CN106175950B - 一种数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法，获得牙冠或牙桥三维数据，将其三维数据比例放大后离散分层，将数字化紫外光源以牙冠或牙桥离散分层的二维平面形态投影在陶瓷浆料中，陶瓷浆料在紫外光面投影光束作用下，接触到紫外光的光敏材料发生固化，使得该区域内的陶瓷混合浆料由液态固化；紫外光面投影区域之外的陶瓷浆料，当前层固化区域与下一层固化区域自动对齐连接，直到所有分层数据完成；在三维离散面数据全部投影完成后，将成型基板连同其上固化样品取出，经过高温烧结等工艺，最终获得陶瓷质牙冠或牙桥。本发明的规避了传统切削工艺制备陶瓷牙冠、牙桥，所遇到的结构复杂程度高难以做到自由成形的缺陷。

Description

一种数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法
技术领域
本发明涉及牙冠桥的制备，尤其涉及一种数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法。
背景技术
陶瓷牙冠、牙桥是一种最具美观效果的牙齿修复体，它具有坚硬、耐磨、抗压强度高，外观自然纯真，晶莹剔透、色泽逼真，接近天然牙的特点，最主要它不含有金属，质量轻，佩戴更舒服，对于某些对金属过敏的患者是比较合适的选择，而且透过X线仍然能够检查牙齿情况。同时全瓷牙有非常好的生物相容性和安全性能，对牙龈无刺激性，一般不会出现牙龈退缩、牙龈发青、牙龈边黑、牙龈红肿等现象，这些优点使得陶瓷牙在口腔修复体有广泛的应用。
然而陶瓷牙冠、牙桥加工困难，且传统制造方式，如铸瓷冠、瓷沉积全冠及CAD/CAM全冠加工周期长，成本高，特别是具有沟尖窝等复杂曲面形态的脆性陶瓷牙冠表面，对加工精度和加工质量提出了更高的要求，这些使得陶瓷牙冠、牙桥费用很高。归根结底传统机械切削加工和加工到具难以实现高效高质加工成型，这使得加工方式加工成本严重制约了陶瓷牙冠、牙桥广泛应用。
增材制造(3D打印)技术增材制造技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，越个性化，其制造速度的优势就越显著。然而目前陶瓷材料成型常用的激光选区熔化技术，激光选区烧结其往往存在比较大弊端，比如激光选区熔化技术成型中应力非常大，成型出来的样品往往开裂，性能非常差，而激光选区烧结烧结需要陶瓷覆膜，其材料成本附加比较高，而且成型精度成形效率大大受到限制。如何快速、高精度实现陶瓷增材制造(3D打印)是目前难题。
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，提供一种快速、高精度的数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法，包括如下步骤：
获得患者所需的牙冠或牙桥三维数据后，将牙冠或牙桥三维数据比例放大后离散分层，设置数字化面投影3D成形装置，将数字化紫外光源以冠或桥离散分层的二维平面形态投影在混合光敏材料的陶瓷浆料中，混有光敏材料的陶瓷浆料在紫外光面投影光束15作用下，接触到紫外光的光敏材料发生固化，使得该区域内的陶瓷混合浆料由液态固化；紫外光面投影区域之外的陶瓷浆料，继续以陶瓷浆液态形态存在，当前层固化区域与下一层固化区域自动对齐连接，直到牙冠、牙桥所有的分层数据完成；
在牙冠或牙桥三维离散面数据全部投影完成后，将成型基板6连同其上固化样品取出，经过高温烧结，去除陶瓷混合浆料中光敏材料成分，最终获得陶瓷质牙冠或牙桥。
最终获得陶瓷质牙冠或牙桥的具体步骤如下：
(1)将正向设计或逆向设计好的牙冠或牙桥的三维模型，通过分层软件进行离散分层；
(2)按照分层数据，将数字化投影紫外光源设备的紫外光源调制为分层数据面投影；
(3)Z轴滑块1带动成型基板6下行，当成型基板6的下表面与陶瓷浆料表面接触时停止下行；投影光束数据与陶瓷浆料表面发生反应并固化附着到成型基板6的下表面，完成牙冠或牙桥的当前层固化；
(4)当前层固化后，Z轴滑块1带动成型基板6上升一层，使附着在成型基板6上的固化层脱离陶瓷浆料的液面；
(5)液态的陶瓷浆料表面被陶瓷水平刮板刮平，并恢复至平整、均匀的水平面状态；
(6)Z轴滑块1带动成型基板6下行，使固化层与陶瓷浆料液体界面接触时停止下行；
(7)重复循环步骤3至步骤6；直至最后一层牙冠或牙桥的投影数据与陶瓷浆料发生反应牙冠或牙桥三维离散面数据全部投影完成，待固化完成后，取下牙冠或牙桥的样品；
(8)将取下的牙冠和/或牙桥样品置于烧结炉中，设置温度为1000～1200摄氏度高温烧结，烧结完成后，冷却并进行后续处理，获得致密形态的牙冠、牙桥。获得牙冠、牙桥产品后，对产品尺寸精度检测，与患者所需数据对比，或者直接在牙分型模上试戴。
上述步骤(1)所述获得患者所需的牙冠或牙桥三维数据后，将冠或牙桥三维数据比例放大1.15～1.23倍后，将三维数据离散分层，层厚为0.025mm～0.01mm之间，层厚越厚，成形精度越低，反之越高。
上述步骤(2)所述分层数据具体是：通过数字化投影紫外光源设备的数字微镜元件来完成可视数字信息显示，透镜投射在DMD芯片上，最后反射经过投影镜头投影到陶瓷浆料上。每层数据对应分层数据。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本发明的规避了传统切削工艺制备陶瓷牙冠、牙桥，所遇到的结构复杂程度高难以做到自由成形的缺陷。
2、本发明的技术手段简便易行，通过光敏陶瓷混合浆料固化方式，降低成本，提高效率、改善精度。
3、本发明改变了传统切削、超声波辅助加工等陶瓷口腔修复体制备方式，其成形精度与质量得到进一步改进。
附图说明
图1为本发明制备工艺中应用的高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置结构示意图。
图2为本发明制备工艺中应用的高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置左视图。
图3为本发明制备工艺中应用的高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置工作示意图。
图4为本发明数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备工艺流程图。
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。本发明公开了一种数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法，该方法采用高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置实现，该装置包括控制系统、工作台、置于工作台上的成型机构、置于工作台上的用于盛装光敏材料的陶瓷浆料的浆料盒以及置于工作台下方的数字化投影紫外光源设备；所述成型机构的运动、数字化投影紫外光源设备的运行指令由控制系统控制；
所述浆料盒的截面形状为圆形结构，它包括浆料盒外层缸11和置于其内的旋转浆料盒内层缸10，旋转浆料盒内层缸10由电机驱动其在浆料盒外层缸11内顺时针或者逆时针360°旋转；
所述工作台上还设有一刮板机构；当旋转浆料盒内层缸10转动时，刮板机构将旋转浆料盒内层缸10内盛装的液态的陶瓷浆料均匀铺展，使光敏材料的陶瓷浆料的表面沿水平面方向平整、均匀。
所述刮板机构包括水平刮板8、悬臂9、轴12和升降基台13；
水平刮板8置于旋转浆料盒内层缸10内的陶瓷浆料上方，水平刮板8的下侧边缘与陶瓷浆料的液面接触；悬臂9的一端连接水平刮板8，另一端通过轴12安装在升降基台13上；调节升降基台13的高度，改变水平刮板8的下边缘与陶瓷浆料的液面接触的深度，进而改变陶瓷浆料的铺展厚度，以适用于不同种类陶瓷浆料的成型，如流动性差、粘度高的陶瓷与光敏树脂混合浆料等。
当升降基台13升高时，水平刮板8的下边缘与陶瓷浆料的接触深度变浅；当升降基台13降低时，水平刮板8的下边缘与陶瓷浆料的接触深度加深。升降基台13的高度调节，可实现不同种类陶瓷浆料的成型。
所述水平刮板8的下边缘与陶瓷浆料的接触为线与面接触，以使其陶瓷浆料的液面更加平整、光洁。
所述水平刮板8的一端向旋转浆料盒内层缸10的内壁方向延伸，并与内壁滑动接触，另一端向旋转浆料盒内层缸10的圆形方向延伸；
水平刮板8与悬臂9为活动连接，且它们之间的角度可调。可很好的适应于不同结构形状、尺寸及特殊工艺要求的工件成型。
所述水平刮板8为陶瓷材质。
所述水平刮板8的长度≤旋转浆料盒内层缸10半径。
所述成型机构包括设置在工作台一侧的直线电机导轨2、安装在直线电机导轨2上的Z轴滑块1、安装在Z轴滑块1上的成型基板6；成型基板6跟随Z轴滑块1在旋转浆料盒内层缸10的上方作上下垂直移动。成型基板6通过Z轴滑块1上紧固板5将其固定在Z轴滑块1的卡槽上。
所述成型基板6的下表面为一向下延伸的小平台，采用倒置的方式通过Z轴滑块1固定在(精密)直线电机导轨2上；
所述数字化投影紫外光源设备包括数字化投影紫外光源发生器4和投影反射板14；
投影反射板14将数字化投影紫外光源发生器4发射的投影光束15(特定波长与强度的紫外光)，投影到旋转浆料盒内层缸10内的陶瓷浆料表面，并控制投影光束15在陶瓷浆料表面X和Y方向的移动，实现液态的陶瓷浆料的光固化成型。陶瓷浆料中陶瓷材料主要为牙冠、牙桥常用的氧化铝和氧化锆材料，材料以微纳米级别粉料颗粒形式存在。
下面通过付4并结合上述装置，具体说明本发明牙冠桥制备过程：
获得患者所需的牙冠或牙桥三维数据后，将牙冠或牙桥三维数据比例放大后离散分层，设置数字化面投影3D成形装置，将数字化紫外光源以冠或桥离散分层的二维平面形态投影在混合光敏材料的陶瓷浆料中，混有光敏材料的陶瓷浆料在紫外光面投影光束15作用下，接触到紫外光的光敏材料发生固化，使得该区域内的陶瓷混合浆料由液态固化；紫外光面投影区域之外的陶瓷浆料，继续以陶瓷浆液态形态存在，当前层固化区域与下一层固化区域自动对齐连接，直到牙冠、牙桥所有的分层数据完成；
在牙冠或牙桥三维离散面数据全部投影完成后，将成型基板6连同其上固化样品取出，经过高温烧结，去除陶瓷混合浆料中光敏材料成分，最终获得陶瓷质牙冠或牙桥。光敏树脂材料具有光固速度快，低收缩，易脱脂特点。
最终获得陶瓷质牙冠或牙桥的具体步骤，可通过如下方法实现：
(1)将正向设计或逆向设计好的牙冠或牙桥的三维模型，通过分层软件进行离散分层；
(2)按照分层数据，将数字化投影紫外光源设备的紫外光源调制为分层数据面投影；
(3)Z轴滑块1带动成型基板6下行，当成型基板6的下表面与陶瓷浆料表面接触时停止下行；投影光束数据与陶瓷浆料表面发生反应并固化附着到成型基板6的下表面，完成牙冠或牙桥的当前层固化；
(4)当前层固化后，Z轴滑块1带动成型基板6上升一层，使附着在成型基板6上的固化层脱离陶瓷浆料的液面；
(5)液态的陶瓷浆料表面被陶瓷水平刮板刮平，并恢复至平整、均匀的水平面状态；
(6)Z轴滑块1带动成型基板6下行，使固化层与陶瓷浆料液体界面接触时停止下行；
(7)重复循环步骤3至步骤6；直至最后一层牙冠或牙桥的投影数据与陶瓷浆料发生反应牙冠或牙桥三维离散面数据全部投影完成，待固化完成后，取下牙冠或牙桥的样品；
(8)将取下的牙冠和/或牙桥样品置于烧结炉中，设置温度为1000～1200摄氏度高温烧结，烧结完成后，冷却并进行后续处理，获得致密形态的牙冠、牙桥。获得牙冠、牙桥产品后，对产品尺寸精度检测，与患者所需数据对比，或者直接在牙分型模上试戴。
在高温烧结过程中，由于光敏材料成分去除，存在一定收缩率，收缩率与陶瓷浆料中光敏树脂材料的比例相关，可经过多次试验获得其收缩率。
上述步骤(1)所述获得患者所需的牙冠或牙桥三维数据后，将冠或牙桥三维数据比例放大1.15～1.23倍后，将三维数据离散分层，层厚为0.025mm～0.01mm之间，层厚越厚，成形精度越低，反之越高。放大比例与烧结后收缩率相关，放大比例与收缩率之乘积为1。
上述步骤(2)所述分层数据具体是：通过数字化投影紫外光源设备的数字微镜元件来完成可视数字信息显示，透镜投射在DMD芯片上，最后反射经过投影镜头投影到陶瓷浆料上。每层数据对应分层数据。
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 (3)

1.一种数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
获得患者所需的牙冠或牙桥三维数据后，将牙冠或牙桥三维数据比例放大后离散分层，设置数字化面投影3D成形装置，将数字化紫外光源以牙冠或牙桥离散分层的二维平面形态投影在混合光敏材料的陶瓷浆料中，混有光敏材料的陶瓷浆料在紫外光面投影光束(15)作用下，接触到紫外光的光敏材料发生固化，使得该区域内的陶瓷混合浆料由液态固化；紫外光面投影区域之外的陶瓷浆料，继续以陶瓷浆液态形态存在，当前层固化区域与下一层固化区域自动对齐连接，直到牙冠或牙桥所有的分层数据完成；
在牙冠或牙桥三维离散面数据全部投影完成后，将成型基板(6)连同其上固化样品取出，经过高温烧结，去除陶瓷混合浆料中光敏材料成分，最终获得陶瓷质牙冠或牙桥；
获得陶瓷质牙冠或牙桥的具体步骤如下：
(1)将正向设计或逆向设计好的牙冠或牙桥的三维模型，通过分层软件进行离散分层；
(2)按照分层数据，将数字化投影紫外光源设备的紫外光源调制为分层数据面投影；
(3)Z轴滑块(1)带动成型基板(6)下行，当成型基板(6)的下表面与陶瓷浆料表面接触时停止下行；投影光束数据与陶瓷浆料表面发生反应并固化附着到成型基板(6)的下表面，完成牙冠或牙桥的当前层固化；
(4)当前层固化后，Z轴滑块(1)带动成型基板(6)上升一层，使附着在成型基板(6)上的固化层脱离陶瓷浆料的液面；
(5)液态的陶瓷浆料表面被陶瓷水平刮板刮平，并恢复至平整、均匀的水平面状态；
(6)Z轴滑块(1)带动成型基板(6)下行，使固化层与陶瓷浆料液体界面接触时停止下行；
(7)重复循环步骤(3)至步骤(6)；直至最后一层牙冠或牙桥的投影数据与陶瓷浆料发生反应，待固化完成后，取下牙冠或牙桥的样品；
(8)将取下的牙冠或牙桥样品置于烧结炉中，设置温度为1000～1200摄氏度高温烧结，烧结完成后，冷却并进行后续处理，获得致密形态的牙冠或牙桥。
2.根据权利要求1所述数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法，其特征在于，所述获得患者所需的牙冠或牙桥三维数据后，将牙冠或牙桥三维数据比例放大1.15～1.23倍后，将三维数据离散分层，层厚为0.025mm～0.01mm之间，层厚越厚，成形精度越低，反之越高。
3.根据权利要求1所述数字化面投影成形陶瓷牙冠桥制备方法，其特征在于，步骤(2)所述分层数据具体是：通过数字化投影紫外光源设备的数字微镜元件来完成可视数字信息显示，透镜投射在DMD芯片上，最后反射经过投影镜头投影到陶瓷浆料上。
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