CN107357946A

CN107357946A - 基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法

Info

Publication number: CN107357946A
Application number: CN201710130613.0A
Authority: CN
Inventors: 黄雷; 田杰; 李华敏; 陈锴
Original assignee: WUXI TIME ANGEL MEDICAL DEVICES TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: WUXI TIME ANGEL MEDICAL DEVICES TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2017-11-17
Anticipated expiration: 2037-03-07
Also published as: CN107357946B

Abstract

本申请的一方面提供了一种基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，该验证方法是基于计算机有限元仿真，其包括：获取基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的工艺数据；基于所述工艺数据，对所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺进行有限元仿真，获得有限元仿真结果；以及基于所述有限元仿真结果，验证所述工艺数据。

Description

基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法

技术领域

本申请总体上涉及基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，更具体的，该验证方法是基于计算机有限元仿真。

背景技术

目前，壳状牙科器械(比如无托槽隐形矫治器和保持器)通常是基于热压膜成型技术制作，即将聚合物薄片材料在代表牙齿布局及结构形态的牙模上热压形成阴模，然后把该阴模多余的部分切割去除，获得壳状牙科器械。

然而，在壳状牙科器械的热压膜成型工艺过程中，一些因素会影响壳状牙科器械的质量和使用效果，甚至可能导致在临床使用中壳状牙科器械破裂。

比如，某些邻牙交错关系可能导致材料粘结和应力过大等压膜缺陷，这增加了临床使用中壳状牙科器械断裂的风险。壳状牙科器械的厚度分布及内部应力分布是评估壳状牙科器械质量的重要表征。目前，对壳状牙科器械厚度分布的分析，只能通过实体逆向扫描技术(比如CT扫描)实现，但其效率极低。而对壳状牙科器械内应力的分析，目前尚无有效的测量手段。

又比如，壳状牙科器械在热压成形后存在难以避免的回弹变形，这就将导致壳状牙科器械的最终形态与设计期望的形态之间存在差异，从而影响壳状牙科器械的使用效果，使得其与设计时预期的效果不符。目前，还没有有效的手段能够对壳状牙科器械的回弹变形进行相对精确的量化的预测。

基于以上，需要一种对壳状牙科器械热压膜成型工艺进行验证的方法，在实际进行壳状牙科器械热压膜成型加工之前预测可能产生的缺陷，从而可以进行相应的设计补偿，以尽可能消除这些缺陷，在提高壳状牙科器械质量以及保证壳状牙科器械使用效果的同时，降低生产废品率。

发明内容

在一些实施方式中，所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械的制作工艺包括：把经加热的高分子材料膜片在包括多颗牙齿的牙模上压膜制成壳状牙科器械。

在一些实施方式中，所述有限元仿真结果包括壳状牙科器械的有限元模型。

在一些实施方式中，所述壳状牙科器械的有限元模型包括其所代表的壳状牙科器械几何形态以及厚度分布。

在一些实施方式中，所述工艺数据包括膜片的物理参数、膜片的厚度、牙模的物理参数、牙模的几何模型、加热温度以及成型压力。

在一些实施方式中，所述有限元仿真的边界条件包括所述加热温度和成型压力。

在一些实施方式中，所述有限元仿真的边界条件包括所述牙模的几何形态。

在一些实施方式中，所述有限元仿真的边界条件包括限制膜片上指定的边界上的点的自由度。

在一些实施方式中，所述方法还包括：获取膜片的有限元模型；以及获取牙模的有限元模型，其中，所述有限元仿真结果是基于所述工艺数据、膜片的有限元模型以及牙模的有限元模型，对所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺进行有限元仿真而获得。

在一些实施方式中，所述方法还包括：获取所述膜片的几何模型；以及采用壳单元对所述膜片的几何模型进行网格划分，以获得所述膜片的有限元模型。

在一些实施方式中，所述方法还包括：获取所述牙模的几何模型；以及对所述牙模进行网格划分，以获得所述牙模的有限元模型。

在一些实施方式中，采用自适应方法对所述牙模进行网格划分，使得几何曲率较大之处的网格划分比几何曲率较小之处的网格划分更精细。

在一些实施方式中，所述有限元仿真包括热压膜成型仿真以及阴模裁剪仿真，其中，所述热压膜成型仿真包括对从膜片原始状态到获得冷却阴模的工艺过程的有限元仿真，其仿真结果包括冷却后阴模的有限元模型，所述裁剪仿真包括对阴模裁剪的有限元仿真，其仿真结果包括壳状牙科器械的有限元模型，其中，所述阴模裁剪仿真的输入包括所述冷却后阴模的有限元模型。

在一些实施方式中，所述冷却后阴模的有限元模型包括冷却后阴模的几何形态、厚度分布以及应力分布。

在一些实施方式中，所述壳状牙科器械的有限元模型包括壳状牙科器械几何形态以及厚度分布。

在一些实施方式中，基于所述冷却后阴模的厚度分布验证所述工艺数据。

在一些实施方式中，基于所述壳状牙科器械的几何形态与厚度分布验证所述工艺数据。

本申请的又一方面提供了一种基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，该优化方法是基于计算机有限元仿真，其包括：获取基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的工艺数据；基于所述工艺数据，对所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺进行有限元仿真，获得有限元仿真结果；以及基于所述有限元仿真结果优化所述工艺数据。

在一些实施方式中，基于所述冷却后阴模的厚度分布优化所述工艺数据。

在一些实施方式中，基于所述壳状牙科器械的几何形态与厚度分布优化所述工艺数据。

附图说明

以下将结合附图及其详细描述对本申请的上述及其他特征作进一步说明。应当理解的是，这些附图仅示出了根据本申请的若干示例性的实施方式，因此不应被视为是对本申请保护范围的限制。除非特别指出，附图不必是成比例的，并且其中类似的标号表示类似的部件。

图1示意性地展示了本申请一个实施例中的热压膜成型装置；

图2为本申请一个实施例中成型基座和加压装置的示意性透视图；

图3为本申请一个实施例中基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法的示意性流程图；

图4为本申请一个实施例中膜片加热仿真的示意性流程图；

图5a示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真的网格划分界面；

图5b示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片温度分布；

图5c示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片沿水平x轴的变形情况；

图5d示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片沿水平y轴的变形情况；

图5e示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片沿z轴的变形情况；

图6为本申请一个实施例中压膜成型仿真的示意性流程图；

图7a示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行压膜成型仿真的界面；

图7b示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行压膜成型仿真获得的阴模几何形态；

图7c示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行压膜成型仿真获得的阴模厚度分布；

图8为本申请一个实施例中阴模冷却仿真的示意性流程图；

图9a示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模冷却仿真获得的阴模沿x方向变形情况；

图9b示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模冷却仿真获得的阴模沿y方向变形情况；

图9c示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模冷却仿真获得的阴模沿z方向变形情况；

图10为本申请一个实施例中阴模裁剪仿真的示意性流程图；

图11a-11c示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模裁剪仿真获得的阴模变形情况；

图11d-11f示意性地展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模裁剪仿真获得的阴模应力分布。

具体实施方式

以下的详细描述中引用了构成本说明书一部分的附图。说明书和附图所提及的示意性实施方式仅仅出于是说明性的目的，并非意图限制本申请的保护范围。在本申请的启示下，本领域技术人员能够理解，可以采用许多其他的实施方式，并且可以对所描述实施方式做出各种改变，而不背离本申请的主旨和保护范围。应当理解的是，在此说明并图示的本申请的各个方面可以按照很多不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，这些不同配置都在本申请的保护范围之内。

请参图1，示意性地展示了本申请一个实施例中的热压膜成型装置100。热压膜成型装置100包括成型基座101、基座侧壁103、加压装置105以及加热装置107。

成型基座101用于放置和固定牙模201。

请参图2，为成型基座101和加压装置105的示意性透视图。加压装置105包括膜片卡箍109，用于将膜片203固定在加压装置105上，使得膜片203与加压装置105包围形成压力腔111。

在压膜过程中，先控制加热装置107对膜片113进行均匀加热，使其软化；然后沿A方向翻转加压装置105，使得膜片卡箍109与基座侧壁103相抵靠并压紧密闭，膜片203位于牙模201上方；控制加压装置105向压力腔111内施加压力，使经加热软化的膜片203在牙模201上覆形成型，冷却后获得阴模；最后对冷却后的阴模进行裁剪切割，去除多余部分，得到成品壳状牙科器械。

在一些实施例中，牙模201的几何形态可以与牙列的几何形态基本相同。在一些实施例中，牙模201的几何形态可以基于牙列的几何形态进行填倒凹、添加附件、扩弓补偿等修改而获得。

本申请利用计算机对壳状牙科器械的制作过程进行有限元仿真，以判断壳状牙科器械是否存在材料粘结、应力过大、回弹变形过大等缺陷，从而对壳状牙科器械的设计和制作工艺进行相应改进，以提高成品壳状牙科器械的质量和治疗效果。

有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。更具体地说，它是利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。但这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元求解问题的基本步骤通常为：

问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网格划分。单元越小(网格越细)则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量将增加，误差也可能增大。

确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。

单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵(结构力学中称刚度阵或柔度阵)。

为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。

总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程(联合方程组)，反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数(可能的话)连续性建立在结点处。

联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。

简言之，有限元分析可分成三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。

目前，比较受欢迎的有限元分析软件有ANSYS、NASTRAN、Creo(Pro\E)、UG、CATIA、FEPG、SciFEA、JiFEX、KMAS、FELAC、DYNAFORM、LS-DYNA、ABAQUES等。

请参图3，为本申请一个实施例中基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法300的示意性流程图。

在一些实施例中，可以把膜片加热、压膜成型、阴模冷却以及阴模裁剪分步进行仿真，以简化仿真模型和仿真运算。

在本申请的启发下，本领域的一般技术人员能够理解，对于不同的壳状牙科器械制作设备和/或壳状牙科器械制作方法，可以根据具体需求调整仿真的合并与分割。比如，在又一些实施例中，可以在压膜的同时继续对膜片进行加热，在这种情况下，可以把膜片加热和压膜成型合并进行仿真。

在一个实施例中，采用ANSYS LS-DYNA软件对壳状牙科器械的制作过程进行仿真。

在301中，获取工艺数据。

在一些实施例中，工艺数据可以包括：膜片的有限元模型、牙模的有限元模型、加热装置的有限元模型、成型基座的有限元模型成型压力、阴模冷却温度等。

在一些实施例中，膜片的有限元模型可以包括膜片的物理参数，比如密度、泊松比、弹性模量、屈服强度、导热系数、比热容、线膨胀系数、粘弹性参数等。膜片的一些物理参数可能随着温度变化而变化，比如，下表1展示了本申请一个实施例中一种膜片材料的随温度变化的参数。

温度	泊松比	弹性模量	屈服强度
				23℃	0.38	2200MPa	53MPa
40℃	0.38	1510MPa	50.2MPa
				60℃	0.40	1348MPa	39.6MPa
70℃	0.41	1136MPa	29.5MPa

表1

在一些实施例中，可以在有限元仿真系统中直接定义膜片的几何模型，即定义其二维形状并赋予其一定厚度，然后基于该几何模型进行网格划分以获得膜片的有限元模型。

在又一些实施例中，也可以直接导入膜片的IGES、STP或STL等格式的文件作为其几何模型。

加热装置的有限元模型可以包括加热装置的物理参数，比如热辐射系数和对流换热系数等。

在一些实施例中，可以直接导入加热装置的IGES、STP或STL等格式的文件作为其几何模型，然后基于该几何模型进行网格划分以获得加热装置的有限元模型。

在一些实施例中，牙模的有限元模型可以包括牙模的物理参数，比如热辐射系数以及对流换热系数等。

在一些实施例中，可以直接导入牙模的IGES、STP或STL等格式的文件作为其几何模型，然后基于该几何模型进行网格划分获得牙模的有限元模型。

在一些实施例中，成型基座的有限元模型可以包括成型基座的物理参数，比如比热容、导热系数以及对流换热系数等。

在一些实施例中，可以直接导入成型基座的IGES、STP或STL等格式的文件作为其几何模型，然后基于该几何模型进行网格划分获得成型基座的有限元模型。

在303中，进行膜片加热仿真，基于膜片的有限元模型和加热装置的有限元模型，对膜片的加热进行仿真，获得加热后膜片的有限元模型。

在305中，进行压膜成型仿真，基于加热后膜片的有限元模型和牙模的有限元模型，对压膜成型进行仿真，获得冷却前阴模的有限元模型。

在307中，进行阴模冷却仿真，基于冷却前阴模的有限元模型、牙模的有限元模型以及成型基座的有限元模型，对阴模的冷却进行仿真，获得冷却后阴模的有限元模型。

在309中，进行阴模裁剪仿真，基于冷却后阴模的有限元模型和裁剪线，对阴模裁剪进行仿真，获得壳状牙科器械的有限元模型。

在311中，基于仿真结果(即壳状牙科器械的有限元模型)验证工艺数据是否合格。若合格，则跳转到313，结束。若不合格，则跳转到315，基于仿真结果优化工艺数据。然后，基于优化后的工艺数据重新进行仿真，直至获得合格的仿真结果。最后，可以利用仿真结果合格的工艺数据实际制作壳状牙科器械。

在一些实施例中，在315中，用户可以通过计算机的用户界面检查壳状牙科器械的有限元模型，并输入修改工艺参数的指令，而计算机则可根据用户指令修改工艺参数，以基于修改后的工艺参数重新进行壳状牙科器械制作的有限元仿真。

由于冷却前阴模的厚度分布及冷却后阴模的厚度分布与壳状牙科器械的厚度分布一致，因此，在一些实施例中，可以基于冷却前阴模的厚度分布和冷却后阴模的厚度分布来验证工艺数据。

请参图4，为膜片加热仿真303的示意性流程图。

在3031中，获取膜片的有限元模型。

可以基于膜片的几何模型进行网格划分，以获得膜片的有限元模型。

在一些实施例中，可以采用壳单元对膜片进行网格划分，以提高运算效率。

在又一些实施例中，也可以采用实体单元对膜片进行网格划分。

在3033中，获取加热装置的有限元模型。

可以基于加热装置的几何模型进行网格划分，以获得加热装置的有限元模型。

在一些实施例中，可以将加热装置作为实体单元进行网格划分。

在一些实施例中，为简化运算，可以对加热装置进行四面体网格划分。

在又一些实施例中，也可以对加热装置进行六面体网格划分。

在3035中，获取膜片加热仿真边界条件。

在一些实施例中，膜片加热仿真的边界条件可以包括：限制膜片边缘节点自由度；加热装置与膜片的相对位置关系；以及加热装置的温度等。

在一些实施例中，由于在加热乃至压膜成型过程中，膜片203始终被膜片卡箍109夹紧固定于加压装置105，因此，可以把膜片203与膜片卡箍109内侧接触之处的点作为边缘节点，限制其自由度。

在一些实施例中，为简化仿真运算，可以假设加热装置为恒温。

在又一些实施例中，膜片加热仿真也可以包括加热装置升温过程以及温度波动的仿真。

在3037中，进行膜片加热有限元仿真运算。

基于3031中获得的膜片的有限元模型，3033中获得的加热装置的有限元模型，以及3035中获得的膜片加热仿真边界条件，对膜片加热进行有限元仿真，获得加热后膜片的有限元模型。

在一些实施例中，加热后膜片的有限元模型可以包括加热后膜片的温度场、应力场以及变形情况。

在一些实施例中，可以把环境初始温度场作为膜片加热有限元仿真的初始条件之一。

由于目前很多商用软件集成了基本的动力学仿真运算模块，而且仿真运算方式可以根据具体情况和需求千变万化，这里不再对具体的运算方程式进行说明。关于膜片加热仿真的具体实现，可以参考白映光发表的《聚合物片材加热过程温度场有限元分析及仿真研究》。

请参图5a，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真的网格划分界面。

请参图5b，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片温度分布，即膜片温度场。

请参图5c，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片沿水平x轴的变形情况。

请参图5d，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片沿水平y轴的变形情况。

请参图5e，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行膜片加热仿真获得的膜片沿z轴的变形情况。

请参图6，为压膜成型仿真305的示意性流程图。

由于压膜成型过程一般只需几秒，为简化运算，可以假设在整个压膜成型过程中，膜片温度场保持不变。

在3051中，获取牙模的有限元模型和成型基座的有限元模型。

可以基于牙模的几何模型进行网格划分，以获得牙模的有限元模型。

在一些实施例中，可以采用实体单元对牙模进行网格划分。

在一些实施例中，可以采用自适应方法对牙模进行网格划分，使得几何曲率较大之处的网格划分比几何曲率较小之处的网格划分更精细。

可以基于成型基座的几何模型进行网格划分，以获得成型基座的有限元模型。

在一些实施例中，可以采用实体单元对成型基座进行网格划分。

在3053中，获取压膜成型有限元仿真的边界条件。

在一些实施例中，压膜成型仿真的边界条件可以包括：限制膜片边缘节点的自由度；成型压力；牙模的几何形态；以及牙模的位置。

在3055中，进行压膜成型有限元仿真运算。

基于303中获得的加热后膜片的有限元模型，3051中获得的牙模的有限元模型和成型基座的有限元模型，以及3053中获得的压膜成型有限元仿真边界条件，进行压膜成型有限元仿真运算，获得冷却前阴模的有限元模型以及压膜成型完成后阴模与牙模的相对位置关系(其也体现了阴模和牙模的接触关系)。

在一些实施例中，冷却前阴模状态可以包括冷却前阴模的几何形态、厚度分布、温度场以及应力场。

请参图7a，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行压膜成型仿真的界面。

请参图7b，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行压膜成型仿真获得的冷却前阴模几何形态。

请参图7c，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行压膜成型仿真获得的冷却前阴模厚度分布。

请参图8，为阴模冷却仿真307的示意性流程图。

在一些实施例中，为简化运算，在阴模冷却仿真中主要考虑牙模和成型基座对阴模冷却的影响，忽略壳状牙科器械制作装置其他部分对阴模冷却的影响。

在3071中，获取阴模冷却有限元仿真边界条件。

在一些实施例中，阴模冷却仿真边界条件可以包括：限制膜片边缘节点自由度；以及冷却环境温度。

在3073中，进行阴模冷却有限元仿真运算。

基于之前获得的牙模的有限元模型和成型基座的有限元模型，在305中获得的冷却前阴模的有限元模型，以及在3071中获得的阴模冷却仿真边界条件，进行阴模冷却有限元仿真运算，获得冷却后阴模的有限元模型。

在一些实施例中，冷却后阴模的有限元模型可以包括冷却后阴模几何形态、厚度分布以及应力分布。

由于在阴模冷却过程中，热传导和对流换热起主导作用，而热辐射的作用比较有限，为简化运算，在一些实施例中，在进行阴模冷却有限元仿真运算时可以忽略热辐射的影响。

请参图9a，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模冷却仿真获得的阴模沿x方向变形情况。

请参图9b，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模冷却仿真获得的阴模沿y方向变形情况。

请参图9c，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模冷却仿真获得的阴模沿z方向变形情况。

请参图10，为阴模裁剪仿真309的示意性流程图。

在3091中，获取裁剪线。

在一个实施例中，裁剪线包括壳状牙科器械的边界线。

在一些实施例中，裁剪线可以由用户手动定义。在又一些实施例中，裁剪线也可以由计算机根据一定规则自动定义。

在一些实施例中，裁剪线还可以包括壳状牙科器械上其他结构的边界线，比如，与牙齿上的附件配合的镂空结构的边界线。

在3093中，获取阴模裁剪仿真边界条件。

在一些实施例中，阴模裁剪仿真边界条件可以包括限制基准点的自由度。

在一些实施例中，基准点的选择可以尽量相互靠近，比如可以在阴模上对应同一颗牙齿的部位上选取三个基准点。

在一些实施例中，可以选择尽量靠近牙弓平面的阴模上的三个点作为基准点。

在3095中，进行阴模裁剪有限元仿真运算。

基于307中获得的冷却后阴模的有限元模型，3091中获得的裁剪线，以及3093中获取的阴模裁剪仿真边界条件进行阴模裁剪仿真运算，获得壳状牙科器械的有限元模型。

在一些实施例中，壳状牙科器械的有限元模型可以包括壳状牙科器械的几何形态、应力分布以及厚度分布。

请参图11a-11c，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模裁剪仿真获得的裁剪后壳状牙科器械变形情况。

请参图11d-11f，展示了本申请一个实施例中，利用ANSYS LS-DYNA软件进行阴模裁剪仿真获得的壳状牙科器械应力分布。

请再参图3，在311中，基于仿真结果验证工艺数据是否合格。

在一些实施例中，可以基于不同阶段的仿真结果对工艺数据进行验证。

比如，可以基于在305中获得的冷却前阴模几何形态，或者在307中获得的冷却后阴模几何形态，或者在309中获得的壳状牙科器械几何形态，来验证是否存在材料粘结缺陷。

比如，可以基于在305中获得的冷却前阴模厚度分布，或者在307中获得的冷却后阴模厚度分布，或者在309中获得的壳状牙科器械厚度分布，来验证是否存在破损。

比如，可以基于在307中获得的冷却后阴模应力分布，或者在309中获得的壳状牙科器械应力分布，来验证是否存在应力过大的情况。

比如，可以基于在309中获得的壳状牙科器械几何形态和305中获得的冷却前阴模几何形态，来验证是否存在裁剪后壳状牙科器械回弹变形过大的情况。比如，可以通过对比壳状牙科器械的牙弓宽度和冷却前阴模的牙弓宽度，来判断壳状牙科器械回弹变形是否过大。又比如，可以通过对比壳状牙科器械的几何形态和冷却前阴模对应部分的几何形态来判断壳状牙科器械回弹变形是否过大。

比如，可以基于在309中获得的壳状牙科器械几何形态和307中获得的冷却后阴模几何形态，来验证是否存在裁剪后壳状牙科器械回弹变形过大的情况。比如，可以通过对比壳状牙科器械的牙弓宽度和冷却后阴模的牙弓宽度，来判断壳状牙科器械回弹变形是否过大。又比如，可以通过对比壳状牙科器械的几何形态和冷却后阴模对应部分的几何形态来判断壳状牙科器械回弹变形是否过大。

比如，可以基于在309中获得的壳状牙科器械几何形态和301中获得的牙模几何模型，来验证是否存在裁剪后壳状牙科器械回弹变形过大的情况。比如，可以通过对比壳状牙科器械的牙弓宽度和牙模的牙弓宽度，来判断壳状牙科器械回弹变形是否过大。又比如，可以通过对比壳状牙科器械的几何形态和牙模的几何模型来判断壳状牙科器械回弹变形是否过大。

此处不再一一列举。

在本申请中，“几何形态”与“几何模型”在大部分情况下可以通用。

尽管在此公开了本申请的多个方面和实施例，但在本申请的启发下，本申请的其他方面和实施例对于本领域技术人员而言也是显而易见的。在此公开的各个方面和实施例仅用于说明目的，而非限制目的。本申请的保护范围和主旨仅通过后附的权利要求书来确定。

同样，各个图表可以示出所公开的方法和系统的示例性架构或其他配置，其有助于理解可包含在所公开的方法和系统中的特征和功能。要求保护的内容并不限于所示的示例性架构或配置，而所希望的特征可以用各种替代架构和配置来实现。除此之外，对于流程图、功能性描述和方法权利要求，这里所给出的方框顺序不应限于以同样的顺序实施以执行所述功能的各种实施例，除非在上下文中明确指出。

除非另外明确指出，本文中所使用的术语和短语及其变体均应解释为开放式的，而不是限制性的。在一些实例中，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”这样的扩展性词汇和短语或者其他类似用语的出现不应理解为在可能没有这种扩展性用语的示例中意图或者需要表示缩窄的情况。

Claims

1.一种基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，该验证方法是基于计算机有限元仿真，其包括：

获取基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的工艺数据；

基于所述工艺数据，对所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺进行有限元仿真，获得有限元仿真结果；以及

基于所述有限元仿真结果，验证所述工艺数据。

2.如权利要求1所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械的制作工艺包括：把经加热的高分子材料膜片在包括多颗牙齿的牙模上压膜制成壳状牙科器械。

3.如权利要求1所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述有限元仿真结果包括壳状牙科器械的有限元模型。

4.如权利要求3所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述壳状牙科器械的有限元模型包括其所代表的壳状牙科器械的几何形态以及厚度分布。

5.如权利要求1所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述工艺数据包括膜片的物理参数、膜片的厚度、牙模的物理参数、牙模的几何模型、加热温度以及成型压力。

6.如权利要求5所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述有限元仿真的边界条件包括所述加热温度和成型压力。

7.如权利要求5所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述有限元仿真的边界条件包括所述牙模的几何形态。

8.如权利要求1所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述有限元仿真的边界条件包括限制膜片上指定的边界上的点的自由度。

9.如权利要求1所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，它还包括：

获取膜片的有限元模型；以及

获取牙模的有限元模型，其中，所述有限元仿真结果是基于所述工艺数据、膜片的有限元模型以及牙模的有限元模型，对所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺进行有限元仿真而获得。

10.如权利要求9所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，它还包括：

获取所述膜片的几何模型；以及

采用壳单元对所述膜片的几何模型进行网格划分，以获得所述膜片的有限元模型。

11.如权利要求9所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，它还包括：

获取所述牙模的几何模型；以及

对所述牙模进行网格划分，以获得所述牙模的有限元模型。

12.如权利要求11所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，采用自适应方法对所述牙模进行网格划分，使得几何曲率较大之处的网格划分比几何曲率较小之处的网格划分更精细。

13.如权利要求1所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述有限元仿真包括热压膜成型仿真以及阴模裁剪仿真，其中，所述热压膜成型仿真包括对从膜片原始状态到获得冷却阴模的工艺过程的有限元仿真，其仿真结果包括冷却后阴模的有限元模型，所述裁剪仿真包括对阴模裁剪的有限元仿真，其仿真结果包括壳状牙科器械的有限元模型，其中，所述阴模裁剪仿真的输入包括所述冷却后阴模的有限元模型。

14.如权利要求13所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述冷却后阴模的有限元模型包括冷却后阴模的几何形态、厚度分布以及应力分布。

15.如权利要求13所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，所述壳状牙科器械的有限元模型包括壳状牙科器械几何形态以及厚度分布。

16.如权利要求14所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，基于所述冷却后阴模的厚度分布验证所述工艺数据。

17.如权利要求15所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的验证方法，其特征在于，基于所述壳状牙科器械的几何形态与厚度分布验证所述工艺数据。

18.一种基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，该优化方法是基于计算机有限元仿真，其包括：

基于所述有限元仿真结果优化所述工艺数据。

19.如权利要求18所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述基于热压膜成型技术的壳状牙科器械的制作工艺包括：把经加热的高分子材料膜片在包括多颗牙齿的牙模上压膜制成壳状牙科器械。

20.如权利要求18所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述有限元仿真结果包括壳状牙科器械的有限元模型。

21.如权利要求20所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述壳状牙科器械的有限元模型包括壳状牙科器械几何形态以及厚度分布。

22.如权利要求18所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述工艺数据包括膜片的物理参数、膜片的厚度、牙模的物理参数、牙模的几何模型、加热温度以及成型压力。

23.如权利要求22所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述有限元仿真的边界条件包括所述加热温度和成型压力。

24.如权利要求22所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述有限元仿真的边界条件包括所述牙模的几何形态。

25.如权利要求18所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述有限元仿真的边界条件包括限制膜片上指定的边界上的点的自由度。

26.如权利要求18所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，它还包括：

获取膜片的有限元模型；以及

27.如权利要求26所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，它还包括：

获取所述膜片的几何模型；以及

28.如权利要求26所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，它还包括：

获取所述牙模的几何模型；以及

对所述牙模进行网格划分，以获得所述牙模的有限元模型。

29.如权利要求28所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，采用自适应方法对所述牙模进行网格划分，使得几何曲率较大之处的网格划分比几何曲率较小之处的网格划分更精细。

30.如权利要求18所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述有限元仿真包括热压膜成型仿真以及阴模裁剪仿真，其中，所述热压膜成型仿真包括对从膜片原始状态到获得冷却阴模的工艺过程的有限元仿真，其仿真结果包括冷却后阴模的有限元模型，所述裁剪仿真包括对阴模裁剪的有限元仿真，其仿真结果包括壳状牙科器械的有限元模型，其中，所述阴模裁剪仿真的输入包括所述冷却后阴模的有限元模型。

31.如权利要求30所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述冷却后阴模的有限元模型包括冷却后阴模的几何形态、厚度分布以及应力分布。

32.如权利要求30所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，所述壳状牙科器械的有限元模型包括壳状牙科器械几何形态以及厚度分布。

33.如权利要求31所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，基于所述冷却后阴模的厚度分布优化所述工艺数据。

34.如权利要求32所述的基于热压膜成型技术的壳状牙科器械制作工艺的优化方法，其特征在于，基于所述壳状牙科器械的几何形态与厚度分布优化所述工艺数据。