CN207561999U - 用于牙科增材制造的支撑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及口腔修复领域，公开了一种用于牙科增材制造的支撑结构。该用于增材制造的支撑结构包括位于上部的树形支撑部和位于下部的薄片网格支撑部；所述树形支撑部包括与薄片网格支撑部相连接的树干和位于树干上的树枝；所述薄片网格支撑部为由薄片构成的网格状结构。本专利具有以下优势(1)网格状结构可以很好的保证支撑强度；(2)支撑上部采用树形细杆，方便后续去除；(3)支撑下部采用阶梯形的网格状，一定程度上节约了粉末用量。(4)该薄片网格状支撑结构尤其适用于精细化程度很高、自由曲面很多的零件。

Description

用于牙科增材制造的支撑结构

技术领域

本实用新型涉及口腔修复领域，尤其是一种用于牙科增材制造的支撑结构。

背景技术

口腔修复，主要是针对牙齿缺损、牙齿缺失后，采用人工制作的牙科修复体所进行的治疗工作。其中，牙科修复体零件的质量对于口腔修复的效果起到极为关键的作用。传统的牙科修复体通常采用铸造和切削工艺进行制造，但是，随着生活水平的提高，铸造和切削工艺生产的口腔修复零件已难以满足患者日益增高的要求。

3D打印是增材制造的别称，能够成型复杂形状零件、成型精度高、节约材料，具有复杂物品成型的成本优势，其通过重建设计三维数字化模型，采用离散材料逐层累加原理制造实体零件，几乎可以完成任意形状的制造，让整个制造过程真正实现了智能化与数字化。在口腔修复领域，3D打印技术可以满足个性化、复杂化、高难度、精细化、定制化的高要求，弥补传统铸造和切削工艺的不足，因而3D打印技术已经越来越成熟地运用于口腔修复领域，成为了数字化口腔加工不可或缺的新兴技术。

在3D打印成型零件时，悬垂面都需要添加支撑结构，支撑结构对于成型零件的质量影响非常大。如果没有支撑结构，在表面张力的作用下零件容易发生粘粉、刮渣等现象，还会由于热应力影响发生翘曲变形，因此3D打印工艺均要求在成型零件的悬垂面添加支撑，保证成型的顺利进行。现有的支撑结构包括各种点支撑、线支撑、树形支撑、网状支撑、锥形支撑、块状支撑等，这些支撑结构各有优缺点。支撑结构的选择要遵循几个原则：(1)有一定的强度，能支撑成型零件，不会在热应力的作用下发生断裂；(2)在加工结束后可以快速、方便地去除支撑结构；(3)去除支撑结构时不会损坏零件；(4)支撑结构所使用的材料尽可能少，提高经济性。

公告号为CN 206509516 U的中国实用新型专利公开了一种树形支撑结构，该支撑结构的树枝部分呈轴对称结构，并且均为圆柱形。但圆柱形的树枝不但增大了与零件的接触面积，而且因圆柱的直径较粗且一致，在去除支撑结构时树枝不易折断，或未在预定部位折断，容易对零件造成损伤，也增加了后续的零件表面处理。

公布号为CN 106180708 A的中国发明专利申请公开了一种可控多孔网状支撑结构，该支撑为多个细杆状的正八面体结构，但细杆状结构的支撑，太细了容易断裂，太粗了支撑也难以去除，且粉末耗费量大。

申请人前期的研究工作，申请号为2017111132094的中国专利公开了一种树形支撑结构，在保证支撑强度的同时，可以减少支撑结构的底部占用面积，因而提高了支撑用粉的经济性。这种支撑具有普遍适用性，但在口腔修复领域，几乎都是精细化程度很高、自由曲面很多的零件，该类支撑难以直接用于制作口腔修复体，且粉末耗费量较大。因而针对牙科修复领域，迫切需要开发更适宜的支撑结构。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于精细化程度很高、自由曲面很多的牙科金属修复体的增材制造支撑结构，其在保证支撑强度的同时，可以最大限度的减少粉末使用量，降低生产成本，且该支撑后期非常容易去除，去除支撑时不会损坏修复体的精细面。

本实用新型公开的用于牙科增材制造的支撑结构，包括位于上部的树形支撑部和位于下部的薄片网格支撑部；所述树形支撑部包括与薄片网格支撑部相连接的树干和位于树干上的树枝；所述薄片网格支撑部为由薄片构成的网格状结构。

优选地，单根树干上连接有1～3根树枝。

优选地，单根树干上连接有1根树枝，所述树干与树枝为一体的杆状结构。

优选地，所述树干为圆柱形结构，树干直径为0.5～2mm，高度为2～5mm。

优选地，所述薄片网格支撑部包括平行于第一竖向平面的第一方向层面和平行于第二竖直平面的第二方向层面，所述第一方向层面与第二方向层面均为薄片构成的网状层面结构且第一方向层面与第二方向层面相互交叉构成立体网格结构。

优选地，所述第一竖向平面与第二竖直平面之间的夹角大于75°。

优选地，所述第一方向层面与第二方向层面上的薄片均包括第一方向薄片、第二方向薄片和第三方向薄片，所述第一方向薄片垂直于水平面，所述第二方向薄片与第一方向薄片的夹角α为30～60°，所述第三方向薄片与第二方向薄片以第一方向薄片为对称轴对称分布。

优选地，第一方向层面交叉连接于第二方向层面的第一方向薄片上；所述第二方向层面交叉连接于第一方向层面的第一方向薄片上。

优选地，相邻第一方向层面间距以及相邻第二方向层面间距均为1.5～5mm，相邻第一方向薄片间距为1.5～5mm。

优选地，所述薄片的宽度为0.2～5mm，厚度0.1～1mm。

优选地，所述薄片网格支撑部由下至上呈逐渐减小的阶梯状分布。

本实用新型的有益效果是：(1)网格状结构可以很好的保证支撑强度；(2)支撑上部采用树形细杆，方便后续去除；(3)支撑下部采用阶梯形的网格状，进一步节约了粉末用量。(4)该薄片网格状支撑结构尤其适用于精细化程度很高、自由曲面很多的零件。

附图说明

图1是本实用新型的支撑结构的示意图；

图2为图1的仰视图。

附图标记：树形支撑部1，树干11，树枝12，薄片网格支撑部2，第一方向薄片21，第二方向薄片22，第三方向薄片23，第一方向层面24，第二方向层面25，悬垂面3，相邻第一方向层面间距W1，相邻第二方向层面间距W2，相邻第一方向薄片间距D1，相邻第二方向薄片间距D2，相邻第二方向薄片间距D3，第二方向薄片与第一方向薄片的夹角α。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图所示，本实用新型公开的用于牙科增材制造的支撑结构，包括位于上部的树形支撑部1和位于下部的薄片网格支撑部2；所述树形支撑部1包括与薄片网格支撑部2相连接的树干11和位于树干11上的树枝12；所述薄片网格支撑部2为由薄片构成的网格状结构。

该支撑结构的通过上部的树形支撑部1的树枝12与成型零件相接触，对成型零件的悬垂面3实现支撑，树干11主要起到支撑树枝12的作用，下部的薄片网格支撑部2是由薄片构成的网格状结构，在保证支撑强度的同时，很大程度上节约了增材制造的粉末用量。在综合考虑其性能与粉末用量的条件下，所述薄片的宽度为0.2～5mm，厚度0.1～1mm，而其长度则根据悬垂面3距离基板的高度而定。

上部树形支撑部1中，单根树干11上可以连接一根树枝12也可以连接多根树枝12，具体根据所要支撑的悬垂面3而定，通常单根树干11上连接有1～3根树枝12。当单根树干11上仅连接有1根树枝12，则树干11与树枝12一体，实际即为一根杆状结构。树干11可以采用方形、圆柱形或者圆锥形等等。其中以圆柱形效果最佳，此时，其直径通常为0.5～2mm，高度为2～5mm。

下部的薄片网格支撑部2需要保证稳定的支撑能力，其采用了薄片作为基础组件。就薄片本身的结构性能来讲，其在与其平行的方向上的受力性能较佳，而在与其垂直的方向上受力性能则很差。为了克服这一问题，所述薄片网格支撑部2包括平行于第一竖向平面的第一方向层面24和平行于第二竖直平面的第二方向层面25，所述第一方向层面24与第二方向层面25均为薄片构成的网状层面结构且第一方向层面24与第二方向层面25相互交叉构成立体网格结构，即需要保证第一竖向平面与第二竖直平面之间的夹角大于0°。如此第一竖向平面与第二竖直平面上的薄片就能形成互补关系，使得整体受力性能提升。而实际上，要使第一竖向平面与第二竖直平面达到较佳的互补状态，需要第一竖向平面与第二竖直平面之间具有较大的夹角，通常需要其大于75°，而最优的则为90°。

层面之间形成稳定的结构后，还需要层面本身具有较佳的受力性能。因此，作为优选方式，所述第一方向层面24与第二方向层面25上的薄片均包括第一方向薄片21、第二方向薄片22和第三方向薄片23，所述第一方向薄片21垂直于水平面，所述第二方向薄片22与第一方向薄片21的夹角α为30～60°，所述第三方向薄片23与第二方向薄片22以第一方向薄片21为对称轴对称分布，则第三方向薄片23与第一方向薄片21的夹角同样是30～60°。其中，最优方式为，第二方向薄片22和第三方向薄片23同第一方向薄片21的夹角均为45°。通过此三方向薄片的配合，即可使得层面在其平行方向上达到最佳的强度，再配合两方向层面的交叉结构，使得整个薄片网格支撑部2形成牢固的体系。层面之间的间距以及薄片之间的间距，可根据其需求的支撑强度而定。强度要求低，可以一定幅度地放大间距；强度要求高，则缩小间距，一般而言，相邻第一方向层面24间距W1以及相邻第二方向层面25间距W2均为1.5～5mm，相邻第一方向薄片21间距D1为1.5～5mm，第三方向薄片23与第二方向薄片22以第一方向薄片21为对称轴对称分布，则相邻第二方向薄片22间距D2以及相邻第三方向薄片23的间距D3均为D1/sinα。

此外，第一方向层面24与第二方向层面25相互连接的牢固程度也会对网格的整体强度造成影响，两者的连接面积越大，整体的稳定性就越强。因此，为了最大限度地提升第一方向层面24与第二方向层面25相互连接的稳定性，第一方向层面24交叉连接于第二方向层面25的第一方向薄片21上；所述第二方向层面25交叉连接于第一方向层面24的第一方向薄片21上。换句话说，第一方向层面24与第二方向层面25的交叉连接位置均位于第一方向薄片21上，使第一方向薄片21构成两个层面及整个网格紧密结合的节点，而由于第一方向薄片21是竖向设置的，因而又可以提供最大的交叉连接面积，进而形成更为牢固的网格体系。

下部的薄片网格支撑部2的最主要作用是为上部的树形支撑部1提供支点，因此，只要保证其能够对上部需要设置树干11的位置实现支撑即可，在此基础上，为了进一步减少粉末用量，所述薄片网格支撑部2由下至上呈逐渐减小的阶梯状分布。

下面以打印牙科支架为例，采用激光选区熔化方式进行打印，将本专利的支撑结构与现有最常用的块状支撑的粉末消耗量进行对比。

其中实施例1～3的牙科支架规格相同，实施例4～6的牙科支架规格相同，本专利的支撑结构中，第一方向层面24与第二方向层面25的夹角为90°，第一方向薄片21与水平面垂直，第二方向薄片22和第二方向薄片22与第一方向薄片21的夹角均为45°，树形支撑部1的树干及树枝的尺寸根据所要支撑的悬垂面设计。

在同一实施例中在采用了本专利的支撑结构打印的同时，又采用了现有的块状支撑打印出同一规格的牙科支架。两者的粉末消耗量对比如下。

通过以上对比可知，采用本专利的支撑结构相比与现有的块状支撑可以节约大约30％以上的粉末，将其运用与实际生产可以较大幅度地降低生产成本。

Claims (11)

1.用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：包括位于上部的树形支撑部(1)和位于下部的薄片网格支撑部(2)；所述树形支撑部(1)包括与薄片网格支撑部(2)相连接的树干(11)和位于树干(11)上的树枝(12)；所述薄片网格支撑部(2)为由薄片构成的网格状结构。

2.如权利要求1所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：单根树干(11)上连接有1～3根树枝(12)。

3.如权利要求2所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：单根树干(11)上连接有1根树枝(12)，所述树干(11)与树枝(12)为一体的杆状结构。

4.如权利要求1、2或3所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：所述树干(11)为圆柱形结构，树干(11)直径为0.5～2mm，高度为2～5mm。

5.权利要求1所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：所述薄片网格支撑部(2)包括平行于第一竖向平面的第一方向层面(24)和平行于第二竖直平面的第二方向层面(25)，所述第一方向层面(24)与第二方向层面(25)均为薄片构成的网状层面结构且第一方向层面(24)与第二方向层面(25)相互交叉构成立体网格结构。

6.如权利要求5所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：所述第一竖向平面与第二竖直平面之间的夹角大于75°。

7.如权利要求5所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：所述第一方向层面(24)与第二方向层面(25)上的薄片均包括第一方向薄片(21)、第二方向薄片(22)和第三方向薄片(23)，所述第一方向薄片(21)垂直于水平面，所述第二方向薄片(22)与第一方向薄片(21)的夹角为30～60°，所述第三方向薄片(23)与第二方向薄片(22)以第一方向薄片(21)为对称轴对称分布。

8.如权利要求7所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：所述第一方向层面(24)交叉连接于第二方向层面(25)的第一方向薄片(21)上；所述第二方向层面(25)交叉连接于第一方向层面(24)的第一方向薄片(21)上。

9.如权利要求7或8所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：相邻第一方向层面(24)间距以及相邻第二方向层面(25)间距均为1.5～5mm，相邻第一方向薄片(21)间距均为1.5～5mm。

10.如权利要求1所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：所述薄片的宽度为0.2～5mm，厚度0.1～1mm。

11.如权利要求1所述的用于牙科增材制造的支撑结构，其特征在于：所述薄片网格支撑部(2)由下至上呈逐渐减小的阶梯状分布。