CN115227436A - 3d打印牙模清洗方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印牙模清洗方法及系统，属于3D打印技术领域。该清洗方法包括离心阶段和水冲洗阶段，在离心阶段，将3D打印后的模型置于离心机中进行离心，离心时间为90～150s，使得牙模表面超过95％的树脂被分离，牙模表面附着的树脂厚度小于0.2mm；在水冲洗阶段，离心后使用去离子水对牙模表面冲洗120～180s，其中，水温为48～53℃，水压为1.8～2.2Mpa。清洗系统包括离心装置和冲洗装置，以实现本发明的清洗方法。本发明利用水作为清洗液，避免了使用酒精等传统有机溶剂作为清洗液进行清洗的危险。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印牙模清洗方法及系统。
背景技术
牙模(牙颌模型)的制造是隐形牙齿矫治器生产过程中的重要工序，而牙模的清洁度直接影响后续的隐形牙齿矫治器的制作。牙模是通过3D打印方式制作的，由于3D打印的牙模取出后仍然会有很多光敏树脂粘连，特别是在温度较低的情况下，树脂的粘性更大，因此牙模在压膜之前必须要清理干净。传统的牙模清洗方法为将牙模放置到超声波清洗机并加入浓度为95％的酒精或有毒化学清洗液，这些方法虽然能清洗干净但是较危险，高浓度的酒精在本身就易燃易爆、超声波在振动的过程中是产生温度的，高浓度酒精十分危险，清洗液(微毒)会造成污染环境。
发明内容
技术问题：本发明提供一种不适用酒精等有机清洗溶液的安全的3D打印牙模清洗方法及系统。
技术方案：为了实现上述目的，本发明首先提出了一种3D打印牙模清洗方法，包括：
(1)离心阶段
将3D打印后的模型置于离心机中进行离心，离心时间为90～150s，使得牙模表面超过95％的树脂被分离，牙模表面附着的树脂厚度小于0.2mm；
(2)水冲洗阶段
离心后使用去离子水对牙模表面冲洗120～180s，其中，水温为48～53℃，水压为1.8～2.2Mpa。
优选的，所述水冲洗阶段，使用去离子水对牙模表面冲洗120s，其中水温为50℃，水压为2Mpa。
进一步地，所述水冲洗阶段分为4个子阶段：
子阶段I：沿近似垂直于牙齿上表面方向，向下冲洗；
子阶段II：沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度方向，对内侧牙龈进行冲洗；
子阶段III：沿与外侧牙龈的法平面呈第二范围角度方向，对外侧牙龈进行冲洗；
子阶段IV：沿近似垂直于牙齿上表面方向，向下冲洗。
优选的，4个所述子阶段，其中子阶段I冲洗15～22s；子阶段II冲洗15～22s；子阶段III冲洗15～22s；子阶段IV冲洗15～22s；4个子阶段循环2～3次。
为了利用上述方法对3D打印牙模进行清洗，本发明提供一种用于实现所述的3D打印牙模清洗方法的清洗系统，其特征在于，包括：
离心装置，用于对3D打印出来的牙模进行离心，离心时间为90～150s，使得牙模表面超过95％的树脂被分离，牙模表面附着的树脂厚度小于0.2mm；
冲洗装置，所述冲洗装置包括供水单元、控制单元和喷淋单元；所述控制单元与供水单元连接，供水单元与喷淋单元连接，控制单元控制供水单元向喷淋单元供水，并以水温48～53℃，水压1.8～2.2Mpa的等离子水对离心后的牙模冲洗120～180s。
进一步地，所述喷淋单元包括沿着第一方向依次设置的第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头，其中所述第一喷头沿近似垂直于牙齿上表面方向，对牙模向下进行冲洗；
所述第二喷头沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度方向，对内侧牙龈进行冲洗；
所述第三喷头沿与外侧牙龈的法平面呈第二范围角度方向，对外侧牙龈进行冲洗；
所述第四喷头沿近似垂直于牙齿上表面方向，对牙模向下进行冲洗。
进一步地，所述供水单元包括水箱、潜水泵和供水管路，所述供水管路上设置有过滤器和压力表；所述水箱中设置有若干个加热器、温度传感器和液位传感器。
进一步地，所述控制单元包括PLC控制器，所述温度传感器和液位传感器与PLC控制器连接，所述加热器通过电力调整器与PLC控制器连接；
温度传感器实时检测水箱中水的温度，并将温度信号发送给PLC控制器，PLC控制器根据接收到的温度信号，向电力调整器发送控制指令，通过电力调整器调整供给加热器的电压，使得加热器在对水进行加热时，从初始温度到目标温度过程中，温度梯度逐渐较小，逐渐趋近为0。
进一步地，所述冲洗装置还包括物料输送线，所述物料输送线设置在喷淋装置下方，所述物料输送线上设置有对射传感器，所述物料输送线和对射传感器与PLC控制器连接，所述物料输送线下方设置有漏斗，所述漏斗可将冲洗牙模后的水回收进入水箱。
进一步地，所述喷淋单元至少为两个，两个喷淋单元沿着第一方向依次设置。
本发明首先利用离心甩掉牙模表面超过95％的树脂，进行回收再利用，然后利用去离子水对牙模在适当水温、适当水压的条件下进行冲洗。相当于现有技术，避免了使用酒精等相对危险的清洗溶剂，降低了牙模清洗过程的危险性。
所提出的清洗系统，可以利用所提出的清洗方法对3D打印牙模进行冲洗的自动化，有效地提高了清洗效率，便于自动化生产。
附图说明
图1为牙模的示意图(第一视角)；
图2为牙模的示意图(第二视角)；
图3为沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度方向的示意图；
图4为沿与外侧牙龈的法平面呈第二范围角度方向的示意图；
图5为冲洗装置的立体结构图；
图6为图5中A处的局部放大图；
图7为冲洗装置的立体结构图(带壳)；
图8为冲洗装置的正视图；
图9为水箱的结构图(第一视角)；
图10为水箱的结构图(第二视角)；
图11为控制原理图；
图12为传统温度加热曲线示意图；
图13为本发明中的温度加热曲线示意图；
图14为喷淋单元示意图。
图中有：100、冲洗装置；110、供水单元；111、水箱；112、潜水泵；113、供水管路；114、加热器；115、液位传感器；116、温度传感器；117、漏斗；118、压力表；119、第一阀门；120、喷淋单元；121、第一喷头；122、第二喷头；123、第三喷头；124、第四喷头；130、物料输送线；131、对射传感器；140、机架；141、外壳；142、支撑架；150、进水管道；151、第二阀门；160、PLC控制器；161、电力调整器；170、第一方向；180、第一范围角度；190、第二范围角度；200、牙模。
具体实施方式
实施例1：一种3D打印牙模清洗方法
本实施中的3D打印牙模清洗方法，按照如下步骤进行：
(1)离心阶段
将3D打印后的模型置于离心机中进行离心，离心时间为2min，使得牙模表面超过95％的树脂被分离，牙模表面附着的树脂厚度小于0.2mm。
(2)水冲洗阶段
离心后使用去离子水对牙模表面冲洗2min，其中，水温50℃，水压2Mpa。该阶段中，4个子阶段循环两次进行，其中：
子阶段I：沿近似垂直于牙齿上表面方向，向下冲洗，冲洗时间为15s；
子阶段II：沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度180方向，对内侧牙龈进行冲洗，冲洗时间为15s；
子阶段III：沿与外侧牙龈的法平面呈第二范围角度方向，对外侧牙龈进行冲洗，冲洗时间为15s；
子阶段IV：沿近似垂直于牙齿上表面方向，向下冲洗，冲洗时间为15s。
如图1和图2示出了牙模200的结构示意图；图3示出了沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度180方向的示意图，其中第一范围角度180是以内侧牙龈的法平面为中心，向两侧各延展约60°行程的角度范围；图4出了沿与内侧牙龈的法平面呈第二范围角度190方向的示意图，其中第二范围角度190是以内侧牙龈的法平面为中心，向两侧各延展约75°行程的角度范围。在进行内侧牙龈冲洗时，理论上，水流与牙龈的切平面垂直是最理想的，此时作用在牙龈上的冲击力会保持最大，但由于牙龈并不是理想的平面，因此在实际生产中，也难以维持与牙龈的切平面保持垂直。因此在本发明中，仅要求水流与法平面的角度落在相应的角度范围内即可。采用上述的冲洗方式，是因为牙模的结构不规则，必须从不同角度进行冲洗，而且为了实现自动化的牙模清洗工艺。
检查清洗后的牙模质量，符合工艺要求。
实施例2-8：一种3D打印牙模的清洗方法
实施例2-8分别为一种3D打印牙模的清洗方法，其与实施例1的步骤相同，区别在于技术参数不同，实施例2-8的技术参数如下表：
经过检验，利用上述实施例中的清洗方法，清洗的牙模均符合工艺要求。
本发明中，提供了利用水进行牙模清洗的方法，摒弃了现有采用酒精或者其他有机溶剂进行清洗的工艺，降低了牙模清洗过程中的风险。
3D打印出的牙模表面附着有大量的未固化树脂，这些未固化的树脂厚度通常达到1mm，由于树脂接近液态，会从牙模上向下流动。现有的清洗方法中，是将3D打印后的牙模置于95％的酒精溶液或者其他有机溶剂中，将未固化的树脂溶解，从而达到清洗的目的。但是通过这种方式，溶解与酒精溶液中难以回收利用，而树脂的价格较贵，这种方式造成了树脂的大量浪费，增加了企业成本。因此在本发明的实施例中，通过离心的方式，将大部分多余的树脂甩出，然后回收利用。同时，通过离心的方式，使得牙模表面附着的树脂厚度降低，便于后面的高压冲洗步骤。并且通过大量的实验表明，如果不经过离心操作，即使采用更高的水压，冲洗更长的时间，也很难将牙模表面的树脂冲洗干净。
将水温控制在48～53℃时，是为了降低树脂的粘性，从而更便于将树脂冲洗下。3D打印牙模采用的光敏树脂，在光敏树脂在30度以上的时候黏性在260CPS，其黏度较低，易于冲洗；但如果水温控制在30℃，此时虽然无需将水温度加热到很高，即可以清洗，但30℃左右时，粘性并未达到一个比较理想的程度，而且，此时利用此温度的水清洗，不易洗去树脂内的水溶性杂质，并且带有较大的乙醇味。本申请中，采用48～53℃的去离子水，此时光敏树脂的粘性进一步降低，并且在此温度范围下，容易洗去树脂内的水溶性杂质和乙醇味。
水压控制在1.8～2.2Mpa，因为3D打印刚完成的牙模，本身尚未完全固化，如果压力过大，容易导致在冲洗过程中，将牙模冲洗变形，而水压过小，不容易将树脂冲下。
实施例9：一种3D打印牙模清洗系统
本实施例中，提供一种3D打印牙模清洗系统，用于根据上述实施例中所公开的3D打印牙模清洗方法对3D打印的牙模进行清洗。该清洗系统包括离心装置和冲洗装置100，其中离心装置可以为现有的用于3D打印树脂分离的离心机，在本发明中就不再具体说明其结构，可以理解为本领域技术人员公知的设备。在该系统中，离心装置的主要作用是对3D打印出来的牙模进行离心，离心时间为90～150s，使得牙模表面超过95％的树脂被分离，牙模表面附着的树脂厚度小于0.2mm。冲洗装置100用于对离心后的牙模进行冲洗，图5-8中示出了冲洗装置100的结构。
在本发明的实施例中，冲洗装置100的主要部件可以设置在机架140上，或者依托机架140进行设置，冲洗装置100包括供水单元110、喷淋单元120和控制单元，其中控制单元在图中并未在机械结构图中未示出。供水单元110包括水箱111、潜水泵112和供水管路113，潜水泵112通过供水管路113将水箱111中的水送到喷淋单元120，通过喷淋的方式，将高压水冲洗到牙模上，以实现对牙模的冲洗。在本发明的实施例中，喷淋单元120可以利用支撑架142设置在机架140上，然后将牙模置于喷淋单元120下，实现冲洗。
如图9和图10所示，在水箱111中，设置有加热器114、液位传感器115和温度传感器116，加热器114可以用于对水箱111中的水进行加热，将水加热到设定的温度，然后再通过潜水泵112输出。温度传感器116可以用于对水箱111中的水温进行实时监测；液位传感器115可以采用浮球传感器，用于对水箱111中的液位进行监测，在液位降低时，可以通过进水管道150及时向水箱111中注水。
控制单元可以包括PLC控制器160，如图11所示，潜水泵112、温度传感器116、液位传感器115和加热器114均与PLC控制器160连接。在本发明中，加热器114与PLC控制器160之间设置有电力调整器161。温度传感器116实时监测水箱111中水的温度，并将温度信号传输给PLC控制器160，PLC控制器160根据水温，控制加热器是否对水进行加热。
由于在牙模清洗的过程中，需要对水温进行严格的控制，必须使水温保持在设定的温度范围内，然而通常对水进行加热时，是直接控制加热器开启和关闭，当达到水温要求时，关闭加热器停止加热；当低于温度要求时，启动加热器进行加热。在这种控制方式下，温度与时间的曲线如图12所示，此时，温度与时间的曲线接近于一次函数，也是就温度变化率基本保持不变。但是采用这种温度控制曲线对水进行加热时，水温变化会过于迅速。由于加热器在停止后，其本身还具有较高的温度，还依然会对水箱中的水继续进行加热，这样即使在切断加热器后，水温依然会继续上升，从而超过设定的温度范围，进而影响对牙模的冲洗。
为了改变上述的问题，在本申请中，采用如图13所示的温度控制曲线，进行加热控制。在进行加热时，从初始温度到目标温度过程中，温度梯度逐渐较小，逐渐趋近为0。也就是说，温度变化率和变化量逐渐减小，最终趋近于0。通过这种方式，使得水温在设定温度范围内不会剧烈的变化，而且，到达设定温度范围后，也不会在因为加热器的余热造成水温继续升高。
因此，为了实现上述的目的，本申请中，在加热器114与PLC控制器160之间设置了电力调整器161。在进行加热时，PLC控制器将控制指令发送给电力调整器161，电力调整器161根据控制指令，调节加热器的电压，使得加热器可以按照如图13所示的控制曲线对水进行加热。从而保证水温能够在设定温度范围内保持稳定，进而保障牙模的清洗质量。
进一步地，在供水管路113上设置有压力表118，可以在潜水泵112为喷淋单元120供水时，监控水压。
在本发明的实施例中，喷淋单元120包括沿着第一方向170依次设置的第一喷头121、第二喷头122、第三喷头123和第四喷头124，从而可以实现所提出的清洗方法中按照四个子阶段对牙模进行冲洗的步骤。其中，第一方向170为图5中所示的X方向，当在自动化的清洗线上时，该方向可以是牙模的物料传输方向。并且在本发明的实施例中，第一喷头121、第二喷头122、第三喷头123和第四喷头124也不局限于一个，例如第一喷头121可以是一排多个喷头，第二喷头122、第三喷头123和第四喷头124也同样如此。
通过设置第一至第四喷头，可以实现冲洗阶段的4个子阶段的冲洗过程。如图14中，第一喷头121沿近似垂直于牙齿上表面方向，对牙模向下进行冲洗；第二喷头122沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度方向，对内侧牙龈进行冲洗；第三喷头123沿与外侧牙龈的法平面呈第二范围角度方向，对外侧牙龈进行冲洗；第四喷头124沿近似垂直于牙齿上表面方向，对牙模向下进行冲洗。为了实现上述的目的，如图14所示，第一喷头121竖直设置，第二喷头122与水平方向呈α角设置，第三喷头123与水平方向呈β角设置，第四喷头124竖直设置，对于α角和β角的设置，可以根据不同批次牙模的特点进行调整，以便于满足四个子冲洗阶段。
进一步地，在本发明的实施例中，可以沿着第一方向170设置至少两个喷淋单元120，从而可以实现冲洗阶段的循环，以便将牙模冲洗的更加干净。
此外，为了便于工厂中对牙模的自动化清洗，在本发明的实施例中，冲洗装置100还包括物料输送线130，其中物料输送线可以直接设置在机架140上，并位于喷淋单元120的下方。物料输送线130与PLC控制器160连接，由PLC控制器控制其输送速度。牙模置于物料输送线130上，沿第一方向170运行，当牙模运动到相应的喷头下方时，实现相应阶段的牙模冲洗动作。
在物料输送线的下方，设置有漏斗117，可以承接冲洗牙模后的水，洗牙模后的水经过漏斗回流到水箱111中，使得水可以循环利用。为了便于水循环，在供水管路上设置有过滤器114，潜水泵将水箱中的水送入过滤器，进过滤器过滤后，进入喷淋单元，防止水中的树脂堵塞喷淋单元。
在物料输送线上，设置有对射传感器131，当牙模放置在物料输送线上后，对射传感器131检测到牙模后，启动水箱中的加热器，开始对水箱中的去离子水进行加热，加热完成后，潜水泵将水箱中的水送入喷淋单元，物料输送线带着牙模向前运动，然后经过喷淋单元，完成各阶段的冲洗。
此外，在本发明的实施例中，供水管路上还设置有第一阀门119，以便于控制供水管路的开闭。在进水管道150上设置有第二阀门151，便于控制进水管道的开闭。在机架上设置有外壳141，放置在清洗过程中，水流溅射到外部，造成浪费。
所提出的上述系统，利用所提出的3D打印牙模清洗方法对牙模进行清洗，实现了以水作为清洗介质的牙模清洗工艺的自动化，提高了清洗效率。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种3D打印牙模清洗方法，其特征在于，包括：
(1)离心阶段
将3D打印后的模型置于离心机中进行离心，离心时间为90～150s，使得牙模表面超过95％的树脂被分离，牙模表面附着的树脂厚度小于0.2mm；
(2)水冲洗阶段
离心后使用去离子水对牙模表面冲洗120～180s，其中，水温为48～53℃，水压为1.8～2.2Mpa。
2.根据权利要求1所述的3D打印牙模清洗方法，其特征在于，所述水冲洗阶段，使用去离子水对牙模表面冲洗120s，其中水温为50℃，水压为2Mpa。
3.根据权利要求1所述的3D打印牙模清洗方法，其特征在于，所述水冲洗阶段分为4个子阶段：
子阶段I：沿近似垂直于牙齿上表面方向，向下冲洗；
子阶段II：沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度方向，对内侧牙龈进行冲洗；
子阶段III：沿与外侧牙龈的法平面呈第二范围角度方向，对外侧牙龈进行冲洗；
子阶段IV：沿近似垂直于牙齿上表面方向，向下冲洗。
4.根据权利要求3所述的3D打印牙模清洗方法，其特征在于，4个所述子阶段，其中子阶段I冲洗15～22s；子阶段II冲洗15～22s；子阶段III冲洗15～22s；子阶段IV冲洗15～22s；4个子阶段循环2～3次。
5.一种用于实现权利要求1-4任一项所述的3D打印牙模清洗方法的清洗系统，其特征在于，包括：
离心装置，用于对3D打印出来的牙模进行离心，离心时间为90～150s，使得牙模表面超过95％的树脂被分离，牙模表面附着的树脂厚度小于0.2mm；
冲洗装置，所述冲洗装置包括供水单元、控制单元和喷淋单元；所述控制单元与供水单元连接，供水单元与喷淋单元连接，控制单元控制供水单元向喷淋单元供水，并以水温48～53℃，水压1.8～2.2Mpa的等离子水对离心后的牙模冲洗120～180s。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述喷淋单元包括沿着第一方向依次设置的第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头，其中所述第一喷头沿近似垂直于牙齿上表面方向，对牙模向下进行冲洗；
所述第二喷头沿与内侧牙龈的法平面呈第一范围角度方向，对内侧牙龈进行冲洗；
所述第三喷头沿与外侧牙龈的法平面呈第二范围角度方向，对外侧牙龈进行冲洗；
所述第四喷头沿近似垂直于牙齿上表面方向，对牙模向下进行冲洗。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述供水单元包括水箱、潜水泵和供水管路，所述供水管路上设置有过滤器和压力表；所述水箱中设置有若干个加热器、温度传感器和液位传感器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括PLC控制器，所述温度传感器和液位传感器与PLC控制器连接，所述加热器通过电力调整器与PLC控制器连接；
温度传感器实时检测水箱中水的温度，并将温度信号发送给PLC控制器，PLC控制器根据接收到的温度信号，向电力调整器发送控制指令，通过电力调整器调整供给加热器的电压，使得加热器在对水进行加热时，从初始温度到目标温度过程中，温度梯度逐渐较小，逐渐趋近为0。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冲洗装置还包括物料输送线，所述物料输送线设置在喷淋装置下方，所述物料输送线上设置有对射传感器，所述物料输送线和对射传感器与PLC控制器连接，所述物料输送线下方设置有漏斗，所述漏斗可将冲洗牙模后的水回收进入水箱。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述喷淋单元至少为两个，两个喷淋单元沿着第一方向依次设置。
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