CN110974461B - 一种整体式全口义齿数字化制作系统及方法 - Google Patents

一种整体式全口义齿数字化制作系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种整体式全口义齿数字化制作系统，包括：处理单元：用于获得全口义齿三维数据STL档案，根据全口义齿三维数据STL档案进行齿腔侧数控CNC刀路运算并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；3D打印装置：用于根据所述带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案打印出全口义齿型腔盒；高温高压结合装置：用于将装入到所述全口义齿型腔盒中的成品牙实物和牙托胶进行高温高压结合，获得全口义齿半成品毛坯；以及数控机床：用于根据所述齿腔侧数控CNC刀路运算结果进行齿腔侧数控加工，获得整体式全口义齿。本发明利用现有的经医疗认证过的全口义齿材料，主要包括牙托粉、牙托水以及成品牙，不采用任何新材料，制作出整体式全口义齿。

Description

一种整体式全口义齿数字化制作系统及方法
技术领域
本发明涉及义齿制作的技术领域，尤其是涉及一种整体式全口义齿数字化制作系统及方法。
背景技术
随着计算机技术辅助设计(CAD)、计算机辅助制造技术（CAM）、3D打印快速成型技术(3D PRINT)以及数控切削技术（CNC）在义齿加工的不断渗透，如今全口义齿的CAD软件设计技术已经非常成熟，如丹麦3shape、加拿大Dentwings、德国Exocad等都有全口义齿软件设计模块。
全口义齿经过CAD设计后获得全口义齿STL三维档，但如何生产这个三维数据档案便成为了数字化牙科近年来一大研究热点。国内外不同科研团队努力对全口义齿进行数字化制造加工进行研究，主要有三种方法。方法一为：根据前端设计好的全口义齿三维数据档，分别3D打印全口义齿红色基托和全口义齿牙体，然后采用粘接剂将基托跟牙体粘接起来；方法二为：根据前端设计好的全口义齿三维数据档，分别采用数控加工全口义齿红色基托和全口义齿牙体或者使用成品牙，然后采用粘接剂将全口义齿红色基托跟全口义齿牙体或者成品牙粘接起来。方法三为：根据前端设计好的全口义齿三维数据档，使用牙体材料直接打印或者数控加工整体的全口义齿，然后再获得的全口义齿颊侧手工上红色牙龈瓷。
授权公告号为CN106413624B的中国专利公开了一种制作牙科基托半成品的方法，采用方法一，具有以下步骤：1）采集并数字化患者（1）的口腔状况，在此生成患者（1）的数字三维口腔模型，或者提供患者（1）的口腔状况的数字三维口腔模型；2）执行第一计算，在第一计算中计算义齿基托的数字的、三维的第一模型（A），其中，在第一计算中是以口腔状况的所述口腔模型为根据的；3）执行第二计算，在第二计算中根据该义齿基托的第一模型（A）计算基托半成品的数字三维第二模型（B），其中，在该义齿基托的三维的第一模型（A）上至少局部加上体积；4）以快速原型法制作该牙科基托半成品（6），其中，在该快速原型法中采用CAM方法并且该CAM方法是以该基托半成品的数字三维第二模型（B）为根据的。在该方案中，基托半成品还有义齿基托和义齿在计算机辅助下通过CAD方法（CAD-计算机辅助设计）来构建；此时，首先制造义齿基托的半成品，由其制造出义齿基托，义齿基托随后安放在患者的无齿的或局部无齿的颌弓牙肉上；当先由蜡制造一加工模型时，依据加工模型由塑料制造最终的义齿基托，在此，义齿基托也又可通过CAM方法制造；义齿随后被单独制造，或者批量制造的义齿被个别削减地放入义齿基托中并被固定在那里；由塑料制造的义齿基托连同所安放的义齿于是构成成品义齿。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：采用方法一和方法二制造的全口义齿由于需要粘接剂粘接，为分离式全口义齿，存在以下问题：1、牙体容易脱落，2、因需要粘接剂粘接所以留有粘接间隙，而粘接间隙容易影响全口义齿牙体在牙龈色基托卡槽的位置从而产生位移的误差，3、患者口腔环境对粘接剂失效产生全口义齿脱落。方法三虽为整体式全口义齿，稳定性好，但现有市场上数字化3D打印全口义齿的材料还未经过长期临床口腔环境内验证，而且其强度、生物相容性、材料稳定性有待时间考验；另外3D打印或者数控切削的牙体颜色不美观，强度不足，成本也高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种整体式全口义齿数字化制作系统及整体式全口义齿数字化制作方法。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种整体式全口义齿数字化制作系统，包括：
处理单元：用于获得全口义齿三维数据STL档案，根据所述全口义齿三维数据STL档案进行齿腔侧数控CNC刀路运算并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；
3D打印装置：用于根据所述带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案打印出全口义齿型腔盒；
高温高压结合装置：用于将装入到所述全口义齿型腔盒中的成品牙实物和牙托胶进行高温高压结合，获得全口义齿半成品毛坯；以及
数控机床：用于根据所述齿腔侧数控CNC刀路运算结果进行齿腔侧数控加工，获得整体式全口义齿。
通过采用上述技术方案，利用现有的经医疗认证过的全口义齿材料，主要包括牙托粉、牙托水以及成品牙，不采用任何新材料，基于CAD/3D PRINT/CNC制作出整体式全口义齿。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述全口义齿型腔盒是由全口义齿的反模和用于数控机床重复定位的重复定位附件两部分组成。
通过采用上述技术方案，其中重复定位附件外形保持三维世界坐标系位置恒定不变，然后根据不同的全口义齿反模自动组合一个“上部开口四周封闭”的抽壳模型；基于CAM软件生成的重复定位附件的三维世界坐标系位置尺寸关系与数控机床夹具相匹配，保证五轴数控加工的编程坐标系不变，按约定的数学关系进行重复定位。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括牙科高速手机用于破坏所述全口义齿型腔盒的边缘进行快速脱模，获得整体式全口义齿。。
通过采用上述技术方案，利用牙科高速手机破坏全口义齿型腔盒的边缘，达到快速脱模的目的。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种整体式全口义齿数字化制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：获得全口义齿三维数据STL档案；
S02：根据所述全口义齿三维数据STL档案进行齿腔侧数控CNC刀路运算并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；
S03：根据所述带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案打印出全口义齿型腔盒；
S04：将成品牙实物装入到所述全口义齿型腔盒中并灌入牙托胶，进行高温高压结合，获得全口义齿半成品毛坯；
S05：将所述全口义齿半成品毛坯依照附件位置关系安装到数控机床上实现重复定位；
S06：数控机床根据所述齿腔侧数控CNC刀路运算结果进行齿腔侧数控加工，获得整体式全口义齿。
通过采用上述技术方案，利用现有的经医疗认证过的全口义齿材料，主要包括牙托粉、牙托水以及成品牙，不采用任何新材料，基于CAD/3D PRINT/CNC制作出整体式全口义齿。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S01具体为：根据每个患者的口腔情况，在成品牙三维数据库中个性化选择调用成品牙进行排牙以及基托设计，最终获得使用成品牙三维数据库设计的全口义齿三维模型并生成全口义齿三维数据STL档案。
通过采用上述技术方案，根据每个患者的口腔情况，在成品牙三维数据库中个性化选择调用成品牙进行排牙以及基托设计，实现个性化定制全口义牙。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述成品牙三维数据库是指成品牙厂家将每种成品牙的三维数据及明确且充分必要的数学描述不失真的建立到所述成品牙三维数据库中。
通过采用上述技术方案，每种成品牙的三维数据包括形态、颜色、尺寸、定位坐标等逻辑关系，成品牙三维数据库的建立使得全口义牙的生产制作过程更加方便化和智能化。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S03和S04之间还包括在所述全口义齿型腔盒内侧表面涂抹脱模剂。
通过采用上述技术方案，脱模剂可以是凡士林，防止后续向所述全口义齿型腔盒灌注牙托胶时，牙托胶粘合到所述全口义齿型腔盒内侧，不利于所述全口义齿型腔盒的脱模。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述全口义齿型腔盒是由全口义齿的反模和用于数控机床重复定位的重复定位附件两部分组成。
通过采用上述技术方案，其中重复定位附件外形保持三维世界坐标系位置恒定不变，然后根据不同的全口义齿反模自动组合一个“上部开口四周封闭”的抽壳模型；基于CAM软件生成的重复定位附件的三维世界坐标系位置尺寸关系与数控机床夹具相匹配，保证五轴数控加工的编程坐标系不变，按约定的数学关系进行重复定位。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述齿腔侧数控CNC刀路运算为齿腔侧五轴数控CNC刀路运算，相应的，所述齿腔侧数控加工为齿腔侧五轴数控加工。
通过采用上述技术方案，采用五轴数控切削加工，只需要加工全口义齿的齿腔侧区域，不需要切削全口义齿的咬合侧、颊侧部分，这大大缩短了全口义齿数控加工的时间，提高了生产效率；同时五轴数控切削加工可精细加工与牙龈组织面接触的齿腔侧倒凹区域，可实现吸附性全口义齿的数字化加工。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述牙托胶由牙托粉和牙托水调配获得。
通过采用上述技术方案，利用现有的经医疗认证过的全口义齿材料，主要包括牙托粉、牙托水以及成品牙，不采用任何新材料，制作出安全合规的整体式全口义齿。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.利用现有的经医疗认证过的全口义齿材料，主要包括牙托粉、牙托水以及成品牙，不采用任何新材料，基于CAD/3D PRINT/CNC制作出整体式全口义齿；
2.数控加工为五轴数控切削，只需要加工全口义齿的齿腔侧区域，不需要切削全口义齿的咬合侧、颊侧部分，这大大缩短了全口义齿数控加工的时间，提高了生产效率；
3.五轴数控切削可精细加工与牙龈组织面接触的齿腔侧倒凹区域，可实现吸附性全口义齿的数字化加工。
附图说明
图1是本发明系统原理框图；
图2是本发明方法流程图；
图3是本发明全口义齿型腔盒齿腔侧的示意图；
图4是本发明全口义齿型腔盒咬合侧的示意图；
图5是本发明全口义齿半成品毛坯齿腔侧的示意图；
图6是本发明全口义齿半成品毛坯安装于数控机床的示意图；
图7是本发明全口义齿半成品安装于数控机床的示意图；
图8是本发明全口义齿半成品的示意图。
图中，1、全口义齿的反模，2、重复定位附件，3、牙托胶，31、成型牙托胶，4、数控机床，5、夹具。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种整体式全口义齿数字化制作系统，包括：
处理单元：用于获得全口义齿三维数据STL档案，根据所述全口义齿三维数据STL档案进行齿腔侧数控CNC刀路运算并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；
3D打印装置：用于根据所述带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案打印出全口义齿型腔盒；
高温高压结合装置：用于将装入到所述全口义齿型腔盒中的与建立好的成品牙数据库对应的成品牙实物和调配好的牙托胶进行高温高压结合，获得全口义齿半成品毛坯；以及
数控机床：用于根据所述齿腔侧数控CNC刀路运算结果进行齿腔侧数控加工，获得整体式全口义齿。
齿腔侧指的是全口义齿跟口腔牙龈组织面接触的一侧。
优选的，所述全口义齿型腔盒是由全口义齿的反模（阴模）和用于数控机床重复定位的重复定位附件两部分组成，其中重复定位附件外形保持三维世界坐标系位置恒定不变，然后根据不同的全口义齿反模（阴模）自动组合一个“上部开口四周封闭”的抽壳模型。
还包括牙科高速手机用于破坏所述全口义齿型腔盒的边缘进行快速脱模，获得整体式全口义齿。
参照图2，本发明还提供一种整体式全口义齿数字化制作方法，包括以下步骤：
S01：获得全口义齿三维数据STL档案；
S02：基于计算机辅助制造软件CAM根据所述全口义齿三维数据STL档案进行齿腔侧数控CNC刀路运算并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；
S03：基于3D打印快速成型技术，根据所述带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案打印出全口义齿型腔盒；参照图3和图4，全口义齿型腔盒是由“上部开口四周封闭”的全口义齿的反模1和用于数控机床重复定位的重复定位附件2两部分组成；随着3D打印技术在齿科的普及，工厂普遍都拥有非金属3D打印机，可以使用3D打印快速成型技术打印CAM生成的全口义齿型腔盒；
S04：将与建立好的成品牙数据库对应的成品牙实物装入到所述全口义齿型腔盒中并灌入调配好的牙托胶，进行高温高压结合，获得全口义齿半成品毛坯；参照图5，全口义齿半成品毛坯包括全口义齿的反模1、位于全口义齿的反模1内部的成品牙实物（图中未示出）、位于成品牙实物上的牙托胶3以及重复定位附件2；所述牙托胶由牙托粉和牙托水调配获得，牙托胶会覆盖整个成品牙的根部以及相邻两颗成品牙的间隙；
S05：参照图6，将所述全口义齿半成品毛坯依照附件位置关系准确地安装到数控机床4相匹配的夹具5上实现重复定位，其中，重复定位附件2与夹具5相匹配配合固定；
S06：参照图7和图8，数控机床4根据所述齿腔侧数控CNC刀路运算结果对全口义齿半成品毛坯进行齿腔侧数控加工，获得全口义齿半成品，所述全口义齿半成品包括全口义齿的反模1、位于全口义齿的反模1内部的成品牙实物（图中未示出）、位于成品牙实物上且已经加工好的成型牙托胶31以及重复定位附件2，然后使用牙科高速手机破坏所述全口义齿半成品的边缘进行快速脱模，获得整体式全口义齿。
优选的，所述步骤S01具体为：根据每个患者的口腔情况，在建立好的成品牙三维数据库中个性化选择调用成品牙进行排牙以及基托设计，最终获得使用成品牙三维数据库设计的全口义齿三维模型并生成全口义齿三维数据STL档案。所述成品牙三维数据库是指全口义齿设计软件厂商开放数据接口，成品牙厂家将每种成品牙的三维数据（包括形态、颜色、尺寸、定位坐标等逻辑关系）及明确且充分必要的数学描述不失真的建立到所述成品牙三维数据库中。将全口义齿设计时选择的成品牙三维数据库对应的实际成品牙型号全部准确无误的装入到全口义齿型腔盒对应的牙位槽中；而后向全口义齿型腔盒灌注经过调配好的牙托胶，再放入高温高压结合装置（嵌锅）中进行高温高压结合，获得全口义齿毛坯半成品。
所述步骤S03和S04之间还包括在所述全口义齿型腔盒内侧表面涂抹脱模剂（如凡士林），防止后续向所述全口义齿型腔盒灌注牙托胶时，牙托胶粘合到所述全口义齿型腔盒内侧不利于所述全口义齿型腔盒的脱模。
基于计算机辅助制造软件CAM对所述全口义齿三维模型进行特定几何数学运算，并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；所述特定几何数学运算包括数控机床五轴加工用的全口义齿齿腔侧的加工刀路，以及在成功产生数控刀路后CAM软件保持全口义齿三维模型位置不变对全口义齿三维模型进行反模（阴模）几何运算，而后将按照约定好的具备数学关系的用于重复定位的重复定位附件与反模进行合并，全口义齿型腔盒是由“上部开口四周封闭”的全口义齿的反模和用于数控机床重复定位的重复定位附件两部分组成。
所述齿腔侧数控CNC刀路运算为齿腔侧五轴数控CNC刀路运算，相应的，所述齿腔侧数控加工为齿腔侧五轴数控加工。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种整体式全口义齿数字化制作系统，其特征在于，包括：
处理单元：用于获得全口义齿三维数据STL档案，根据所述全口义齿三维数据STL档案进行齿腔侧数控CNC刀路运算并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；
3D打印装置：用于根据所述带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案打印出全口义齿型腔盒；
高温高压结合装置：用于将装入到所述全口义齿型腔盒中的成品牙实物和牙托胶进行高温高压结合，获得全口义齿半成品毛坯；以及
数控机床：用于根据所述齿腔侧数控CNC刀路运算结果进行齿腔侧数控加工，获得整体式全口义齿；
所述全口义齿型腔盒是由全口义齿的反模和用于数控机床重复定位的重复定位附件两部分组成。
2.根据权利要求1所述的整体式全口义齿数字化制作系统，其特征在于：还包括牙科高速手机用于破坏所述全口义齿型腔盒的边缘进行快速脱模，获得整体式全口义齿。
3.一种整体式全口义齿数字化制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：获得全口义齿三维数据STL档案；
S02：根据所述全口义齿三维数据STL档案进行齿腔侧数控CNC刀路运算并生成带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案；
S03：根据所述带有重复定位附件的全口义齿型腔盒STL档案打印出全口义齿型腔盒；
S04：将成品牙实物装入到所述全口义齿型腔盒中并灌入牙托胶，进行高温高压结合，获得全口义齿半成品毛坯；
S05：将所述全口义齿半成品毛坯依照附件位置关系安装到数控机床上实现重复定位；
S06：数控机床根据所述齿腔侧数控CNC刀路运算结果进行齿腔侧数控加工，获得整体式全口义齿；
所述全口义齿型腔盒是由全口义齿的反模和用于数控机床重复定位的重复定位附件两部分组成。
4.根据权利要求3所述的整体式全口义齿数字化制作方法，其特征在于，所述步骤S01具体为：根据每个患者的口腔情况，在成品牙三维数据库中个性化选择调用成品牙进行排牙以及基托设计，最终获得使用成品牙三维数据库设计的全口义齿三维模型并生成全口义齿三维数据STL档案。
5.根据权利要求4所述的整体式全口义齿数字化制作方法，其特征在于：所述成品牙三维数据库是指成品牙厂家将每种成品牙的三维数据及明确且充分必要的数学描述不失真的建立到所述成品牙三维数据库中。
6.根据权利要求3所述的整体式全口义齿数字化制作方法，其特征在于：所述步骤S03和S04之间还包括在所述全口义齿型腔盒内侧表面涂抹脱模剂。
7.根据权利要求3所述的整体式全口义齿数字化制作方法，其特征在于：所述齿腔侧数控CNC刀路运算为齿腔侧五轴数控CNC刀路运算，相应的，所述齿腔侧数控加工为齿腔侧五轴数控加工。
8.根据权利要求3所述的整体式全口义齿数字化制作方法，其特征在于：所述牙托胶由牙托粉和牙托水调配获得。
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