CN100586611C - 定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，步骤为：测量齿系数据，通过反求工程得到牙齿的三维CAD模型；根据牙齿的特点，设计单个舌侧托槽与牙表面接触的底板，并根据各个托槽的理想放置位置确定托槽的槽沟；将设计的模型导入到选区激光熔化成型机中，直接制造所需材料的牙托槽。本方法能根据个体差异实现高精度的定制化制造，托槽可很好贴合牙表面，一次直接成型托槽，节省了工序、时间和成本；适用范围广，制作材料多样化；可在一次直接成型过程中采用不同的材料，以满足托槽不同部位的性能要求。

Description

定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法
技术领域
本发明涉及用于矫正牙齿的正畸托槽制造技术，具体是指定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法。
背景技术
为了将不整齐的牙齿排列整齐，临床应用广泛采用正畸技术。通常的做法是将托槽粘接在牙齿表面，弹性弓丝穿过托槽的槽沟并传递矫正力。20世纪70年代以来，作为一种美观的正畸方法，舌侧正畸矫正技术引起了广泛的关注和重视。舌侧正畸技术将托槽粘在牙齿靠近舌头的一侧，而不是唇侧正畸中的靠近嘴唇的一侧。舌侧托槽粘在牙齿舌面，不会因托槽的视觉因素影响患者的社会活动，也不会因牙齿唇面粘托槽而影响唇的闭合。同时，牙齿唇侧釉质因不受酸蚀剂的作用避免了脱钙导致的白色斑点，治疗过程中也更方便医生从唇侧直接观察牙齿的位置与形态。
目前舌侧正畸采用的托槽是标准化生产的通用产品，对于个体的牙齿来说，适合程度比较小。由于舌侧牙齿的表面形态复杂，一般采用较小的托槽，以便于粘接。托槽与牙齿表面的空隙由粘接剂填补。如果牙齿表面曲率变化较大，则需要的粘接剂较多，造成托槽底板远离牙表面，影响矫正效果。因此，相比于唇侧托槽，舌侧托槽的结构形态明显改变，并且要求托槽与个体牙齿具有更高的匹配性。
舌侧正畸技术的主要缺陷在于对舌头的刺激。舌头是人体最敏感的器官之一，也是参与发音、吞咽等活动的器官之一，活动非常频繁。而舌侧托槽占据了舌头的部分活动空间，会刺激舌头的边缘产生疼痛。为了减轻病人的负担，制造细小精密的托槽成为发展趋势。
国外已开始尝试将快速成型技术应用到舌侧托槽制造中。典型的做法是，通过三维打印技术(3D-Printing)制作托槽的蜡模，再进行熔模铸造。采用这种方法做的托槽，其形状复杂程度不受限制，可以实现根据个体需要定制化生产。不足之处在于制造过程比较复杂，工序多，周期长。选区激光熔化技术作为一种新兴的快速成型技术，发展已日趋成熟，并逐渐应用到医学领域。托槽的材料通常为牙科金、钛合金等金属材料，采用选区激光熔化技术可以实现直接制造。
现有的舌侧托槽制造方法是标准化生产，不能满足病人个性化需求，从而影响了治疗效果并增加了病人的负担。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，该方法不仅能根据个体差异实现定制化制造，而且制造精度高，使托槽可以尽量贴合牙表面。
本发明通过下述技术方案实现：本定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，包括以下步骤：
(1)测量齿系数据，获得牙齿的外形结构数据；
(2)根据所述齿系数据，采用反求工程(Reverse Engineering)的方法建立牙齿的三维CAD模型并存储于计算机中；
(3)根据正畸的要求、托槽制作材料和牙齿的形状特征，通过计算机设计单个舌侧托槽的三维CAD结构模型；所述托槽的三维CAD结构模型的设计包括设计托槽与牙齿表面接触的底板，以及根据各个托槽的理想放置位置确定托槽的槽沟；
(4)将步骤(3)所述托槽的三维CAD结构模型导入到选区激光熔化成型机中，采用分层制造的方法直接制造托槽实体；
(5)根据临床需求，对成型后的托槽做表面处理。
为更好地实现本发明，所述齿系数据的测量采用CT断层扫描或非接触的三维扫描仪直接扫描牙齿，或者首先制取牙齿的模型再进行三维扫描测量，所述扫描精度优于0.02mm。
步骤(2)所述牙齿的三维CAD模型的存储格式为STL格式。
步骤(4)所述分层制造的方法是指运用切片软件将托槽的三维CAD结构模型进行分层，得到各个分层截面的二维模型，根据所述二维模型通过上位机控制选区激光熔化成型机直接成型金属材料的托槽，保证托槽实体各层的形状与托槽的三维CAD结构模型的分层数据一致。
所述分层厚度为20～50μm，并采用层间累计误差补偿方式控制制造精度为5～10μm。
所述托槽底板的厚度为0.4mm以下。所述托槽的制造材料包括牙科金、钛合金、钴铬合金、不锈钢的粉末材料，粉末颗粒尺寸小于10μm。
托槽的基底与牙齿表面粘结，槽沟则与矫正弓丝相配合，因此根据力学性能要求的不同，在选区激光熔化直接制造过程中，根据需要托槽实体的各个分层采用不同类别或成分的粉末材料。成型后，托槽具有梯度功能性，提高了使用性能。
成型过程中，托槽在选区激光熔化快速成型机的密封并充满惰性气体的成型室中进行制备，确保了托槽的质量。
所述选区激光熔化快速成型机的激光器采用光纤激光器；激光器连续输出功率为100-200W，光束质量因子为M2＜1.1，聚焦后光斑直径小于25μm。
本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：
1、个性化定制，本发明提供的制造方法不受零件复杂程度的限制，因此托槽与牙齿表面粘接的底板不采用标准网格结构，而是根据单个牙齿的形状特征定制化设计，可以根据个体需求实现定制化生产，制备的托槽精度高，厚度薄，牙科医生根据需要设计托槽底板形状，底板形状可以与牙齿表面精确匹配，增大了接触区域，并因选用材料的不同选择不同的厚度；每个托槽的槽沟位置、形状不同，槽沟与弓丝之间的界面配合良好，减小了扭转误差。以实现较好的矫正效果。
2、制造周期短，采用选区激光熔化技术精确成型托槽，使设计的模型快速转变为金属制品，一次直接成型托槽，节省了工序、时间和成本。
3、适用范围广，本发明可以直接制造牙科金、不锈钢、钛合金、钴铬合金的正畸托槽。
4、可以在一次直接成型过程中采用不同的材料，以满足托槽不同部位的性能要求。
附图说明
图1是本发明定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法的工艺流程图。
图2是本发明中根据齿系数据建立的单个恒牙三维CAD模型。
图3是本发明中根据图2所示单个恒牙的结构特征设计的托槽三维CAD结构模型。
图4是本发明中单个前牙的结构特征设计的托槽三维CAD结构模型。
图5是本发明中选区激光熔化成型机采用分层制造的方法制造托槽的工艺示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明的定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法的工艺流程是：
(1)测量齿系数据，获得牙齿的外形结构参数；齿系数据的测量采用CT断层扫描或非接触的三维扫描仪直接扫描牙齿，或者首先制取牙齿的模型再进行三维扫描测量，所述扫描精度优于0.02mm；
(2)根据所述齿系数据，采用反求工程的方法建立如图2所示的牙齿的三维CAD模型，并以STL格式存储于计算机中；牙齿的外型结构较复杂，通常为不规则曲面；
(3)如图3所示，根据正畸的要求、托槽制作材料和牙齿的形状特征，通过计算机设计单个舌侧托槽的三维CAD结构模型；所述托槽的三维CAD结构模型的设计包括设计托槽与牙齿表面接触的底板，以及根据各个托槽的理想放置位置确定托槽的槽沟；图4是牙齿的曲面及根据牙齿曲面特征设计的托槽，托槽2底部与牙齿1舌侧表面完全贴合在一起；
(4)将步骤(3)所述托槽的三维CAD结构模型导入到选区激光熔化成型机中，采用分层制造的方法直接制造托槽实体，即运用切片软件将托槽的三维CAD结构模型进行分层，得到各个分层截面的二维模型，所述分层厚度为20～50μm，并采用层间累计误差补偿方式控制制造精度为5～10μm；根据所述二维模型通过上位机控制选区激光熔化成型机直接成型金属材料的托槽，保证托槽实体各层的形状与托槽的三维CAD结构模型的分层数据一致；
其中，如图5所示，本发明通过选区激光熔化成型机采用分层制造的方法制造托槽的工艺过程是：
首先通过反求工程由测量数据建立牙齿的三维CAD模型，根据正畸的要求、托槽制作材料和牙齿的形状特征，通过计算机设计单个舌侧托槽的三维CAD结构模型；将托槽的三维CAD模型导入到选区激光熔化快速成型机中进行分层制造直接成型托槽，成型过程可分解为以下三个步骤：一是利用铺粉辊将料缸中的粉末均匀地铺在成型缸的工作平面上；二是计算机控制激光束进行扫描；三是成型缸的活塞下降一个层厚距离，料缸活塞上升一个层厚距离。以上三个过程不断重复，直到加工完成。成型过程中，托槽在选区激光熔化快速成型机的密封并充满惰性气体的成型室中进行制备。最后，从成型室中取出托槽。
所述选区激光熔化快速成型机的激光器采用光纤激光器；激光器连续输出功率为100-200W，光束质量因子为M2＜1.1，聚焦后光斑直径小于25μm。
托槽底板的厚度为0.4mm以下。所述托槽的制造材料包括牙科金、钛合金、钴铬合金、不锈钢的粉末材料，粉末颗粒尺寸小于10μm。
托槽的基底与牙齿表面粘结，槽沟则与矫正弓丝相配合，因此根据力学性能要求的不同，在选区激光熔化直接制造过程中，根据需要托槽实体的各个分层采用不同类别或成分的粉末材料。成型后，托槽具有梯度功能性，提高了使用性能。
(5)根据临床需求，对成型后的托槽做表面处理。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1、定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)测量齿系数据，获得牙齿的外形结构参数；
(2)根据所述齿系数据，采用反求工程的方法建立牙齿的三维CAD模型并存储于计算机中；
(3)根据正畸的要求、托槽制作材料和牙齿的形状特征，通过计算机设计单个舌侧托槽的三维CAD结构模型；所述托槽的三维CAD结构模型的设计包括设计托槽与牙齿表面接触的底板，以及根据各个托槽的理想放置位置确定托槽的槽沟；
(4)将步骤(3)所述托槽的三维CAD结构模型导入到选区激光熔化成型机中，采用分层制造的方法直接制造金属质托槽实体；
(5)根据临床需求，对成型后的托槽做表面处理。
2、根据权利要求1所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：所述齿系数据的测量采用CT断层扫描或非接触的三维扫描仪直接扫描牙齿，或者首先制取牙齿的模型再进行三维扫描测量，所述扫描精度优于0.02mm。
3、根据权利要求1所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：步骤(2)所述牙齿的三维CAD模型的存储格式为STL格式。
4、根据权利要求1所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：步骤(4)所述分层制造的方法是指运用切片软件将托槽的三维CAD结构模型进行分层，得到各个分层的截面的二维模型，根据所述二维模型通过上位机控制选区激光熔化成型机直接成型金属材料的托槽。
5、根据权利要求4所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：所述分层的厚度为20～50μm，并采用层间累计误差补偿方式控制制造精度为5～10μm。
6、根据权利要求5所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：所述托槽的底板的厚度为0.4mm以下。
7、根据权利要求6所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：所述托槽的制造材料包括牙科金、钛合金、钴铬合金、不锈钢的粉末材料，粉末颗粒尺寸小于10μm。
8、根据权利要求7所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：根据力学性能要求的不同，托槽实体的各个分层采用不同类别或成分的粉末材料。
9、根据权利要求8所述定制化舌侧正畸托槽的选区激光熔化直接制造方法，其特征在于：所述选区激光熔化成型机的激光器采用光纤激光器；激光器连续输出功率为100～200W，光束质量因子为M2＜1.1，聚焦后光斑直径小于25μm。
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