CN116158879A - 牙科用物体、其制备方法和计算机程序 - Google Patents

牙科用物体、其制备方法和计算机程序 Download PDF

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Abstract

本发明涉及牙科用物体、其制备方法和计算机程序。制造牙科用物体(100)的方法包括以下步骤：制造(S101)在牙科用物体(100)上的柱状支撑结构(101)；和制造(S102)用于加固支撑结构(101)的格状结构(103)。

Description

牙科用物体、其制备方法和计算机程序
技术领域
本发明涉及一种制造牙科用物体的方法以及牙科用物体。
背景技术
在增材制造工艺中，成功制造所述牙科用物体通常需要所谓的支撑结构。这些支撑结构是在制备过程中由机器制造的，例如由FDM(熔融沉积建模)、SLA(立体光刻设备)或SLS(选择性激光烧结)打印机。由于在此过程中的逐层制造，工件的某些区域由这种附加的支撑结构支撑。
所谓的柱通常用作支撑机构以为待制造的牙科用物体提供局部支撑。然而，这样提供的稳定性较低。还使用了格状结构。然而，这需要高材料成本。
发明内容
本发明的技术任务是在制造期间使用支撑结构来支撑牙科用物体，所述支撑结构一方面提供高稳定性，另一方面可以在低材料投入的情况下实现。
通过根据本发明的物体完成了该技术任务。
根据第一方面，通过制造牙科用物体的方法完成了技术任务，该方法包括如下步骤：在牙科用物体上制造柱状支撑结构；并制造用于加固支撑结构的格状结构。格状结构可以由支撑结构之间或之上的附加竖直和倾斜撑杆或者支撑结构之间和之上的倾斜撑杆制造。这种组合的支撑结构具有如下技术优势：其具有高稳定性，并且可以在低材料投入的情况下制造。
在该方法的一个技术上有利的实施方式中，将格状结构布置为与所述支撑结构侧向邻接。这具有例如如下技术优势：柱状支撑结构可以在一侧被特别地加固并且进一步减少材料投入。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，将格状结构布置在支撑结构周围。这提供了例如如下技术优势：柱状支撑结构在所有侧面都得到加固。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，将支撑结构布置在格状结构上。这提供了例如如下技术优势：柱状支撑结构的一部分可以用格状结构代替，从而提高了稳定性。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，格状结构由三角形结构、四边形结构、五边形结构和/或六边形结构中的至少一种制成。这提供了例如如下技术优势：使用了特别稳定的格状结构。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，将支撑结构整合到格状结构中。这提供了例如如下技术优势：进一步降低了材料投入。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，支撑结构至少部分地用格状结构代替。这还提供了例如如下技术优势：进一步降低了材料投入。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，在若干支撑结构之间制造格状结构，诸如利用在支撑结构之间形成的撑杆。这还提供了例如如下技术优势：实现了格状结构的高度稳定性并降低了材料投入。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，格状结构的竖直柱通过斜向的或偏斜的撑杆连接。格状结构可以形成金字塔形。这还提供了例如如下技术优势：实现了格状结构的高稳定性。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，一个、两个或更多个倾斜的撑杆连接至支撑结构，从而制造格状结构。这还提供了例如如下技术优势：实现了格状结构的高稳定性。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，将倾斜的撑杆连接至支撑结构以制造格状结构。格状结构可以部分地代替支撑结构。这还提供了例如如下技术优势：实现了格状结构的高稳定性。
在该方法的另一个技术上有利的实施方式中，牙科用物体、支撑结构和/或格状结构利用3D打印工艺制造。这还提供了例如如下技术优势：牙科用物体、支撑结构和/或格状结构可以以简单且快速的方式制造。
根据第二方面，通过牙科用物体完成了技术任务，该牙科用物体包括：在牙科用物体上的柱状支撑结构；和用于加固支撑结构的格状结构。该牙科用物体实现了与根据第一方面的方法相同的技术优势。
在牙科用物体的一个技术上有利的实施方式中，将格状结构布置为与所述支撑结构侧向邻接。这还提供了例如如下技术优势：柱状支撑结构可以在一侧被特别地加固并且进一步降低材料投入。
在牙科用物体的另一个技术上有利的实施方式中，格状结构布置为围绕支撑结构。这还提供了例如如下技术优势：柱状支撑结构在所有侧面都得到加固。
在牙科用物体的另一个技术上有利的实施方式中，支撑结构布置在格状结构上。这还提供了例如如下技术优势：柱状支撑结构的一部分可以用格状结构代替，从而提高了稳定性。
在牙科用物体的另一个技术上有利的实施方式中，格状结构包括三角形结构、四边形结构、五边形结构和六边形结构中的至少一种。
根据第三方面，通过一种计算机程序完成技术任务，该计算机程序包括使3D打印装置执行根据第一方面的方法步骤的指令。该计算机程序实现了与根据第一方面的方法相同的技术优势。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序包括使3D打印装置执行根据第一方面的方法步骤的指令。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序包括使3D打印装置执行根据第一方面的方法步骤的指令。
附图说明
本发明的示例性实施例方式在附图中示出并且在下文中更详细地描述，其中：
图1示出具有和不具有柱状支撑结构的牙科用物体的结构的示意图；
图2示出具有由格状结构加固的柱状支撑结构的牙科用物体的结构的示意图；
图3示出具有由格状结构加固的柱状支撑结构的牙科用物体的结构的另一示意图；
图4示出具有由格状结构加固的柱状支撑结构的牙科用物体的结构的另一示意图；
图5示出具有由格状结构加固的柱状支撑结构的牙科用物体的结构的另一示意图；
图6示出具有由格状结构加固的柱状支撑结构的牙科用物体的结构的另一示意图；
图7示出具有由格状结构加固的柱状支撑结构的牙科用物体的结构的另一示意图；以及
图8示出用于制造牙科用物体的方法的框图。
具体实施方式
图1示出具有和不具有柱状支撑结构101的牙科用物体100的制造过程中的状态的示意图。
例如，牙科用物体100是牙科修复体，诸如牙冠、牙桥、贴面、桥基、嵌体或高嵌体。
牙科用物体100是采用增材制造工艺(诸如3D打印工艺)逐层制造的。在左侧，完成了约三分之一的层，在中间，完成了三分之二的层，在右侧，完成了牙科用物体100的所有层。在该工艺中，构建平台从上移动到带有材料的槽中。对于逐层构建，使用数字光处理(DLP)从下方进行曝光。没有支撑结构101的制造工艺可导致自由悬浮的几何结构105和牙科用物体100(上图)的制造中的错误。相比之下，具有支撑结构101的制造工艺未导致自由悬浮的有缺陷的几何结构105(下)。具有支撑结构101的制造工艺对于获得牙科用物体100的正确几何结构而言通常是必要的。根据制造过程，除了重量，其他力诸如张力和剪切力作用于牙科用物体100或支撑结构101。
图2示出具有柱状支撑结构101的牙科用物体100的结构的示意图，该柱状支撑结构101由另外的格状结构103加固。支撑结构101和/或格状结构103布置在构建平台109上并且从构建平台109朝向牙科用物体100延伸。支撑结构101可以以桥状的形式在牙科用物体100和构建平台109之间延伸。支撑结构101通常具有2至100mm的长度和0.5至3mm的直径。
另外的格状结构103提高了支撑结构101对剪切力的抵抗力，而无需使用显著更多的材料。例如，与参考平面分离的这些剪切力发生在过程的经典DLP(数字光处理)工艺中。格状结构103由竖直撑杆111形成，竖直撑杆111由斜向的或偏斜的撑杆113连接。竖直撑杆111平行于柱状支撑结构101。例如，竖直撑杆111不在构建平台109和牙科用物体100之间延伸，或者竖直撑杆111与其相距一段距离。斜向的或偏斜的撑杆113支撑竖直撑杆111使之相互支撑。
柱状支撑结构101的直径可以小于、等于或大于竖直撑杆111的直径。竖直撑杆111可以布置成三角形结构、四边形结构、五边形结构和/或六边形结构。
柱状支撑结构101、竖直或斜向或偏斜的撑杆111或113的横截面可以是圆形的、方形的或椭圆形的。通常，也可以使用其他横截面形状。支撑结构101可以在与牙科用物体100接合的成角度的顶端115上具有支撑头115。支撑头115用作支撑结构101与牙科用物体100之间的界面(接合部)。
支撑头115是待支撑的牙科用物体100的点与支撑结构101之间的唯一接触点。界面应选择为在不会有损于连接的稳定性和强度的情况下尽可能小。理想地，支撑头115以垂直角度突出至牙科用物体100的表面。支撑头115包括三个元件，即头锥、头顶球或半球以及头后球。这些元件的大小可以用一组参数确定。
柱状支撑结构101通过动态形成的和局部受限的格状结构103来加固。格状结构103提高了柱状或柱形支撑结构101的稳定性。相比于大范围格状结构103，柱状支撑结构101与另外的局部格状结构103的组合使得材料消耗更少。格状结构103可以只设置在支撑结构101周围的预定区域内。同时，实现了比仅具有柱状支撑结构101更高的稳定性。
在左上方的结构中，只使用了柱状支撑结构101，而没有进一步的格状结构103。在右上方，除柱状支撑结构101外，还使用了大范围格状结构103。
在左下方，柱状支撑结构101通过侧向的格状结构103选择性地侧向扩展或补充。在右下方，柱状支撑结构101被格状结构103部分地代替。在此，仅保留与牙科用物体100建立连接的那部分柱状支撑结构101。牙科用物体100和支撑结构101之间连接的几何形状可以自由选择，不必竖直对齐。
为了确保尽可能各向同性的行为，可以相应地选择形成的格状结构103，诸如在支撑结构101周围均匀布置等边三角形。以这种方式，可以实现一种静态确定的结构，该结构可以在使用最少的材料的情况下最佳地承受过程力。
图3示出具有柱状支撑结构101的牙科用物体100的结构的另一示意图，该柱状支撑结构101由格状结构103加固。
上文示出了一种补充结构，其中柱状支撑结构101由格状结构103补充。左侧示出补充结构的侧视图，右侧示出补充结构的顶视图。柱状支撑结构101整合到格状结构103中。为此，格状结构103的竖直撑杆111通过斜向或偏斜的撑杆113连接至柱状支撑结构101。
下图是柱状支撑结构101被格状结构103部分地代替的替换结构。左侧示出替换结构的侧视图，右侧示出替换结构的顶视图。格状结构103的竖直撑杆111围绕柱状支撑结构101布置成等边三角形107。
柱状支撑结构101和格状结构103是使用增材制造工艺制造的，因而可以容易地整合入制造工艺中。
支撑结构101和格状结构103的数字化实施可以在软件系统中实现。该软件系统进而可以整合到制造工艺中，而制造工艺又可以安排到更高级别的工艺诸如装配中。由于用于增材制造的机器可以接受任何有效的几何信息，因此不需要特殊的结构措施来整合入制造工艺中。用于工艺整合的调整仅限于软件系统。
图4示出具有柱状支撑结构101的牙科用物体100的结构的另一示意图，该柱状支撑结构101由格状结构103加固。在该实施方式中，格构结构103通过竖直撑杆111构建在两个或更多个支撑结构101之间，撑杆113从竖直撑杆111延伸到支撑结构101从而形成框架。
图5示出具有柱状支撑结构101的牙科用物体100的结构的另一示意图，该柱状支撑结构101由格状结构103加固。在该实施方式中，格状结构103只通过若干支撑结构101之间的撑杆113制造。
图6示出具有柱状支撑结构101的牙科用物体100的结构的另一示意图，该柱状支撑结构101由格状结构103加固。在该实施方式中，两个或更多个倾斜撑杆117连接至支撑结构101从而形成格状结构103。倾斜撑杆117会聚到共同的交叉点。
倾斜撑杆117还彼此连接并且连接至支撑结构101，通过横向倾斜撑杆113。格状结构103具有多边形或棱锥形状，侧向布置在支撑结构101上或围绕支撑结构101布置。
图7示出具有柱状支撑结构101的牙科用物体100的结构的另一示意图，该柱状支撑结构101由格状结构103加固。在该实施方式中，多个倾斜撑杆117连接至支撑结构101从而形成格状结构103。倾斜撑杆117还彼此连接并且连接至支撑结构101，通过横向倾斜撑杆113。格状结构103具有多边形或棱锥形状并且部分地代替支撑结构101。
图8示出制造牙科用物体100的方法的框图。该方法包括制造在牙科用物体100上的柱状支撑结构101的步骤S101。柱状支撑结构101产生在如下区域：待制造的牙科用物体100与构建平台109之间的距离最小，即具有局部最小值的区域。可以利用算法通过分析牙科用物体100的三维形状来获得最小值的位置。首先，为此利用算法确定所有局部最小值。
当牙科用物体100的表面轮廓相对于构建平台109的行进方向低于预定角度诸如45°时，则形成另外的柱状支撑结构101。在这种情况下，从最小值侧向延伸的表面由另外的柱状支撑结构101额外支撑。如果牙科用物体100的表面轮廓相对于构建平台109的行进方向高于预定角度，则不需要添加额外的支撑结构101。
为此，分析哪些三角形属于相同的悬垂结构。接下来，确定悬垂结构的三角形面积。如果其超过预定尺寸，则添加另外的柱状支撑结构101以支撑悬垂结构。
该方法还包括步骤S102：制造用于加固支撑结构101的格状结构103。格状结构103补充或围绕支撑结构101或部分地代替支撑结构101。该方法制造具有高稳定性的支撑结构并且可以使用少量材料制造。
结合本发明的各个实施方式解释和示出的所有特征可以以不同的组合提供在本发明的主题中，以便同时实现它们的有益效果。
所有方法步骤都可以通过适合于执行相应方法步骤的装置来实施。主题特征执行的全部功能都可以是方法的方法步骤。
本发明的保护范围由权利要求书限定，并且不受说明书中解释的或附图中示出的特征限制。
附图标记
100 牙科用物体
101 支撑结构
103 格状结构
105 自由悬浮几何结构
107 三角形
109 构建平台
111 竖直撑杆
113 斜向的或偏斜的撑杆
115 呈角度的顶端
117撑杆。

Claims (15)

1.一种制造牙科用物体(100)的方法，包括以下步骤：
-制造(S101)在所述牙科用物体(100)上的柱状支撑结构(101)；和
-制造(S102)用于加固所述支撑结构(101)的格状结构(103)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述格状结构(103)布置为与所述支撑结构(101)侧向邻接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述格状结构(103)布置为围绕所述支撑结构(101)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述支撑结构(101)布置在所述格状结构(103)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述格状结构(103)由三角形结构、四边形结构、五边形结构以及六边形结构中的至少一种制造。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述支撑结构(101)整合到所述格状结构(103)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述支撑结构(101)至少部分地被所述格状结构(103)代替。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述格状结构(103)的竖直撑杆(111)通过斜向的或偏斜的撑杆(113)连接，或者斜向的或偏斜的撑杆(113,117)布置在所述支撑结构(101)上或布置在所述支撑结构(101)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述牙科用物体(100)、所述支撑结构(101)和/或所述格状结构(103)通过3D打印工艺制造。
10.一种牙科用物体(100)，包括：
-在所述牙科用物体(100)上的柱状支撑结构(101)；和
-用于加固所述支撑结构(101)的格状结构(103)。
11.根据权利要求10所述的牙科用物体(100)，其中所述格状结构(103)布置为与所述支撑结构(101)侧向邻接。
12.根据权利要求10或11所述的牙科用物体(100)，其中所述格状结构(103)布置为围绕所述支撑结构(101)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的牙科用物体(100)，其中所述支撑结构(101)布置在所述格状结构(103)上。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的牙科用物体(100)，其中所述格状结构(103)包括三角形结构、四边形结构、五边形结构以及六边形结构中的至少一种。
15.计算机程序，包括使3D打印装置执行权利要求1至9中任一项的方法步骤的指令。
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