CN105142568A - 用于制造无扭曲的牙颌模型的制造方法和如此制造的牙颌模型 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助生成式逐层构建方法制造牙颌模型的方法，包括下列步骤：改变牙颌模型的三维的CAD模型，其中生成多个间隙状的空隙(22)，从而将CAD模型通过这些间隙状的空隙(22)切开成多个段，并且在CAD模型中这样安置各连接桥(25)，使得连接桥将相邻的各段相互连接。基于该改变的三维的CAD模型借助于生成式逐层构建方法制造牙颌模型。

Description

用于制造无扭曲的牙颌模型的制造方法和如此制造的牙颌模型
技术领域
本发明涉及一种用于借助于生产式制造方法无扭曲地制造构件的方法以及由此得到的构件和特别一种牙颌模型。
当前的申请将所谓概念“牙颌模型”理解为由齿龈包围的颌骨的三维的1:1复制，在颌骨中也可以存在齿或齿残桩。在使用该方法制造全口托牙的方法时在牙颌模型中不存在齿或齿残桩。
背景技术
由于高的精度要求，例如在制作齿冠或齿桥时，已知的传统的制造方法包括许多手工实施的步骤。
其中一个手工实施的步骤是通过用石膏浇注复制模具制造牙颌模型。然后时效硬化的石膏得出牙颌模型。
另外一个手工步骤规定，牙颌模型在各齿之间在各预定的位置上锯断。这是必需的，以便能够侧向接近在牙颌模型中的相应的位置，这又是可以精确地模制假牙的一个前提。
在加工牙颌模型之前，在牙颌模型与所谓装配板之间建立必需的基准点。
在加工牙颌模型时重要的是，在对各单个段或各单个齿实施加工步骤以后在牙颌模型中重新建立各单个段或各单个齿的原来的位置和定向。
为此使用所谓装配板，其具有与牙颌模型或各单个段或各单个齿的基准连接。
这允许牙科技术员从装配板上取下、加工和重新安装各单个段或各单个齿，而不改变各单个段或各单个齿在牙颌模型中最初的原始位置和定向。
已知装配板的多个替代方案，第一方案是预制的具有多个销的标准装配板，各销以固定的栅距设置。第二种的装配板是单独制造的。
与标准装配板一起使用的牙颌模型在其下面需要多个孔，它们具有与销在装配板上的栅距相同的孔距。
这具有缺点，即正好在切开牙颌模型的位置可能存在孔并且相应的销落空并且基准连接是“被破坏的”。特别在牙颌模型中设置单齿时，在单齿的两侧存在的切口的每一个都碰到孔并且多个基准连接是“被破坏的”，这以不利的方式导致这样的单齿，其位置不再唯一地确定。
装配板的第二方案单独地为每个牙颌模型制作。与这种装配板配合作用的牙颌模型在其下面上也需要多个孔，不过这些孔并不约束在预定的孔距上，而是可以特别为每个牙颌模型设置。
为了首次定义在牙颌模型与按照第二方案的装配板之间的基准连接，过程如下：
将各销插入处在牙颌模型的下面上的各孔中，这样长地确定各销的尺寸，使得销在插入孔中以后仍然从牙颌模型中突出一定的量。
在销的突出部分上优选套装上套筒。套筒在其内面上优选由一种低摩擦材料构成。
将销的从牙颌模型突出的部分(其被套筒包围)紧接着压入石膏床中。各套筒优选可以具有结构化的外面，其在石膏时效硬化以后导致在套筒与装配板之间的形锁合。
在石膏时效硬化以后可以从装配板上取下牙颌模型。套筒在这种情况下保留在装配板中，而销保留在牙颌模型中，其中对于销作为基准连接的功能不重要的是，是否销保留在牙齿部分中或是保留在装配板中。
在装配板的该方案中有可能将各孔在牙颌模型中这样设置，即它们不设置在以后牙颌模型被切开的位置上，由此也有可能为各单个齿提供足够多的基准连接。
现在在各预定的位置上分开牙颌模型并且形成各单个段或各单个齿。
这些段或单齿紧接着重新借助于各基准连接与装配板连接。作为结果得到牙颌模型，在其中各个段或各齿重新精确地以正确的定向相对牙颌模型的其余部分定位。在锯断时出现的材料损失作为间隙出现。但对各部分相互间的正确的定向没有不利的影响。
为了装配板的进一步加工步骤，可以取出各单个段或各单个齿，例如以便手工加工它们，并且紧接着重新将它们插入装配板中并且总是仍保持各部分相互间的正确的定向。
借助于生成式制造方法可以制造与上述型式的第一或第二装配板配合作用的牙颌模型。
但已表明，在借助于生成式制造方法制造牙颌模型时可能导致牙颌模型的扭曲。牙颌模型越大，导致扭曲的风险越大。
本申请人已知一种方法，其中借助于CAD(计算机辅助设计)程序这样改变牙颌模型，即在通常用锯切开材料的各位置上产生间隙，其对应于在切开时出现的材料损失。因此牙颌模型通过CAD程序分解成各单个段或各单个齿。这具有优点，即牙颌模型分成较小的件，这基本上减小扭曲的危险。另一方面在这里不利的是，在生产的制造过程以后牙颌模型的各个部分不相互连接地存在。
按这样制成的牙颌模型不适合于与按第二方案的装配板一起使用。
反之由于在各孔的区域内的切口的位置又危害与按第一方案的装配板的应用，因此可能“破坏”上述各基准连接。
发明内容
针对上述问题，本发明的任务是提供一种方法，其使得可以借助于生成式逐层构建方法(即叠加式制造方法)制造完整的牙颌模型，其中将扭曲的危险减至最小并且适合于与按第二方案的装配板配合作用。
通过一种按照权利要求1所述的方法和一种按权利要求9所述的牙颌模型达到该目的。各从属权利要求中说明本发明的进一步设计。
本发明的构思是，以各单个段或各单个齿的方式制造牙颌模型，这些单个段或单个齿经由优选借助于生成式逐层构建方式制造的连接桥相互连接并且在其相互之间的位置设置方面是固定的。通过设置这些间隙——通过这些间隙各单个物体段相互分离(除了经由薄的连接桥的连接外)——，可以明显地减小扭曲，从而构件尺寸以较小的程度偏离额定尺寸。
此外，通过按照本发明的方法以有利的方式能够将牙颌模型作为整体从粉末床中取出，由此省去各单件的分类的工作步骤。通过在牙颌模型中在各个齿位置之间的间隙状的空隙的设置同时便于在这些位置切开，因为只必须切开薄的连接桥。
附图说明
图1示出按照本发明的牙颌模型(锯痕模型)的侧面的部分视图，
图2示出图1中所示的牙颌模型的修改的实施形式，
图3示出图1中所示的部分区域的底视图，
图4示出图1中所示的部分区域的俯视图，
图5示出激光烧结机的示意图。
具体实施方式
为了描述按照本发明的方法以下首先要参考图5示例性描述激光烧结方法。
设备具有构建容器1，在其中设置支架2用以支承待成形的物体3。支架2经由高度调整装置4能沿竖直方向在构建容器中移动。平面(被加设的粉末形的构建材料在该平面中固化)定义工作平面5。为了在工作平面5内固化粉末形的材料，设置激光器6，其产生激光射线7，激光射线经由偏转装置8和可选地经由聚焦装置9被聚焦在工作平面5上。设置控制装置10，其这样控制偏转装置8并且可选地这样控制聚焦装置9，使得可以将激光射线7转向工作平面5的每一个任意的位置。经由各数据控制控制装置10，这些数据包括待制造的物体的结构(物体的三维的CAD模型)。特别是这些数据包含在物体制造时关于每个待固化的层的准确信息。
此外设置供给装置11，借其可以为随后的层供给粉末形的构建材料。借助于涂层器12在工作平面5内加设构建材料并予以平整。
在操作中逐层下降支架2、加设新的粉末层并且借助于激光射线7将该新的粉末层在工作平面5内的相应的层的与相应物体相对应的各位置上固化。
作为粉末形的构建材料可以采用全部适合于激光烧结方法的粉末或粉末混合物。这样的粉末包括例如塑料粉末如聚酰胺或聚苯乙烯、PAEK(聚芳醚酮)、弹性体如PEBA(聚醚嵌段酰胺)、金属粉末例如优质钢或其他的适应相应的目的金属粉末、特别是合金、被塑料涂层的沙子或陶瓷粉末。
以下描述按照本发明制造一种牙颌模型。
首先由齿龈包围的颌骨的CAD模型，在颌骨中也可以存在齿或齿残桩。在使用该方法制造全口托牙(义齿)时在牙颌模型中不存在齿或齿残桩。这样的颌骨表面模型可以无接触例如通过口腔扫描或CT照相获得。也可以通过全副牙齿的压痕(凹形)的扫描或通过全副牙齿的石膏模型(凸形)的扫描获得这样的CAD模型。
在该CAD模型(粗略数据)中然后加上切口(间隙形的空隙)，借其将模型切开成各个段。在这种情况下不应当改变牙颌模型的外尺寸并且此外也不应当改变得到的各段相互之间的位置和定向。
现在按照本发明在另一步骤中在各间隙形的空隙上安置连接桥，通过这些连接桥在各段之间建立部分的连接。虽然在各图中示出在各间隙形的空隙中的连接桥，但按选择可以在各间隙形的空隙外部设置一些或甚至全部连接桥。这样各连接桥可以这样设置在间隙形的空隙的边缘上，即越过该边缘向外突出，或设置成完全处在间隙形的空隙的外部。
现在将CAD模型分开成多个层，它们对应于构建材料(通常是塑料例如聚酰胺)的待固化的层。根据由此产生的数据，以下借助于生成式逐层构建方法、优选基于粉末的激光烧结方法实现模型的制造。这些数据叫做生产数据。
在激光烧结装置的另外以上描述的实例中，生产数据是这样的数据，其包含关于牙颌模型的结构信息并且借助于这些数据控制控制装置10。如果生成式逐层构建方法不是激光烧结方法，可以以同样的方式进行并且各生产数据(其以通用的规格存在，例如STL规格)在这样情况下也由相应的控制装置10处理。特别对于按照本发明的方法而言，可以代替激光烧结方法使用分别利用粉末形的原材料的熔融沉积造型(FDM)、3D打印和掩模烧结方法。在这里应该提到，在全部方法(在其中在粉末形的构建材料固化时发生加热)中可能出现扭曲。即使在3D打印过程中，其中给构建材料选择性地供给粘合剂，也可能在时效硬化时导致扭曲，因为粘合剂通常在不同的层中在不同的位置上被加设。
在图1至4中可看出在牙颌模型1中间隙形的空隙22处在两个齿23之间或在一个齿23与一个待准备的齿残桩24之间。此外可看到在间隙形的空隙22中的连接桥25，连接桥借助于生成式逐层构建方法与整个剩余的牙颌模型由相同的材料制成。
如已在说明书开头部分中说明的，在准备假牙时常见的是，这样设置颌骨模型，使得在装配板上安装的模型在多个位置被锯断，从而可以取出各单个齿。如果以这样的方式使用牙颌模型，则适宜于将各切口和连接桥设置在这些位置上，在这些位置上以后将模型锯断。
进行过这样的实验，其中一方面借助于激光烧结制造完整的颌骨模型并且另外一方面制造具有按照本发明的切口和连接桥的颌骨模型。已表明，通过按照本发明的设定，能够以大于系数2减小模型尺寸相对于额定尺寸的偏差。利用按照本发明的设定可以将偏差限制到最大10∝m。由此在制造时可以实现这样的精度，该精度处于在实施口腔扫描时测量精度的范围内。
相互连接的段越少，制造精度越高。为了两个相邻的段之间相互间的定向的准确固定，应该优选设置至少三个连接桥25。每个连接桥25的最大直径(平行于间隙状的空隙)在此应该优选处在2mm以下、特别优选在1mm以下。虽然如此，但本发明的重要的特性是，两个相邻的段通过连接桥形状稳定地相互连接。在各相邻的段之间多于三个连接桥25时，连接桥的最大直径可以选择成小于在正好三个连接桥25时。最后各连接桥为了使扭曲最小化应该是尽可能薄的，但仍然具有足够保证颌骨模型形状稳定性的厚度。
虽然图1至3中示出仅仅一个齿残桩24作为待准备的部分，但自然也可以将位于两个切口22之间的待准备的部分选择成较大的，从而该待准备的部分例如包括两个或三个齿位置。由此可以将这样的部分例如用于制造桥。由于扭曲与构件的各段的尺寸相关，所以对于处在两个切口22之间的段的尺寸具有上限。已表明，一个段的尺寸不应超出三个齿位置。
对于齿技术员也可以符合目的是，切口(间隙形的空隙)22存在在所有的齿之间。然后齿技术员可以自由决定，在那些位置应该切开颌骨模型。
如图2中所示，连接桥也可以安置在间隙形的空隙22的边缘上，该空隙将各段相互分离。图2中示出这样的在各齿之间的中间空间内的一个区域内的桥，该区域离开牙颌模型的底部最远(在间隙形的空隙的上边缘上)。在这里具有任意的修改可能性，只要保证各段相互之间的定向的固定。
除了按照第一方案将牙颌模型安置在预制的装配板上，实际上在实验室中也使用按照在说明书导言中说明的第二方案的装配板。
为此在牙颌模型的底部中的孔中首先插入各单个销，各销如此长地确定尺寸，以致它们突出于牙颌模型。紧接着将各突出于牙颌模型的销压入石膏床中。按这种方式在石膏床时效硬化以后存在配合精确的装配板，从其上可以重新取走牙颌模型。
在该处理方法中优点是，可以将各孔26在牙颌模型的底部中这样设置，即各孔26与间隙状的空隙22总是具有一定的间距。在切断各连接桥25以后，这些孔26也与各销配合作用作为基准连接。
如果在各段之间的间隙状的间隙22在牙颌模型的底部上是封闭的，则有利地阻止石膏侵入各间隙状的空隙22内。然而这样的在底部上的连接桥25单独不足以确保牙颌模型的足够的强度。因为在牙颌模型压入石膏床中时强力作用在牙颌模型上，所以应该附加地为每个间隙状的空隙22配置至少一个另外的连接桥，以便阻止牙颌模型的扭曲。
各单个段之间的连接桥25不是必须强制地具有在附图中示出的销形状。
例如可以代替销形状的连接桥25，在各段之间形成按钮连接，其能够实现各段彼此之间的可逆的分离。
在各段之间的连接的另一设计可能性是薄的环绕的连接，其包围整个间隙形的空隙22。
于是在制成的模型上从外面看不见间隙形的空隙22。然而仍然可以以简单的方式在间隙形的空隙22的位置上锯断牙颌模型，因为环绕的连接只具有例如500∝m至1mm的厚度。
此外还可以将在间隙形的空隙22中的连接桥构造成网格编织层。
对于预定的边界条件(扭曲、稳定性等)，原则上可自由选择连接桥的形状和数目。但一般来说，在一个间隙状的空隙22上的全部连接桥的体积应该小于该间隙状的空隙22的体积的20％。

Claims (19)

1.一种用于应用在牙科技术领域内的借助于生成式逐层构建方法制造牙颌模型的方法，其包括下列步骤：
改变牙颌模型的三维的CAD模型，其中，产生至少一个间隙状的空隙(22)，使得CAD模型通过所述至少一个间隙状的空隙(22)被切开成多个段，
基于该改变的三维的CAD模型借助于生成式逐层构建方法制造牙颌模型；
其特征在于，在改变三维的CAD模型的步骤中在至少其中一个间隙状的空隙(22)上生成至少一个连接桥(25)，所述连接桥将邻接该间隙状的空隙(22)的各段彼此连接，所述至少一个连接桥(25)适合于固定邻接间隙状的空隙(22)的各段相互之间的定向和位置。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个间隙状的空隙中生成至少一个连接桥(25)。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，牙颌模型是颌骨模型，该颌骨模型至少对应于人的颌骨的一部分，并且一个段由颌骨模型的一个包括一个或多个齿的部分构成。
4.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，在制造牙颌模型以后切断连接桥(25)。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，在切断连接桥(25)之前，在牙颌模型与装配板之间建立基准连接。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，以如下方式建立基准连接，即在将牙颌模型装放置在装配板上时从装配板上突出的销嵌入在牙颌模型的底部中的孔(26)中。
7.按照权利要求1至6之一项所述的方法，其中：
在改变三维的CAD模型的步骤中在CAD模型的底部上在每个间隙状的空隙(22)中加入作为连接桥(25)的层，该层将邻接该间隙状的空隙(22)的各段相互连接，
在改变三维的CAD模型的步骤中将多个孔(26)加进牙颌模型的CAD模型的底部中，
在制造牙颌模型以后将销插入孔(26)中，销在插入孔(26)中以后以一定的量从牙颌模型上突出，
将从牙颌模型上突出的销压入液态的石膏床中，
在压入销以后，等待如此长的时间，直至通过石膏床的固化形成由石膏制成的装配板，并且
从装配板上取下牙颌模型，其中，销或保留在牙颌模型中或保留在装配中并且用作在牙颌模型与装配板之间的基准连接。
8.按照权利要求1至7之一项所述的方法，其特征在于，分别在两个相邻的段之间安置至少三个连接桥(25)。
9.按照权利要求1至8之一项所述的方法，其特征在于，在一个间隙状的空隙(22)中的连接桥(25)设计成，使得连接桥的总体积最大为该间隙状的间隙(22)的体积的20％。
10.一种牙颌模型，其复制人的颌骨的至少一个部分区域，该牙颌模型具有至少一个间隙状的空隙(22)，在所述空隙上设置至少一个连接桥(25)，所述连接桥将间隙状的空隙(22)的两侧相互连接，从而牙颌模型通过间隙状的空隙(22)切开成两个段并且在这两个段之间的唯一的连接经由所述至少一个连接桥(25)实现，所述至少一个连接桥(25)适合于固定邻接间隙状的空隙(22)的各段相互之间的定向和位置。
11.按照权利要求10所述的牙颌模型，其特征在于，在颌骨中分别在两个相邻的齿位置之间设置一个间隙状的空隙(22)。
12.按照权利要求10至11所述的牙颌模型，其特征在于，在一个间隙状的空隙(22)中定位至少一个连接桥(25)。
13.按照权利要求12所述的牙颌模型，其特征在于，在一个间隙状的空隙(22)中的所述至少一个连接桥(25)的总体积最大为该间隙状的空隙(22)的体积的20％。
14.按照权利要求12或13之一项所述的牙颌模型，其特征在于，在每个间隙状的空隙(22)中设置至少两个连接桥(25)。
15.按照权利要求12至14之一项所述的牙颌模型，其特征在于，在每个间隙状的空隙(22)中存在位于牙颌模型的底部上的层。
16.按照权利要求10至15之一项所述的牙颌模型，其特征在于，与每个齿位置相对应地，孔(26)从下方存在于牙颌模型的底部中。
17.按照权利要求16所述的牙颌模型，其特征在于，通过在齿位置上在底部中的孔(26)的数目和/或设置，该齿在牙颌模型中的位置是编码的。
18.按照权利要求12至17之一项所述的牙颌模型，其特征在于，在至少其中一个间隙状的空隙(22)中的连接桥(25)由在间隙状的空隙(22)的边缘上的层组成。
19.按照权利要求18所述的牙颌模型，其特征在于，所述层占据间隙状的空隙(22)的整个边缘。
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