CN102665593A - 用于制造颌矫形元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造颌矫形元件的方法，该颌矫形元件带有陶瓷主体，该陶瓷主体具有用于将元件固定在牙齿上的基面。为了这样改进所述方法，即，主体一方面可以以高的粘附力附着在牙齿上以及另一方面可以在颌矫形治疗结束时以简单的方式从牙齿上去除，按本发明提出，将激光光束在加载区域中在基面上沿着导引，在加载区域中的基面局部地借助激光光束表面地加热以及显微镜下可见的颗粒通过裂纹形成从基面断裂出来。

Description

用于制造颌矫形元件的方法

技术领域

本发明涉及用于制造颌矫形元件的方法，该颌矫形元件带有陶瓷主体，陶瓷主体具有用于将元件固定到牙齿上的基面。

背景技术

颌矫形元件可以例如应用在用于矫正牙齿错位的颌矫形治疗的框架中并且例如设计成托架或颊细管或舌细管（Bukkal-oder

）的形式。为了矫正牙齿的错位，将颌矫形元件附着在牙齿上。主体可以具有容纳部，例如裂口或呈柱体形的开口，其中，有弹性的弓丝被带入容纳部中。通过弓丝可以将矫正力施加到牙齿上，从而改变牙齿在颌上的位置。为了将颌矫形元件固定在牙齿上，使用粘胶，借助粘胶可以将所述元件暂时附着在牙釉质上。在此情况下一方面应当达到足够稳定的附着，因此能将所期望的矫正力施加到牙齿上。另一方面则务必确保，在治疗结束后，颌矫形元件可以从牙齿上除去，其中，应当尽量使牙釉质不受到损伤。

在颌矫形元件和粘胶之间的复合以及在粘胶和牙齿之间的复合可以通过化学连接和/或通过粘附进行以及也可以通过机械的咬合实现。在带有金属主体的颌矫形元件中业已被证实有利的是，基面设有记忆结构，该记忆结构具有大量凹陷部或隆起部。这使得如下成为可能，即，扩大待相互粘接部分的表面以及由此改善粘接复合。记忆结构可以例如呈网状地设计，如在DE 3519213A1中描述的那样。

金属的主体和通常用能熔融的材料制成的主体例如由EP 0841877B1公开，基面借助激光光束熔融，以便产生大量凹陷部和不规则的隆起部，这些凹陷部和隆起部形成咬边（Hinterschneidung）以及由此使得粘胶与颌矫形元件的咬合成为可能。这种主体能弹性地和/或塑性地变形。

陶瓷主体，尤其是经烧结的陶瓷主体实际上不具有弹性的或塑性的可变形性。它们更确切地说具有很高的脆性以及也具有非常高的熔融温度。它们因此可以借助激光光束非表面地熔融。在熔融时也就是存在主体被损毁的风险。因此为了改善陶瓷主体和牙釉质之间的复合，在US 5,197,873中建议，将大量非常小的颗粒烧结到主体的基面上。由此扩大了主体的与粘胶共同作用的表面以及此外提供了咬边，这些咬边加强了粘胶和主体之间的复合。在US 5,110,290中建议，施加塑料网到陶瓷主体上。这同样使得表面扩大成为可能以及由此使得在粘胶和主体之间的较强的连接力成为可能。但小颗粒的烧结同样如塑料网的施加那样伴随着缺陷，即，会影响陶瓷主体材料的本身很好的生物相容性。

还建议的是，在粘胶和由氧化铝制成的主体之间的复合通过硅烷层的施加得到改善。硅烷层促成了粘胶和主体之间的强烈的化学连接。但存在的风险是，在颌矫形治疗结束时，在将颌矫形元件从牙齿除去时会损伤牙釉质。此外，硅烷层仅具有受界限的保持性并且粘附强度值表明了很高的方差。此外，硅烷层的施加伴随着显著的成本。

发明内容

本发明的任务是，提供用于制造颌矫形元件的类属类型的方法，其中，所制造的元件的主体一方面可以以很高的粘附力附着在牙齿上，并且其中，主体另一方面可以在颌矫形治疗结束时以简单的方式与牙齿分离。

按照本发明，该任务在本文开头所述类型的方法中通过如下方式被解决，即，将激光光束在加载区域中在基面上沿着导引，在加载区域中的基面局部借助激光光束表面地加热并且通过裂纹形成将显微镜下可见的颗粒从基面中断裂出来。

在本发明中包含这样的思想，即，当基面具有粗糙不平的结构，该粗糙不平的结构带有大量倾斜地彼此取向的断面时，在主体的基面和粘胶之间的相互作用可以明显提高以及由此可以改善粘附力。显微镜下可见的断面促成了强烈的表面扩大，其中，这些断面在极为不同的方向上取向。将断面通过如下方式产生，即，在加载区域中局部用激光光束加载基面，其中，表面地加热基面。由此在主体的易碎的材料中在接近表面的区域中诱导裂纹，而不会将基面熔融。更确切地说在主体的接近表面的区域中产生热应力，从而导致断裂以及将显微镜下可见的颗粒减少性地移除。由此构造了大量倾斜地彼此取向的显微镜下可见的断面，这些断面导致主体表面的显著扩大以及引起了主体在待治疗的牙齿上的改善的粘附强度。接近表面的区域可以延伸经过小于0.2mm的深度、优选延伸经过小于0.1mm的深度。

业已表明，通过借助激光光束对基面的局部表面的加热可以以简单的方式提供倾斜地彼此取向的显微镜下可见的断面，这些断面使颌矫形元件和牙齿之间的高的粘附力成为可能，其中，颌矫形元件在颌矫形治疗结束时可以不怎么困难地从牙齿取下。在取下颌矫形元件时的牙釉质受损的风险很小。

通过借助激光光束形成表面裂纹而产生的断面优选具有小于50μm、尤其小于20μm的最大延伸。陶瓷主体的基面因此具有大量倾斜地彼此取向的、较小的断面。各以不同角度相互倾斜的断面越小，那么提供用于在陶瓷主体和粘胶之间的相互作用的整个表面就越大。

通过借助激光光束的表面加热而产生的断面优选至少部分设计成平坦的。

通过激光光束在基面上的沿着导引，将基面的区域加热到在熔融温度之下的温度上。由此诱导出热应力，该热应力导致裂纹形成，从而将显微镜下可见的颗粒从基面断裂出来。基面因此显示大量倾斜地相互取向的断面以及由此具有很大的表面，从而可以达到显著的粘附强度。断面在此情况下也可以构造咬边，这些咬边使得粘胶与基面的咬合成为可能。

通过显微镜下可见的颗粒的经激光诱导的断裂出来和由此形成的在基面内的断面构造，可以获得针对由主体和粘胶形成的复合的粘附强度值，这些粘附强度值具有比在硅烷化的基面的情况下显著更小的方差。可以避免不允许的高的粘附强度值，以及这又降低了在颌矫形治疗结束时在将颌矫形元件从牙齿除去时损害牙釉质的风险。

加载区域可以在整个基面上延伸，在该加载区域内将激光光束在基面上沿着导引，以便局部表面地加热基面，从而通过裂纹形成产生大量倾斜地彼此取向的显微镜下可见的断面。但也可以设置，加载区域仅在基面的部分区域上延伸。在这个部分区域中，由激光加载构造了粗糙不平的结构，反之，基面在加载区域之外保持没有粗糙不平。

加载区域仅在基面的部分区域上的延展给出了这样的可能性，即，基面在加载区域之外设有标记，用于颌矫形元件相对牙齿类型的配属。标记使得牙齿正畸医生对颌矫形元件相对特定牙齿类型的配属更容易。作为标记，例如可以使用形式为按照FDI系统、也就是说按照世界牙科联盟的辨识系统的数字缩写的牙齿标称。在由激光加载产生的粗糙不平的结构之外能更好地识别标记。

例如可以设置，加载区域的边缘限定了标记。在这种设计方案中，加载区域实际上是标记的阴面（Negativ），也就是说，基面的在加载区域之外的区域已经形成了标记，而不需要额外的加工步骤。

备选地可以设置，标记仅部分遮盖基面的在加载区域之外的区域。在这种设计方案中，在基面的在加载区域之外的区域中布置有标记。

可以设置，将标记通过在粗糙不平的结构之外对基面的物理的、化学的或机械的相加和/或相减的加工产生。

特别有利的是，借助激光光束产生该标记。为此有利的是，将激光光束连续地至少在基面的在加载区域之外的区段上运动，粗糙不平的结构位于加载区域中。

为了产生标记而有利地使用的激光光束优选具有比为了在加载区域内部产生显微镜下可见的断面而使用的激光光束更小的能量密度。

优选地在加载区域中将激光光束逐步地在基面上沿着导引。在这种情况下，基面在加载区域中的辐射在相继跟随的步骤中进行，其中，用激光辐射加载基面的各一个作用区。单个的作用区可以重叠。主体在这些作用区中吸收激光辐射。这导致具有热应力的局部受界限的区域，这些区域在主体的脆性材料中导致裂纹并且导致显微镜下可见的颗粒的断裂出来。

有利的是，借助激光光束逐点加热在加载区域中的基面。主体在其内吸收激光辐射的单个的作用区在这种情况下仅具有很小的延展，例如小于1mm、尤其是小于0.5mm、优选最小为0.1mm的非常小的延展。通过这些作用区的非常小的、实际上呈点形的延展，可以以简单的方式避免基于激光辐射造成的主体的深度受损。

在优选的实施形式中，在加载区域中将经聚焦的激光光束呈点形或呈线形地在基面上沿着导引。由此可以在基面上获得粗糙不平的结构，这种结构呈点形或呈线形并且仅在基面的部分区域上延伸。基面因此具有粗糙不平的以及非粗糙不平的区域。粗糙不平的以及非粗糙不平的表面区域之间的比例影响到能获得的粘附力以及由此给出了这样的可能性，即，控制所期望的粘附力，从而一方面在颌矫形治疗期间能可靠且可复制地将矫正力施加到牙齿上，以及另一方面在治疗结束后可以将颌矫形元件从牙齿除去，而不会有针对牙釉质的损伤的很大的风险。

颌矫形元件可以例如构造成托架或颊细管或舌细管。

特别有利的是，将激光光束在加载区域中多重地利用相互完全或部分覆盖的作用区呈点形或呈线形地在基面上沿着导引。根据激光光束有多频繁地对准已经利用激光器加载过的作用区，可以影响粗糙不平的结构的深度和侧向宽度。通过激光光束在基面的同一个作用区上的多重扫过（

）可以获得一种深度结构，也就是说，可以在已经有显微镜下可见的颗粒被断裂出来的区域中，断裂出来其它的颗粒，而不会由此使主体经受深度损伤。更确切地说，在加载区域中的基面借助激光辐射仅被逐点且表面地加热到在主体的熔融温度之下的温度上，从而使得在显微镜下可见的颗粒仅表面地从基面释放出来。

使用在加载区域中的激光光束的焦点直径在按本发明的方法的有利的实施形式中最大为0.5mm、尤其最大为0.1mm。焦点直径例如可以为0.02mm至0.09mm。

有利的是，使用在加载区域中的激光光束具有最大为20W的能量。尤其在从5W至15W的范围内的能量被证明是有利的。例如可以设置，激光光束具有10W的能量。若激光光束太富含能量，那么这会导致主体的深度损伤。为了避免这种深度损伤，有利地界限激光光束的能量。但为了获得深度结构，激光光束如已经所述的那样，可以多重地利用相互完全或部分覆盖的作用区在基面上沿着导引。

激光光束到作用区上的作用时间在所述方法的有利的实施形式中最大为0.5s、尤其是最大为0.1s。激光光束的作用时间影响作用区的深度。为了避免主体的深度损伤，作用时间有利地受到界限。

激光光束在有利的实施形式中是脉冲的。

激光光束的脉冲宽度有利地为最大0.1μs、尤其最大为50ns。

为了辐射在加载区域中的基面，优选使用固体激光器，尤其是钕-镱-钒酸盐激光器（Neodym-Ytterbium-Vanadat-Laser）或掺钕钇铝石榴石激光器（Neodym-YAG-Laser）。

使用在加载区域中的激光辐射的波长在按本发明的方法的有利的实施形式中在800nm至1400nm的范围内、尤其在1000nm至1200nm的范围内。优选使用短波红外辐射。所述辐射由主体的陶瓷材料吸收，从而产生加热区，在这些加热区中通过诱导出的裂纹形成而释放显微镜下可见的颗粒。

在按本发明的方法的有利的实施形式中，将主体在加载区域的激光加载之后加热。之后的加热使得保留的机械应力减少成为可能。由此，主体的之后的热处理导致诱导出的应力的恢复（Ausheilung）。

可以设置，主体是由陶瓷的粉末材料压制的生坯（Grünling）或通过陶瓷的注塑制造的经注塑的生坯或以所述方式制造的经预烧结的毛坯（Weiβling），在加载区域中用激光光束加载该主体的基面，以及紧接着烧结或以热等静压的方式压制生坯或毛坯。当主体以生坯或经预烧结的毛坯形式存在时，由此在制造颌矫形元件期间于是可以进行带有在主体的基面上的大量断面的粗糙不平的结构的获得。在激光辐射之后才将主体然后烧结或以热等静压的方式压制。这种用于制造牙科部件的压制方法对技术人员而言由DE 102005045698A1公开。

备选地可以设置，主体在加载区域的激光辐射时作为由陶瓷的粉末材料细密烧结的成型体存在。主体的基面在按本发明的制造方法的这种设计方案中，在主体已经被烧结时才在加载区域中用激光光束加载。如前所述，细密烧结的主体的基面然后通过激光辐射经历显著的表面扩大，这导致改善的粘附强度。

主体优选用尤其是由氧化铝或氧化锆的氧化物陶瓷制造。

附图说明

对本发明的优选实施形式的下列说明用于结合详细阐释的附图。

附图中：

图1是形式为托架的颌矫形元件的立体图；

图2是由图1的托架的基面的经放大的表面区域，带有粗糙不平的结构；

图3是由图2的粗糙不平的结构的以较强放大方式的截段；

图4是由图3的经放大的截段。

具体实施方式

图1中示意性示出了形式为托架10的颌矫形元件，该颌矫形元件以通常的方式具有主体12，该主体在其背侧上构造有基面14以及在其前侧上承载有第一翼对16和在图中仅未完全示出的第二翼对18。两组翼对16、18各具有一个在咬合侧（okklusalseitig）的翼和一个在牙龈侧（gingivalseitig）的翼并且彼此间隔地布置。这些翼界定了裂口20，该裂口在中间-远端的（mesial-distal）方向上分布并且从中间侧延伸直至托架10的远侧。裂口20以通常的方式用于容纳本身公知的且因而在附图中没有示出的弓丝。

基面14包括带有呈网状的粗糙不平的结构24的加载区域22以及剩余区域26，剩余区域由加载区域22包围并且在该剩余区域内布置有以牙齿类型的数字缩写形式的标记28，托架10配属于该牙齿类型。在所示实施形式中，托架10在基面12的剩余区域26中作为标记承载了数字“11”。标记28在光学上与剩余区域26的其余区域不同以及也与加载区域22不同，标记28也就是要比基面14的其余部分更明亮。

托架10可以用它的基面14与牙齿粘接。为了达到在托架10和牙齿之间的尽量稳定的粘接复合，基面14具有粗糙不平的结构22，该粗糙不平的结构在所示实施例中呈网状地设计。如尤其由图3和图4中的粗糙不平的结构的放大图清楚所示，粗糙不平的结构包括大量倾斜地彼此取向的平坦的断面30，这些断面导致基面14的表面的显著的扩大以及由此改善了托架10在牙齿上的粘附强度。

这些断面30的最大延伸小于50μm。在所示托架10中，这些断面30的最大延伸小于20μm。

在所示实施例中，整个托架10包括主体12在内都用例如由氧化铝的氧化物陶瓷制成。为了制造托架10，提供了以粉末材料形式的氧化物陶瓷，粉末材料然后被压制或注塑成生坯。可以设置，生坯被预烧结成毛坯。紧接着在加载区域22中，在生坯或毛坯的基面14上，将经聚焦的激光光束，尤其是固体激光器的、优选钕-镱-钒酸盐激光器的光束逐步地沿着导引，其中，基面14在加载区域22中借助激光光束被表面地逐点加热到在氧化物陶瓷的熔融温度之下的温度上。基于局部加热而诱导出导致裂纹形成的热应力，从而将显微镜下可见的颗粒从基面14断裂出来。激光光束是脉冲的并且具有在短波红外线范围内的波长。激光光束尤其可以具有1064nm的波长。脉冲的激光光束的脉冲宽度小于40ns，并且激光光束的能量最大为10W。激光光束的焦点直径小于0.1mm，优选在从40μm至80μm的范围内。在断裂出来显微镜下可见的颗粒后，基面14在加载区域22内显示断面30，这些断面倾斜地相互取向并且使基面14粗糙不平。

激光光束在加载区域22中为了达到粗糙不平的结构22而多重地利用相互完全或部分覆盖的作用区呈点形或呈线形地在基面14上沿着导引。可以例如设置，激光光束被5次或10次地在同样的作用区上导引。这导致，从已经有显微镜下可见颗粒断裂出来的表面区域中重新断裂出来显微镜下可见的颗粒。由此形成咬边。表面放大的规模和咬边的数目由激光光束的功率、各自的作用时间以及激光加载的数目被确定。粗糙不平的结构22的深度和它的侧向宽度可以尤其通过激光加载的数目以简单的方式受到控制。

通过借助在加载区域22中逐步在基面14上沿着导引的激光光束将显微镜下可见的颗粒从基面14断裂出来，可以达到在托架10和粘胶之间的非常良好的粘附复合，该粘附复合用于将托架10安置到牙齿上。粘附强度值的方差相比基面14的常见的硅烷化明显减小。在颌矫形治疗结束时在将托架10从牙齿除去时损毁已预损伤的牙釉质的风险，要小于经硅烷化的基面的情形。

如已经阐释的那样，加载区域22在所示实施形式中仅延伸经过基面14的部分区域。但基面14也可以在剩余区域26中用激光光束加工，以产生标记28。尤其可以设置，将用于产生粗糙不平的结构22的激光光束也用于产生标记28。但用于产生标记28的激光光束被去焦，从而使得该激光光束具有比在产生粗糙不平的结构22时更小的能量密度。此外，用于产生标记30的激光光束被连续地运动经过基面14。

在基面14的已进行的激光加载后，可以将作为生坯或毛坯存在的主体14以烧结或热等静压的方式压制。

备选地可以设置，主体12已经在用激光光束加载基面14之前就作为用陶瓷的粉末材料细密地烧结的成型体存在，也就是说，可以设置，主体12在将基面14为了达到粗糙不平的结构22和为了产生标记30而用激光光束加载之前，先被以烧结或热等静压的方式压制。不过激光光束在敞开多孔素烧或生的基体中的使用具有的优点在于，通过紧接着的热处理，也就是说通过烧结或热等静压压制，可以补偿通过激光光束被带入的热应力。

Claims (18)

1.用于制造颌矫形元件的方法，所述颌矫形元件带有陶瓷主体，所述陶瓷主体具有用于将所述元件固定在牙齿上的基面，其特征在于，将激光光束在加载区域中在所述基面上沿着导引，在所述加载区域中的所述基面局部地借助激光光束被表面地加热以及显微镜下可见的颗粒通过裂纹形成从所述基面断裂出来。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加载区域仅在所述基面的部分区域上延伸。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基面在所述加载区域之外设有标记，所述标记用于所述颌矫形元件相对牙齿类型的配属。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，借助激光光束产生所述标记。

5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，将所述激光光束在所述加载区域中逐步地在所述基面上沿着导引。

6.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，借助所述激光光束逐点地加热在所述加载区域中的所述基面。

7.按权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在所述加载区域中将经聚焦的激光光束呈点形或呈线形地在所述基面上沿着导引。

8.按权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，将所述激光光束在所述加载区域中多重地利用相互完全或部分覆盖的作用区呈点形或呈线形地在所述基面上沿着导引。

9.按权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，在所述加载区域中使用的所述激光光束的焦点直径最大为0.5mm、尤其最大为0.1mm。

10.按权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在所述加载区域中使用的所述激光光束具有最大为20W的能量、尤其是在从5W至15W范围内的能量。

11.按权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，在所述加载区域中使用的所述激光光束到逐点的作用区上的作用时间最大为0.5s、尤其最大为0.1s。

12.按权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，在所述加载区域中使用的所述激光光束是脉冲的。

13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，所述激光光束的脉冲宽度最大为0.1μs、尤其最大为50ns。

14.按权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，使用了固体激光器用于辐射在所述加载区域中的所述基面，尤其是钕-镱-钒酸盐激光器或掺钕钇铝石榴石激光器。

15.按权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，在所述加载区域中使用的所述激光光束的波长在从800nm至1400nm的范围内、尤其在从1000nm至1200nm的范围内。

16.按权利要求1至15之一所述的方法，其特征在于，将所述主体在所述基面的所述加载区域的所述激光加载之后加热。

17.按权利要求1至16之一所述的方法，其特征在于，所述主体是由陶瓷的粉末材料压制的或注塑的生坯或经预烧结的毛坯，在所述加载区域中用所述激光光束加载所述主体的所述基面，以及紧接着烧结或以热等静压的方式压制所述生坯或所述毛坯。

18.按权利要求1至17之一所述的方法，其特征在于，所述主体是由陶瓷的粉末材料细密烧结的成型体。

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