CN213249866U

CN213249866U - 牙科铣削工具

Info

Publication number: CN213249866U
Application number: CN201990000442.2U
Authority: CN
Inventors: 吴婉君; 格雷厄姆·汉伯瑞
Original assignee: Prima Dental Products Co ltd
Current assignee: Prima Dental Products Co ltd
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2029-05-03
Also published as: US11633257B2; GB2573524A; WO2019215431A1; US20190365502A1; US20230240797A1; GB201807472D0; JP2021520234A; GB2573524B

Abstract

本实用新型提供了一种在牙修复体制作过程中铣削牙科材料的牙科铣削工具(10)。牙科铣削工具是具有三个螺旋槽(20)的球头立铣刀，每个槽连有切削刃，每个切削刃具有沿球的弯曲边缘的断屑器(30)。牙科铣削工具由硬质材料制成，该硬质材料例如碳化物基材料、陶瓷、金属陶瓷、超硬材料(包括聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN))以及金刚石复合材料。或者，牙科铣削工具可涂覆有硬质涂层，例如金刚石涂层、类金刚石碳(DLC)、氮化物基涂层(例如氮化铝钛(TiAlN)、氮化钛铝(AlTiN)和氮化钛(TiN))和陶瓷涂层。

Description

牙科铣削工具

技术领域

本实用新型涉及一种牙科铣削工具，特别是涉及一种能够铣削牙科材料(例如氧化锆(处于预烧结状态)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和树脂基牙科材料)的牙科铣削工具。

背景技术

在牙科中，经常需要在部分地取出牙齿后替换牙齿的一部分，或者如果牙齿无法修复，则替换取出的牙齿。部分替换物包括牙冠、嵌体(inlay)和高嵌体(onlay)，且应尽可能紧密地与牙齿的原始形状匹配。通常，将整个替换齿安装到植入颌骨中的植入物上，且应尽可能紧密地安装在植入物上。下文将这些替换物(部分和整个)称为“牙修复体(dentalprosthesis)”。

过去，此种牙修复体由牙科技师手工制作。由于牙修复体制作需要花费一些时间，因此通常不可能在单次牙科预约中完成牙齿部分的替换。而是，在第一次预约中，将收集有关所需牙修复体的形状的信息(通常需要牙医给患者的牙齿取印模)。然后将制作牙修复体，在第二次预约中安装牙修复体。整个过程很耗时。

最近，使用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)技术对此过程进行了改进。使用口腔内扫描仪扫描患者的牙列，生成数字模型，然后使用数字模型详细说明要设计和制作的必需牙修复体。然后可由牙科上可接受的材料(例如氧化锆)制成牙修复体。制作牙修复体的此步骤通常涉及在牙科计算机数字控制(CNC)机器(例如日本Roland DG供应的机器)中使用牙科铣削工具将牙修复体铣削或磨削成设计的CAD数字模型。如果由氧化锆加工牙修复体，则对铣削后的牙修复体进行烧结以达到其全致密。

牙科上可接受的材料(例如氧化锆)是磨料，因此，用于加工牙修复体的牙科铣削工具会受到磨损。许多因素会影响牙修复体的准确度，例如机床主轴、工具架、程序、铣削工具等。对于铣削工具，所生产的牙科修复体的准确度在很大程度上取决于工具的精度，以及加工牙科材料时的工具耐磨性(特别是磨料磨损)。耐磨性较高的牙科铣削工具将具有更长的工具寿命，且不需要像耐磨性较低的牙科铣削工具那样频繁地更换。

实用新型内容

根据本实用新型的第一方面，提供了一种在牙修复体制作过程中铣削牙科材料的牙科铣削工具，其中：牙科铣削工具为具有三个螺旋槽的球头立铣刀(ball-nose endmill)，每个槽连有切削刃，每个切削刃沿球的弯曲边缘具有断屑器；以及牙科铣削工具由硬质材料制成，例如碳化物基材料、陶瓷、金属陶瓷、超硬材料(包括聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN))以及金刚石复合材料。

据发现，工具几何结构和工具材料的此种组合使得工具的工具寿命更长。此外，在切削刃上使用断屑器使得切削力降低(从而增加工具寿命)，还改善了工具性能的一致性。

在工具上使用硬质涂层也可提高工具寿命。因此，根据本实用新型的第二方面，提供了一种在制作牙修复体过程中铣削牙科材料的牙科铣削工具，其中：牙科铣削工具为具有三个螺旋槽的球头立铣刀，每个槽均连有切削刃，每个切削刃沿球的弯曲边缘具有断屑器；以及该牙科铣削工具涂覆有硬质涂层，例如金刚石涂层、类金刚石碳(DLC)、氮化物基涂层(例如氮化铝钛(TiAlN)、氮化钛铝(AlTiN)和氮化钛(TiN))和陶瓷涂层。

螺旋槽的螺旋角可为任何所需的值。不过，据发现，螺旋角为10°至50°特别适合于牙科铣削工具；因此，在一个优选形式中，螺旋槽的螺旋角为10°至50°。在一个特别优选的形式中，螺旋角为35°。

螺旋角可沿着槽变化，或者可沿着槽恒定。

为改善性能，工具可具有前角(rake angle)；在一个优选形式中，前角为5°至20°。

类似地，工具可具有后角(relief angle)；在一个优选形式中，后角为10°至25°。

断屑器可以任何合适的方式提供。在一个优选形式中，断屑器沿球的弯曲切削刃形成为凹口。

附图说明

现在将仅通过举例的方式并参考附图来描述本实用新型的一个优选实施方式，其中：

图1是根据本实用新型的牙科铣削工具的侧视图，示出了螺旋角；

图2是放大的图1的牙科铣削工具的尖端的侧视图，示出了断屑器；

图3是图1的牙科铣削工具的横断面视图，示出了工具的后角和前角；以及

图4是现有技术工具上的缺口损坏的视图。

具体实施方式

图1至3所示的牙科铣削工具10适合用于CAD/CAM牙科。特别地，在烧结氧化锆以产生牙修复体之前，可基于CAD模型使用该工具将氧化锆牙科材料铣削成适合的牙修复体形状。该工具为球头立铣刀，球头的头部直径可为0.3mm至8mm。牙科铣削中最常用的工具的头部直径为0.3mm、0.6mm、0.7mm、1mm、2mm和2.5mm。

设置有多个螺旋槽20，以允许通过与槽相连的切削刃将从工件上去除的材料屑从工件上移开。在本实用新型中，如图3所示，存在三个槽20(以及三个切削刃)。螺旋角θ影响切削过程中产生的切削力，对于牙科铣削工具，螺旋角θ应为10°至50°。特别优选螺旋角为35°。螺旋角θ可沿着槽恒定，或者可沿着槽变化。槽的螺旋可为左手螺旋或右手螺旋。

如图3所示，工具在切削刃处的前角γ为5°至20°。每个切削刃还具有如图3所示的后角α，后角α优选为10°至25°。工具还可具有多个后角。

牙科铣削工具还使用断屑器30(图2中最清楚地示出)。断屑器用于切削工具上，以确保从工件上去除的材料以小块被去除，而非一个连续的块(称为“切屑”)；当在没有断屑器的情况下铣削PMMA材料时，经常会看到此种切屑。长的切屑有时会引起问题(例如，缠绕切削工具或工件)，因此需要将连续的切屑打碎以避免此类问题。

铣削氧化锆通常会产生粉尘而不是连续的切屑，因此可以预期，在切削氧化锆时，在牙科铣削工具上使用断屑器几乎不会产生任何益处(如果有)。不过，令人惊奇地发现，至少在切削氧化锆期间，使用断屑器可减小切削方向上的切削力。切削力减小意味着切削工件的阻力变小，而此种阻力的减小使得工具的磨损率减小。因此，将需要更长的时间来使工具磨损至不可接受的水平，工具将具有更长的工具寿命。

在图1至3的工具中，断屑器30形成为沿着球的弯曲切削刃排列的一系列凹口(宽度为w，深度为d，夹角为Φ)，如图2中最好地显示。

在一个具体实例中，使用如图1至3所示的牙科铣削工具(具有三个槽和断屑器，球头直径为2mm)铣削氧化锆牙科材料。牙科铣削工具由无涂层碳化物基材料形成。还使用类似的现有技术的牙科铣削工具铣削氧化锆牙科材料，该牙科铣削工具具有两个槽、无断屑器，球头直径为2mm，由无涂层碳化物基材料形成。测量并比较切削方向上的切削力。

使用5轴Spinner U5-620切削机测试每种工具，使用Kistler测力计测量切削力。切削条件如下：

速度：19,900转/分钟

进给速度：2,100mm/分钟

轴向切深：1.0mm

径向切深：0.71mm

在这些条件下，图1至3所示的牙科铣削工具测得的平均切削力比现有技术的牙科铣削工具测得的切削力低46％(0.43N，相比于0.80N)。由于工具的几何结构，特别是断屑器的设置，使得此种性质的切削力的减小将倾向于增加工具的使用寿命。

使用断屑器的另一个有利效果是，工具之间测得的切削力更为一致；换言之，如果使用断屑器，工具之间的切削力的变化更小。

为说明该点，使用5轴Spinner U5-620切削机测试了三种不同类型的工具，如前所述，使用Kistler测力计测量切削力。所测试的三种工具是：(i)图1至3所示的牙科铣削工具，其具有三个槽和断屑器，球头直径为2mm，具有金刚石涂层；(ii)现有技术的牙科铣削工具，其具有两个槽，无断屑器，球头直径为2mm，具有金刚石涂层；以及(iii)现有技术的牙科铣削工具，其具有三个槽，无断屑器，球头直径为2mm，具有金刚石涂层。

每种工具测试几个，记录每种工具测得的最大切削力和最小切削力。然后，用这些最大和最小切削力计算每种类型的工具的力偏差(即，每种类型工具记录的最大切削力与每种类型工具记录的最小切削力之差)。

所测得的力偏差如下：

类型(i)：0.56N

类型(ii)：0.71N

类型(iii)：0.77N

因此，提供断屑器可减小工具之间的力偏差，使得工具的性能更一致和更可预测。

通过增加工具基材的硬度或通过用比基材硬的涂层来涂覆工具，可进一步降低工具的磨损率，特别是磨料磨损(从而进一步增加工具寿命)。这可通过使用硬质材料或超硬材料形成工具(“硬质基材”工具)，或通过用硬质涂层或超硬涂层涂覆工具(“硬质涂层”工具)来实现。

合适的工具基材材料包括但不限于硬质材料(例如碳化物基材料、陶瓷、金属陶瓷)和超硬材料(例如聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN))。

合适的工具涂层包括但不限于金刚石涂层、类金刚石碳(DLC)、氮化物基涂层(例如氮化铝钛(TiAlN)、氮化钛铝(AlTiN)和氮化钛(TiN))以及陶瓷涂层。涂层对工具基材的粘附性是影响涂层工具的工具寿命的关键因素，因此，涂层与工具很好地粘合非常重要。因此，工具基材和涂层的选择非常重要。

因此，通过工具几何结构和硬质工具基材的组合或工具几何结构和硬质工具涂层的组合可增加工具寿命。

作为增加工具寿命的一个实例，进行测试以比较本实用新型的牙科铣削工具与现有技术的牙科铣削工具。

具体地，使用图1至3所示的牙科铣削工具进行两项测试。第一项测试提供了使用硬质工具基材可增加工具寿命的证据。第二项测试提供了使用硬质涂层(比工具基材硬)与合适工具基材的组合可进一步提高工具寿命的证据。

两项测试均使用Roland DWX52DC牙科铣床进行。Roland牙科铣床是最广泛使用的牙科铣床类型，因此使用此机器进行测试可尽可能接近地模拟了牙科实验室的实际操作。

在测试中，使用根据本实用新型的牙科铣削工具，其具有三个槽和断屑器，头部直径为1mm和2mm。测试中还使用了具有两个槽、无断屑器且头部直径为0.6mm的牙科铣削工具。在牙科实验室中，通常将头部直径为2mm、1mm和0.6mm的牙科铣削工具作为组合一起使用来制作修复体。

测试目的是评估牙修复体(特别是在修复体边缘)的加工质量。当发现牙修复体边缘的缺口时，停止测试，确定生产的修复体(或“重建体”)的数量。修复体的边缘由头部直径为2mm和1mm的工具产生；头部直径为0.6mm的工具在边缘将无法使用。因此，如本实用新型所述，该测试适用于评估具有三个槽和断屑器的球头立铣刀的性能。

每个球头直径的切削条件如下：

球头直径(mm)	转/分钟(rpm)	进给速度(mm/min)	切削深度(mm)
				2	20,000	1,500至1,800	0.5至0.8
1	25,000	1,500至2,000	0.08
				0.6	30,000	500至600	0.05

在第一项测试中，使用本实用新型的无涂层牙科铣削工具(其具有三个槽和断屑器，头部直径为1mm和2mm)和无涂层牙科铣削工具(其具有两个槽，无断屑器，头部直径为0.6mm)进行加工。也在相同的牙科铣床和切削条件下进行加工，但是使用现有技术的无涂层牙科铣削工具(具有两个槽，无断屑器)，球头直径为2mm、1mm和0.6mm。此外，本实用新型的牙科铣削工具由工具基材材料形成，该基材材料比现有技术的牙科铣削工具的材料硬至少14％。

第一项测试的结果发现，现有技术的牙科铣削工具将能够完成98个修复体。如上所述的图1至3的无涂层牙科铣削工具将能够完成126个修复体(多29％)。

第二项测试与第一项测试相对应，但是使用金刚石涂层工具来进行。本实用新型的牙科铣削工具由钴含量为4％至12％的碳化钨形成，并涂覆有金刚石涂层。基材和涂层的此种结合提供了良好的涂层粘附性。现有技术的牙科铣削工具由金刚石涂覆的碳化钨形成。第二项测试中使用了来自两个不同制造商的两组现有技术牙科铣削工具。

第二项测试的结果发现，第一个制造商的现有技术的涂覆的牙科铣削工具将能够完成644个修复体。在28个修复体之后，第二个制造商的一种现有技术的涂覆的牙科铣削工具在切削刃处出现缺口(如图4所示)。一旦工具有缺口，就不应再使用它，因为会不利地影响修复体的质量，铣床的主轴可能会被损坏，因此停止了对第二个制造商的工具的测试。

如上所述的本实用新型的涂覆的牙科铣削工具将能够完成至少854个修复体。尽管可使用该工具进一步生产修复体，但此时测试已停止。

尽管本实用新型已针对单一形式的断屑器进行了详细描述，应理解，也可使用其他形式的断屑器(尽管可能需要进行一些实验以确定要使用的最有效形式的断屑器)。此外，尽管仅建议使用了某些材料作为工具基材或涂层，应理解，也可使用其他高硬度材料或低成本材料，例如高速钢。

Claims

1.一种在牙修复体制作过程中铣削牙科材料的牙科铣削工具，其中：

所述牙科铣削工具为具有三个螺旋槽的球头立铣刀，每个螺旋槽连有切削刃，每个切削刃沿球的弯曲边缘具有断屑器；以及

所述牙科铣削工具由硬质材料制成，所述硬质材料例如碳化物基材料、陶瓷、金属陶瓷、超硬材料以及金刚石复合材料，所述超硬材料包括聚晶金刚石PCD和立方氮化硼CBN。

2.根据权利要求1所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋槽的螺旋角为10°至50°。

3.根据权利要求2所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角为35°。

4.根据权利要求2所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽恒定。

5.根据权利要求3所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽恒定。

6.根据权利要求2所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽变化。

7.根据权利要求3所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽变化。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的牙科铣削工具，其中，所述牙科铣削工具具有前角，所述前角为5°至20°。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的牙科铣削工具，其中，所述牙科铣削工具具有后角，所述后角为10°至25°。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的牙科铣削工具，其中，所述断屑器沿球的弯曲切削刃形成为凹口。

11.一种在牙修复体制作过程中铣削牙科材料的牙科铣削工具，其中：

所述牙科铣削工具涂覆有硬质涂层，所述硬质涂层例如金刚石涂层、类金刚石碳DLC、氮化物基涂层以及陶瓷涂层，所述氮化物基涂层例如为氮化铝钛TiAlN、氮化钛铝AlTiN和氮化钛TiN。

12.根据权利要求11所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋槽的螺旋角为10°至50°。

13.根据权利要求12所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角为35°。

14.根据权利要求12所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽恒定。

15.根据权利要求13所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽恒定。

16.根据权利要求12所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽变化。

17.根据权利要求13所述的牙科铣削工具，其中，所述螺旋角沿着所述螺旋槽变化。

18.根据权利要求11-17中任一项所述的牙科铣削工具，其中，所述牙科铣削工具具有前角，所述前角为5°至20°。

19.根据权利要求11-17中任一项所述的牙科铣削工具，其中，所述牙科铣削工具具有后角，所述后角为10°至25°。

20.根据权利要求11-17中任一项所述的牙科铣削工具，其中，所述断屑器沿球的弯曲切削刃形成为凹口。