CN105769356A - 一种个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，步骤为：通过CT等扫描仪，获得牙颌数据；根据所得到的牙颌数据，利用逆向工程技术，用mimics或者Geomagic软件进行数据处理；根据正畸的要求和牙颌特征，在三维软件中设计出个性化无托槽隐形矫治器的三维CAD结构；将模型结构导入到光固化成形设备中，采用医用光敏树脂分层叠加直接制造隐形矫治器。本方法能根据个体差异实现高精度的定制化制造，一次直接成型矫治器，能够很好的与牙齿表面相贴合，并平稳可靠的传递矫治力，简化了制造工艺，缩短了制造时间，降低了生产成本。这种隐形矫治器无托槽和钢丝，可自行摘戴，在不知不觉中就完成矫治，满足了人们既矫治牙齿又不影响美观的需求。

Description

一种个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法

技术领域

本发明用于牙齿矫正的托槽制备工艺，尤其涉及一种个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法。

背景技术

进入21世纪，人们的生活水平得到显著的提高，对追求美的需求越来越大，目前国内市场上每年需要接受正畸治疗的人数超过200万。而随着正畸技术的进步和成本的降低，越来越多的人开始接受正畸治疗，由于隐形矫治器能在矫治的同时，最大程度的保持美观，其被广泛应用于正畸治疗中。目前市面上的隐形矫治器按固定方式划分有两类，第一类为固定矫治器，包括标准唇侧陶瓷托槽、标准舌侧托槽、个性化舌侧托槽；第二类为活动矫治器，无托槽隐形矫治器就属于此类。

固定矫治器是由弓丝和粘接在患者牙面上的带有槽沟的托槽组成，其工作原理是利用弓丝和托槽的相互作用带动牙齿移动的。标准舌侧托槽和个性化舌侧托槽能精确控制牙齿移动，由于其粘接于患者牙齿的舌侧面，可以起到“隐形”作用，不影响美观。标准唇侧陶瓷托槽粘接于唇侧，由于其使用的颜色接近牙齿本色，所以也有一定的美观效果，但这种托槽较容易被发现，特别是在微笑或说话时，所以它的美观效果有限。

标准舌侧托槽是标准生产的通用产品，而牙齿的舌侧面是不规则的，标准舌侧托槽无法适应所有患者的牙面，需要在托槽底板填充较厚的树脂来填补托槽底板与牙面之间的空隙，故标准舌侧托槽会远离牙齿表面，使患者感到不适，特别是下颌，托槽会刺激舌体，并且托槽容易脱落，影响矫治效果。

个性化舌侧托槽是近年来随着数字化技术和3D打印技术的发展而产生的，由于每个患者的牙齿形态不一样，需要正畸的情况也不一样，利用3D打印技术非常适合来生产个性化舌侧托槽。托槽结构是根据每个患者的牙齿来进行设计的，不需要使用粘接剂，可以实现托槽完全贴近牙齿表面，提高患者的舒适度。

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。

无托槽透明矫治器是由一组按一定时间间隔更换的透明膜牙套组成，它是靠牙套材料的弹性来对牙齿产生作用的，通过不断的小范围牙移动达到牙齿矫治目的。无托槽透明矫治器简单舒适，患者可自行摘戴，利于口腔卫生的维护，对医生的技能要求较低。

对于不同种类的托槽，其差异不只体现在结构和功能上，在制造方法上，也存在很大的不同。

标准化托槽由于结构比较复杂，在其制造的过程中，会运用到铸造、冲压，焊接等方法，工艺相当繁琐。个性化托槽的制造方法是先采用快速成型的方法制作出蜡模，然后通过熔模铸造的方法来获得托槽的复杂形状，也有通过激光选区熔化技术直接成型金属托槽的。前者制造过程比较复杂，工序多，周期长。后者技术复杂，精度有待提高，并且生产成本高。传统的无托槽隐形矫治器的制造方法是先用快速成型的方法制作出母模，然后采用热压的方法来成型，同样存在工艺繁琐，制造过程复杂的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种制造方便、工艺简单、性能稳定的个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法。该方法能够实现根据不同的个体差异生产出适合该个体的定制化产品。并且后处理容易、价格相对便宜，并具有实现隐形功能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，包括如下步骤：

步骤(1)：通过扫描仪，获得牙颌数据；

步骤(2)：根据所得到的牙颌数据，利用逆向工程技术，在mimics或者Geomagic软件里面进行数据处理；

步骤(3)：根据正畸的要求、牙颌特征、托槽材料(包括制造方法)，在三维设计软件中设计出个性化无托槽隐形矫治器的三维CAD结构；

步骤(4)：将步骤(3)中的个性化无托槽隐形矫治器的三维CAD模型导入到光固化成形设备中，采用医用光敏树脂分层叠加直接制造隐形矫治器。

步骤(5)：将步骤(4)获得的隐形矫治器(透明)进行后续处理。

步骤(1)所述扫描仪是采用口腔锥形束CT或者口内扫描仪直接扫描牙齿。传统获取牙颌数据的是方式是先让病人咬印模，再灌制石膏模型，最后再通过CT扫描或光学扫描，这种方法工序繁琐，费时，也给患者带来了不便。本发明中的牙颌数据获取方式不仅方便快捷，而且精度高，可以达到0.02mm。

步骤(2)所述经过处理后的牙颌数据是以STL格式来进行保存和传输，该文件格式能很好的和本发明中所用到的各类软件兼容。

步骤(4)所述光敏树脂分层叠加直接制造，是指将零件的三维模型导入配套的切片软件，通过设备配套的切片软件进行切片处理，将隐形矫治器的三维模型分割为一系列二维平面图像，之后将这些二维平面图像传输到光固化成型机，通过控制LED投影系统，将各分层的二维平面图像以LED光为载体，投射到光敏树脂表面，逐层凝固，最后形成零件实体，即隐形矫治器。

步骤(4)所述光固化成形设备，包括立体光固化成形(StereolithographyAppearance，SLA)、数字光处理设备(DigitalLightProcessing，DLP)、连续液态界面制造设备(ContinuousLiquidInterfaceProduction，CLIP)。

所述隐形矫治器厚度为0.8mm。

所述分层的厚度为0.05-0.2mm，通过优化后，最终实现打印成型尺寸精度小于0.05mm，表面粗糙度小于10um的个性化无托槽隐形矫治器。

所述的光敏树脂为医用光敏树脂，由聚合物单体与预聚体组成，常温下为液态，其中加有光引发剂，在紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成由液态到固态的转变。

所述紫外光为紫外LED光源，波长为405nm。

步骤(5)所述后续处理包括打磨、抛光、酒精清洗已获得表面质量。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、个性化定制；本发明所述方法技术手段简便易行，不受零件的复杂程度的限制，通过本方法可以设计出贴合牙体形态的个性化矫治器，实现定制化设计和定制化生产。

2、制造周期短；一次直接成型，节省了工序时间。

3、采用本发明所述方法获得的矫治器器隐形、美观。

4、制造成本低；相比于舌侧正畸托槽，价格更便宜。

5、使用本发明所述方法获得的矫治器，矫治过程简单，矫治时间短，同时复诊次数减少，节约患者的时间。

6、佩戴舒适；由于没有传统意义上的托槽、钢丝等矫正装置，矫正过程不再痛苦。对牙周组织的刺激及不适感最低。可自行摘戴，不影响社交、进食、运动等。

7、口腔卫生容易维护，托槽容易拆卸，所以很容易清洁，也不必担心牙龈炎、牙齿脱矿、变色等问题。

附图说明

图1是本发明个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造工艺流程图。

图2是根据逆向工程获得的待矫治牙颌数据的三维CAD模型。

图3是根据图2所示牙颌数据的结构特征所设计的隐形矫治器的三维CAD结构模型。

图4是光固化成形设备原理示意图；图中：丝杆1；成型平台2；零件3；光敏树脂4；树脂槽5；滤光镜6；LED光源7；电机8。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至4所示。本发明公开了一种个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，可通过如下工艺流程实现：

测量牙颌数据，获得牙齿的外形结构参数；牙颌数据的获取采用的是CT或者口内扫描仪对病人的牙齿直接进行扫描，获取数据方便快捷而且精度高，可以达到0.02mm。

根据牙颌数据，利用逆向工程的方法建立如图2所示的需要矫治的牙齿的三维CAD模型，并以STL的格式进行存储。

根据正畸的要求、牙颌特征，托槽材料、以及制造方法、在三维设计软件SolidWorks中设计出个性化无托槽隐形矫治器的三维CAD结构。所设计的矫治器下表面能够完全与患者牙颌外形相贴合。如图3所示。

将步骤(3)中的所述的隐形矫治器的三维CAD结构导入到光固化成形设备中，采用医用光敏树脂分层叠加直接制造隐形矫治器。具体做法是，先通过切片软件对隐形矫治器三维CAD结构的STL文件进行切片，得到各个分层截面的二维平面图像，所述分层厚度为0.05-0.2mm。通过改变光波长和扫描速度，获得优化的工艺参数，最终可实现打印成型精度小于0.1mm。

如图4为现有光固化成形设备。在已设定好层厚，LED光源波长，扫描速度等关键参数的情况下，光固化成型设备的控制系统通过控制LED光源发出紫外光，光线经过振镜扫描系统，将零件的二维平面图像投射到树脂液槽中，使得该层树脂得以固化，然后通过控制电机，带动丝杠转动，最终使得成型平台上升了一个层厚的高度，而新的液体树脂填满了成型平台移动产生的“空隙”，逐层固化，最终形成完整的零件实体。

光源为紫外LED光源，光源波长为405nm，具有很高的能量传输效率。

后处理方式可用酒精清洗掉零件表面粘附的粉末，然后风干，接着用砂纸简单打磨、消毒等工序，即可获得高质量表面无托槽隐形矫治器。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：通过扫描仪，获得牙颌数据；

步骤(2)：根据所得到的牙颌数据，利用逆向工程技术，在mimics或者Geomagic软件里面进行数据处理；

步骤(3)：根据正畸的要求、牙颌特征、托槽材料，在三维设计软件中设计出个性化无托槽隐形矫治器的三维CAD结构；

步骤(4)：将步骤(3)中的个性化无托槽隐形矫治器的三维CAD模型导入到光固化成形设备中，采用医用光敏树脂分层叠加直接制造隐形矫治器。

步骤(5)：将步骤(4)获得的隐形矫治器进行后续处理。

2.根据权利要求1所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于，步骤(1)所述扫描仪是采用口腔锥形束CT或者口内扫描仪直接扫描牙齿。

3.根据权利要求1所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：步骤(2)所述经过处理后的牙颌数据是以STL格式来进行保存和传输。

4.根据权利要求1所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：步骤(4)所述光敏树脂分层叠加直接制造，是指将零件的三维模型导入配套的切片软件，通过设备配套的切片软件进行切片处理，将隐形矫治器的三维模型分割为二维平面图像，之后将这些二维平面图像传输到光固化成型机，通过控制LED投影系统，将各分层的二维平面图像以LED光为载体，投射到光敏树脂表面，逐层凝固，最后形成零件实体，即隐形矫治器。

5.根据权利要求4所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：步骤(4)所述光固化成形设备，包括立体光固化成形、数字光处理设备或者连续液态界面制造设备。

6.根据权利要求4所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：所述隐形矫治器厚度为0.8mm。

7.根据权利要求4所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：所述分层的厚度为0.05-0.2mm，通过优化后，最终实现打印成型尺寸精度小于0.05mm，表面粗糙度小于10um的个性化无托槽隐形矫治器。

8.根据权利要求4所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：所述的光敏树脂为医用光敏树脂，由聚合物单体与预聚体组成，常温下为液态，其中加有光引发剂，在紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成由液态到固态的转变。

9.根据权利要求8所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：所述紫外光为紫外LED光源，波长为405nm。

10.根据权利要求1所述个性化无托槽隐形矫治器光固化增材制造方法，其特征在于：步骤(5)所述后续处理包括打磨、抛光、酒精清洗已获得表面质量。