A ist eine Perspektivansicht eines vereinfachten Erhitzungselementes 20 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die unter Bezugnahme auf 2A bis 3B erläuterten Merkmale gelten mit den im Folgenden aufgeführten Ausnahmen ebenso für die vorliegende Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Wärmequellen (nicht dargestellt) extern und erzeugen Wärme, die von Gehäuse 26 geleitet wird.
• Gehäuse 26 enthält in der vorliegenden Ausführungsform Wärmeleitkammern 26a, 26b. Die Wärmeleitkammern 26a, 26b werden durch Wände von Gehäuse 26 gebildet. Wärme wird von einer oder mehreren externen Wärmequelle/n erzeugt und tritt, zumindest wie in 4A dargestellt, in Öffnungen ein, die an einer Oberseite der Wärmeleitkammern 26a, 26b vorhanden sind. Die Wärmeleitkammern 26a, 26b leiten dann die Wärme auf Material 10 zu, so dass Abschnitte 10a, 10b von Material 10 erhitzt werden. Die durch die Wärmeleitkammern 26a, 26b geleitete Wärme kann, wie bereits erläutert, von einer beliebigen geeigneten Quelle erzeugt werden.
• In einer Ausführungsform ist eine Ausrichtung einer oder mehrere Wärmeleitkammer/n 26a, 26b unveränderlich. Die Wärmeleitkammern 26a, 26b können beispielsweise als eine Einheit mit Gehäuse 26 ausgebildet sein. In einer anderen Ausführungsform kann eine Ausrichtung einer oder mehrerer Wärmeleitkammer/n 26a, 26b geändert werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Wärmeleitkammern 26a, 26b keine Einheit mit Gehäuse 26 bilden, sondern vielmehr mit Motoren, Stellgliedern und dergleichen gekoppelt sind und von ihnen gesteuert werden.
• In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Heiz- bzw. Wärmekammern vorhanden. In anderen Ausführungsformen kann/können jedoch eine oder mehr Heizkammer/n vorhanden sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Wärmekammern 26a, 26b zylindrisch geformt. Die Wärmekammern 26a, 26b können jedoch jede beliebige geeignete Form haben, wobei dies Formen mit Querschnitten einschließt, die quadratisch, rechteckig, trapezförmig, kreisrund, oval usw. sind. Die Wärmekammern 26a, 26b haben in der vorliegenden Ausführungsform gleiche Größe und Form. In anderen Ausführungsformen können die Wärmekammern 26a, 26b jedoch unterschiedliche Größe oder Form haben. Beispielsweise kann Wärmekammer 26a größer sein als Wärmekammer 26b.
• Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform nur ein einzelnes Temperaturmesselement 24a vorhanden. Dementsprechend kann mit Temperaturmesselement 24a eine Temperatur eines einzelnen Abschnitts 10d von Material 10 gemessen werden. Abschnitt 10d, dessen Temperatur gemessen wird, umschließt in der vorliegenden Ausführungsform vollständig die erhitzten Abschnitte 10a, 10b von Material 10. In anderen Ausführungsformen ist es jedoch möglich, dass Abschnitt 10d, dessen Temperatur gemessen wird, nur einen Teil eines erhitzten Abschnitts oder mehrerer erhitzter Abschnitte 10a, 10b oder keinen der erhitzten Abschnitte 10a, 10b umschließt.
• 4B ist eine Seitenansicht des in 4A gezeigten vereinfachten Erhitzungselementes 20. Aus der Seitenansicht wird deutlich, dass mit einem einzelnen Temperaturmesselement 24a die Temperatur eines Abschnitts von Material 10 gemessen werden kann, der Objektabschnitt 10z einschließt. Des Weiteren wird deutlich, dass sich möglicherweise die Abschnitte von Material 10, die mit Wärme erhitzt werden, die über Wärmeleitkammern 26a, 26b geleitet wird, über die Länge L von Material 10 nicht überlappen. In anderen Ausführungsformen können diese Abschnitte einander jedoch teilweise oder vollständig überlappen.
• 2A bis 4B zeigen verschiedene Ausführungsformen eines vereinfachten Erhitzungselementes 20. Dem Fachmann ist jedoch bewusst, dass das Erhitzungselement 20 mit einer kleineren oder größeren Anzahl von Komponenten als der in 2A bis 4B dargestellten arbeiten könnte. Daher sollte die Darstellung von Erhitzungselement 20 in 2A bis 4B lediglich als veranschaulichend und nicht als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend verstanden werden.
• 5A–5C zeigen erhitzte Abschnitte von Material 10 gemäß verschiedener Ausführungsformen. 5A zeigt erhitzte Abschnitte 10a, 10b, 10c von Material 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform können die erhitzten Abschnitte 10a, 10b, 10c den durch die unter Bezugnahme auf 2A und 2B erläuterten Wärmequellen 22a, 22b, 22c erzeugten entsprechen. Material 10 enthält Objektabschnitt 10z, wobei Objektabschnitt 10z zum anschließenden Formen von Objekt 42 (1) eingesetzt wird. Des Weiteren enthält Objektabschnitt 10z einen Verformungsabschnitt 10k, wobei Verformungsabschnitt 10k durch Element 30 zum Formen eines Objektes in oder um Formwerkzeug 32 (1) herum geformt wird.
• In der vorliegenden Ausführungsform hat Verformungsabschnitt 10k die Form einer vom Patienten entnehmbaren kieferorthopädischen Vorrichtung, die auf Zähne eines Patienten aufgesetzt wird. Verformungsabschnitt 10k kann jedoch jede beliebige geeignete Form zum Formen eines gewünschten Objektes haben, wobei das Objekt, wie bereits erläutert, jedes beliebige geeignete Objekt sein kann.
• Die erhitzten Abschnitte 10a, 10b, 10c umschließen in der vorliegenden Ausführungsform zusammen den gesamten Objektabschnitt 10z sowie den gesamten Verformungsabschnitt 10k. Jeder erhitzte Abschnitt 10a, 10b, 10c umschließt des Weiteren einen speziellen Abschnitt von Verformungsabschnitt 10k. Dementsprechend kann eine Wärme verschiedener Abschnitte von Verformungsabschnitt 10k selektiv gesteuert werden. Auf diese Weise können einige Abschnitte von Material 10, für die stärkere Verformbarkeit zum Formen erforderlich ist, selektiv erhitzt werden, während andere Abschnitte, für die keine derartige Verformbarkeit erforderlich ist, ebenfalls selektiv erhitzt werden können. Beispielsweise können die Abschnitte von Verformungsabschnitt 10k, für die stärkere Verformbarkeit erforderlich ist, selektiv stärker erhitzt werden, während andere Abschnitte von Verformungsabschnitt 10k, die nicht stark verformbar sein müssen, selektiv in einem geringeren Maß erhitzt werden können als die oben erwähnten Abschnitte. Desgleichen können Abschnitte von Objektabschnitt 10z, für die stärkere Verformbarkeit zum Formen erforderlich ist, selektiv stärker erhitzt werden, während andere Abschnitte von Objektabschnitt 10z, für die keine starke Verformbarkeit erforderlich ist, selektiv in geringerem Maße erhitzt werden können als die oben erwähnten Abschnitte.
• In einigen Ausführungsformen können verschiedene Abschnitte von Material 10 selektiv erhitzt werden, um ein konstantes Erhitzen des gesamten Materials 10 oder eines Teils desselben zu gewährleisten. Beispielsweise kann durch Rückmeldung von Temperatursensor 24 Erhitzungselement 20 so gesteuert werden, dass Verformungsabschnitt 10k und/oder Objektabschnitt 10z die gleiche Temperatur haben/hat (1). Des Weiteren können die verschiedenen Abschnitte von Material 10 in unterschiedlichem Maß oder in gleichem Maß erhitzt werden, um die gleiche oder unterschiedliche Temperatur/en zu erzielen. In einigen Fällen kann eine gewünschte Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte von Material 10 ohne Überregeln (overshooting) erreicht werden. Das heißt, mit Temperatursensor 24 kann Erhitzungselement 20 so gesteuert werden, dass eine gewünschte Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte von Material 10 erreicht wird, ohne dass eine Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte von Material 10 (1) die gewünschte Temperatur übersteigt.
• 5B zeigt erhitzte Abschnitte 10a, 10b, 10c von Material 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform können die erhitzten Abschnitte 10a, 10b, 10c den durch unter Bezugnahme auf 3A und 3B erläuterten Wärmequellen 22a, 22b, 22c erzeugten entsprechen. Die unter Bezugnahme auf 5A erläuterten Merkmale gelten mit den im Folgenden beschriebenen Ausnahmen ebenso für die vorliegende Ausführungsform.
• In der vorliegenden Ausführungsform umschließen die erhitzten Abschnitte 10a, 10b, 10c nicht den gesamten Objektabschnitt 10z und umschließen auch nicht den gesamten Verformungsabschnitt 10k. Vielmehr umschließen die erhitzten Abschnitte 10a, 10b einen Teil von Verformungsabschnitt 10k, und der erhitzte Abschnitt 10b umschließt keinen Teil von Verformungsabschnitt 10k, sondern umschließt einen Teil von Objektabschnitt 10z. Des Weiteren überlappen die erhitzten Abschnitte 10a, 10b, 10c einander nicht. Auf diese Weise können einige Teile von Objektabschnitt 10z unabhängig von dem Erhitzen von Verformungsabschnitt 10k erhitzt werden.
• 5C zeigt erhitzte Abschnitte 10a, 10b von Material 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform können die erhitzten Abschnitte 10a, 10b denjenigen entsprechen, die mit Wärme erzeugt werden, die über unter Bezugnahme auf 4A und 4B erläuterte Wärmeleitkammern, 26a, 26b übertragen wird. Die unter Bezugnahme auf 5A und 5B erläuterten Merkmale gelten mit den im Folgenden beschriebenen Ausnahmen ebenso für die vorliegende Ausführungsform.
• In der vorliegenden Ausführungsform umschließen die erhitzten Abschnitte 10a, 10b nicht den gesamten Verformungsabschnitt 10k und umschließen auch nicht den gesamten Objektabschnitt 10z. Vielmehr umschließen die erhitzten Abschnitte 10a, 10b jeweils nur einen Teil von Verformungsabschnitt 10k und von Objektabschnitt 10z. Auf diese Weise können Teile von Verformungsabschnitt 10k und Objektabschnitt 10z direkt erhitzt werden, während andere Teile nicht direkt erhitzt werden können.
• 5A bis 5C zeigen verschiedene Ausführungsformen zum Erhitzen von Abschnitten von Material 10. Dem Fachmann ist jedoch bewusst, dass mehr oder weniger Abschnitte von Material 10 als die in 5A bis 5C dargestellten erhitzt werden können. So sollte die Darstellung der erhitzten Abschnitte von Material 10 in 5A bis 5C als veranschaulichend und nicht als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend verstanden werden.
• 6 zeigt ein Erhitzungselement 20 gemäß einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform enthält Erhitzungselement 20 eine Wärmequelle 22a, ein Temperaturmesselement 24a und eine Gesamtsteuereinrichtung 27, eine Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 sowie einen Signalformer 29. Für jedes der Elemente, die mit der gleichen Zahl wie einer bereits hier verwendeten gekennzeichnet sind, gilt die bereits erfolgte Erläuterung. Die neu dargestellten Elemente und ihre Beziehung zu den bereits aufgeführten werden im Folgenden erläutert.
• Gesamtsteuereinrichtung 27 ist jede beliebige geeignete elektronische Berechnungs- bzw. Computereinrichtung, mit der Temperatursignale von Temperaturmesselement 24a empfangen und Wärmesteuerungssignale zu Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 übertragen werden können. Gesamtsteuereinrichtung 27 ist über Signalformer 29 elektrisch mit Temperaturmesselement 24a verbunden, wobei Kabel vorhanden sein können, um Gesamtsteuereinrichtung 27 elektrisch mit Signalformer 29 und Signalformer 29 mit Temperaturmesselement 24a elektrisch zu koppeln. Gesamtsteuereinrichtung 27 ist über Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 elektrisch mit Wärmequelle 22a verbunden, wobei Kabel vorhanden sein können, um Gesamtsteuereinrichtung 27 elektrisch mit Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 und Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 mit Wärmequelle 22a zu verbinden.
• Signalformer 29 ist jede beliebige geeignete elektronische Computereinrichtung, mit der Signalformung bzw. Aufbereitung eines empfangenen Signals durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann Signalformer 29 Rauschen aus einem empfangenen Signal filtern, bestimmte Bandbreiten eines empfangenen Signals verstärken usw. Signalformer 29 empfängt Temperatursignale von Messelement 24a, wobei die Temperatursignale eine Temperatur von Material innerhalb von Abschnitt 10d anzeigen, dessen Temperatur gemessen wird. Nach dem Empfangen der Temperatursignale führt Signalformer 29 Signalverarbeitung der empfangenen Signale durch und überträgt dann die verarbeiteten Signale zu Gesamtsteuereinrichtung 27.
• In einigen Ausführungsformen ist kein Signalformer 29 vorhanden. Vielmehr empfängt Gesamtsteuereinrichtung 27 Temperatursignale direkt von Temperaturmesselement 24a. In anderen Ausführungsformen wird die Funktion von Signalformer 29 von Gesamtsteuereinrichtung 27 erfüllt.
• Nach dem Empfangen der Temperatursignale kann Gesamtsteuereinrichtung 27 einen Ausgang von Wärmequelle 22a auf Basis der empfangenen Temperatursignale und einer gewünschten Temperatur steuern. Wärmequelle 22a kann so gesteuert werden, dass sie Abschnitte von Material 10 mittels einer der bereits beschriebenen Methoden erhitzt. Die gewünschte Temperatur kann auf verschiedene Weise empfangen oder bestimmt werden, wie dies unter Bezugnahme auf 7 und 8 weitergehend erläutert wird. Beim Steuern des Ausgangs von Wärmequelle 22a kann Gesamtsteuereinrichtung 27 ein Wärmesteuerungssignal zu Wärmequellen-Steuerungseinrichtung 28 übertragen, wobei das Wärmesteuerungssignal Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 anweist, einen Ausgang von Wärmequelle 22a zu erhöhen oder zu senken. In einigen Ausführungsformen kann das Wärmesteuerungssignal die Wärmequellen-Steuerung 28 auch oder als Alternative dazu anweisen, eine Richtung des Ausgangs von Wärmequelle 22a zu ändern.
• Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 ist jede beliebige geeignete elektronische Computereinrichtung, mit der ein Ausgang von Wärmequelle 22a auf Basis eines empfangenen Wärmesteuerungssignals gesteuert werden kann. In einer Ausführungsform steuert Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 einen Ausgang von Wärmequelle 22a, indem sie ein Stromsignal zu Wärmequelle 22a überträgt. Die Eigenschaften des Stromsignals variieren entsprechend dem Typ der Wärmequelle 22a bildenden Technologie. In einigen Ausführungsformen kann das Stromsignal ein Niederspannungs-Digitalsignal sein. In anderen Ausführungsformen kann das Stromsignal ein Hochspannungs-Analogsignal sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist Wärmequelle 22a ein Karbon-Strahler, und das Stromsignal reicht von 0 bis 70 Volt Wechselspannung. Des Weiteren erhöht in der vorliegenden Ausführungsform Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 eine Spannung des Stromsignals in Reaktion darauf, dass das Wärmesteuerungssignal eine Erhöhung des Ausgangs von Wärmequelle 22a anzeigt, und Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 verringert eine Spannung des Stromsignals in Reaktion darauf, dass das Wärmesteuerungssignal eine Verringerung des Ausgangs von Wärmequelle 22a anzeigt.
• In einer anderen Ausführungsform steuert Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 eine Richtung von Wärmequelle 22a durch Übertragen eines Regulierungssignals zu Wärmequelle 22a. Die Eigenschaften des Regulierungssignals variieren in Abhängigkeit von dem Aufbau von Wärmequelle 22a. In einigen Ausführungsformen kann das Regulierungssignal ein analoges oder ein digitales Signal sein, mit dem Wärmequelle 22a angewiesen wird, ihre Ausrichtung zu ändern. In anderen Ausführungsformen kann das Regulierungssignal ein analoges oder digitales Signal sein, mit dem eine Wärmeleitkammer 26a, 26b angewiesen wird, ihre Ausrichtung zu ändern.
• In einigen Ausführungsformen ist keine Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 vorhanden. Vielmehr überträgt Gesamtsteuereinrichtung 27 Wärmesteuerungssignale direkt zur Wärmequelle 22a. In anderen Ausführungsformen wird die Funktion von Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 von Gesamtsteuereinrichtung 27 erfüllt. Des Weiteren sind, obwohl 6 nur eine einzelne Wärmequelle 22a und ein einzelnes Wärmemesselement 24a zeigt, zahlreiche andere Möglichkeiten und Varianten, wie sie bereits erläutert wurden, im Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung eingeschlossen.
• In einer Ausführungsform ist Gesamtsteuereinrichtung 27 elektronisch mit anderen, unter Bezugnahme auf 1 erläuterten Elementen von System 100 gekoppelt. Beispielsweise kann Gesamtsteuereinrichtung 27 elektronisch mit dem beweglichen Element 12, Element 30 zum Formen eines Objektes und/oder Ausdrückelement 40 gekoppelt sein. Gesamtsteuereinrichtung 27 kann so betrieben werden, dass sie Informationen von jedem dieser Elemente empfängt und Steuersignale zu jedem dieser Elemente überträgt, um eine Funktion derselben zu steuern. Weitere Verarbeitung durch Gesamtsteuereinrichtung 27 wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 erläutert.
• Erhitzungselement 20 enthält in einer Ausführungsform Gesamtsteuereinrichtung 27, Wärmequellen-Steuereinrichtung 28 und Signalformer 29. Dem Fachmann ist jedoch bewusst, dass Erhitzungselement 20 gleichfalls in Form eines Erhitzungselementes arbeiten könnte, das eine kleinere oder größere Anzahl von Komponenten als die in 6 dargestellte aufweist. Daher sollte die Darstellung von Erhitzungselement 20 in 6 als veranschaulichend und nicht als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend verstanden werden.
• 7 ist ein Flussdiagramm 700, das beispielhafte Vorgänge zum Thermoformen eines Objektes gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. In Vorgang 702 wird ein Formwerkzeug bereitgestellt. Formwerkzeug 32 kann beispielsweise in Formwerkzeug-Träger 38 von Element 30 zum Formen eines Objektes (1) angeordnet sein. Formwerkzeug 32 kann so funktional mit Element 30 zum Formen eines Objektes verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann Formwerkzeug 32 mit einer Formwerkzeug-Positioniereinrichtung (nicht dargestellt) in Formwerkzeug-Träger 38 positioniert werden. Die Formwerkzeug-Positioniereinrichtung kann beispielsweise ein Roboterarm sein, mit dem Objekte zwischen Positionen bewegt werden. Dementsprechend kann Formwerkzeug 32 mit Formwerkzeug-Positioniereinrichtung in Formwerkzeug-Träger 38 eingesetzt und aus ihm entfernt werden.
• In Vorgang 704 wird ein Material 10 in einen Erhitzungsbereich 18 (1) eingeführt. Material 10 kann mit jedem beliebigen geeigneten Mittel in Erhitzungsbereich 18 eingeführt werden. Beispielsweise kann Material 10 über ein bewegliches Element 12 (1) in Erhitzungsbereich 18 eingeführt werden. In einigen Ausführungsformen wird ein Abschnitt von Material 10 in Erhitzungsbereich 18 eingeführt und anschließend während einer folgenden Wärmebehandlung stationär in Erhitzungsbereiche 18 gehalten. In anderen Ausführungsformen kann Material 10 kontinuierlich ohne Unterbrechung durch Erhitzungsbereich 18 hindurchtransportiert werden. In einer Ausführungsform wird das bewegliche Element 12 von Gesamtsteuereinrichtung 27 (6) gesteuert.
• In Vorgang 706 wird Material 10 unter Verwendung einer Vielzahl unabhängig gesteuerter Wärmequellen 22i (1) erhitzt, die unabhängig gesteuert werden können und verschiedene Bereiche des Materials erhitzen. Verschiedene Abschnitte von Material 10 können, wie dies bereits erläutert wurde, unter Verwendung beliebiger der Wärmequellen 22i, die unabhängig gesteuert werden können, und/oder der Wärmeleitkammern 26a, 26b erhitzt werden. In einer Ausführungsform steuert Gesamtsteuereinrichtung 27 die Wärmequellen 22i, die unabhängig gesteuert werden können, und/oder die Wärmeleitkammern 26a, 26b so, dass ein in Erhitzungsbereiche 18 befindlicher Abschnitt von Material 10 erhitzt wird.
• In Vorgang 708 wird das erhitzte Material 10 über oder in wenigstens einem Abschnitt des Formwerkzeugs 32 angeordnet. Das erhitzte Material 10 kann, wie bereits erläutert, unter Verwendung jedes beliebigen geeigneten Vorgangs über oder in Formwerkzeug 32 angeordnet werden. In einer Ausführungsform betätigt Gesamtsteuereinrichtung 27 das bewegliche Element 12, um das erhitzte Material 10 von dem Erhitzungsbereich 18 an eine Position zwischen einer oberen Kammer 34 und einer unteren Kammer 36 (1) zu bewegen. Gesamtsteuereinrichtung 27 kann dann Element 30 zum Formen eines Objektes so steuern, dass die obere Kammer 34 und die untere Kammer 36 eine abgedichtete Kammer bilden, in der sich das erhitzte Material 10 befindet. Gesamtsteuereinrichtung 27 kann dann Element 30 zum Formen eines Objektes so steuern, dass ein Vakuum im Inneren der abgedichteten Kammer geschaffen wird und so bewirkt wird, dass Abschnitte des erhitzten Materials 10 über Konturen und/oder im Inneren von Hohlräumen von Formwerkzeug 32 geformt werden.
• Es sollte klar sein, dass die in 7 dargestellten spezifischen Vorgänge ein bestimmtes Verfahren zum Thermoformen eines Objektes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden. Gemäß alternativen Ausführungsformen können auch andere Abfolgen von Vorgängen durchgeführt werden. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können beispielsweise die oben dargestellten Vorgänge in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Des Weiteren können die in 7 dargestellten einzelnen Vorgänge mehrere Teilvorgänge einschließen, die je nach dem einzelnen Vorgang in verschiedenen Abfolgen durchgeführt werden können. Des Weiteren können je nach dem jeweiligen Einsatzzweck weitere Vorgänge hinzugefügt oder Vorgänge weggelassen werden. Einem Fachmann ist klar und bewusst, dass viele Veränderungen, Abwandlungen und Alternativen möglich sind. Beispielsweise kann/können das bewegliche Objekt 12 oder/und das Element 30 zum Formen eines Objektes ihre eigene elektronische Computereinrichtung zum Steuern dieses Elementes enthalten. Dementsprechend muss die Gesamtsteuereinrichtung 27 nicht die Funktion jedes dieser Elemente steuern.
• 8 ist ein Flussdiagramm 800, das beispielhafte Vorgänge zum Thermoformen eines Objektes gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. In Vorgang 802 wird wie in Vorgang 702 ein Formwerkzeug 32 (1) bereitgestellt. In Vorgang 804 wird eine Formwerkzeug-Kennung zum Identifizieren des Formwerkzeugs 32 empfangen. In einer Ausführungsform empfängt Gesamtsteuereinrichtung 27 (6) die Formwerkzeug-Kennung. Die Formwerkzeug-Kennung kann von jeder beliebigen geeigneten Quelle empfangen werden. Beispielsweise kann sie von einem Benutzer eingegeben werden. Bei einem anderen Beispiel kann sich die Formwerkzeug-Kennung an oder in Formwerkzeug 32 befinden und kann die Formwerkzeug-Kennung mit jedem beliebigen geeigneten Verfahren von Formwerkzeug 32 gelesen werden. Die Formwerkzeug-Kennung kann beispielsweise in einem RFID-Chip vorhanden sein, der von Gesamtsteuereinrichtung 27 gelesen werden kann. In einem weiteren Beispiel kann die Formwerkzeug-Kennung unter Verwendung eines Strichcode-Scanners gelesen werden, der elektronisch mit Gesamtsteuereinrichtung 27 gekoppelt oder in diese integriert ist.
• In einer Ausführungsform empfängt Gesamtsteuereinrichtung 27 auch oder als Alternative dazu eine Material-Kennung, die Material 10 identifiziert. Die Material-Kennung kann von jeder beliebigen geeigneten Quelle empfangen werden. Beispielsweise kann sie von einem Benutzer eingegeben werden. Bei einem anderen Beispiel kann sich die Material-Kennung an oder in Material 10 befinden und kann die Material-Kennung unter Verwendung jedes beliebigen geeigneten Verfahrens aus Material 10 gelesen werden. Beispielsweise kann die Material-Kennung in einem RFID-Chip vorhanden sein, der von Gesamtsteuereinrichtung 27 gelesen werden kann.
• Bei einem anderen Beispiel kann die Material-Kennung unter Verwendung eines Strichcode-Scanners gelesen werden, der elektronisch mit Gesamtsteuereinrichtung 27 gekoppelt ist.
• In Vorgang 806 werden Formprozess-Informationen auf Basis der Formwerkzeug-Kennung bestimmt. In einigen Ausführungsformen können die Formprozess-Informationen auch oder als Alternative dazu auf Basis der Material-Kennung bestimmt werden. Formprozess-Informationen können jegliche geeignete Informationen zum Formen bzw. Herstellen von Objekt 42 einschließen (1). Beispielsweise können Formprozess-Informationen Steuer-Informationen zum Steuern eines Elementes oder mehrerer Elemente von System 100 einschließen. In einer Ausführungsform schließen Formprozess-Informationen Erhitzungs-Informationen, wie beispielsweise eine gewünschte Erhitzungstemperatur an verschiedenen Positionen von Material 10, eine gewünschte Erhitzungszeit an verschiedenen Positionen von Material 10, einen maximalen Abkühl-Zeitraum zwischen dem Erhitzen von Material 10 und dem Anordnen des erhitzten Materials über oder in Formwerkzeug 32, eine maximale Erhitzungstemperatur für jeden Abschnitt von Material 10 usw. ein. Gesamtsteuereinrichtung 27 kann diese Informationen nutzen, um anschließend die verschiedenen Elemente, wie beispielsweise das bewegliche Element 12, Erhitzungselement 20 usw. von System 100 (1) zu steuern. In einer Ausführungsform sind Formprozess-Informationen für mehrere verschiedene Formwerkzeuge 32 in Gesamtsteuereinrichtung 27 vorgespeichert und mit Formwerkzeug-Kennungen und/oder Material-Kennungen verknüpft, so dass Gesamtsteuereinrichtung 27 diese Informationen anschließend in Reaktion auf Empfang der Formwerkzeug-Kennung und/oder der Material-Kennung bestimmen bzw. lesen kann.
• In Vorgang 808 wird wie in Vorgang 704 ein Material 10 in einen Erhitzungsbereich 18 (1) eingeführt. In Vorgang 809 wird ein Abschnitt von Material 10 mit Erhitzungselement 30 (1) wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung in Vorgang 809 schließt einen Vorgang oder mehrere Vorgänge ein. In einer Ausführungsform schließt Vorgang 809 die Vorgänge 810, 812 und 814 ein.
• In Vorgang 810 wird das Material 10 wie in Vorgang 706 unter Verwendung einer Vielzahl unabhängig gesteuerter Wärmequellen 22i (1) erhitzt, die verschiedene Bereiche des Materials 10 erhitzen. In Vorgang 812 wird eine Temperatur des Materials 10 beim Erhitzen überwacht. Gesamtsteuereinrichtung 27 kann die Temperatur des Materials 10 unter Verwendung von Temperatursensor 24 (1) überwachen. Die Temperaturen von Abschnitten des Materials 10 können entsprechend einer beliebigen der bereits erläuterten Ausführungsformen überwacht werden.
• In Vorgang 814 werden die Wärmequellen 22i auf Basis der überwachten Temperatur gesteuert. Gesamtsteuereinrichtung 27 kann einen Ausgang bzw. eine Funktion der Wärmequellen 22i und/oder der Wärmeleitkammern 26a, 26b auf Basis der unter Verwendung von Temperatursensor 24 überwachten Temperatur steuern. In einer Ausführungsform können die Wärmequellen 22i und/oder die Wärmeleitkammern 26a, 26b so gesteuert werden, dass die Temperaturen in verschiedenen Bereichen des Materials 10 selektiv die gewünschte Temperatur erreichen. Eine Temperatur in verschiedenen Bereichen von Material 10 kann in Reaktion auf unabhängiges Überwachen einer Temperatur verschiedener Bereiche von Material 10 selektiv gesteuert werden.
• Die gewünschte Temperatur kann auf jede beliebige geeignete Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Benutzer die gewünschte Temperatur in Gesamtsteuereinrichtung 27 eingeben. Bei einem anderen Beispiel kann die gewünschte Temperatur in den Formprozess-Informationen enthalten sein und so unter Verwendung einer mit Formwerkzeug 32 verknüpften Formwerkzeug-Kennung und/oder einer mit Material 10 verknüpften Material-Kennung ermittelt werden. In einer Ausführungsform wird die gewünschte Temperatur ohne Überregelung erreicht. Das heißt, unter Verwendung von Temperatursensor 24, der Wärmequellen 22i und/oder der Wärmeleitkammern 26a, 26b kann so gesteuert werden, dass die gewünschte Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte von Material 10 erreicht wird, ohne dass eine Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte von Material 10 die gewünschte Temperatur übersteigt.
• In Vorgang 816 wird eine Qualität des erhitzten Materials 10 geprüft, indem die Temperatur in jedem der verschiedenen Bereiche mit einer gewünschten Temperatur verglichen wird. Die Qualität des erhitzten Materials 10 kann auf Basis von Differenzen zwischen einer gemessenen und einer gewünschten Temperatur bestimmt werden. Wenn beispielsweise die gemessene Temperatur die gewünschte und/oder maximale Temperatur übersteigt, kann festgestellt werden, dass die Qualität des Materials 10 nicht akzeptabel ist. Bei einem anderen Beispiel kann, wenn die gemessene Temperatur die gewünschte und/oder maximale Temperatur übersteigt, festgestellt werden, dass die Qualität von Material 10 nicht akzeptabel ist.
• In einigen Ausführungsformen kann auch eine Zeit berücksichtigt werden, während der die Temperaturdifferenz vorliegt. Wenn beispielsweise die gemessene Temperatur die gewünschte und/oder maximale Temperatur über weniger als eine festgelegte Zeit übersteigt, kann festgestellt werden, dass die Qualität des Materials 10 akzeptabel ist. Wenn hingegen die gemessene Temperatur die gewünschte und/oder maximale Temperatur über eine Zeit übersteigt, die genauso lang ist wie oder länger als eine festgelegte Zeit, kann festgestellt werden, dass die Qualität des Materials 10 nicht akzeptabel ist. In einer Ausführungsform kann Gesamtsteuereinrichtung 27 diese Feststellungen auf Basis von Temperatursensor 24 empfangener Temperatursignale sowie Formprozess-Informationen treffen. In einigen Ausführungsformen kann Vorgang 816 als Teil von Vorgang 809 durchgeführt werden.
• In Vorgang 818 wird das erhitzte Material 10 wie in Vorgang 708 über oder in wenigstens einem Abschnitt des Formwerkzeugs 32 angeordnet. In Vorgang 820 wird das erhitzte Material 810 von dem Formwerkzeug 32 entfernt. Es kann jede beliebige geeignete Methode zum Entfernen des erhitzten Materials 10 von dem Formwerkzeug nach Thermoformen des erhitzten Materials 10 eingesetzt werden. Beispielsweise kann das verformte erhitzte Material 10 mittels Luft von Form 32 abgelöst werden, unter Verwendung einer Abstreifplatte von Form 32 abgestreift werden usw. Nach dem Entfernen des erhitzten Materials 10 von dem Formwerkzeug 32 sind verformte Abschnitte 29 in dem Material 10 ausgebildet.
• In Vorgang 822 wird das entfernte Material 10 beschnitten, um ein Objekt 42 auszubilden. Das entfernte Material 10 (d. h., verformte Abschnitte 39) kann mit Beschneider 44 (1) beschnitten werden. Es kann jede beliebige der bereits erläuterten Methoden zum Beschneiden eingesetzt werden. Beispielsweise kann Beschneider 44 so mit Material 10 in Eingriff kommen, dass Schneidkanten von Beschneider 44 den verformten Abschnitt 39 physisch von Material 10 trennen. Durch das Beschneiden können Öffnungen in Material 10 ausgebildet werden.
• Es sollte klar sein, dass die in 8 dargestellten spezifischen Vorgänge ein bestimmtes Verfahren zum Thermoformen eines Objektes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden. Gemäß alternativen Ausführungsformen können auch andere Abfolgen von Vorgängen durchgeführt werden. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können beispielsweise die oben dargestellten Vorgänge in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Des Weiteren können die in 8 dargestellten einzelnen Vorgänge mehrere Teilvorgänge einschließen, die je nach dem einzelnen Vorgang in verschiedenen Abfolgen durchgeführt werden können. Des Weiteren können je nach dem jeweiligen Einsatzzweck weitere Vorgänge hinzugefügt oder Vorgänge weggelassen werden. Einem Fachmann ist klar und bewusst, dass viele Veränderungen, Abwandlungen und Alternativen möglich sind.
• 9 ist ein Schema einer elektronischen Berechnungs- bzw. Computereinrichtung 900 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Für die verschiedenen Elementen in den bereits beschriebenen schematischen Darstellungen von Systemen (z. B. Gesamtsteuereinrichtung 27, Erhitzungselement-Steuereinrichtung 28 und/oder Signalformer 29) kann eine beliebige geeignete Anzahl von Teilsystemen in der Computereinrichtung eingesetzt werden, um die hier beschriebenen Funktionen zu ermöglichen. Beispiele für diese Teilsysteme bzw. Komponenten sind in 9 dargestellt. Die in 9 dargestellten Teilsysteme sind über einen Systembus 910 miteinander verbunden. Zusätzliche Teilsysteme, wie beispielsweise ein Drucker 920, Tastatur 930, Festplattenlaufwerk 940 (oder anderer Speicher, der physische, nicht-flüchtige computerlesbare Medien umfasst), Monitor 950, der mit Grafikkarte 955 gekoppelt ist, und andere sind dargestellt. Peripheriegeräte und Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen (nicht dargestellt), die mit Eingabe-/Ausgabesteuerung 960 gekoppelt sind, können mit dem Computersystem über eine beliebige Anzahl von Einrichtungen verbunden werden, wie sie in der Technik bekannt sind, so beispielsweise den seriellen Anschluss 965. Der serielle Anschluss 965 oder die externe Schnittstelle 970 kann beispielsweise eingesetzt werden, um die Computereinrichtung mit einem Fernnetz (wie beispielsweise dem Internet), einer Maus-Eingabeeinrichtung oder einem Scanner zu verbinden. Die Verbindung über den Systembus ermöglicht es dem zentralen Prozessor 980, mit jedem Teilsystem zu kommunizieren und die Ausführung von Anweisungen von Systemspeicher 990 oder dem Festplattenlaufwerk 940 sowie den Austausch von Informationen zwischen Teilsystemen zu steuern. Der Systemspeicher 990 und/oder das Festplattenlaufwerk 940 können ein physisches, nicht-flüchtiges computerlesbares Medium bilden.
• Die in dieser Anmeldung beschriebenen Software-Komponenten und -Funktionen können als Software-Code implementiert sein, der von einem oder mehreren Prozessor/en unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Computersprache, z. B. Java, C++ oder Pearl, beispielsweise unter Verwendung herkömmlicher oder objektorientierter Methoden ausgeführt wird. Der Software-Code kann als eine Reihe von Anweisungen bzw. Befehlen auf einem physischen, nicht-flüchtigen computerlesbaren Medium, z. B. RAM, ROM, einem magnetischen Medium, z. B. einem Festplattenlaufwerk oder einer Diskette, oder einem optischen Medium, z. B. einer CD-ROM gespeichert sein. Jedes derartige computerlesbare Medium kann auch auf oder in einer einzelnen Rechenvorrichtung oder an oder in verschiedenen Rechenvorrichtungen innerhalb eines Systems oder Netzwerks resident sein.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in Form von Steuerlogik in Software oder Hardware oder einer Kombination der beiden implementiert werden. Die Steuerlogik kann auf einem Informationsspeichermedium als eine Vielzahl von Anweisungen gespeichert sein, die so eingerichtet sind, dass eine Informationsverarbeitungseinrichtung damit angewiesen wird, eine Gruppe von Vorgängen durchzuführen, wie sie in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart werden. Auf Basis der Offenbarung und hier vorgestellter Lehren ergeben sich für einen Fachmann andere Möglichkeiten oder Methoden zum Implementieren der vorliegenden Erfindung.
• Die verwendeten Begriffe ”ein/e/r” und ”der/die/das” und ähnliche Verweise im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsformen (insbesondere im Kontext der folgenden Patentansprüche) sind so zu verstehen, dass damit sowohl der Singular als auch der Plural abgedeckt sind, sofern dies hier nicht anderweitig angegeben ist oder durch den Kontext eindeutig ausgeschlossen wird. Die Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” sowie ” ”beinhalten” sind, sofern nicht anders angemerkt, als offene Begriffe (d. h., in der Bedeutung ”enthält ..., ist jedoch nicht auf ... beschränkt”) zu verstehen. Der Begriff ”verbunden” ist als ”teilweise oder vollständig beinhaltet in” ”angebracht an” oder ”miteinander verbunden” zu verstehen, selbst wenn sich etwas zwischen den verbundenen Teilen befindet. Die Angabe von Bereichen von Werten dient, sofern nicht anders angegeben, lediglich als verkürztes Verfahren des separaten Verweisens auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, wobei jeder einzelne Wert damit so in die Patentbeschreibung einbezogen ist, als ob er separat aufgeführt würde. Alle hier beschriebenen Verfahren können, sofern dies nicht anders angegeben oder ansonsten durch den Kontext eindeutig ausgeschlossen wird, in jeder beliebigen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden. Die Verwendung beliebiger und aller Beispiele oder auf Beispiele verweisender Formulierungen (wie ”beispielsweise”), die sich hier finden, dient lediglich dazu, Ausführungsformen besser zu verdeutlichen, und bedeutet, sofern nicht anderweitig festgehalten, keine Einschränkung des Schutzumfangs. Keine Formulierungen in der Patentbeschreibung sollten so verstanden werden, dass sie ein nicht beanspruchtes Element als essentiell für die Umsetzung wenigstens einer Ausführungsform angeben.
• Es werden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die die beste Ausführungsweise einschließen, die den Erfindern bekannt ist. Abwandlungen dieser bevorzugten Ausführungsformen werden für den Fachmann beim Lesen der oben stehenden Beschreibung ersichtlich. Von Seiten der Erfinder wird erwartet, dass Fachleute gegebenenfalls derartige Varianten einsetzen, und von Seiten der Erfinder ist vorgesehen, dass Ausführungsformen anders konstruiert werden, als dies hier ausdrücklich beschrieben ist. Dementsprechend schließen geeignete Ausführungsformen alle Abwandlungen und Äquivalente des in den beigefügten Patentansprüchen dargestellten Gegenstandes ein, wie sie nach geltendem Recht zulässig sind. Des Weiteren ist vorgesehen, dass, soweit hier nicht anders angegeben oder durch den Kontext eindeutig ausgeschlossen, jede beliebige Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Varianten in geeignete Ausführungsformen integriert wird. Der Schutzumfang der Erfindung ist daher nicht unter Bezugnahme auf die oben stehende Beschreibung zu bestimmen, sondern sollte unter Bezugnahme auf die vorliegenden Patentansprüche in Verbindung mit ihrem vollem Schutzumfang oder Äquivalenten bestimmt werden.

Claims (20)

1. Verfahren zum thermischen Umformen eines Objektes, das umfasst: Bereitstellen eines Formwerkzeugs; Einführen eines Materials in einen Erhitzungsbereich; Erhitzen des Materials unter Verwendung einer Vielzahl Wärmequellen, die unabhängig gesteuert werden können und die verschiedene Bereiche des Materials erhitzen; und Anordnen des erhitzten Materials über oder in wenigstens einem Abschnitt der Form.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren Überwachen einer Temperatur des Materials beim Erhitzen umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Erhitzen des Materials einschließt, dass die Wärmequellen auf Basis der überwachten Temperatur so gesteuert werden, dass die Temperaturen an den verschiedenen Bereichen des Materials selektiv eine gewünschte Temperatur erreichen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die gewünschte Temperatur ohne Überregelung erreicht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Überwachen einer Temperatur des Materials beim Erhitzen unabhängiges Überwachen der verschiedenen Bereiche des Materials einschließt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst: Vergleichen der Temperatur in jedem der verschiedenen Bereiche des Materials mit einer gewünschten Temperatur.
7. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst: Empfangen einer Formwerkzeug-Kennung, die das Formwerkzeug identifiziert; und Bestimmen von Erhitzungs-Informationen auf Basis der Formwerkzeug-Kennung, wobei die Wärmequellen auf Basis der bestimmten Erhitzungs-Informationen gesteuert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst: Entfernen des erhitzten Materials von dem Formwerkzeug; und Beschneiden des entfernten Materials, um eine kieferorthopädische Vorrichtung auszubilden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Formwerkzeug ein physisches Zahnmodell ist.
10. System zum thermischen Umformen eines Objektes, das umfasst: ein bewegliches Element, mit dem ein Material in einen Erhitzungsbereich eingeführt werden kann; eine Erhitzungseinheit, mit der das Material unter Verwendung einer Vielzahl von Wärmequellen erhitzt werden kann, die unabhängig gesteuert werden können und die verschiedene Bereiche des Materials erhitzen, wenn sich das Material in dem Erhitzungsbereich befindet; eine Steuereinrichtung, die elektronisch mit den erhitzenden Wärmequellen gekoppelt ist, um einen Ausgang der Wärmequellen zu steuern; und ein Element zum Formen eines Objektes, das funktional mit einem Formwerkzeug verbunden ist, so positioniert ist, dass es das erhitzte Material aufnimmt, und so eingerichtet ist, dass es das erhitzte Material über oder in wenigstens einem Abschnitt der Form anordnet.
11. System nach Anspruch 10, das des Weiteren einen Temperatursensor umfasst, mit dem eine Temperatur des Materials beim Erhitzen überwacht werden kann.
12. System nach Anspruch 11, wobei der Temperatursensor einen Infrarot-Temperatursensor enthält.
13. System nach Anspruch 10, das des Weiteren ein Temperaturmesselement für jede Wärmequelle umfasst, wobei mit jedem Temperaturmesselement eine Temperatur in einem Bereich des Materials überwacht werden kann, während dieser Bereich durch eine entsprechende Wärmequelle erhitzt wird.
14. System nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung elektronisch mit den Temperaturmesselementen gekoppelt ist und den Ausgang der Wärmequellen auf Basis der überwachten Temperatur in jedem Bereich des Materials steuert.
15. System nach Anspruch 10, wobei die Wärmequellen so eingerichtet sind, dass die Wärmequellen, wenn sie gleichzeitig betrieben werden, Bereiche des Materials erhitzen, die anschließend durch das Element zum Formen eines Objektes über oder in wenigstens einen Abschnitt des Formwerkzeugs angeordnet werden.
16. Erhitzungselement zum Erhitzen eines Materials, das zum Formen eines Objektes in einem Prozess zum thermischen Umformen eingesetzt wird, wobei es umfasst: eine Vielzahl von Wärmequellen, die unabhängig gesteuert werden können und mit denen verschiedene Abschnitte des Materials erhitzt werden können; einen Temperatursensor zum Überwachen einer Temperatur eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte des Materials; und eine Steuereinrichtung, die elektronisch mit den Wärmequellen und dem Temperatursensor gekoppelt ist, um die Wärmequellen auf Basis der überwachten Temperatur zu steuern.
17. Erhitzungselement nach Anspruch 16, wobei mit den Wärmequellen wenigstens ein Abschnitt des Materials, der zu einer Oberfläche des Objektes geformt werden soll, und wenigstens ein Abschnitt des Materials erhitzt werden können, der nicht zu einer Oberfläche des Objektes geformt wird.
18. Erhitzungselement nach Anspruch 16, wobei der Temperatursensor ein Temperaturmesselement für jede Wärmequelle enthält, jede Wärmequelle Wärme in einer Richtung leitet und jedes Temperaturmesselement in einem Abstand zu einer entsprechenden Wärmequelle in der Richtung angeordnet ist, in der die Wärmequelle Wärme leitet.
19. Erhitzungselement nach Anspruch 16, wobei die Steuereinrichtung die Wärmequellen so steuert, dass die Temperaturen an verschiedenen Abschnitten des Materials selektiv eine gewünschte Temperatur erreichen.
20. Erhitzungselement nach Anspruch 16, wobei wenigstens eine Wärmequelle so dimensioniert ist, dass sie sich lediglich teilweise über eine Breite des Materials erstreckt.

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