CN106096189A - 牙科器械的设计制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种牙科器械的设计制造方法，包括一制造牙颌模型步骤，所述制造牙颌模型步骤包括：（1）设计牙颌模型，采用三维图形处理软件设计目标牙颌模型，所述牙颌模型的内部为带内部支撑结构；（2）快速成型带内部支撑结构牙颌模型，采用3D打印设备快速成型所述带内部支撑结构牙颌模型。本发明牙科器械的设计制造方法改进了牙科器械的制造工艺，在牙颌模型内部以支撑结构替代，节省了大量打印用原料，降低了生产成本；其次，由于优化了制造牙颌模型工艺，既保证了制造精度，又缩短了整个器械生产流程所需时间，提高了制造效率；本发明所涉及的带内部支撑结构牙颌模型的重量大大减少，有利于节省生产过程中的输送成本。

Description

牙科器械的设计制造方法

【技术领域】

本发明涉及齿科制造技术领域，更确切地说，涉及一种牙科器械的设计制造方法。

【背景技术】

随着口腔正畸医学的发展，应用于错颌畸形矫治的隐形矫治技术在中国大陆地区逐步走向成熟。近年来，3D打印技术掀起了工业化浪潮，已逐渐渗透到制造行业各领域。自然地，3D打印技术也开始被应用于隐形矫治技术中，用来辅助制作个性化的高分子塑料牙科器械。

目前，应用3D打印技术快速成型的牙颌模型，因其精度较高，已越来越被齿科材料与设备厂商所接受。但3D打印技术成本高，尤其打印用原材料价格昂贵，在一定程度上影响了其应用和推广。该技术是通过3D打印成型机打印出矫治过程中的牙颌模型，再使用正压压膜机在所述牙颌模型上，通过压缩空气所产生的压力而压制制造出牙科器械。

在现有技术中，为了保证所制造出的牙颌模型具有相当的强度，并且保证在一定的压力作用下不产生形变，因而，往往通过3D打印快速成型机获得的牙颌模型均为实心模型。这种实心模型不易变形，对压力的承受强度大。然而，根据3D打印为逐层叠加、堆积成型的原理，所述实心模型通过打印而成型的时间较长，影响了制造效率。对于隐形矫治技术而言，这种牙颌模型的数量与患者矫治周期直接相关，矫治周期越长，所需要制造的牙颌模型也越多，以一副模型使用半个月计算，一个矫治周期为1年的全口矫治患者，一共需要48个牙颌模型。对于树脂原材料，普通实心牙颌模型的重量约为15g/个。因此，现有技术中牙颌模型所消耗的打印用原料多，造成了原材料的浪费，生产成本高；并且其质量相对空心模型更大，在模型批量转运时花费运输成本更高。

【发明内容】

本发明克服了现有技术中存在的不足，提供一种牙科器械的设计制造方法，减少了打印原材料的消耗量，同时，保证了牙颌模型对压力的承受强度，节省了生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

牙科器械的设计制造方法，包括一制造牙颌模型步骤，所述制造牙颌模型步骤包括：

1)设计牙颌模型

采用三维图形处理软件设计目标牙颌模型，所述牙颌模型的内部为带内部支撑结构；

2)快速成型带内部支撑结构牙颌模型

采用3D打印设备快速成型所述带内部支撑结构牙颌模型。

在所述制造牙颌模型步骤之前还包括获得三维牙颌模型数据和重建三维牙颌数字模型，在所述制造牙颌模型步骤之后还包括压膜成型器械、切除器械边角和打磨抛光器械。

所述牙颌模型带内部支撑结构。

所述内部支撑结构为蜂窝状结构。

所述牙颌模型采用3D打印设备快速成型。

作为较佳实施方案，所述压膜成型器械采用正压压膜方式。

作为较佳实施方案，所述切除器械边角采用手工作业或机械自动化作业。

所述牙科器械为高分子牙套。

所述高分子牙套为单层结构。

所述高分子牙套为两层或多层结构。

与现有技术相比，本发明牙科器械的设计制造方法改进了牙科器械的制造工艺，在牙颌模型内部以支撑结构替代，节省了大量打印用原料，降低了生产成本；其次，由于优化了制造牙颌模型工艺，既保证了制造精度，又缩短了整个器械生产流程所需时间，提高了制造效率；本发明所涉及的带内部支撑结构牙颌模型的重量大大减少，有利于节省生产过程中的输送成本。

【附图说明】

图1为本发明工艺流程图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，请参阅图1。

实施例1：

牙科器械的设计制造方法，包括一制造牙颌模型步骤，所述制造牙颌模型步骤包括：

1)设计牙颌模型

采用三维图形处理软件设计目标牙颌模型，所述牙颌模型的内部为带内部支撑结构；

2)快速成型带内部支撑结构牙颌模型

采用3D打印设备快速成型所述带内部支撑结构牙颌模型。

在所述制造牙颌模型步骤之前还依次包括获得三维牙颌模型数据和重建三维牙颌数字模型，在所述制造牙颌模型步骤之后还依次包括压膜成型器械、切除器械边角和打磨抛光器械。

所述牙颌模型的内部为带内部支撑结构。

作为优选实施方式，所述内部支撑结构为蜂窝状结构。

所述牙颌模型采用3D打印设备快速成型。

作为较佳实施方案，所述压膜成型器械采用正压压膜方式。

作为较佳实施方案，所述切除器械边角采用手工作业或机械自动化作业。

制造车间技术人员在开展某病例的牙科器械的生产制造时，通常按照如下工艺步骤来完成：

1)获得三维牙颌模型数据

通过三维扫描设备，如三维扫描仪、CT扫描或口内扫描仪，扫描获得目标牙颌模型的三维数据。也可从合作方直接获得目标牙颌模型的三维数据。对所获得的牙颌模型数据进行预处理，删除多余的无效数据。

2)重建三维牙颌数字模型

根据步骤1)所获得的三维牙颌模型数据，用三维图形处理软件重建三维牙颌数字模型。

3)制造牙颌模型

本步骤包括设计牙颌模型和快速成型带内部支撑结构牙颌模型两个分步。

(1)设计牙颌模型

采用三维图形处理软件设计目标牙颌模型，所述牙颌模型的内部为带内部支撑结构；所述三维图形处理软件采用Magics或geomagic或solidworks等逆向工程软件。通过所述逆向工程软件之一的工具“部分空洞”操作，设置壁厚为1.6mm，操作完成即可生成内部空心的牙颌模型，牙颌模型壁厚的厚度可根据牙颌模型大小和使用需要进行设置。设计正六边形蜂窝状网格，将牙颌模型与正六边形蜂窝状网格进行布尔运算，获得蜂窝状牙颌模型。所述蜂窝状牙颌模型需要部分修补，以消除布尔运算中产生的空缺。再通过软件中工具栏的“切割”操作，设置切割方式为直线水平切割，沿牙龈线最低处下方切割。通过实施以上操作，将虚拟牙颌模型多余的牙龈基座部分去除，减少了原材料的浪费，也便于工厂批量快速生产。

采用上述方法制造的带内部支撑结构牙颌模型，既减轻了牙颌模型的重量，又能保证牙颌模型的对压力的承载强度，还能节省原材料的用量。

(2)快速成型带内部支撑结构牙颌模型

采用3D打印设备快速成型所述带内部支撑结构牙颌模型。将上述步骤完成后所获得的带内部支撑结构牙颌模型数据以STL文件格式导入3D打印机程序处理终端，进行层面信息处理和设置打印参数，选择执行打印功能。然后，3D打印机喷头将按预定程序，以打印用原材料逐层制造与粘结，依靠紫外光逐层固化，并且，在模型带内部支撑结构的空腔区域，将无打印用原材料喷出，从而逐层堆积成带内部支撑结构牙颌模型的原型。作为优选，3D打印快速成型设备采用工业级SLA型3D打印机。所述内部支撑结构包括但不仅限于蜂窝状结构。

4)压膜成型器械

选择合适的牙科膜片和压膜机，调试合适的温度、气压、预热时间、压膜时间等参数。作为一种具体技术方案，将各项参数设置为：温度55℃，气压1.5个大气压，预热时间为30s，压膜时间为15s。将步骤3)所述带内部支撑结构牙颌模型与所述牙科膜片一起放入压膜机舱内，盖好舱盖，启动预热、压膜程序，待压膜完成后，打开舱盖，所述牙科膜片就按牙颌模型的轮廓被压制出一个器械，除所述器械以外的膜片将被切除。

5)切除器械边角

将所述压膜成型器械输送到切边工位，由人工或自动化机器完成牙颌模型以外的多余膜片材料的切除。所用设备可以牙科剪或带有切割程序的自动化机械臂。切割时，沿牙龈线以下2mm切割。

6)打磨抛光器械

上述步骤所获得的器械被输送到打磨抛光工位，由人工或自动化机器对切割掉边角的器械进行打磨和抛光，以消除毛边、锋棱等瑕疵。所用设备可以是牙科手机或机械振动设备。

本发明牙科器械的设计制造方法改进了牙科器械的制造工艺，在牙颌模型内部以支撑结构替代，节省了大量打印用原料，降低了生产成本；其次，由于优化了制造牙颌模型工艺，既保证了制造精度，又缩短了整个器械生产流程所需时间，提高了制造效率；本发明所涉及的带内部支撑结构牙颌模型的重量大大减少，有利于节省生产过程中的输送成本。

作为优选实施例，所述牙科器械为高分子牙套，所述高分子牙套可以是单层结构，也可以是两层或多层结构。所述牙科器械还可以是磨牙颌垫。采用本发明进行加工的牙科器械，包括单层高分子牙套，两层或多层高分子牙套，以及磨牙颌垫均可以节省中间原材料的消耗，降低生产成本。

实施例2：牙颌模型测试试验

本实施例通过对成品牙颌模型进行重量、良品率和牙颌模型参数进行试验测试。

本试验对三种不同类型的牙颌模型进行重量测试，分别为实心模型、空心模型和本发明带内部支撑结构模型，每种各制造10个，检测其重量，具体参阅下表1。

表1不同牙颌模型重量对比(单位：g)

通过对实心模型、空心模型和本发明模型的重量进行对比，由表1可知，本发明制作的模型的重量为最轻，相比空心模型减少了22.3％，而空心模型的重量相对于实心模型降低了18.9％，并且，本发明制作的模型的强度是满足生产要求的。这说明，本发明制作的牙颌模型不仅能减少原材料的消耗，还能保证所制造的牙颌模型的强度，不影响后续生产环节，可以大大降低生产成本。

表2本发明所用模型生产良品率统计

根据表2所统计的2014年9-11月期间3个月实际打印量的情况可知，本发明所用牙颌模型的打印良品率每月均保持在96％以上，平均良品率更是达到98.2％，满足生产标准。

表3本发明所用牙颌模型参数设计对比表

通过表3可知，试验设计了3个变量，分别为壁厚、网孔和网壁/棱。每个变量设计了多个参数，其中，壁厚4个，包括1.9mm、1.6mm、1.3mm和1.0mm；网孔2个，包括3.0mm和5.0mm；网壁/棱2个，包括0.3mm和0.6mm。通过试验对比发现，牙颌模型参数选择壁厚为1.6mm、网孔为5.0mm和网壁/棱为0.6mm的设计组合为最佳，既可以保证打印完成后牙颌模型满足对压膜压力承载强度的要求，包括牙颌模型的硬度、表面形状都符合要求，与电脑设计的数据模型一致，又能够最大限度的节省打印用原材料。

实施例3：带内部支撑结构牙颌模型的获得

(1)仿照蜜蜂的蜂巢形状，取用六边形网格结构来作为牙颌模型原型的加强结构。

(2)本发明涉及的带内部支撑结构中选用的数据尺寸参考的是牙颌模型尺寸：在通常测量数据中，牙颌模型水平截面方向上，在牙龈最窄处的切牙部分都在7mm以上，磨牙部分一般都在12mm以上，故选该六边形网格结构的内接圆尺寸在5mm以下，关于该尺寸做了较充分的试验验证，参见表3试验对比表，最终决定在现有性能材料基础上采取抽壳1.6mm，网孔5mm，网格壁厚0.6mm的规则进行设计制作。

(3)具体操作步骤如下：

①在solidworks等三维设计软件中设计出一个标准的六边形网格蜂窝结构，截面尺寸80mm×80mm，高度50mm，输出STL格式文件；

②在Magics软件中，首先取入需要打印的三维牙颌模型原型的原始数据，所述原始数据即为实心模型数据，再取入第①步中设计的蜂窝结构数据，此时需要注意的是牙颌模型数据应位于蜂窝数据内，即牙颌模型位置在蜂窝位置区域内，都设定于摆盘平面上；

③对牙颌模型原型数据做处理，进行缩小0.8mm，即保留core形状，再将core形状与蜂窝形状求交，获得牙颌模型内部蜂窝状加强结构；

④对牙颌模型原型数据做第二步处理，抽壳1.5mm，即设置壁厚尺寸为1.5mm，获得抽壳形状；

⑤将所述步骤③和步骤④获得的蜂窝状加强结构与抽壳形状求交，获得带蜂窝状加强结构的牙颌模型原型结构；

⑥用cut/punch命令将原型底部切除，原则为牙龈线下2mm处，并用一直线来切除，底面为一个平面；从而获得最终的结构，该数据为带蜂窝状加强结构的牙颌模型打印原型数据；

⑦在Magics中对打印原型数据做摆盘处理，即通过bottom plane命令对底平面做对齐处理，设定为打印平面方向，并通过translate命令放置于合适的位置上，例如放置距打印区域边20mm处，通过support命令在该打印原型底面生成支撑，设定好后，输出需要打印的数据格式(即*.cli或*.sup或*_s.cli格式的数据)，最后将所述格式的数据导入采用立体光固化成型法(即SLA)的3D打印机中，从而获得牙颌模型树脂原型的中间产品。

本发明改进了牙科器械的制造工艺，改变了通过3D打印成型机获得的打印用牙颌模型均为实心模型的特点，节省了大量打印用原料，降低了生产成本；其次，由于空腔结构的存在而缩小了打印制造的面积，缩短了打印成型的时间，提高了制造效率；第三，由于本发明采用了带内部支撑结构，牙颌模型的重量大大减少，有利于节省输送成本。

以上描述仅为本发明的实施例，谅能理解，在不偏离本发明构思的前提下，对本发明的简单修改和替换皆应包含在本发明的技术构思之内。

Claims (10)

1.牙科器械的设计制造方法，包括一制造牙颌模型步骤，其特征在于：所述制造牙颌模型步骤包括：

（1）设计牙颌模型

采用三维图形处理软件设计目标牙颌模型，所述牙颌模型带内部支撑结构；

（2）快速成型带内部支撑结构牙颌模型

采用3D打印设备快速成型所述带内部支撑结构牙颌模型。

2.如权利要求1所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：在所述制造牙颌模型步骤之前还依次包括获得三维牙颌模型数据和重建三维牙颌数字模型，在所述制造牙颌模型步骤之后还依次包括压膜成型器械、切除器械边角和打磨抛光器械。

3.如权利要求1所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述牙颌模型带内部支撑结构。

4.如权利要求3所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述内部支撑结构为蜂窝状结构。

5.如权利要求1所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述牙颌模型采用3D打印设备快速成型。

6.如权利要求2所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述压膜成型器械采用正压压膜方式。

7.如权利要求2所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述切除器械边角采用手工作业或机械自动化作业。

8.如权利要求1～7中任一项所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述牙科器械为高分子牙套。

9.如权利要求8所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述高分子牙套为单层结构。

10.如权利要求8所述的牙科器械的设计制造方法，其特征在于：所述高分子牙套为两层或多层结构。