CN111215753A - 一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法 - Google Patents

一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法 Download PDF

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宋杨
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    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
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Abstract

本发明涉及一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法，属于激光加工技术领域，具体包括三个步骤：步骤一，机械手臂夹持固定圆柱夹持头；步骤二，设定激光参数，通过机械手臂边旋转边进行激光抛光；步骤三，应用激光切割工艺，将增材可摘义齿支架的圆柱夹持头切除。与现有技术相比，本发明取得的技术突破在于创新融合高端制造装备技术，可以抛光传统方法不能打磨的复杂曲面义齿支架表面，并实现复杂曲面增材医疗可摘义齿支架任意区域的大面积和重复性加工，抛光效率高，可达400cm2/h以上，精度高，表面粗糙度可降至Ra 0.05μm以下。

Description

一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法。
研究背景
可摘义齿主要由金属支架、塑料基托和人工牙齿组成，作为修复患者牙列及相邻软硬组织缺损的有效方法，经过一个多世纪的发展，它具备了固定义齿和种植义齿无法替代的优势，例如，它不仅可以由患者自行取戴，而且易清洁、易修补、费用低、设计灵活等。
但是复杂的口腔结构及多变的牙列组成现状，导致可摘义齿金属支架制作过程复杂，传统的手工失蜡铸造技术占很大的使用比重，但其制作过程繁琐复杂，耗时长，稍有不慎易出现各种误差，对患者的健康带来极大的损害，并且这种技术的使用技巧高度依赖口腔专家的临床经验，不能得到大范围的推广。
随着增材制造的工艺的推广，作为使用和设计更加灵活的激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造可摘义齿支架已经逐渐被诸多医院及患者接纳，并实现了大范围的临床应用。但是SLM工艺成形过程中的表面台阶效应、残余粉末的球化效应以及成形过程中的粉末飞溅导致可摘义齿支架表面光洁度差，不能直接被患者使用，需要经过抛光后处理工艺才能进行临床应用。
目前针对SLM增材医疗可摘义齿支架的传统抛光技术主要包括：手工/机械磨削抛光、电解抛光、化学机械抛光等，但是此类抛光方式针对复杂的可摘义齿支架抛光困难，效率低、精度差，不能形成批量生产，不仅造成塑性变形和磨损失效，而且会使医疗器件表面形成化学残渣，腐蚀患者的口腔黏膜，这就对抛光技术提出了更高的要求。
激光抛光作为一种新型材料表面处理技术，将自动化程度较高的机械手臂与高功率激光器相结合，不需要任何机械研磨剂和化学腐蚀器具，可以精确选区抛光任何复杂的曲面及大拐点金属及构件。目前，美国、德国、英国、俄罗斯、日本和中国的研究学者已经进行了大量的实验研究工作，确保了激光抛光的可行性。
因此开发一种可以抛光增材医疗可摘义齿支架，且抛光效率高，精度高，自动化程度高，无化学残渣，无塑性变形和磨损失效的激光抛光方法，成为目前科研工作者亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法，该方法抛光效率高，精度高，自动化程度高，无化学残渣，无塑性变形和磨损失效，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，选取待抛光的且具有圆柱夹持头的增材可摘义齿支架，采用机械手臂夹持义齿支架的圆柱夹持头并固定；
步骤二，通过调整机械手臂的位置，将增材可摘义齿支架主体部分对准抛光激光器，调整激光器焦距，设置合适的激光参数，通过机械手臂的端部旋转带动增材可摘义齿支架旋转，并在高纯惰性气体保护下，实现增材可摘义齿支架边旋转边抛光的整体激光抛光加工；
步骤三，激光抛光完成后，调整抛光激光器参数，形成激光切割工艺，将增材可摘义齿支架的圆柱夹持头切除，并打磨切除部位，最后得到可以让患者使用的增材可摘义齿支架。
其中，步骤一所述的圆柱夹持头属于增材可摘义齿支架的支撑结构，与增材可摘义齿支架主体部分均为增材成形，具有固定和被夹持的作用，其长度为5-15mm，直径为3-7mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将激光抛光技术应用到复杂曲面增材医疗可摘义齿支架的表面抛光，可以抛光传统方法不能打磨的复杂曲面义齿支架表面，并实现复杂曲面增材医疗可摘义齿支架任意区域的大面积和重复性加工，解决了对人工打磨可摘义齿支架的依赖性；
(3)本发明方法简单，抛光效率高，可达400cm2/h以上，精度高，表面粗糙度可降至Ra 0.05μm以下，无化学残渣，无塑性变形和磨损失效；
(2)本发明不同于机械、化学抛光等传统的抛光方式，它创新融合高端制造装备技术，包括光束柔性传输与精准指向、精确检测与识别、光机电协同控制等多项先进装备控制技术，易于实现工业化应用。
附图说明
图1为本发明的加工方法示意图；
图2为本发明具有圆柱夹持头的增材可摘义齿支架；
图3为本发明抛光前SLM增材可摘义齿支架的表面光学显微形貌与共聚焦三维相貌；
图4为本发明抛光后SLM增材可摘义齿支架的表面光学显微形貌与共聚焦三维相貌。
图中各部分名称如下：
1、抛光激光器；2、增材可摘义齿支架；3、机械手臂；21、增材可摘义齿支架主体部分；22、圆柱夹持头。
具体实施方式
为更好地理解本发明内容，以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细介绍，所举实例只用于解释本发明，并不用于限定本发明的范围。
本实施实例以实现SLM增材钛合金(TC4)可摘义齿支架的抛光为例，其具体抛光示意图如图1所示，主要包括如下步骤：
步骤一，选取待抛光的且具有圆柱夹持头的增材钛合金(TC4)可摘义齿支架，如图2所示，采用机械手臂夹持义齿支架的圆柱夹持头并固定，其中圆柱夹持头的长度为8mm，直径为4mm，且抛光前SLM增材钛合金(TC4)可摘义齿支架的表面光学显微形貌与共聚焦三维相貌如图3所示，经测量其表面粗糙度为Ra 12-22μm；
步骤二，通过调整机械手臂的位置，将增材钛合金(TC4)可摘义齿支架主体部分对准抛光激光器，调整激光器焦距，设置合适的激光参数，通过机械手臂的端部旋转带动增材钛合金(TC4)可摘义齿支架旋转，并在高纯惰性气体保护下，实现增材钛合金(TC4)可摘义齿支架边旋转边抛光的整体激光抛光加工，抛光效率可达400cm2/h以上；
步骤三，激光抛光完成后，调整抛光激光器参数，形成激光切割工艺，将增材钛合金(TC4)可摘义齿支架的圆柱夹持头切除，并打磨切除部位，最后得到可以让患者使用的增材钛合金(TC4)可摘义齿支架，其抛光后的表面光学显微形貌与共聚焦三维相貌如图4所示，经测量表面粗糙度降至Ra 0.05μm以下。
本发明的上述实施例是为了说明本发明所做的举例，并不用于限定本发明的实施方式，凡是在本发明精神和原则内，对本发明方法、步骤或条件所作的任何修改、改进等，均属于本发明的范围。

Claims (2)

1.一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，选取待抛光的且具有圆柱夹持头的增材可摘义齿支架，采用机械手臂夹持义齿支架的圆柱夹持头并固定；
步骤二，通过调整机械手臂的位置，将增材可摘义齿支架主体部分对准抛光激光器，调整激光器焦距，设置合适的激光参数，通过机械手臂的端部旋转带动增材可摘义齿支架旋转，并在高纯惰性气体保护下，实现增材可摘义齿支架边旋转边抛光的整体激光抛光加工；
步骤三，激光抛光完成后，调整抛光激光器参数，形成激光切割工艺，将增材可摘义齿支架的圆柱夹持头切除，并打磨切除部位，最后得到可以让患者使用的增材可摘义齿支架。
2.根据权利要求1所述的一种高效高精抛光增材医疗可摘义齿支架的激光加工方法，其特征在于，步骤一所述的圆柱夹持头属于增材可摘义齿支架的支撑结构，与增材可摘义齿支架主体部分均为增材成形，具有固定和被夹持的作用，其长度为5-15mm，直径为3-7mm。
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