CN109414307B - 用于制造牙齿假体的方法和系统 - Google Patents

Abstract

制造牙齿假体的方法，包括以下操作：定义牙齿假体(11)的分层数字表示；对于该数值表示的第一层，制备相应的光敏液体物质层(6)；选择性地固化该液体物质层(6)以获得具有与该数值表示的第一层的几何形状相对应的几何形状的第一片材(7)；重复制备液体物质层(6)的操作，并为该数值表示的每个后续层选择性地固化该液体物质层(6)，以获得相应的片材(7)；使所述片材(7)之间相互粘合；在固化该片材(7)之一之后并且在固化该后续片材(7)之前，改变该液体物质(6)的成分，以改变该液体物质(6)的一种或多种光学性质。

Description

用于制造牙齿假体的方法和系统

描述

本发明涉及一种用于制造牙齿假体，尤其是适于创建与植入体耦合的植入体牙冠的方法。

本发明还涉及用于应用以上方法的系统。

根据已知技术，通过机械加工一块金属、陶瓷、树脂、二氧化锆或其他合适的材料来制造牙齿假体，更具体地说是植入体牙冠，以便再现原始牙齿的形状。一旦获得这种形状，牙冠被一层或多层陶瓷材料覆盖，从而获得美学上类似于天然牙齿的产品。

上述已知技术造成了由此获得的牙齿假体与天然牙齿相比具有美学差异的缺点。

事实上，天然牙齿具有不均匀的光学性质，特别是从牙齿顶部(切面区域)到其颈部(颈部区域)可变。一般来说，这意味着牙齿在顶部附近比在颈部附近显得颜色更浅。这种特征是牙齿分层构造的结果，这导致牙齿不同区域中的不同的光的反射、折射和吸收模式，这些不同模式还取决于光的入射方向。

尽管先前描述的已知技术允许从一系列不同颜色的材料中选择起始材料，从而获得美学上类似于每个患者的天然牙齿的假体，但是无论如何，可获得的假体是单色的，也就是说，没有那些天然牙齿的特征性的光学变化。

上述已知技术的又一缺点是以下事实：它需要若干个加工步骤，从而增加了生产时间。

此外，多个加工步骤的存在导致增加错误的可能性，并且从而增加了加工废弃物的可能性的进一步的缺陷，这对假体的平均成本具有负面影响。

上述已知技术造成了造成材料大量浪费的进一步缺点，这导致每个假体的生产成本增加。

上述已知技术的又一缺点是，加工假体所需的工具易磨损，并且因此加工精度逐渐降低。经过一段时间的使用后，必须用相应的成本替换这些工具。

试图至少部分地解决上述缺点，

上述已知技术的变体涉及使用由不同颜色的多层构成的块作为起始材料。

这种变体相对于前面描述的技术改善了假体的美学质量，但是它具有提供有限数量的阴影及其渐变的缺点，因此，它不允许自然牙齿的无限多种颜色被再现。

在意大利专利申请VI2010A353中，以申请人的名义描述的用于生产牙齿假体的另一种已知技术规定使用添加剂工艺，更具体地说，使用立体光刻工艺，而不是像前面的情况那样使用材料去除工艺。

与上述已知技术及其变体相比，这种已知技术的优点是不需要使用易磨损的工具，并且不会造成材料的浪费。然而，这种技术也有提供单色假体的缺点。

为了使假体在美学上更类似于患者的天然牙齿，现有技术包括使通过立体光刻术创建的假体经受进一步的表面精加工处理，特别是手动涂敷涂料和着色剂。

应当理解，上述手动程序带来与已经提到的关于用前述技术获得的假体的修整的那些相似的缺点。

本发明旨在克服与上述已知类型的牙齿假体的生产技术相关的所有缺点。

特别地，本发明的目的是创造一种牙齿假体，其具有与可以用已知技术获得的相比更接近于天然牙齿的美学外观。

此外，本发明的目的是能够以比上述已知方法更灵活的方式生产牙齿假体，即能够获得更多数量的不同渐变。

本发明的又一目的是以比已知技术所允许的更简单和更快的方式生产假体，例如单次加工并且不需要表面涂层。

上述目的是通过根据本发明的用于制造牙齿假体的方法实现的。

本发明的方法的额外细节特征在以下描述。

有利地，通过减少处理时间和相关成本，本发明的方法使得能够比已知方法更快速和更准确地生产牙齿假体。

另一个优点是本发明的方法基本上不会浪费材料，因此限制了后者的成本。

另一个优点在于，本发明的方法不需要使用易磨损的工具，避免了加工精度的逐渐下降和更换工具的成本。

在下面对本发明优选实施例的描述中将突出显示上述目的和优点以及下面将提到的其他目的和优点，该描述仅通过参考附图的非限制性示例给出，其中：

-图1是本发明的方法的框图；

-图2-4示意性地表示应用在立体光刻机上的图1中的方法的相应步骤；

-图5示意性地表示用本发明的方法获得的牙齿假体。

在图1中示意性地示出的用于生产本发明的牙齿假体的方法特别适合于通过使用图2至图4中所示类型的立体光刻机1来实现。

此后应注意，在本申请中，术语“假体”用于表示旨在替换天然牙齿或其一部分的元件，例如，与植入体相关联的植入体冠。

图5提供了牙齿假体11的简化表示，牙齿假体11在顶部14和颈部15之间延伸，顶部14对应于旨在直接暴露于咀嚼的切面区域，颈部15对应于旨在面向牙龈的颈部区域。

本发明的方法首先提供牙齿假体11的分层数字表示的定义，如图5中所示。

为了清楚地表示，该图显示了比实际使用的层数更少的层。事实上，在该方法的实际应用中，将有更多的层，并且它们将比图5中所示的更薄。

优选地，前述数值表示包括一组数据，其表示待创建的每个层的形状和可能的厚度，以及对象中的层的位置。

优选地，前述数值表示包括一组数据，其表示待创建的每个层的形状和可能的厚度，以及对象中的层的位置。

优选地，上述数字表示是从牙齿假体11的三维数值模型获得的，例如可通过处理从光学扫描设备(诸如口内照相机或其他等效装置)接收的数据来获得，附图中未示出但本身是已知的。扫描装置可被放置在患者口中，以便检测要用假体11和/或相邻牙齿替换的牙齿的几何形状，并且可以使用本身已知的技术处理由此获得的数据，以便获得上述三维数值模型。

替代地，该三维数值模型可通过扫描患者的牙列(dentition)的物理模型来获得。

处理该三维数值模型，以便在以预先建立的相互距离布置的平行平面中产生假体11的一定数量的部分，这些部分对应于数字表示的层。

对于上述数值表示的每一层，该处理包括选择性地固化光敏液体物质，如图2-4中用参考数字6所示，以便获得具有与要被再现的层的几何形状相对应的几何形状的相应片材7。在下文中应当注意，本申请中使用的形容词“光敏”是指物质在暴露于预定频率的光辐射时固化的性质。

然后使以这种方式获得的片材7粘附以获得牙齿假体11，如上述图5中所示。

本发明的目的是在至少一个片材7固化之后和固化下一个片材之前改变液体物质6的成分。对组合物进行修改以改变液体物质6的一个或多个光学性质，并因此改变所得片材的一个或多个光学性质。

优选地，颜色被包括在上述光学性质中。除了颜色之外或代替颜色，光学性质可以包括透明度、反射率和其他光学性质。

应当理解，刚刚描述的方法使得能够获得牙齿假体11，其表面光学性质在垂直于片材7的平面的方向上以渐变的方式变化。

此外，由于可以通过改变液体物质6的成分来逐层控制光学性质的变化，因此可以理解，上述方法能够产生牙齿假体11，其表面光学性质类似于以比上述已知技术可获得的方式更精确的方式的患者的天然牙齿的那些光学性质，从而实现本发明的目的之一。

还应理解，上述方法使得能够利用单次加工创建假体11并且不需要表面涂层，因此实现了本发明的另一个目的。

优选地，液体物质6包括适于在暴露于预定光辐射时聚合的第一光敏材料，甚至更优选适于通过UV光束照射聚合的类型。优选地，第一光敏材料为液体或糊状形式，并且上述聚合引起其固化。已证明基于丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的材料特别适合用作牙齿假体生产中的光敏材料。

优选地，为了改变液体物质6的成分，添加一种或多种具有与第一光敏材料的光学性质不同的光学性质的改性剂材料。显然，改性剂材料与第一种光敏材料兼容，使得它们与后者混合不会影响混合物的光敏性质，或者它们以对最终牙齿假体11可以忽略不计的方式来改变。

上述改性剂材料可包括染料，其被添加到液体物质6中以改变后者的色调。显然，可以使用多种不同的染料，替换地或组合使用它们，以便获得具有尽可能接近天然牙齿的颜色和色调的假体11。

作为染料的替代或与染料组合，可以使用一种或多种其他光敏材料，条件是它们适于在暴露于上述光辐射时聚合并且具有与第一光敏材料不同的颜色。对于第一光敏材料，上述相同的考虑适用于上述附加光敏材料的情况。有利地，这些另外的光敏材料与第一光敏材料的混合使得能够获得具有不受混合比影响的光敏性质的均匀混合物。

作为上述那些或除了它们之外的替代方案，可以使用至少部分透明的改性剂材料，例如玻璃或其他类似材料，其允许改变液体物质6的透明度和/或反射率，并且作为结果，从中获得片材7。

除了先前的改性剂材料之外或者除了它们之外，可以使用反射材料，例如氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化硅等。

优选地，前述至少部分透明和/或反射的材料是粉末形式。

优选地，该方法提供一种或多种上述改性剂材料与液体物质6的混合操作，以赋予后者均匀的组合物。上述混合可以在容器2中进行，如图2-4中所示，其中不同的部件通过属于各个罐的相应的输送管道单独供应。为此，可以提供位于容器2中的混合装置。

作为刚刚描述的替代或补充，混合可以在提供混合物组分的同时进行。这可以通过例如使将混合物的不同组分输送到容器2的管道一起流入单个分配出口来实现，使得在分配阶段期间直接进行混合。

优选地，对于每个数值表示层，定义上述层的光学性质的相应代表性数值。此外，进行液体物质6的组成的变化，使得对于每一层，液体物质6的光学性质对应于与该层有关的上述数值。以这种方式，可以预先确定牙齿假体11要获得的光学性质，然后在生产阶段使用它们以精确地控制液体物质6的成分。

这些数值的定义优选地在预备操作中进行，以测量假体11所针对的患者的参考牙齿表面上的光学性质。

特别地，计算各层的光学性质的代表性数值，以便接近上述测量的光学性质。

上述计算可以例如通过平均(可能是加权的)在对应于假体11的相应片才7的牙齿点上测量的光学性质来进行。

替代地，可以基于在从顶部延伸到颈部的牙齿的表面线上测量的光学性质来计算上述数值。

优选地，液体物质6的成分在假体11的形成期间被修改若干次，以便获得具有彼此不同的光学性质的多个片材7，这取决于所测量的光学性质的变化模式。更具体地，在上述多个片材7的每个单独的片材7固化之后，改变成分。

天然牙齿的一些光学性质从顶部(切口区域)到颈部(颈部区域)逐渐变化。利用本发明的方法，可以在牙齿假体11中再现这种效果，从而依次形成各种片材7，从对应于牙齿的一端并朝向相对端开始，逐渐添加适量的液体物质6的改性剂材料使得后者在液体物质6中的百分比逐渐增加。

例如，天然牙齿通常在顶部具有较浅的颜色并且朝向颈部逐渐变暗。

为了再现这种效果，液体物质6可以是适于在暴露于预定光辐射时聚合的较浅颜色的第一光敏材料和一种或多种改性剂材料的混合物，其颜色比最后一种颜色深。特别地，该方法提供了液体物质6的制备，该液体物质6用于使用第一光敏材料产生对应于假体11的顶部14的片材7，任选地与一种或多种改性材料的混合物依次获得具有与假体11的顶部14的颜色相对应的颜色的液体物质6。随后的片材7将通过将一种或多种改性剂材料添加到剩余的液体物质6中来产生，以获得对应于后续片材或片材的更暗的色调。该过程以上述方式继续，逐渐添加一种或多种改性剂材料，直到产生牙齿假体11的所有片材7。有利地，如刚才所述进行，可以在固化每个片材7之前使分配的混合物组分的量最小化，从而减少混合时间，并因此减少处理时间。此外，减少的分配量使得能够限制在液体物质6中获得均匀色调所需的混合操作。

如果在暴露于上述预定光辐射并且具有比第一光敏材料更暗的颜色之后适合聚合的第二光敏材料用作改性材料9，则最后片材7的液体物质6也可以由第二种光敏材料，大部分或甚至完全是第二种光敏材料组成。

上述考虑因素对第一光敏材料和第二光敏材料均有效。

迄今描述的方法特别适合通过使用立体光刻技术进行，如图2-4中所示。

众所周知，立体光刻法为数字表示的每一层(在这种情况下为牙齿假体11)布置一层光敏液体物质6，并且通过用光束12(优选紫外线)照射使该区域中对应于数值表示的层的液体物质6的层选择性固化，以获得相应的片材7，如图3中所示。

光束12可以小于工作区域，例如它可以是激光束，其能够固化液体物质层6的有限区域。在这种情况下，存在控制设备，其逐渐地将光束引导向液体物质层6的所有点。控制设备可以包括一系列镜子或移动设备，光束的源安装在移动设备上，并且被配置成在平行于液体物质层6的平面上移动源，或诸如此类。在任何情况下，通过移动光束12以便覆盖待固化的液体物质层6的所有区域，以渐进的方式进行液体物质层6的固化。

在图2-4中所示的实施例中，光束12的尺寸至少等于凝固区域，以便同时固化液体物质层6的整个工作区域。在这种情况下，提供选择设备用于图中未示出但是本身已知的选择设备，其被配置成抑制光束12的与液体物质层6的不需要固化的区域相对应的部分。选择设备可包括微镜阵列、掩蔽设备等。

片材7以与数字表示层相同的顺序被创建。特别地，第一片材7固化成与附着于其上的造型板13的支撑表面10接触。类似地，每个后续片材7被固化成与其粘附于其上的先前片材7接触。以这种方式，每个片材7与先前片材的粘合性与片材本身的固化同时发生。

优选地，液体物质6放置在容器2中，如图2中所示。

容器2填充有液体物质6，使得液体物质6的水平至少等于并且优选地大于待产生的片材7的厚度。

固化以获得相应的片材7的液体物质6可以是与容器2的底部2a接触的液体物质，或者是与液体物质6的自由表面相邻的液体物质。

在第一种情况下，如图2-4中所示，容器2的底部2a对光束12是透明的。在这种情况下，移动造型板13，使得最后的片材7凝固，或者如果不是这样，造型板13的支撑表面10与透明底部2a的距离等于要被创建的片材7的厚度，如图3中所示。因此，光束12从下方发射并穿过透明底部2a，以便影响液体物质6的层以便固化它，对于第一片材，液体物质6的层介于透明底部2a与支撑表面10之间，或者对于后续片材，液体物质6的层介于透明底部2a与前一片材7的表面之间。随后，抬起造型板13以使片材7与透明底部2a分离，并且对于另一片材7重复该循环。因此，假体11形成在造型板13下方。图4示出了借助于刚刚描述的过程制成的假体11的一部分，其包括多个片材7。

根据图中未示出的实施例，固化的液体物质6的层与容器2中的液体物质6的表面相邻。在这种情况下，操作类似于前一种情况中描述的那些操作，除了光束12来自上方，每个片材7形成在前一片材7上方和造型板13上方，并且液体物质6的每层的限定通过降低造型板而形成，以便使上表面可用，或者如果不是这样，使预先固化的片材的深度等于在液体物质6的表面下方产生的片材的厚度。

应理解，本发明的方法适用于刚刚描述的两个实施例。

优选地，最靠近造型板13的支撑表面10定位的待固化的第一板材7是对应于假体11的顶部14的第一板材7。这防止了由于与支撑表面10接触而导致的颈部15上的几何不规则性，这可能损害颈部与植入体的耦合质量。上述几何不规则性可以例如由与支撑表面10分离的过程中假体11的表面微裂纹，或者由在上述支撑表面10与第一片材7之间存在在用于制造假体11的相同立体平版印刷术的范围内获得的间隔物元件所导致，其通常被设置用于在其构造期间支撑假体11的突出部分并且便于假体自身从支撑表面10分离。假体11从其顶部14开始构造要求颈部15对应于假体11的自由端，因此可以以更高的几何精度制造。

显然，在本发明的实施例中，假体11的构造也可以从对应于颈部15的片材7开始。在这种情况下，可以使用在假体11从造型板13的支撑表面10分离之后的表面修整。

上述本发明的方法特别适用于通过立体平板印刷术在用于产生牙齿假体的集成系统中。

上述系统包括用于检测牙齿的一个或多个光学性质的光学设备，图中未示出但是根据本身已知；计算机，也未在图中示出但是已知的，其接收由光学设备检测的数据并将它们与牙齿假体11的分层数字表示组合，以便将代表每个光学性质的值连接到每个层；以及由计算机控制并如图2-4中所示的立体光刻机1。

如果需要，上述牙齿光学性质的检测可以与获得牙齿本身的几何形状同时进行。在这种情况下，上述光学设备可以与前面提到的扫描设备一致。

立体光刻机1包括上述容器2以容纳液体物质6和照射设备5，当第一光敏材料存在于容器2中时，该照射设备5适于引起第一光敏材料的选择性固化。

照射设备5可包括激光源，可能与镜子偏转器系统组合。根据另一实施例，辐射设备5可包括数字微镜设备(DMD)、选择性掩蔽设备或与其等效的任何其他设备。

立体光刻机1还包括与容器2连通的第一罐3，其中存储第一光敏材料8，以及一个或多个第二罐4，其也与容器2连通，并包含相应的改性剂材料9。

还存在用于第一光敏材料8和/或一种或多种改性材料9朝向容器2的选择性和受控流出的供给设备。进料设备(图中未示出)可包括泵送设备、一个或多个截止阀、和/或适于引起上述选择性流出的任何设备。

计算机被配置为基于任何数值表示层的光学性质的值来控制进给设备，以便将存在于容器2中的液体物质6的成分调整为每个片材7所需的光学性质。

根据图中未示出的另一个实施例，容器2和罐构造成单个主体，以便作为整体来限定盒。盒包括可移除的连接元件到与立体光刻机1有关的壳体。

有利地，前述盒的使用便于系统的使用，因为它防止用户每次必须选择要使用的组件，提供已经测试的那些组合。

显然，可以构造不同类型的盒，这些盒由于要混合的组分的各种组合而不同，以便获得液体物质6。

有利地，上述不同类型的盒能够扩展牙齿假体11可获得的光学性质领域。特别地，使用者可以选择能够获得假体11的药筒类型，其外观更接近每个患者的牙齿外观。

鉴于上述情况，可以理解，上述方法和系统实现了所有预设对象。

特别地，控制牙齿假体的每层的光学性质的可能性使得能够生产具有更接近天然牙齿的美学外观的假体。

此外，上述可能性使得能够实现所使用材料的潜在无限数量的渐变，简单地通过以不同比例组合它们。

此外，假体是在单一过程中获得的，因此以特别简单和快速的方式获得，而不需要表面涂层。

Claims (14)

1.一种用于制造牙齿假体的方法，包括以下操作：

-定义表示牙齿假体（11）的分层数字表示；

-对于所述数字表示的第一层，制备相应的光敏液体物质（6）层；

-选择性地固化所述液体物质（6）层以获得具有与所述数字表示的所述第一层的几何形状相对应的几何形状的第一片材（7）；

-重复操作以制备液体物质（6）层并为所述数字表示的每个后续层选择性地固化所述液体物质（6）层以获得相应的片材（7）；

-使所述片材（7）之间相互粘合；

其特征在于，所述方法包括在已经固化所述片材（7）之一之后和在固化后续片材（7）之前改变所述液体物质（6）的成分以便改变所述液体物质（6）的一个或多个光学性质的进一步操作，

其中所述液体物质（6）包括适于在暴露于预定光辐射时聚合的第一光敏材料（8）以及

所述改变所述液体物质（6）的成分的操作包括向所述液体物质（6）中加入一种或多种改性剂材料（9）的操作，所述改性剂材料（9）具有与所述第一光敏材料（8）的光学性质不同的光学性质，

其中所述改性剂材料（9）包括适于在暴露于所述预定光辐射后聚合并具有与所述第一光敏材料（8）不同的颜色的第二光敏材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学性质包括包含颜色、透明度和反射率的一个或多个性质。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性剂材料（9）包括染料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性剂材料（9）包括至少部分透明的材料。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少部分透明的材料包括玻璃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括将所述改性剂材料（9）与所述液体物质（6）混合的操作。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括对于所述数字表示的每一层，定义代表所述层的所述一个或多个光学性质的相应数字值的进一步操作，并且其中执行改变所述液体物质（6）的操作，使得针对每层的所述液体物质（6）的所述光学性质对应于与所述层相对应的所述数字值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括测量参考牙齿表面上的所述一个或多个光学性质的操作，并且其中所述数字值被定义为接近测量的光学性质。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在已经固化了多个所述片材（7）中的每个片材（7）之后重复改变所述液体物质（6）的成分的所述操作。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述片材（7）在与前一片材（7）接触时被固化，或者如果没有，则在与支撑表面（10）接触时被固化。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，固化每个片材（7）的所述操作之前是移动被固化的最后一个片材（7）的操作，或者如果没有，则是移动所述支撑表面（10）的操作，以便将其放置在离所述液体物质（6）的表面的距离等于要被固化的所述片材（7）的厚度处。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，制备每层液体物质（6）的每个操作包括用所述第一光敏材料（8）填充容器（2）的操作，以便达到大于相应片材（7）的厚度的填充等级。

13.一种用于生产牙齿假体的系统，包括：

-用于检测牙齿的一个或多个光学性质的光学设备，所述光学性质包括包含颜色、透明度和反射率的一个或多个性质；

-接收由所述光学设备检测的数据并将它们与牙齿假体（11）的分层数字表示相结合的计算机，以便将每个所述一个或多个光学特性的代表值链接到每个层；

-立体光刻机（1），由所述计算机控制并且包括：

•容器（2）；

•与所述容器（2）连通的第一罐（3），其中放置适于在暴露于预定光辐射时聚合的第一光敏材料（8）；

•与所述容器（2）连通的一个或多个第二罐（4），在每个第二罐中放置具有与所述第一光敏材料（8）的光学性质不同的光学性质的相应改性剂材料（9）；

•进料设备，用于使所述第一光敏材料（8）和/或一种或多种所述改性剂材料（9）向所述容器（2）选择性地和受控制地流出；

•辐射设备（5），当所述第一光敏材料（8）放置在所述容器（2）中时，使所述第一光敏材料（8）选择性固化；

所述计算机被配置成根据所述数字表示的任何所述层的所述光学性质值来控制所述进料设备，

其中所述改性剂材料（9）包括适于在暴露于所述预定光辐射后聚合并具有与所述第一光敏材料（8）不同的颜色的第二光敏材料。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述容器（2）、所述第一罐（3）和所述一个或多个第二罐（4）被构造在单个主体中，以便形成盒，所述盒包括与所述立体光刻机（1）有关的壳体的可拆卸连接元件。

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