CN105055035B - 基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及制造方法，采用先进的计算机辅助设计，结合医学影像技术CT和高精密选择性激光立体成型技术，能将口腔检查、正畸托槽的结构设计、有限元分析、选择性激光立体成型等有机结合起来，针对每位患者不同的口腔条件设计出最适合病人的个性化纯钛正畸自锁托槽，可大大缩短新产品开发时间；实现了纯钛正畸托槽直接增材成形，该方法获得的正畸托槽可以与患者的口腔牙齿所需的移动方向高度吻合，并调整弓丝回复力，使得患者不适度降到最低；选择性激光溶化过程中，未扫描的钛粉，经由配套的粉末筛选系统，超过98％的钛粉材料可以循环使用，极大降低了耗粉量，为用户带来了实惠。

Description

基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及制造方法

技术领域

本发明涉及生物医药器械领域，更具体的说，是涉及一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及制造方法。

背景技术

在国际口腔正畸临床上，为了治疗牙颌畸形，将不整齐的牙齿排列整齐，广泛应用的是方丝弓或直丝弓正畸矫治技术。方丝弓或直丝弓正畸矫治技术将方丝弓或直丝弓正畸矫治器的托槽粘接在牙齿唇侧表面，通过放置在正畸矫治器的托槽的槽沟中的正畸弓丝给牙齿传递矫正力，从而牵引牙齿移位，最终将牙列排齐。方丝弓或直丝弓正畸矫治技术可以得到很好的正畸效果，但是，由于美观或职业的原因，正畸患者希望得到隐形正畸治疗。在20世纪70年代，诞生了一种隐形美观的正畸矫治技术-舌侧隐形正畸矫治技术，舌侧隐形正畸技术是将正畸矫治器的托槽粘在牙齿的舌侧(或称内侧)进行正畸治疗，它不影响患者的正常社会活动，也不会因牙齿唇面粘接托槽而影响唇的闭合，因而舌侧隐形正畸矫治技术深受正畸患者的欢迎。

正畸托槽主要应用于错颌畸形，症状包括牙列不齐，龅牙，牙列拥挤，牙缝过大，地包天，前牙开颌，虎牙，前牙突出等。正畸矫正技术主要通过轻力诱导牙齿移动来实现矫正，是一个缓慢的生物性改建过程，被移动的牙齿一侧牙槽骨，另一侧牙槽骨新生重建，最终使矫正后的牙齿重新定位长稳。所以，接受正规的矫正治疗绝不会对牙齿、牙周组织产生创伤。正畸矫正技术的安全可靠以及带来的可观改变使得越来越多的人愿意进行矫正，以获得美观健康的牙齿。

目前正畸托槽矫正的运用的方法主要是通过弓丝的轻力诱导，进行缓慢的生物改造。但弓丝的形状都是一样的，无法很好地匹配每个人的口腔。第二弓丝产生的恢复力方向是一定的，但对应不同的齿列不齐，大批量生产的托槽就无法很好地满足患者的需要。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及制造方法，使正畸托槽与患者的口腔牙齿所需的移动方向高度吻合，并调整弓丝回复力，使得患者不适度降到最低，获得更好的疗效。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽的制造方法，包括以下步骤：

S1、对畸形错颌进行CT扫描，获得颌骨、牙齿等的三维数据；

S2、通过逆向工程消除噪点，并进行特征提取和三维重建，得到正畸托槽三维模型；

S3、运用有限元分析技术，分析正畸托槽的最大等效应力的结果，并判断其在二倍安全系数下，是否满足纯钛材料的属性；若不满足条件，则对正畸托槽三维模型进行修补和更新，使其满足条件；若满足条件则进入到下一步骤；

S4、将需要打印的正畸托槽三维模型进行保存，对正畸托槽三维模型添加薄壁支撑，对模型进行三维模型分层切片，获取各切片层的轮廓信息，并生成相应的路径文件；

S5、对选择性激光熔化设备的成型过程的参数进行设置，然后在设备的基板上均匀铺一层钛粉，厚度为20μm～100μm，并使用刮板将钛粉层分布均匀；接着在0.7MPa、20m³/h的氩气环境中，对基于三维模型分层生成的路径文件，使用高精度扫描振镜和200W高能掺镱光纤激光器，对设定的路径进行定位扫描，利用聚焦激光能量将金属钛粉熔化，形成平整的熔化层；

一层扫描完毕后，基板随之下降一个层厚的高度，重新铺一层钛粉，并使用刮板将钛粉层分布均匀，然后再次采用高精度扫描振镜，基于该层的路径文件，按照设定的路径进行扫描，利用聚焦激光能量将该层金属钛粉熔化，层层循环，直至所有三维模型的切片层全部扫描完毕，正畸托槽三维模型通过逐层累积方式，直接增材成型成纯钛正畸托槽零件；

S6、成型完之后，将零件切割下来，并剔除薄壁支撑，形成最终的纯钛正畸托槽。

作为优选的，所述步骤S2中具体方法为：通过Imageware逆向工程软件消除噪点，进行特征提取与三维重建，得到预想的正畸之后的口腔模型、医生标记处牙齿移动方向、转角等数据，根据所得的牙齿移动与转动的数据设计该正畸托槽的槽体与底板的角度，获得在弓丝回复力下最优的角度，得到正畸托槽的三维模型。

作为优选的，所述步骤S4中正畸托槽三维模型以STL格式保存，并通过三维建模软件Pro/E，添加薄壁支撑。

作为优选的，所述扫描振镜扫描速度最高为2m/s，定位速度最高为7m/s；所述激光光束直径为70μm。

一种采用上述方法制造而成的纯钛正畸托槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用先进的计算机辅助设计，结合医学影像技术CT和高精密选择性激光立体成型技术，能将口腔检查、正畸托槽的结构设计、有限元分析、选择性激光立体成型等有机结合起来，针对每位患者不同的口腔条件设计出最适合病人的个性化纯钛正畸自锁托槽，为患者的康复带来了福音，可大大缩短新产品开发时间；

实现了纯钛正畸托槽直接增材成形，该方法获得的正畸托槽可以与患者的口腔牙齿所需的移动方向高度吻合，并调整弓丝回复力，使得患者不适度降到最低，获得更好的疗效；

选择性激光溶化过程中，未扫描的钛粉，经由配套的粉末筛选系统，超过98％的钛粉材料可以循环使用，极大降低了耗粉量，为用户带来了实惠。

附图说明

图1是发明所述的方法的流程框图：

图2是图1的具体步骤示意图；

图3是本发明所述的纯钛正畸托槽的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及制造方法作进一步说明。

以下是本发明所述的一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及制造方法的最佳实例，并不因此限定本发明的保护范围。

实施例1

图1和图2示出了本发明所述的一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽及的制造方法流程图，包括以下步骤：

S1、对畸形错颌进行CT扫描，获得颌骨、牙齿等的三维数据；

S2、通过逆向工程消除噪点，并进行特征提取和三维重建，得到正畸托槽三维模型；

S3、运用有限元分析技术，分析正畸托槽的最大等效应力的结果，并判断其在二倍安全系数下，是否满足纯钛材料的属性；若不满足条件，则对正畸托槽三维模型进行修补和更新，使其满足条件；若满足条件则进入到下一步骤；

S4、将需要打印的正畸托槽三维模型进行保存，对正畸托槽三维模型添加薄壁支撑，对模型进行三维模型分层切片，获取各切片层的轮廓信息，并生成相应的路径文件；

S5、对选择性激光熔化设备的成型过程的参数进行设置，然后在设备的基板上均匀铺一层钛粉，厚度为20μm～100μm，并使用刮板将钛粉层分布均匀；接着在0.7MPa、20m³/h的氩气环境中，对基于三维模型分层生成的路径文件，使用高精度扫描振镜和200W高能掺镱光纤激光器，对设定的路径进行定位扫描，利用聚焦激光能量将金属钛粉熔化，形成平整的熔化层；

一层扫描完毕后，基板随之下降一个层厚的高度，重新铺一层钛粉，并使用刮板将钛粉层分布均匀，然后再次采用高精度扫描振镜，基于该层的路径文件，按照设定的路径进行扫描，利用聚焦激光能量将该层金属钛粉熔化，层层循环，直至所有三维模型的切片层全部扫描完毕，正畸托槽三维模型通过逐层累积方式，直接增材成型成纯钛正畸托槽零件；

S6、成型完之后，将零件切割下来，并剔除薄壁支撑，形成最终的纯钛正畸托槽。

在本实施例中，作为优选的，所述步骤S2中具体方法为：通过Imageware逆向工程软件消除噪点，进行特征提取与三维重建，得到预想的正畸之后的口腔模型、医生标记处牙齿移动方向、转角等数据，根据所得的牙齿移动与转动的数据设计该正畸托槽的槽体与底板的角度，获得在弓丝回复力下最优的角度，得到正畸托槽三维模型。

在本实施例中，所述步骤S4中正畸托槽三维模型以STL格式保存，并通过三维建模软件Pro/E，添加薄壁支撑。

在本实施例中，所述扫描振镜扫描速度最高为2m/s，定位速度最高为7m/s；所述激光光束直径为70μm。

如图2所示，在本实施例步骤S4中，还包括对三维模型是否分层进行判断，若判断不需要进行分层，则直接进入步骤S5，进行打印成型。

实施例2

图3示出了一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽，包括槽体1、工作翼2、底板3，其纯钛正畸托槽是按照实施例1中的方法制造而成的。

综上所述，本发明的有益效果在于：采用先进的计算机辅助设计，结合医学影像技术CT和高精密选择性激光立体成型技术，能将口腔检查、正畸托槽的结构设计、有限元分析、选择性激光立体成型等有机结合起来，针对每位患者不同的口腔条件设计出最适合病人的个性化纯钛正畸自锁托槽，为患者的康复带来了福音，可大大缩短新产品开发时间；

实现了纯钛正畸托槽直接增材成形，该方法获得的正畸托槽可以与患者的口腔牙齿所需的移动方向高度吻合，并调整弓丝回复力，使得患者不适度降到最低，获得更好的疗效；

选择性激光溶化过程中，未扫描的钛粉，经由配套的粉末筛选系统，超过98％的钛粉材料可以循环使用，极大降低了耗粉量，为用户带来了实惠。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对畸形错颌进行CT扫描，获得颌骨、牙齿等的三维数据；

S2、通过逆向工程消除噪点，并进行特征提取和三维重建，得到正畸托槽三维模型，所述步骤S2中具体方法为：通过Imageware逆向工程软件消除噪点，进行特征提取与三维重建，得到预想的正畸之后的口腔模型、医生标记处牙齿移动方向、转角等数据，根据所得的牙齿移动与转动的数据设计该正畸托槽的槽体与底板的角度，获得在弓丝回复力下最优的角度，得到正畸托槽的三维模型；

S3、运用有限元分析技术，分析正畸托槽的最大等效应力的结果，并判断其在二倍安全系数下，是否满足纯钛材料的属性；若不满足条件，则对正畸托槽三维模型进行修补和更新，使其满足条件；若满足条件则进入到下一步骤；

S4、将需要打印的正畸托槽三维模型进行保存，对正畸托槽三维模型添加薄壁支撑，对模型进行三维模型分层切片，获取各切片层的轮廓信息，并生成相应的路径文件；

S5、对选择性激光熔化设备的成型过程的参数进行设置，然后在设备的基板上均匀铺一层钛粉，厚度为20μm～100μm，并使用刮板将钛粉层分布均匀；接着在0.7MPa、20m³/h的氩气环境中，对基于三维模型分层生成的路径文件，使用高精度扫描振镜和200W高能掺镱光纤激光器，对设定的路径进行定位扫描，利用聚焦激光能量将金属钛粉熔化，形成平整的熔化层；

一层扫描完毕后，基板随之下降一个层厚的高度，重新铺一层钛粉，并使用刮板将钛粉层分布均匀，然后再次采用高精度扫描振镜，基于该层的路径文件，按照设定的路径进行扫描，利用聚焦激光能量将该层金属钛粉熔化，层层循环，直至所有三维模型的切片层全部扫描完毕，正畸托槽三维模型通过逐层累积方式，直接增材成型成纯钛正畸托槽零件；

S6、成型完之后，将零件切割下来，并剔除薄壁支撑，形成最终的纯钛正畸托槽。

2.根据权利要求1所述的基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中正畸托槽三维模型以STL格式保存，并通过三维建模软件Pro/E，添加薄壁支撑。

3.根据权利要求1所述的基于选择性激光熔化技术的纯钛正畸托槽的制造方法，其特征在于，所述扫描振镜扫描速度最高为2m/s，定位速度最高为7m/s；所述激光光束直径为70μm。

4.一种采用权利要求1至3任意一项所述的方法制造而成的纯钛正畸托槽。