CN114438370B - 一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置及其近终成形制备方法 - Google Patents

一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置及其近终成形制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及牙齿矫正设备技术领域，尤其是一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置及其近终成形制备方法。一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置，是由以下质量百分比的合金元素组成：<0.1%的C、<0.2%的O、3‑8%的Mn、4‑12%的Mo、3‑8%的Zr、6‑20%的Nb、0.5‑2%的Cu、余量为Ti。本申请具有轻质化、生物相容好、耐蚀性好、无致敏性及无毒性金属元素且结构表达性好，矫治周期短，装配便利的优点。阻尼式翻盖自锁正畸矫正装置由盖片、阻尼轴、偏圆式阻尼自锁正畸托槽基体装配而成，因此，本申请可快速组装，矫治治疗周期内翻盖便利，可极大缩短手术时间。

Description

一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置及其近终成形制备 方法
技术领域
本申请涉及牙齿矫正设备技术领域，尤其是涉及一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置及其近终成形制备方法。
背景技术
随着社会经济水平的提升和人民生活质量的提升，在当今社会，人们越来越注重完善自己的外表。牙齿是影响外表的重要因素之一，为了改善牙齿美观性，通过会选择配戴牙齿矫正器。在矫治周期内，牙齿矫正器是长期处于口腔环境内，这就对材料的毒性、硬度、盐雾性能、光洁度提出了相当高的要求，即牙齿矫正器需要符合IS0 10993生物相容性测试(医疗器械生物学评价)的要求。
相关技术中的一种牙齿矫正器的生产工艺是注射形成形工艺生产牙齿矫正器。注射形成形工艺中所采用的材料多为17-4PH不锈钢，但是17-4PH不锈钢的耐腐蚀性能相对较差，且生产得到的牙齿矫正器表面光洁度相对较低，容易滞留食物残渣，形成细菌及腐蚀物损害牙齿健康。
发明内容
为了解决相关技术中存在的问题，本申请提供了一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置及其近终成形制备方法。
第一方面，本申请提供的一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置，是通过以下技术方案得以实现的：
一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置，是由以下质量百分比的合金元素组成：<0.1％的C、<0.2％的O、3-8％的Mn、4-12％的Mo、3-8％的Zr、6-20％的Nb、0.5-2％的Cu、余量为Ti。
通过采用上述技术方案，本申请具有轻质化、生物相容好、耐蚀性好、无致敏性及无毒性金属元素且结构表达性好的优点。此外，本申请在矫治周期内，口腔环境条件中无镍、铬等金属离子释放，无生物毒性，不易导致过敏反应。
优选的，一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置包括偏圆式阻尼托槽体、阻尼轴、盖片；所述偏圆式阻尼托槽体中部一体成型有弓丝沟；所述偏圆式阻尼托槽体的两侧一体成型有四个结扎翼；所述偏圆式阻尼托槽体底部一体成型有粘结板；单侧的两个所述结扎翼一体成型有偏圆式阻尼孔；所述盖片上一体成型有旋转臂，所述旋转臂一体成型有装配销孔；所述阻尼轴的外周侧中部一体成型有凸台；所述阻尼轴的外周侧一体成型有两个阻尼端子；两个所述阻尼端子分别位于凸台两侧；所述盖片和阻尼轴通过装配销孔和阻尼轴中部凸台进行固定连接；所述盖片和阻尼轴固定连接后通过阻尼端子与偏圆式阻尼孔进行旋转连接。
通过采用上述技术方案，本申请具有矫治周期短，装配便利的优点，且轻质化设计佩戴体感舒适。
优选的，所述是采用球形钛合金金属粉末制备而成；所述球形钛合金金属粉末是采用等离子求球化或者气雾化的方法制备而成；所述球形钛合金金属粉末的粉末粒度＜45um，氧含量＜2000ppm，粉末流动性＞10g/min。
通过采用上述技术方案，可保证本申请的质量，便于生产制备所得成品的质量稳定性。
优选的，所述球形钛合金金属粉末的粉末粒度：D90＜30um，D50：8-14um。
通过优化球形钛合金金属粉末，可进一步保证本申请的质量，便于生产制备所得成品的质量稳定性。
第二方面，本申请提供的一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置的近终成形制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：
一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置的近终成形制备方法，包括以步骤：
步骤一，采用等离子求球化或者气雾化的方法制备球形钛合金金属粉末；
步骤二，混炼造粒，得注射成型喂料；
步骤三，近净成形，将步骤二中所得注射成型喂料置于粉末注射成型机中，在60～180MPa注射压力和160～200℃的注射温度条件下，注射于三维设计尺寸放大比例为1.15-1.19的模具，模具温度控制在90-120℃，冷却成形，得毛坯；
步骤四，催化脱脂；
步骤五，热脱脂和烧结，得半成品；
步骤六，表面处理，对半成品进行粗抛、精抛，去除毛刺；
步骤七，组装，得成品。
通过采用上述技术方案，本申请的制备方法可大幅减少原材料的消耗和加工成本，生产效率高，外观质量优异，经济可行性强，用户评价高。
优选的，所述步骤二，混炼造粒的的具体操作为，将步骤一中制备的球形钛合金金属粉末和低氧高性能粘结剂以质量比6-7:3-4进行预混，真空吸塑包装，混炼过程中采将真空塑封预包原料进行批次投料于捏合机中，在流动惰性气体的保护和170-180℃的条件进行60-120min的混炼，挤出，制成注射成型喂料。
通过采用上述技术方案，便于进行混炼造粒同时保证本申请的质量和质量稳定性。
优选的，所述低氧高性能粘结剂主要是由主要组元、骨架剂、相容剂、润滑剂、分散剂制备而成；所述主要组元为带有的R’-O-共聚单体与三聚甲醛共聚制得的共聚甲醛，数均分子量为2-4万；所述骨架剂为聚烯烃PP或HDPE；所述相容剂为马来酸酐接枝丙烯酸-聚烯烃极性聚合物；所述润滑剂为具有超支化结构类CBT树脂聚合物；所述分散剂为带有极性基团的低分子脂肪酸。
通过采用上述技术方案，便于进行混炼造粒和脱脂处理，同时生产效率同时保证本申请的质量和质量稳定性。
优选的，所述步骤四中的催化脱脂的具体操作为，将步骤三中的毛坯置于在乙二酸浓度为0.006-0.015mol/L的氮气或氩气气氛中，于120℃-140℃温度下，进行2-8小时脱脂处理。
通过采用上述技术方案，可保证本申请的质量和质量稳定性。
优选的，所述步骤五中的热脱脂和烧结的具体操作为，将步骤四中完成脱脂的毛坯置于石墨真空炉中，以4-10℃/min的升温速率，升温至500-800℃，保温60-180min，并通入流量5-40L/min的氩气进行热脱脂，热脱脂完成后转入高真空金属烧结炉中，以4-10℃/min升温速率，升温至1200-1400℃，保温60-2400min，自然冷却至室温。
通过采用上述技术方案，可保证本申请的质量和质量稳定性。
综上所述，本申请具有以下优点：
1、本申请具有轻质化、生物相容好、耐蚀性好、无致敏性及无毒性金属元素且结构表达性好，矫治周期短，装配便利的优点。
2、本申请可快速组装，矫治治疗周期内翻盖便利，可极大缩短手术时间。
3、本申请在矫治周期内，口腔环境条件中无镍、铬等金属离子释放，无生物毒性，不易导致过敏反应。
4、本申请的制备方法可大幅减少原材料的消耗和加工成本，生产效率高，外观质量优异，经济可行性强，用户评价高。
附图说明
图1是本申请中实施例1中偏圆式阻尼托槽体的结构示意图。
图2是本申请中实施例1中盖片的结构示意图。
图3是本申请中实施例1中阻尼轴的结构示意图。
图中，010、偏圆式阻尼托槽体；011、弓丝沟；012、结扎翼；013、粘结板；014、偏圆式阻尼孔；020、盖片；021、旋转臂；022、装配销孔；030、阻尼轴；031、凸台；032、阻尼端子。
具体实施方式
以下结合附图1-3和实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
Figure BDA0003453755800000041
制备例
制备例1
本制备例中选择的是D50＝12.8微米，D90为28微米，振实密度2.8g/cm3、氧含量1340ppm的纯钛金属粉末。
制备例2
球形钛合金金属粉末的配料表，参见表1：
表1是球形钛合金金属粉末的配料表
名称 质量/g
合金元素Ti 835
合金元素Mn 30
合金元素Mo 40
合金元素Zr 30
合金元素Nb 60
合金元素Cu 5
球形钛合金金属粉末的制备方法：
按配比称量Mn、Mo、Zr、Nb、Cu、Ti，混合得预合金粉，通过气雾化方法制备得到D50＝18.2微米，D90为33.0微米，振实密度3.2g/cm3、氧含量1170ppm的球形钛合金金属粉末。
制备例3
球形钛合金金属粉末的配料表，参见表2：
表2是球形钛合金金属粉末的配料表
名称 质量/g
合金元素Ti 780
合金元素Mn 30
合金元素Mo 40
合金元素Zr 80
合金元素Nb 60
合金元素Cu 10
球形钛合金金属粉末的制备方法：
按配比称量Mn、Mo、Zr、Nb、Cu、Ti，混合得预合金粉，通过气雾化方法制备得到D50＝12.7微米，D90为28.8微米，振实密度3.4g/cm3、氧含量1240ppm的球形钛合金金属粉末。
制备例4
制备例4与制备例3的区别在于：球形钛合金金属粉末的制备方法：
按配比称量Mn、Mo、Zr、Nb、Cu、Ti，混合得预合金粉，通过气雾化方法制备得到D50＝17.7微米，D90为35.6微米，振实密度3.6g/cm3、氧含量1550ppm的球形钛合金金属粉末。
制备例5
球形钛合金金属粉末的配料表，参见表3：
表3是球形钛合金金属粉末的配料表
名称 质量/g
合金元素Ti 750
合金元素Mn 50
合金元素Mo 60
合金元素Zr 50
合金元素Nb 80
合金元素Cu 10
球形钛合金金属粉末的制备方法：
按配比称量Mn、Mo、Zr、Nb、Cu、Ti，混合得预合金粉，通过气雾化方法制备得到D50＝13.2微米，D90为29.6微米，振实密度3.4g/cm3、氧含量1360ppm的球形钛合金金属粉末。
制备例6
低氧高性能粘结剂的的配料表，参见表4：
表4是低氧高性能粘结剂的的配料表
名称 质量/g
共聚甲醛POM，M90-44，注塑级，品牌：日本宝理 840
新加坡聚烯烃PP AW564，牌号AW564，注塑级 85
相容剂EVA，美国杜邦30E783马来酸酐接枝EVA，模塑级 35
PETS塑料润滑剂，型号BRD-PETS 20
分散剂硬脂酸，CAS：57-11-4，品牌：绿宝 20
抗氧化剂B900 15
低氧高性能粘结剂的制备方法，按配比计量共聚甲醛、聚烯烃PP、马来酸酐接枝丙烯酸-聚烯烃极性聚合物、具有超支化结构类CBT树脂聚合物、带有极性基团的低分子脂肪酸和抗氧化剂B900，以400rpm混合10min，得低氧高性能粘结剂。
实施例
实施例1
参照图1，为本申请公开的一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置，包括偏圆式阻尼托槽体010、阻尼轴030、盖片020。偏圆式阻尼托槽体010中部一体成型有弓丝沟011，偏圆式阻尼托槽体010的两侧一体成型有四个结扎翼012。偏圆式阻尼托槽体010底部一体成型有粘结板013。单侧的两个结扎翼012一体成型有偏圆式阻尼孔014。
参照图2，轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置还包括盖片020，盖片020上一体成型有旋转臂021，旋转臂021一体成型有装配销孔022。
参照图3，轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置还包括阻尼轴030，阻尼轴030的外周侧中部一体成型有凸台031。阻尼轴030的外周侧一体成型有两个阻尼端子032。两个阻尼端子032分别位于凸台031两侧。盖片020和阻尼轴030通过装配销孔022和阻尼轴030中部凸台031进行固定连接。盖片020和阻尼轴030固定连接后通过阻尼端子032与偏圆式阻尼孔014进行旋转连接。
一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置及其近终成形制备方法，包括以下步骤：
步骤一，通过等离子求球化方法制备得到球形钛合金金属粉末，具体制备方法参见制备例2；
步骤二，混炼造粒，将步骤一中制备的球形钛合金金属粉末和制备例6中的低氧高性能粘结剂以质量比7:3进行预混，真空吸塑包装，混炼过程中采将真空塑封预包原料进行批次投料于捏合机中，在流动惰性气体的保护和175℃的条件进行30min的混炼，挤出，制成注射成型喂料；
步骤三，近净成形，将步骤一中所得合金粒料置于粉末注射成型机中，在80MPa注射压力和180℃的注射温度条件下，注射于三维设计尺寸放大比例为1.16的模具，模具温度控制在100℃，保压时间：10s，冷却时间：8s，冷却成形；
步骤四，催化脱脂，在乙二酸浓度为0.0012mol/L的氮气或氩气气氛中，于130℃温度下，进行6小时脱脂处理，得毛坯；
步骤五，热脱脂和烧结，将步骤四中完成脱脂的毛坯置于石墨真空炉中，以6℃/min的升温速率，升温至600℃，保温180min，并通入流量20L/min的氩气进行热脱脂，热脱脂完成后转入高真空金属烧结炉中，以6℃/min升温速率，升温至1240℃，保温180min，自然冷却至室温，得半成品；
步骤六，表面处理，对半成品进行粗抛和精抛，去除毛刺，提高表面光洁度；
步骤起，组装，得成品轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在：采用制备例3中的球形钛合金金属粉末制备轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在：采用制备例4中的球形钛合金金属粉末制备轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在：采用制备例5中的球形钛合金金属粉末制备轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置。
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在：采用17-4PH不锈钢金属粉末制备阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置。17-4PH不锈钢金属粉是由0.04％的C、0.60％的Si、0.16％的O、0.28％的Mn、16.0％的Cr、4.31％的Ni、3.30％的Cu、0.27％的Nb，余量为Fe。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在：采用制备例1中的纯钛金属粉末制备轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置。
性能检测试验
检测方法/试验方法
1、耐蚀性能测试：按照GB5938—86《轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法》进行测试人工模拟盐雾环境试验。人工模拟盐雾环境试验是利用一种具有一定容积空间的试验设备——盐雾试验箱，在其容积空间内用人工的方法，造成盐雾环境来对产品的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。它与天然环境相比，其盐雾环境的氯化物的盐浓度，可以是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍，使腐蚀速度大大提高，对产品进行盐雾试验，得出结果的时间也大大缩短。如在天然暴露环境下对某产品样品进行试验，待其腐蚀可能要1年，而在人工模拟盐雾环境条件下试验，只要24小时，即可得到相似的结果。。
2、生物相容性测试：按照IS0 10993生物相容性测试(医疗器械生物学评价)进行测试。测试包括IS0 10993生物相容性测试第5部分：ISO10993-5体外细胞毒性试验和第10部分:ISO10993-10刺激与皮肤致敏试验。
3、密度测试：按照GB/T 1423-1996贵金属及其合金密度的测试方法的进行测试。
4、合金化学成分分析：按照GB/T 223.10-1991钢铁及合金化学分析方法进行测试。
数据分析
表5是实施例1-4和对比例1-2的测试参数
密度g/cm3 耐蚀性能/h
实施例1 4.38 96h无变化
实施例2 4.38 96h无变化
实施例3 4.39 96h无变化
实施例4 4.38 96h无变化
对比例1 4.45 24h无变化，48h出现表面轻微腐蚀
对比例2 4.36 96h无变化
表6是实施例1-4和对比例1-2的医疗器械生物学评价
体外细胞毒性试验 刺激与皮肤致敏试验
实施例1 77 None
实施例2 76 None
实施例3 77 None
实施例4 76 None
对比例1 79 None
对比例2 75 None
表7是实施例1-4和对比例2的合金化学成分分析
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例2
合金元素C，％ 0.05 0.04 0.05 0.04 0.03
合金元素O，％ 0.165 0.14 0.18 0.15 0.16
合金元素Ti，％ 余量 余量 余量 余量 99.3
合金元素Mn，％ 3.01 3.00 3.01 5.01 /
合金元素Mo，％ 4.02 4.01 3.99 5.99 /
合金元素Zr，％ 2.99 7.99 8.00 5.01 /
合金元素Nb，％ 6.01 6.01 6.00 8.01 /
合金元素Cu，％ 0.51 1.00 0.99 0.99 /
结合实施例1-4和对比例1-2并结合表5可以看出，本申请具有较好的耐蚀性好，可达96h无变化。而17-4PH不锈钢制备的成品耐蚀性好为24h无变化，48h出现表面轻微腐蚀。实施例1-2的耐蚀性与对比例2的耐蚀性相近，因此，采用本申请制备的牙齿矫正器，不仅具有良好的耐腐蚀性能且成本相对较低。
结合实施例1-4和对比例1-2并结合表6可以看出，本申请具有较好的生物相容好，符合IS0 10993生物相容性测试(医疗器械生物学评价)的要求。
综上所述，本申请具有轻质化、生物相容好、耐蚀性好、无致敏性及无毒性金属元素且结构表达性好，矫治周期短，装配便利的优点。本申请在矫治周期内，口腔环境条件中无镍、铬等金属离子释放，无生物毒性，不易导致过敏反应。本申请可快速组装，矫治治疗周期内翻盖便利，可极大缩短手术时间。本申请的制备方法可大幅减少原材料的消耗和加工成本，生产效率高，外观质量优异，经济可行性强，用户评价高。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置的近终成形制备方法，其特征在于：是由以下质量百分比的合金元素组成：<0.1%的C、<0.2%的O、3-8%的Mn、4-12%的Mo、3-8%的Zr、6-20%的Nb、0.5-2%的Cu、余量为Ti；所述轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置包括偏圆式阻尼托槽体（010）、阻尼轴（030）、盖片（020）；所述偏圆式阻尼托槽体（010）中部一体成型有弓丝沟（011）；所述偏圆式阻尼托槽体（010）的两侧一体成型有四个结扎翼（012）；所述偏圆式阻尼托槽体（010）底部一体成型有粘结板（013）；单侧的两个所述结扎翼（012）一体成型有偏圆式阻尼孔（014）；所述盖片（020）上一体成型有旋转臂（021），所述旋转臂（021）一体成型有装配销孔（022）；所述阻尼轴（030）的外周侧中部一体成型有凸台（031）；所述阻尼轴（030）的外周侧一体成型有两个阻尼端子（032）；两个所述阻尼端子（032）分别位于凸台（031）两侧；所述盖片（020）和阻尼轴（030）通过装配销孔（022）和阻尼轴（030）中部凸台（031）进行固定连接；所述盖片（020）和阻尼轴（030）固定连接后通过阻尼端子（032）与偏圆式阻尼孔（014）进行旋转连接；所述轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置是采用球形钛合金金属粉末制备而成；所述球形钛合金金属粉末是采用等离子求球化或者气雾化的方法制备而成；所述球形钛合金金属粉末的粉末粒度＜45um，氧含量＜2000ppm，粉末流动性＞10g/min；所述球形钛合金金属粉末的粉末粒度：D90＜30um，D50：8-14umm；轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置的近终成形制备方法，包括以下步骤：
步骤一，采用等离子求球化或者气雾化的方法制备球形钛合金金属粉末；
步骤二，混炼造粒，混炼造粒的具体操作为，将步骤一中制备的球形钛合金金属粉末和低氧高性能粘结剂以质量比6-7:3-4进行预混，真空吸塑包装，混炼过程中采将真空塑封预包原料进行批次投料于捏合机中，在流动惰性气体的保护和170-180℃的条件进行60-120min的混炼，挤出，制成注射成型喂料，得注射成型喂料；
步骤三，近净成形，将步骤二中所得注射成型喂料置于粉末注射成型机中，在60～180MPa注射压力和160～200℃的注射温度条件下，注射于三维设计尺寸放大比例为1.15-1.19的模具，模具温度控制在90-120℃，冷却成形，得毛坯；
步骤四，催化脱脂，催化脱脂的具体操作为，将步骤三中的毛坯置于在乙二酸浓度为0.006-0.015mol/L的氮气或氩气气氛中，于120℃-140℃温度下，进行2-8小时脱脂处理；
步骤五，热脱脂和烧结，热脱脂和烧结的具体操作为，将步骤四中完成脱脂的毛坯置于石墨真空炉中，以4-10℃/min的升温速率，升温至500-800℃，保温60-180min，并通入流量5-40L/min的氩气进行热脱脂，热脱脂完成后转入高真空金属烧结炉中，以4-10℃/min升温速率，升温至1200-1400℃，保温60-2400min，自然冷却至室温，得半成品；
步骤六，表面处理，对半成品进行粗抛、精抛，去除毛刺；
步骤七，组装，得成品。
2.根据权利要求1所述的一种轻质化阻尼式翻盖自锁正畸矫治装置的近终成形制备方法，其特征在于：所述低氧高性能粘结剂主要是由主要组元、骨架剂、相容剂、润滑剂、分散剂制备而成；所述主要组元为共聚甲醛POM，数均分子量为2-4万；所述骨架剂为聚烯烃PP或HDPE；所述相容剂为马来酸酐接枝丙烯酸-聚烯烃极性聚合物；所述润滑剂为具有超支化结构类CBT树脂聚合物；所述分散剂为带有极性基团的低分子脂肪酸。
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