CN105919683A - 一种基于3d打印的仿生假牙及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的仿生假牙及其制造方法，包括仿生牙本质本体、包覆在仿生牙本质本体上端面的仿生牙釉质层、包覆在仿生牙本质本体上的仿生牙骨质层；仿生牙釉质层通过过渡区衔接仿生牙骨质层；仿生牙骨质层的外表面布满微结构层。微结构层包括交错或者不规则分布在仿生牙骨质层上的多孔结构与倒钩结构。由于采用仿生学特性，在不同的植入体区域成型出不同梯度强度的实体，减少了植入体与牙槽骨之间的应力干涉问题；并结合3D打印技术的高自由度成型能力，直接成型出完全个性化的仿生牙植入体，提高佩戴舒适度；倒钩结构及多孔结构利于细胞附着生长固定，提高了植入体与牙槽骨的结合力，降低术后种植牙脱落风险等不良反应。

Description

一种基于3D打印的仿生假牙及其制造方法

技术领域

本发明涉及3D打印工艺的假牙，尤其涉及一种基于3D打印的仿生假牙及其制造方法。

背景技术

人工植牙是目前治疗缺牙常见的治疗手段，其主要是将具有生物可相容性的金属人工牙根植入缺牙处的齿槽骨中，通过人工牙根和齿槽骨的紧密集合，以人工牙根作为基座安装齿模。由于不像固定性义齿一样磨去邻近的牙齿，因而不存在邻近牙齿的损伤，也没有续发性的蛀牙产生因素，因此是比固定性义齿更加稳定的方法。人在缺失多颗牙而使用活动义齿的情况下，会向牙周组织(牙龈)施力，因而牙龈会存在不适感，且口腔内的异物感严重，而由于种植牙与牙齿具有基本相同的结构，可减轻牙龈的疼痛及异物感，从而可提高患者们的生活质量并带来满足感。

然而传统的牙植入体均选用螺纹植入方式，植入体为实体的金属部件，无论在内部结构还是组成上都与自然牙根有着非常大的差别，特别是整体硬度强度完全不一样，这将对患者的牙槽骨适应性造成巨大影响。螺钉式的植入会对周围牙槽骨组织造成巨大的挤压力，容易产生应力集中现象，且表面相对较为光滑，不利于骨细胞的快速附着生长，严重时会导致牙槽骨的萎缩。而且目前的植牙方法多为分段式植入，即先植入牙钉，然后在软骨组织修复后在将基台和牙冠植入，前后要消耗大量的时间，对患者带来很大不便和痛苦。此外，现有的人工种植牙大多还存在术后与义齿连接不稳固而易松动脱 落、与人体骨组织的连接性和生物相容性较差等问题。

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，提供一种基于3D打印的仿生假牙及其制造方法。具有集中应力低、骨细胞附着性强、外形美观和结构结合牢固的特点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于3D打印的仿生假牙，包括仿生牙本质本体6、包覆在仿生牙本质本体6上端面的仿生牙釉质层2、包覆在仿生牙本质本体6上的仿生牙骨质层9；仿生牙釉质层2通过过渡区3衔接仿生牙骨质层9；

所述仿生牙骨质层9的外表面布满微结构层。

所述仿生牙釉质层2的上部为凹陷结构层，在凹陷结构层上设有牙冠曲面结构层1。

微结构层包括交错或者不规则分布在仿生牙骨质层9上的多孔结构4与倒钩结构5。

所述多孔结构4为锥形、蜂窝型、八棱体型、珊瑚型或者弧形的凹陷沉孔；该凹陷沉孔的的周围为仿生牙骨质层9的平面区12。

所述倒钩结构5是朝仿生牙釉质层2方向延伸的锥形钩刺，其顶部为倒圆角结构。

所述过渡区3为平滑V形过渡。该过渡区3为仿生牙釉质层2与仿生牙骨质层9之间的衔接区域形成，朝衔接区域中心延伸的仿生牙釉质层2和仿生牙骨质层9的厚度逐渐变薄，反之逐渐增厚。

所述仿生牙本质本体6自上而下直径逐渐缩减，整体呈锥形结构。

一种仿生假牙的制备方法如下：

步骤一：首先根据口腔CT数据进行三维模型重建，提取对颌牙和邻牙形 态数据，使用牙科专用设计软件设计缺失牙外表形态，获取咬合曲面，得到牙冠曲面结构层1，完成牙冠的设计；

步骤二：根据自然牙的外表形态对仿生牙本质本体6进行尺寸与形态设计，接着设计仿生牙骨质层9，最后对仿生牙骨质层9的表面进行多孔结构4处理，并设计具有固定作用的倒钩结构5，得到仿生假牙的三维模型；

步骤三：将仿生假牙的三维模型导入复合材料3D打印机，3D打印机根据不同区域的要求选用不同的材料进行分区成型，最终获得仿生假牙。

对仿生假牙进行后工序打磨、消毒处理，存放待用。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明的牙冠曲面结构层(咬合面)根据患者的口腔CT扫描数据，首先通过三维重建技术进行模型的建立，然后采用牙科专用设计软件对缺失牙的对颌牙、邻牙等进行曲面提取，随后根据咬合关系和邻牙形态对缺失牙进行牙冠的设计，最后采用复合材料3D打印技术选用与自然牙釉质相仿的陶瓷材料进行选区打印，直接成型出具有复杂曲面的牙冠实体。

本发明的仿生牙本质本体部分采用韧性强、强度高的高分子复合材料采用复合材料3D打印技术，按照设计的数据进行直接成型。

本发明的过渡区处于牙龈包围区，上部为牙冠区，下部为植入区，与自然牙对应具有一定的内凹，其作用是一方面利于牙龈软组织的生长附着而保护植入部分不受食物残渣的影响，另一方面减少了植入区的体积，在减少牙槽骨切除的前提下保证牙根强度。

本发明的仿生牙本质本体自上而下直径逐渐缩减，整体呈锥形结构，外层为仿生牙骨质层，二者融合度强度高。整体达到外强里韧的效果，获得与自然牙相近的功能。

本发明的仿生牙骨质层(植入区)设有倒钩形结构，按照一定的密度随机或者规律分布在仿生牙骨质层表面；倒钩结构5是朝仿生牙釉质层方向延 伸的锥形钩刺，其顶部为倒圆角结构，锥形钩刺的底部与仿生牙骨质层的接触的部位较大，沿着向外发散的方向逐渐变小，顶端倒圆角结构，防止尖端部位受力时对牙槽骨造成应力集中；整体为斜向上的结构，既有利于安装，又有利于固定。

本发明的仿生牙骨质层(植入区)还设有多孔结构，多孔结构为锥形、蜂窝型、八棱体型、珊瑚型或者弧形的凹陷沉孔；该凹陷沉孔的的周围为仿生牙骨质层的平面区。多孔结构的设计一方面可以在保证强度的前提下降低植入体重量节约材料，另一方面利于细胞的附着生长，加快软组织的愈合，使患者可以更快使用新牙。

本发明仿生假牙结合3D打印技术的高自由度成型能力，采用CT扫描技术获取患者的口腔信息，设计并成型出完全个性化的仿生牙植入体，包括咬合关系、外形尺寸和表面形貌等，提高仿生牙植入体的佩戴舒适度和患者的满意度。

本发明仿生假牙采用梯度成型方式，根据人体自然牙的特性，在仿生牙植入体不同区域成型出不同梯度强度的实体，达到与自然牙具有相同特性的效果，减少仿生牙植入体与牙槽骨之间的干涉。

本发明仿生假牙具有一定孔隙率和强度的多孔结构，利于细胞的附着生长，提高仿生牙植入体与牙槽骨的结合力，防止牙槽骨的萎缩坏死和仿生牙植入体的脱落。

附图说明

图1为本发明仿生假牙的制备工艺流程框图。

图2为本发明仿生假牙的结构示意图。

图3为本发明仿生假牙倒钩结构的局部放大示意图。

图4为本发明仿生假牙的多孔结构局部放大示意图。

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。本发明公开了一种基于3D打印的仿生假牙(仿生牙植入体)，包括仿生牙本质本体6、包覆在仿生牙本质本体6上端面的仿生牙釉质层2、包覆在仿生牙本质本体6上的仿生牙骨质层9；仿生牙釉质层2通过过渡区3衔接仿生牙骨质层9；

所述仿生牙骨质层9的外表面布满微结构层。

所述仿生牙釉质层2的上部为凹陷结构层，在凹陷结构层上设有牙冠曲面结构层1。

微结构层包括交错或者不规则分布在仿生牙骨质层9上的多孔结构4与倒钩结构5。

所述多孔结构4为锥形、蜂窝型、八棱体型、珊瑚型或者弧形的凹陷沉孔；该凹陷沉孔的的周围为仿生牙骨质层9的平面区12。

所述倒钩结构5是朝仿生牙釉质层2方向延伸的锥形钩刺，其顶部为倒圆角结构。

所述过渡区3为平滑V形过渡。该过渡区3为仿生牙釉质层2与仿生牙骨质层9之间的衔接区域形成，朝衔接区域中心延伸的仿生牙釉质层2和仿生牙骨质层9的厚度逐渐变薄，反之逐渐增厚。

所述仿生牙本质本体6自上而下直径逐渐缩减，整体呈锥形结构。

图1为基于3D打印的仿生假牙制造流程图，根据患者的牙齿缺失情况，选择直接口腔内扫描或者间接口腔外扫描，获取患者的口腔内牙齿的CT扫描数据；采用三维建模软件对获取的扫描数据进行逆向重建提取对颌牙、邻牙 等曲面轮廓；采用牙科专用软件对口腔三维模型进行个性化设计，匹配咬合关系设计缺失牙的牙冠表面轮廓，使之具有完全个性化的牙冠曲面1，提高患者的咀嚼舒适性；与临牙进行尺寸匹配设计植入体植入区尺寸；按照自然牙的生物力学特性分别设计一定比例和形状的仿生牙釉质层2、仿生牙本质本体6和仿生牙骨质层9；根据患者的牙槽骨具体生长状态在仿生牙骨质层9表面设计多孔结构4，多孔可选择为锥形、八棱柱形、蜂窝型和珊瑚型等，促进骨细胞的附着生长；在仿生牙骨质层9表面设计倒钩结构5，保证植入区牢固种植在牙槽骨内，有效的防止了植入体的松动和脱落。设计完成的个性化仿生牙植入体数据导入复合材料3D打印机，选用陶瓷材料成型仿生牙釉质2、高分子材料成型仿生牙本质本体6、金属材料成型仿生牙骨质层9，并按照预设密度分别成型多孔结构4和倒钩结构5。

图2为基于3D打印的仿生假牙结构示意图，牙冠曲面结构层1(牙冠咬合曲面)处于最上端为复杂曲面，与其自然咬合牙的咬合面个性化匹配。下部为仿生牙釉质层2，以牙冠表面轮廓为边界，选用陶瓷材料直接成型，具有自然牙的亮白特点，达到高硬度的咀嚼要求。仿生牙本质本体6处于仿生牙釉质层2下方，占整个仿生假牙的大部分区域，采用高分子材料直接3D打印成型，具有一定的强度和韧性。过渡区3将仿生牙釉质层2和仿生牙骨质层9分开，具有内凹的平滑V形过渡特点，利于牙龈软组织的附着生长，放置食物残渣等进入植入区域7。外部表面设有倒钩结构5和多孔结构4。整个牙根的形状为向下渐缩的锥形，目的是便于植入区域7的顺利进入牙槽骨孔内。

图3为倒钩结构5示意图，其顶部设有倒圆角结构，有效防止尖端受力时对牙槽骨造成应力集中；上部的凹坑结构10在植入后会卡在牙槽骨内，起到固定作用；下部凸起部位11便于植入体的顺利种植。

图4为多孔结构4示意图，平面区12初始种植时即与牙槽骨结合，凹陷区13为多孔结构4的空隙部分，在植入体植入后牙槽骨细胞逐渐填充，促进细胞的附着生长和二次固定；多孔结构4可以根据患者的要求和具体口腔环境，采用3D打印技术直接成型锥形、八棱体形、蜂窝型或者珊瑚型等多孔结构。

本发明基于3D打印的仿生假牙结构的制备时：首先根据口腔CT数据进行三维模型重建，提取对颌牙和邻牙形态数据，使用牙科专用设计软件设计缺失牙外表形态，获取咬合曲面，得到牙冠曲面结构层1，完成牙冠的设计；

根据自然牙的外表形态对仿生牙本质本体6进行尺寸与形态设计，接着设计仿生牙骨质层9，最后对仿生牙骨质层9的表面进行多孔结构4处理，并设计具有固定作用的倒钩结构5，得到仿生假牙的三维模型；

将仿生假牙的三维模型导入复合材料3D打印机，3D打印机根据不同区域的要求选用不同的材料进行分区成型，最终获得仿生假牙。

使用钻头在牙床上钻孔，使用钻头为倒锥形，打孔深度与植入区域7深度相同。然后将仿生假牙在外力的作用下装进钻孔，在倒钩结构5的作用下，进入牙槽骨钻孔的牙根区域8会牢固的固定在牙槽骨中而不会出现脱落。在表面多孔结构4的促进下，牙槽骨细胞会快速与植入体生长在一起，进一步固定植入体，当软组织愈合后便可以像正常牙齿一样使用。

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)

1.一种基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，包括仿生牙本质本体(6)、包覆在仿生牙本质本体(6)上端面的仿生牙釉质层(2)、包覆在仿生牙本质本体(6)上的仿生牙骨质层(9)；仿生牙釉质层(2)通过过渡区(3)衔接仿生牙骨质层(9)；

所述仿生牙骨质层(9)的外表面布满微结构层。

2.根据权利要求1所述基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，所述仿生牙釉质层(2)的上部为凹陷结构层，在凹陷结构层上设有牙冠曲面结构层(1)。

3.根据权利要求1所述基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，微结构层包括交错或者不规则分布在仿生牙骨质层(9)上的多孔结构(4)与倒钩结构(5)。

4.根据权利要求3所述基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，所述多孔结构(4)为锥形、蜂窝型、八棱体型、珊瑚型或者弧形的凹陷沉孔；该凹陷沉孔的的周围为仿生牙骨质层(9)的平面区(12)。

5.根据权利要求3所述基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，所述倒钩结构(5)是朝仿生牙釉质层(2)方向延伸的锥形钩刺，其顶部为倒圆角结构。

6.根据权利要求3所述基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，所述过渡区(3)为平滑V形过渡。

7.根据权利要求6所述基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，所述过渡区(3)为仿生牙釉质层(2)与仿生牙骨质层(9)之间的衔接区域形成，朝衔接区域中心延伸的仿生牙釉质层(2)和仿生牙骨质层(9)的厚度逐渐变薄，反之逐渐增厚。

8.根据权利要求1至7中任一项所述基于3D打印的仿生假牙，其特征在于，所述仿生牙本质本体(6)自上而下直径逐渐缩减，整体呈锥形结构。

9.权利要求1至8中任一项所述基于3D打印的仿生假牙的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：首先根据口腔CT数据进行三维模型重建，提取对颌牙和邻牙形态数据，使用牙科专用设计软件设计缺失牙外表形态，获取咬合曲面，得到牙冠曲面结构层(1)，完成牙冠的设计；

步骤二：根据牙的外表形态对仿生牙本质本体(6)进行尺寸与形态设计，接着设计仿生牙骨质层(9)，最后对仿生牙骨质层(9)的表面进行多孔结构(4)处理，并设计具有固定作用的倒钩结构(5)，得到仿生假牙的三维模型；

步骤三：将仿生假牙的三维模型导入复合材料3D打印机，3D打印机根据不同区域的要求选用不同的材料进行分区成型，最终获得仿生假牙。

10.根据权利要求9所述基于3D打印的仿生假牙的制备方法，其特征在于，对仿生假牙进行后工序打磨、消毒处理，存放待用。