CN112426241A - 一种采用3d打印的义齿加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用3D打印的义齿加工工艺，包括：获取患者口腔内部软硬组织的模型数据，根据所述模型数据建立三维模型；将所述三维模型导入3D打印设备，进行打印后生成工作模型；制作包埋材料，将工作模型外表面堆砌所述包埋材料，并将蜡质铸造线埋入所述包埋材料中，且所述蜡质铸造线尾端露出所述包埋材料；待所述包埋材料凝固冷却后，利用高温烧结炉对蜡质铸造线和工作模型进行高温加热，使其燃烧掉，所述包埋材料形成腔体和与所述腔体连通的铸造孔；烧结之后从铸造孔向所述腔体内部注入金属溶液，形成带有包埋材料的金属义齿模型；取出金属义齿模型并将其外表面进行打磨处理，制得义齿。工艺简单，义齿与患者口腔更好的贴合，佩戴更加舒适。

Description

一种采用3D打印的义齿加工工艺

技术领域

本发明涉及义齿加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种采用3D打印的义齿加工工艺。

背景技术

义齿就是人们常说的假牙，牙齿缺失的人多数会佩戴义齿以解决咀嚼的问题。随着科技的进步，义齿的加工工艺也在随着改进，以前人们佩戴的义齿大多数与口腔不贴合或咬合不正，影响人们咀嚼食物，并且佩戴不舒适带来不好的体验感，为改良现有义齿加工工艺，提出一种采用3D打印的义齿加工工艺，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种采用3D打印的义齿加工工艺，包括：

S100、获取患者口腔内部软硬组织的模型数据，根据所述模型数据建立三维模型；

S200、将所述三维模型导入3D打印设备，进行打印后生成工作模型；

S300、制作包埋材料，将工作模型外表面堆砌所述包埋材料，并将蜡质铸造线埋入所述包埋材料中，且所述蜡质铸造线尾端露出所述包埋材料；

S400、待所述包埋材料凝固冷却后，利用高温烧结炉对蜡质铸造线和工作模型进行高温加热，使其燃烧掉，所述包埋材料形成腔体和与所述腔体连通的铸造孔；

S500、烧结之后从铸造孔向所述腔体内部注入金属溶液，形成带有包埋材料的金属义齿模型；

S600、取出金属义齿模型并将其外表面进行打磨处理，制得义齿。

优选的是，所述S100包括：

S110、利用扫描仪扫描口腔内部软硬组织得到模型数据，或者拍摄上下颌骨的CBCT得到模型数据，或者根据患者的硅橡胶印模灌注石膏生成石膏模型，利用扫描仪扫描石膏模型，得到模型数据；

S120、将所述模型数据导入到模型设计软件中进行设计后得到三维模型。

优选的是，所述S200包括：将步骤S100中获得的三维模型保存为STL格式，并导入3D打印设备中，放入打印原料，进行打印任务，生成工作模型。

优选的是，所述S300包括：

S310、将包埋粉和水混合形成包埋材料，在室温下手工搅拌15秒；

S320、所述包埋材料混合均匀后，采用真空搅拌机搅拌45秒；

S330、包埋过程在振荡器上进行，将搅拌后的所述包埋材料堆砌在所述工作模型外表面，将所述工作模型完全包埋在所述包埋材料中，然后放入包埋圈内，将所述蜡质铸造线尾端露出所述包埋材料；

S340、包埋后在室温下静置2小时。

优选的是，所述包埋粉和水的质量比为3:1，所述包埋粉的成分组成为质量分数为0.25％的硼，质量分数为38.75％的方石英、质量分数为41％的石膏。

优选的是，所述S400包括：

S410、将包埋好的所述工作模型放置在高温烧结炉内，并设定烧结程序；

S420、烧结程序为从室温起以每分钟5摄氏度的升温速度上升，直至达到设定温度时，进行保温烧结，保温时间不低于20分钟；

S430、所述工作模型和所述蜡质铸造线经高温加热后消失，所工作模型消失后在所述包埋材料内部形成所述腔体，所述蜡质铸造线消失后形成所述铸造孔。

优选的是，所述设定温度为950℃-1000℃，在此温度范围内进行保温烧结，所述保温烧结的温度为恒温。

优选的是，所述打印原料采用光敏树脂材料。

优选的是，所述利用扫描仪扫描口腔内部软硬组织得到模型数据包括以下步骤：

S111、利用扫描仪扫描患者口腔内软硬组织的点数据集；

S112、对扫描获得的所述点数据集进行分析；

S113、对分析后的所述点数据集进行计算，得到新的扫描点；

S114、根据所述新的扫描点进行扫描得到的点数据集对步骤S111的点数据集进行实时更新，并根据更新后得到的点数据集进行三维模型数据的构建。

优选的是，所述S112中对扫描获得的所述点数据集进行分析包括：对扫描获得的所述点数据集进行预处理，所述预处理采用如下算法：

设点数据集的集合为C＝{D_i∈R³|i＝1,2,...n}，任一扫描点D_i近邻域点集及单位法向量分别为N(D_i)和n_i，则由如下公式定义预处理后的所述点数据集D′_i：

其中，R为实数集，D_i为扫描点坐标，D_j为D_i的邻域点坐标，n_i为扫描点D_i的单位法向量，n_j为邻域点D_j的单位法向量，P_c为空间域权重，P_s为特征域权重。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺根据扫描仪扫描获得患者口腔内的模型数据建立三维模型，与患者的真实口腔内软硬组织相似度较高，并且采用3D打印设备可完整的将三维模型打印出来，实现高度还原，采用包埋铸造方法制备义齿，成本较低，可将工作模型的细节部分完整的铸造出来，工艺简单易操作，制作出的义齿与患者口腔可以更好的贴合，佩戴更加舒适，减少异物感。

本发明所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种采用3D打印的义齿加工工艺，包括：

S100、获取患者口腔内部软硬组织的模型数据，根据所述模型数据建立三维模型；

S200、将所述三维模型导入3D打印设备，进行打印后生成工作模型；

S300、制作包埋材料，将工作模型外表面堆砌所述包埋材料，并将蜡质铸造线埋入所述包埋材料中，且所述蜡质铸造线尾端露出所述包埋材料；

S400、待所述包埋材料凝固冷却后，利用高温烧结炉对蜡质铸造线和工作模型进行高温加热，使其燃烧掉，所述包埋材料形成腔体和与所述腔体连通的铸造孔；

S500、烧结之后从铸造孔向所述腔体内部注入金属溶液，形成带有包埋材料的金属义齿模型；

S600、取出金属义齿模型并将其外表面进行打磨处理，制得义齿。

上述技术方案的工作原理：利用扫描仪直接扫描患者口腔内部软硬组织，或者根据患者口腔内的印模灌注石膏生成石膏模型后，再利用扫描仪扫描石膏模型等方法获得模型数据后，再利用三维模型设计软件进行建模，建模后将三维模型导入到3D打印设备中，同时将打印设备中放入打印原料，便可进行打印生成工作模型；然后将工作模型进行包埋处理，即将包埋材料堆砌在工作模型外表面，并埋入蜡质铸造线，利用高温烧结炉进行高温加热，工作模型和蜡质铸造线受热燃烧后消失，包埋材料内形成腔体，再向腔体内注入金属溶液，冷却后去除包埋材料，取出金属义齿模型，并进行打磨处理，然后在金属义齿模型上进行烤瓷等，最后制得义齿。

上述技术方案的有益效果：根据扫描仪扫描获得患者口腔内的模型数据建立三维模型，与患者的真实口腔内软硬组织相似度较高，并且采用3D打印设备可完整的将三维模型打印出来，实现高度还原，采用包埋铸造方法制备义齿，成本较低，可将工作模型的细节部分完整的铸造出来，工艺简单易操作，制作出的义齿与患者口腔可以更好的贴合，佩戴更加舒适，减少异物感。

在一个实施例中，所述S100包括：

S110、利用扫描仪扫描口腔内部软硬组织得到模型数据，或者拍摄上下颌骨的CBCT得到模型数据，或者根据患者的硅橡胶印模灌注石膏生成石膏模型，利用扫描仪扫描石膏模型，得到模型数据；

S120、将所述模型数据导入到模型设计软件中进行设计后得到三维模型。

上述技术方案的工作原理：可采用多种方式获得患者口腔内模型数据，第一种，可利用扫描仪扫描患者口内软硬组织，扫描后检查图像情况，如图像的成像不清晰，或者出现毛边需要进行重新扫描，直至获得清晰的图像，然后去除多余软组织，对获得的图像进行修整，检查牙体、牙列扫描完成，获得模型数据进行保存，然后将模型数据导入到三维模型设计软件中进行设计，再次进行修整得到三维模型；第二种，利用CBCT机为患者拍摄CBCT，拍摄时眶耳平面与水平面平行，上下颌切牙咬住分离杆以分离咬合，CBCT机设置参数为电压110V，扫描时间为26秒，X线发射时间为3.6秒，层厚为0.25mm，放射剂量为2283.24mGy·cm²，获得模型数据后导入到三维模型设计软件中，获得三维模型；第三种，采用硅橡胶印模材料，采集患者上下颌牙列印模，获得合格的印模，合格的印模需清晰、牙列完整并且无气泡，若不合格需要再次进行印模的采集，然后按比例21g粉，57ml水调配石膏，灌注印模，待石膏晾干后取下石膏模型，用仓式扫描仪扫描所述石膏模型，然后利用三维模型设计软件进行设计，获得三维模型。

上述技术方案的有益效果：采用扫描仪直接扫描患者口内软硬组织，和利用CBCT机拍摄得到模型数据，两种方式便于数据的存储和传输，可配合使用软件进行测量，并且可在软件上进行牙齿的移动及可视化虚拟矫治过程，患者的舒适度较好；而采用硅橡胶印膜灌注石膏模型，再利用仓式扫描仪进行扫描获得的模型数据的方法中，硅橡胶印模的精确性较高，且具有良好的稳定性；在实际应用中可根据患者的需要来确定模型数据的获取方式，更加灵活。

在一个实施例中，所述S200包括：将步骤S100中获得的三维模型保存为STL格式，并导入3D打印设备中，放入打印原料，进行打印任务，生成工作模型。

上述技术方案的工作原理：三维模型设计软件和3D打印设备之间协作的标准文件格式是STL文件格式，通过三维模型设计软件建立三维模型后，再将三维模型分区成逐层的截面，即进行切片处理，3D打印设备读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的打印原料将多个截面逐层的打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来，将工作模型的实体打印出来。

上述技术方案的有益效果：3D打印设备几乎可以造出任何形状的物品，可以更快、更低成本的打印出工作模型，还原度较高，节省制作工作模型的时间，提高工作效率。

在一个实施例中，所述S300包括：

S310、将包埋粉和水混合形成包埋材料，在室温下手工搅拌15秒；

S320、所述包埋材料混合均匀后，采用真空搅拌机搅拌45秒；

S330、包埋过程在振荡器上进行，将搅拌后的所述包埋材料堆砌在所述工作模型外表面，将所述工作模型完全包埋在所述包埋材料中，然后放入包埋圈内，将所述蜡质铸造线尾端露出所述包埋材料；

S340、包埋后在室温下静置2小时。

所述包埋粉和水的质量比为3:1，所述包埋粉的成分组成为质量分数为0.25％的硼，质量分数为38.75％的方石英、质量分数为41％的石膏。

上述技术方案的工作原理：先按质量分数为0.25％的硼、8.75％的方石英、41％的石膏混合制成包埋粉，然后按包埋粉和水的比例3:1在室温下手工搅拌15秒，将包埋材料混合均匀后，采用真空搅拌机继续搅拌45秒，然后将搅拌好的包埋材料堆砌在所述工作模型的外表面，放入包埋圈中，并在振荡器上进行整个包埋过程，包埋时，将蜡质铸造线埋入，并将其尾端露出所述包埋材料，包埋完成后，在室温下静置2小时。

上述技术方案的有益效果：因包埋材料在后续进行高温加热和冷却时会存在一定的膨胀率，采用上述组分的包埋粉可使包埋材料获得的铸件各向体积变化更加均匀，防止得到的铸件比例失调，有利于得到更高精度的金属义齿模型。

在一个实施例中，所述S400包括：

S410、将包埋好的所述工作模型放置在高温烧结炉内，并设定烧结程序；

S420、烧结程序为从室温起以每分钟5摄氏度的升温速度上升，直至达到设定温度时，进行保温烧结，保温时间不低于20分钟；

S430、所述工作模型和所述蜡质铸造线经高温加热后消失，所工作模型消失后在所述包埋材料内部形成所述腔体，所述蜡质铸造线消失后形成所述铸造孔。

上述技术方案的工作原理：将包埋完成的工作模型放入高温烧结炉内，然后设定温度，使温度从室温起以每分钟5摄氏度的升温速度上升，随着温度的上升，工作模型和蜡质铸造线逐渐消失，变成液态或气态排出，工作模型消失后在包埋材料内部形成腔体，蜡质铸造线消失后形成所述铸造孔，铸造孔与腔体连通，直至达到设定的温度，然后保持恒温，保持恒温的时间不低于20分钟，然后利用离心铸造机向腔体内注入金属溶液，在室温下自然冷却，脱出包埋圈取出金属义齿模型，用粒度为50μm的三氧化二铝和300KPa的压力，进行喷砂去除金属义齿模型表面的氧化膜，并去除铸造时铸造孔留下的铸道。

上述技术方案的有益效果：使工作模型在高温烧结炉内更充分的燃烧，得到的腔体精度更高，并且保证包埋材料的膨胀率，使其膨胀均匀，进一步提高金属义齿模型的精度。

在一个实施例中，所述设定温度为950℃-1000℃，在此温度范围内进行保温烧结，所述保温烧结的温度为恒温。

上述技术方案的工作原理和有益效果：在950℃-1000℃温度范围内保温，保温的温度为恒温，使包埋材料更加稳定，工作模型和蜡质铸造线充分的燃烧排出，更有利于下一步金属溶液的注入，使得到的金属义齿模型的精度和质量更高。

在一个实施例中，所述打印原料采用光敏树脂材料。

上述技术方案的工作原理和有益效果：光敏树脂主要由齐聚物、光引发剂、稀释剂组成，主要用于3D打印设备，具有粘度低、固化收缩小、固化速率快、高的光敏感性等优点，并且可减少固化成型模型的收缩，进而减少后固化的变形，保证固化过程不产生变形、膨胀、以及层间剥离的情况。

在一个实施例中，所述利用扫描仪扫描口腔内部软硬组织得到模型数据包括以下步骤：

S111、利用扫描仪扫描患者口腔内软硬组织的点数据集；

S112、对扫描获得的所述点数据集进行分析；

S113、对分析后的所述点数据集进行计算，得到新的扫描点；

S114、根据所述新的扫描点进行扫描得到的点数据集对步骤S111的点数据集进行实时更新，并根据更新后得到的点数据集进行三维模型数据的构建。

上述技术方案的工作原理：直接利用扫描仪扫描患者口腔牙型的点数据集，然后将扫描获得的点数据集进行分析处理，即去除多余的点，然后将分析后的点数据集进行计算，得到新的扫描点，最后根据所述新的扫描点进行扫描得到的点数据集对步骤S111的点数据集进行实时更新并根据更新后得到的点数据集进行三维模型数据的构建，此过程中不断的自动更新点数据集，以使扫描得到的数据更加准确，直至得到合格的点数据集完成更新过程，最后建立三维模型数据。

上述技术方案的有益效果：患者口腔内的软硬组织结构较为复杂，在扫描时会产生误差，采用上述更新点数据集的方法可对患者口腔内的软硬组织全自动扫描并实时更新点数据集，使扫描的误差降到最低，扫描效率提高，进而使获得的模型数据更加准确，进一步增加了制得的义齿的精度，给患者更好的义齿佩戴体验感。

在一个实施例中，所述S112中对扫描获得的所述点数据集进行分析包括：对扫描获得的所述点数据集进行预处理，所述预处理采用如下算法：

设点数据集的集合为C＝{D_i∈R³|i＝1,2,...n}，任一扫描点D_i近邻域点集及单位法向量分别为N(D_i)和n_i，则由如下公式定义预处理后的所述点数据集D′_i：

其中，R为实数集，D_i为扫描点坐标，D_j为D_i的邻域点坐标，n_i为扫描点D_i的单位法向量，n_j为邻域点D_j的单位法向量，P_c为空间域权重，P_s为特征域权重。

上述技术方案的工作原理和有益效果：初步进行扫描获得的点数据集需要进行分析处理，以去除扫描时获得的多余的点或对模型数据的构建多余的点，上述算法中P_c为空间域权重，其控制着平滑程度，P_s为特征域权重，其可以捕获邻域点间法矢的变化，从而控制特征保持程度，采用此算法可以滤除构建模型数据多余的点，方法简单有效，运算速度很快，能够保证原有特征的同时去除多余的点，保证进行分析后的点数据集的准确性，使下一步点数据集的计算更加精准，进而使扫描的患者口腔内软硬组织的三维模型数据更加精准，提高了后续义齿加工的精准性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，包括：

S100、获取患者口腔内部软硬组织的模型数据，根据所述模型数据建立三维模型；

S200、将所述三维模型导入3D打印设备，进行打印后生成工作模型；

S300、制作包埋材料，将工作模型外表面堆砌所述包埋材料，并将蜡质铸造线埋入所述包埋材料中，且所述蜡质铸造线尾端露出所述包埋材料；

S400、待所述包埋材料凝固冷却后，利用高温烧结炉对蜡质铸造线和工作模型进行高温加热，使其燃烧掉，所述包埋材料形成腔体和与所述腔体连通的铸造孔；

S500、烧结之后从铸造孔向所述腔体内部注入金属溶液，形成带有包埋材料的金属义齿模型；

S600、取出金属义齿模型并将其外表面进行打磨处理，制得义齿。

2.根据权利要求1所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述S100包括：

S110、利用扫描仪扫描口腔内部软硬组织得到模型数据，或者拍摄上下颌骨的CBCT得到模型数据，或者根据患者的硅橡胶印模灌注石膏生成石膏模型，利用扫描仪扫描石膏模型，得到模型数据；

S120、将所述模型数据导入到模型设计软件中进行设计后得到三维模型。

3.根据权利要求1所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述S200包括：将步骤S100中获得的三维模型保存为STL格式，并导入3D打印设备中，放入打印原料，进行打印任务，生成工作模型。

4.根据权利要求1所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述S300包括：

S310、将包埋粉和水混合形成包埋材料，在室温下手工搅拌15秒；

S320、所述包埋材料混合均匀后，采用真空搅拌机搅拌45秒；

S330、包埋过程在振荡器上进行，将搅拌后的所述包埋材料堆砌在所述工作模型外表面，将所述工作模型完全包埋在所述包埋材料中，然后放入包埋圈内，将所述蜡质铸造线尾端露出所述包埋材料；

S340、包埋后在室温下静置2小时。

5.根据权利要求4所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述包埋粉和水的质量比为3:1，所述包埋粉的成分组成为质量分数为0.25％的硼，质量分数为38.75％的方石英、质量分数为41％的石膏。

6.根据权利要求1所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述S400包括：

S410、将包埋好的所述工作模型放置在高温烧结炉内，并设定烧结程序；

S420、烧结程序为从室温起以每分钟5摄氏度的升温速度上升，直至达到设定温度时，进行保温烧结，保温时间不低于20分钟；

S430、所述工作模型和所述蜡质铸造线经高温加热后消失，所工作模型消失后在所述包埋材料内部形成所述腔体，所述蜡质铸造线消失后形成所述铸造孔。

7.根据权利要求6所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述设定温度为950℃-1000℃，在此温度范围内进行保温烧结，所述保温烧结的温度为恒温。

8.根据权利要求3所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述打印原料采用光敏树脂材料。

9.根据权利要求2所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述利用扫描仪扫描口腔内部软硬组织得到模型数据包括以下步骤：

S111、利用扫描仪扫描患者口腔内软硬组织的点数据集；

S112、对扫描获得的所述点数据集进行分析；

S113、对分析后的所述点数据集进行计算，得到新的扫描点；

S114、根据所述新的扫描点进行扫描得到的点数据集对步骤S111的点数据集进行实时更新，并根据更新后得到的点数据集进行三维模型数据的构建。

10.根据权利要求9所述的一种采用3D打印的义齿加工工艺，其特征在于，所述S112中对扫描获得的所述点数据集进行分析包括：对扫描获得的所述点数据集进行预处理，所述预处理采用如下算法：

设点数据集的集合为C＝*D_i∈R³|i＝1,2,…n+，任一扫描点D_i近邻域点集及单位法向量分别为N(D_i)和n_i，则由如下公式定义预处理后的所述点数据集D′_i：

其中R为实数集，D_i为扫描点坐标，D_j为D_i的邻域点坐标，n_i为扫描点D_i的单位法向量，n_j为邻域点D_j的单位法向量，P_c为空间域权重，P_s为特征域权重。

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