DE102022118781A1

DE102022118781A1 - Virtuelles Modell einer Schiene

Info

Publication number: DE102022118781A1
Application number: DE102022118781.0A
Authority: DE
Inventors: Daniela Dudai; Yong-min Jo; Florian Aichinger
Original assignee: Ca Digital GmbH
Current assignee: Ca Digital GmbH
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2024-02-01
Also published as: WO2024022818A1

Abstract

Offenbart ist ein virtuelles Modell (11) einer Schiene (2), die Zähne eines Patienten mindestens teilweise umhüllt und an den Zähnen flächig anliegt, und einer Stützstruktur (22) mit Stützstäben (20), die in Stützpunkten (13) mit der Schiene (2) verbunden sind und die Schiene (2) in einer Herstellposition für eine additive Fertigung auf einem Untergrund (12) unter der Schiene (2) abstützenUm die Nacharbeit der Schiene (2) nach der additiven Fertigung zu vereinfachen wird vorgeschlagen, mindestens einem quer zu dem Untergrund (12) auf dem Untergrund (12) stehenden Stützbogen (19) vorzusehen, von dem die Stützstäbe (20) ausgehen.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung einer Schiene, die Zähne eines Patienten mindestens teilweise umhüllt und an den Zähnen flächig anliegt.
Ein Aligner ist eine Schiene für die kieferorthopädische Behandlung einer individuellen Zahnfehlstellung oder zum Halten einer nicht gefestigten Zahnstellung. Zur Herstellung derartiger Schienen wird eine flexible Kunststofffolie über ein Modell der Zähne in einer Sollstellung - insbesondere nach Korrektur der Zahnfehlstellung oder in einem Zwischenschritt zwischen Ist- und Sollstellung gezogen, gehärtet und zurechtgeschnitten.
Im Hintergrund der Erfindung schlägt US 2013/0122448 vor, das Modell der Zähne hierfür in einem 3D-Druckverfahren herzustellen. Allgemein bekannt ist, dass eine für die additive Fertigung erforderliche Stützstruktur (beispielsweise mit der Software ChituBox) halbautomatisch erstellt werden kann: Hierzu wird ein virtuelles Modell des zu druckenden Gegenstands zunächst über einem ebenen Untergrund in der beabsichtigten Herstellposition angeordnet, dann werden die geometrisch oder aus Stabilitätsgründen erforderlichen Stützpunkte ermittelt und je ein Stützstab zunächst in Normalenrichtung ausgehend von dem Untergrund zu jedem der Stützpunkte geführt. Die additive Fertigung einer komplexen Struktur erfordert geometrisch eine hohe Zahl von Stützpunkten und damit Stützstäben, die nach dem Druckprozess einzeln manuell entfernt werden müssen.
Im weiteren Hintergrund der Erfindung sind Aufbissschienen allgemein bekannt. Aufbisse sind okklusale Auflagen im Bereich der (Prä-)Molaren zur Beseitigung von Über- oder Fehlbelastungen der Zähne und Kiefergelenke aufgrund von Fehlstellungen oder Erkrankungen des Kausystems.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung der Schiene zu vereinfachen.
Lösung
Nach der Erfindung wird ein virtuelles Modell vorgeschlagen, das die Schiene umfasst, sowie eine Stützstruktur mit Stützstäben, die in Stützpunkten mit der Schiene verbunden sind und die Schiene in einer Herstellposition für eine additive Fertigung auf einem Untergrund unter der Schiene abstützen. Ein solches virtuelles Modell erlaubt die additive Fertigung der Schiene ohne Verwendung eines physischen Modells der Zähne insbesondere unmittelbar in der Praxis des behandelnden Arztes.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Modell mindestens einen quer zu dem Untergrund auf dem Untergrund stehenden Stützbogen auf, von dem die Stützstäbe ausgehen. Die Nacharbeit der mit dem erfindungsgemäßen Modell gefertigten Schiene ist dann signifikant vereinfacht, weil die Stützstäbe leicht zusammen mit dem Stützbogen in einem Arbeitsgang entfernt werden können.
Vorzugsweise gehen in einem erfindungsgemäßen Modell die Stützstäbe strahlenförmig von dem Stützbogen aus. Die strahlenförmig von dem Stützbogen ausgehenden Stützstäbe vermeiden unnötigen Materialverbrauch.
Vorzugsweise verlaufen in einem erfindungsgemäßen Modell die Stützstäbe parallel zu dem Stützbogen. Ein solches erfindungsgemäßes Modell ist besonders kippstabil.
Vorzugsweise ist in einem erfindungsgemäßen Modell der Stützbogen mindestens teilweise mit einer Harfen-, Fächer-, Leiter- oder Wabenstruktur gefüllt. Diese Elemente stabilisieren den Stützbogen mechanisch.
Vorzugsweise ist in einem erfindungsgemäßen Modell höchstens eine Minderheit der Stützstäbe an einer Innenseite, die an den Zähnen flächig anliegt, und mindestens eine Mehrheit der Stützstäbe an einer äußeren Sichtseite mit der Schiene verbunden. Im Idealfall sind alle Stützstäbe nicht an der Innen-, sondern an der äußeren Sichtseite mit der Schiene verbunden. Von der konvexen äußeren Sichtseite lassen sich die Stützstäbe leichter entfernen als von der konkaven Innenseite der Schiene.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Modell mindestens einen Aufbiss okklusal auf der Schiene auf. In das virtuelle Modell können Aufbisse einfach integriert werden.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Modell Spitzen an den Stützstäben auf, die in den Stützpunkten in Normalenrichtung zu der Schiene verlaufen. Die Stützstäbe sind dann fester mit dem Stützbogen als mit der Schiene verbunden und lassen sich dadurch leichter zusammen mit dem Stützbogen entfernen.
Vorzugsweise verlaufen in einem solchen erfindungsgemäßen Modell mindestens einzelne der Spitzen von den Stützstäben abknickend gerade zu den Stützpunkten. Der ausgehend von dem Stützbogen stützbare Bereich der Schiene wird so erweitert.
Vorzugsweise wird zunächst ein erfindungsgemäßes Modell erstellt, dann die Schiene anhand des Modells additiv gefertigt und die Stützstruktur anschließend von der Schiene entfernt. Additive Fertigungsverfahren (umgangssprachlich auch: „3D-Druck“) sind allgemein bekannt und ermöglichen insbesondere eine rationelle Herstellung individueller einzelner Werkstücke.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schiene anhand eines virtuellen Modells der Zähne automatisch berechnet. Virtuelle Modelle der Zähne sind als Istmodell mit der Zahnfehlstellung, als Sollmodell mit verschobenen Zähnen und gegebenen Falls Zwischenstufen zwischen Ist- und Sollmodell, soweit mehrere aufeinander folgende Schienen zum Beheben der Zahnfehlstellung erforderlich sind.
Vorzugsweise werden in einem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch Stützbereiche der Schiene bestimmt, in denen eine Neigung der Sichtseite gegen den Untergrund einen Schwellwert nicht übersteigt, und die Stützstäbe werden mit den Stützbereichen verbunden. Algorithmen zur Lagebestimmung und zum Vergleich der Lage von Flächen im Raum sind allgemein bekannt. Als Schwellwert kann insbesondere ein Winkel von 130 bis 180° angesetzt werden.
Vorzugsweise wird in einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren die Schiene automatisch derart über dem Untergrund positioniert, dass die Stützbereiche in einem Labialbereich der Sichtfläche minimiert sind. So werden mögliche optische Beeinträchtigungen in der Sichtfläche durch Ansatzpunkte von Stützstäben vermieden.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schiene aus einem biokompatiblen, vorzugsweise farblosen und transparenten Kunststoff gefertigt. Aligner aus biokompatiblem Kunststoff sind allgemein bekannt.
In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren kann zudem die Stützstruktur aus einem von der Schiene abweichenden Material gefertigt werden. So können insbesondere Sollbruchstellen durch Materialübergänge erzeugt werden, um das Trennen der Stützstruktur von der Schiene weiter zu vereinfachen.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schiene nach dem Entfernen der Stützstruktur nachbehandelt, insbesondere geschliffen und/oder bestrahlt. So werden an der Oberfläche der Schiene verbliebene Unebenheiten entfernt.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

1 ein erstes erfindungsgemäßes Modell und
2 ein zweites erfindungsgemäßes Modell.

1 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes virtuelles Modell 1 einer Schiene 2 mit einer Stützstruktur 3 für die additive Fertigung:

Die Schiene 2 wurde basierend auf einem virtuellen Sollmodell der Zähne eines Patienten mit einer Dicke zwischen 0,5 bis 0,6 mm und zusätzlich okklusal Aufbissen bis zu 1 mm Dicke im Molaren- und Prämolarenbereich automatisch berechnet, manuell über dem Untergrund 4 positioniert und die Stützstruktur 3 mittels ChituBox generiert. Zunächst bestimmt ChituBox automatisch anhand des lokalen Winkels eines nicht dargestellten Segments der Schiene 2 zum Untergrund 4 die zur Fertigung erforderlichen Stützpunkte 5 an der Innenseite 6 und der Sichtseite 7 der Schiene 2, dann wird auf dem Untergrund 4 ein Fundament 8 (in ChituBox: „raft“) angelegt, von dem ausgehend die Stützstäbe 9 („support“) zunächst senkrecht aufwachsen, bei Bedarf gegebenen Falls kurz, teils auch mehrfach abknicken um dann in einer Spitze 10 („connection“) möglichst in Normalenrichtung auf der Schiene 2 im jeweiligen Stützpunkt 5 zu enden.

2 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Modell 11 derselben Schiene 2: Die Schiene 2 wurde zunächst über dem Untergrund 12 automatisch so ausgerichtet, dass möglichst keiner der für die Fertigung erforderlichen Stützpunkte 13 im Labialbereich 14 der Sichtfläche oder auf der Innenseite 6 der Schiene 2 liegt. Zu den nahe dem Untergrund 12 liegenden Stützpunkten 13 für die Schiene 2 im Bereich 15 der Molaren des Patienten führen ausgehend von einem segmentierten Fundament 16 separate senkrecht verlaufende Stützstäbe 17 wie im ersten Modell 1.
Die übrigen Stützpunkte 13 werden gruppiert nach ihrem auf den Untergrund 12 projizierten Abstand zur Schneidekante 18 und mehreren - hier: zwei - zungenförmigen ausgefüllten Stützbögen 19 zugeordnet. Die Stützbögen 19 weisen eine Wabenstruktur auf und stehen parallel zueinander senkrecht auf dem Untergrund 12. Die weiteren Stützstäbe 20 werden zunächst im Wesentlichen in Normalenrichtung von der äußeren Kante 21 des zugeordneten Stützbogens 19 ausgehend, und dann wie im ersten Modell 1 abknickend und möglichst in Normalenrichtung auf diese Stützpunkte 13 geführt.
Zur Herstellung der Schiene 2 wird das virtuelle Modell 1, 11 auf einen nicht dargestellten 3D-Drucker aus einem biokompatiblen, farblosen und transparenten Kunststoff gedruckt, die Stützstruktur 3, 22 manuell von der Schiene 2 gelöst und die Schiene 2 anschließend geschliffen, um verbleibende Reste der Stützstruktur 3, 22 zu entfernen.
In den Figuren sind

1: Modell
2: Schiene
3: Stützstruktur
4: Untergrund
5: Stützpunkt
6: Innenseite
7: Sichtseite
8: Fundament
9: Stützstab
10: Spitze
11: Modell
12: Untergrund
13: Stützpunkt
14: Labialbereich
15: Bereich
16: Fundament
17: Stützstab
18: Schneidekante
19: Stützbogen
20: Stützstab
21: Kante
22: Stützstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2013/0122448 [0003]

Claims

Virtuelles Modell (1, 11) einer Schiene (2), die Zähne eines Patienten mindestens teilweise umhüllt und an den Zähnen flächig anliegt, und einer Stützstruktur (3, 22) mit Stützstäben (9, 20), die in Stützpunkten (5, 13) mit der Schiene (2) verbunden sind und die Schiene (2) in einer Herstellposition für eine additive Fertigung auf einem Untergrund (4, 12) unter der Schiene (2) abstützen.
Modell (11) nach dem vorgenannten Anspruch, gekennzeichnet durch mindestens einen quer zu dem Untergrund (12) auf dem Untergrund (12) stehenden Stützbogen (19), von dem die Stützstäbe (20) ausgehen.
Modell (11) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstäbe (20) strahlenförmig von dem Stützbogen (19) ausgehen.
Modell (11) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstäbe (20) parallel zu dem Stützbogen (19) verlaufen.
Modell (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützbogen (19) mindestens teilweise mit einer Wabenstruktur gefüllt ist.
Modell (11) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens eine Minderheit der Stützstäbe (20) an einer Innenseite (6), die an den Zähnen flächig anliegt, und mindestens eine Mehrheit der Stützstäbe (20) an einer äußeren Sichtseite (7) mit der Schiene (2) verbunden ist.
Modell (1, 11) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Aufbiss okklusal auf der Schiene (2).
Modell (1, 11) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch Spitzen an den Stützstäben (9, 20), die in den Stützpunkten (5, 13) in Normalenrichtung zu der Schiene (2) verlaufen.
Modell (1, 11) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einzelne der Spitzen von den Stützstäben (9, 20) abknickend gerade zu den Stützpunkten (5, 13) verlaufen.
Verfahren zum Herstellen einer Schiene (2), wobei zunächst ein virtuelles Modell (1, 11) nach einem der vorgenannten Ansprüche erstellt und dann die Schiene (2) anhand des Modells (1, 11) additiv gefertigt und die Stützstruktur (3, 22) anschließend von der Schiene (2) entfernt wird.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (2) anhand eines virtuellen Modells der Zähne automatisch berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass automatisch Stützbereiche der Schiene (2) bestimmt werden, in denen eine Neigung der Sichtseite (7) gegen den Untergrund (4, 12) einen Schwellwert nicht übersteigt, und die Stützstäbe (9, 20) mit den Stützbereichen verbunden werden.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (2) automatisch derart über dem Untergrund (4, 12) positioniert wird, dass die Stützbereiche in einem Labialbereich (14) der Sichtfläche minimiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (2) aus einem biokompatiblen, vorzugsweise farblosen und transparenten Kunststoff gefertigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (2) nach dem Entfernen der Stützstruktur (3, 22) nachbehandelt, insbesondere geschliffen und/oder bestrahlt wird.