TWI690302B - 全口種植牙橋生產系統及其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種全口種植牙橋生產系統及其製作方法，係透過三維列印同時列印出定位元件與全口種植牙橋模型，將定位元件固定於數位加工機治具上上，再利用數位加工機對全口種植牙橋模型進行最終的修整加工，以得到全口種植牙橋成品。結合三維列印技術不受模型複雜度的影響可快速列印優點以及數位加工機加工精準的優點，透過新穎的定位方式能夠更加快速、精準地製作全口種植牙橋成品，極具市場競爭優勢。

Description

全口種植牙橋生產系統及其製作方法

本發明係有關一種全口種植牙橋生產系統及其製作方法，指一種結合三維積層列印製造與數值加工機的全口種植牙橋生產系統及其製作方法。

按，造物主賦予人類32顆恆齒，整體的排列組合攸關咀嚼力和臉孔的美觀，一旦牙齒損壞到沒辦法修補，或因為蛀牙、牙周病或意外事故等原因必須拔牙，就有做假牙的需求。最常見的是缺牙較多或著牙齒磨耗嚴重而造成咬合高度已經喪失的病患，為了提供患者一個較穩定的咬合和提供給假牙一個適當的空間，常常必須將病人上下顎間的咬合高度提高，如此就必須將全口的牙齒進行重建。

目前全口牙齒的重建，以全口種植牙橋為例，是置於口腔內作為植牙植體的植入與承載人工牙的基底。造型包含多個圓形孔作為植體的植入以及多個柱體作為人工牙的插入，牙齒和牙齒之間連接的造型可使用簡單之柱體彎曲成牙工線的輪廓，或是配合口腔內掃描得到三維數位資料，配合牙肉形狀客製化設計服貼於牙肉形狀的造型。目前在製作全口種植牙橋是以加工機具(CNC)來做加工，但是需要進行複雜的路徑規劃設計，加工時間會隨著造型複雜度而增加，遇到複雜的模型，也可能發生死角導致無法加工的狀況。另一種製作方式是使用3D列印進行打印，雖然目前常見的三維積層列印設備，以熔積(fused deposition)、雷射燒結(direct laser sintering)和電子束熔融(electron beam melting)等方式為主流，都是採用多組導軌(或導桿)來傳動三維列印模組，而使列印模組能夠沿著所述多組導軌產生橫向、縱向、垂向或迴轉等多軸向位移，令列印模組移至適當位置，將材料由下而上以一層一層的形態連續積疊固化在一起，形成立體物件，但會發生其他元件配合的孔、柱的尺寸精準不足，以及 表面過於粗糙的狀況，所以現有的3D列印技術還無法直接打印出全口種植牙橋的最後成品，尚需移置另一加工機具進行再加工修整作業，但目前並無精確的定位的方式，必須依靠人力經驗進行移置動作，製作過程相當麻煩、費時，不僅大幅提高製作成本，且影響其再加工精確度。因此，如何提高對全口種植牙橋之加工效率與精確性是亟待解決的問題。

有鑑於此，本發明遂針對上述先前技術之缺失，提出一種全口種植牙橋生產系統及其製作方法，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種全口種植牙橋生產系統及其製作方法，其結合三維列印與數位加工機(CNC)加工技術，能夠讓三維列印快速打印出預定的全口種植牙橋模型及定位結構，透過新穎的定位結構能快速且精確地將全口種植牙橋模型固定至數位加工機進行最終的修整加工，以得到全口種植牙橋成品。

本發明之次要目的在提供一種全口種植牙橋生產系統及其製作方法，其利用定位方式能夠使整體製作過程更加流暢且精確，據以提高生產效率。

為達以上之目的，本發明提供一種全口種植牙橋生產系統，包括一數位資料庫、一處理器、一三維列印機台以及一加工機治具。處理器係電性連接數位資料庫，數位資料庫係儲存複數筆定位元件資料及複數筆加工機治具資料，處理器係接收至少一數位種植牙橋模型資料，並自數位資料庫中選取配對的定位元件資料與加工機治具資料以形成一加工工件模型資料。三維列印機台係電性連接處理器，係根據加工工件模型資料進行三維列印出一全口種植牙橋模型以及間隔設置於全口種植牙橋模型周邊的至少三定位元件；加工機治具 的周邊間隔設有至少三固定部，三定位元件係分別對應固定於三固定部上，由一數位加工機對全口種植牙橋模型修整加工以完成一全口種植牙橋成品。

本發明提供另一種全口種植牙橋的製作方法，包括下列步驟：儲存複數筆定位元件資料及複數筆加工機治具資料於一數位資料庫中；收至少一數位種植牙橋模型資料，並自數位資料庫中選取配對的定位元件資料與加工機治具資料以形成一加工工件模型資料；根據加工工件模型資料先三維列印複數個支撐元件；自此些支撐元件上繼續三維列印出相對應加工工件模型資料的一全口種植牙橋模型以及間隔設置於全口種植牙橋模型周邊的至少三定位元件；移除此些支撐元件；將三定位元件固定於一加工機治具的周邊間隔設有至少三固定部上；以及由一數位加工機對全口種植牙橋模型修整加工以完成一全口種植牙橋成品。

其中，每一定位元件係包含一定位柱及連接定位柱的一定位環，每一固定部包含一定位槽以及自定位槽中向上延伸的一固定柱，定位環係套設於固定柱中固定，且定位槽的半徑需大於定位環的半徑。

其中，全口種植牙橋成品係為金屬材料，利用三維列印機台於一平台上將金屬材料由下而上以一層一層的形態連續積疊固化在一起，形成立體的全口種植牙橋模型以及三定位元件。

其中，數位資料庫與處理器可整合於三維列印機台中，使三維列印機台透過單一控制平台及共用參數直接三維列印出全口種植牙橋模型以及間隔設置於全口種植牙橋模型周邊的至少三定位元件。

其中，數位資料庫可整合於數位加工機上，透過處理器能根據加工工件模型資料對已列印的全口種植牙橋模型進行修整加工，同時藉由三定位元件固定於一加工機治具的周邊間隔設有三固定部上，以提昇加工效率、減少誤差及提高加工的可靠度。

10:數位資料庫

102:定位元件資料

104:加工機治具資料

11:數位種植牙橋模型資料

12:三維列印機台

13:處理器

14:加工機治具

16:全口種植牙橋模型

18:定位元件

182:定位柱

184:定位環

20:固定部

202:定位槽

204:固定柱

22:數位加工機

24:支撐元件

第1圖為本發明之全口種植牙橋生產系統。

第2圖為本發明全口種植牙橋模型及定位元件的示意圖。

第3圖為本發明應用於加工機治具的示意圖。

第4圖為加工機治具的局部放大圖。

第5圖為本發明之全口種植牙橋生產製作方法的步驟流程圖。

第6圖為本發明三維列印的側視圖。

針對現有製作牙橋模型的業者而言，為了能達到牙橋模型的精美與精準度能夠符合使用者需求，對於加工製作越求嚴苛，且為了縮短患者的等待使用時間，本發明乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，研發出一種全口種植牙橋生產系統及其製作方法，能提高生產效率及產品的精準度。

三維積層列印技術，又稱3D列印(3D printing)是一種以數位模型檔案為基礎的直接製造技術，主要係以一三維列印裝置讀取數位模型檔案中的橫截面資訊，並透過逐層堆疊累積的方式，列印出金屬或塑料等可粘合材料，依此將所欲製造之物品的截面逐層地列印出來，以直接製造出與模型相同的立體物件，該等三維積層列印技術與傳統技術最大的不同，就是不必經由模具設計與模具成形之製造過程，在製造成本上產生極大的變化。3D列印技術常常被用來直接製造樣品模型，特別是一些客製化的高價值產品，在此，本發明即引用三維積層列印技術製作全口種植牙橋的初始成品，容後介紹。

請參閱第1圖，為本發明之全口種植牙橋生產系統之示意圖，全口種植牙橋生產系統包括一數位資料庫10、一處理器13、一三維列印機台12以及一加工機治具14。處理器13係電性連接數位資料庫10，數位資料庫10係儲存複數筆定位元件資料102及複數筆加工機治具資料104，由於加工件種類琳瑯滿目，要符合使用的加工機治具14亦是種類居多，以製作牙橋模型而言，因為牙橋模型的造型亦相當多樣化，為了製作精準的牙橋模型成品，必須使用對應的治具，因此應用於加工機治具14的種類也是多樣化，本發明在數位資料庫10中統整了各種類與特殊規格的加工機治具資料104，以及複數筆定位元件資料102係配對且可精準定位於一數位加工機22上。於製作牙橋模型之前，可利用口腔內掃描器掃描患者口腔以取得三維的口腔數位資料，在利用電腦系統根據三維的口腔數位資料建立數位種植牙橋模型資料11。開始製作時，先由處理器13接收至少一數位種植牙橋模型資料11，並自數位資料庫10中選取配對的定位元件資料102與加工機治具資料104以形成一加工工件模型資料。詳言之，處理器13係根據數位種植牙橋模型資料11選取配對的定位元件資料102，將兩者整合為一體，以確保後續三維列印是一體成型的，而加工機治具資料104係根據數位種植牙橋模型資料11與定位元件資料102整合後找出適當的加工機治具14種類，以作為後續數位加工機22的加工程序，容後詳述。

續就，為進一步瞭解本發明之實施態樣，請同時參閱第2圖，為本發明全口種植牙橋模型及定位元件的示意圖。三維列印機台12係電性連接處理器13，三維列印機台12係根據加工工件模型資料進行三維列印出相對應的一全口種植牙橋模型16以及間隔設置於全口種植牙橋模型16周邊的至少三定位元件18；值得注意的是，三定位元件18是自全口種植牙橋模型16的外輪廓延伸至外成形，且透過三維列印機台12在列印全口種植牙橋模型16的同時也列印出三定位元件18，也就是說全口種植牙橋模型16與三定位元件18係為相連接。其中， 每一定位元件18係包含一定位柱182及連接定位柱182的一定位環184，定位柱182是一端連接於全口種植牙橋模型16，另一端連接於定位環184。

接續，請同時參閱第3圖與第4圖，第3圖為本發明應用於加工機治具的示意圖，第4圖為加工機治具的局部放大圖。使用三維列印機台12列印出來的全口種植牙橋模型16僅為半成品，為了讓牙橋更精美與精準度能夠符合使用者需求，已經事先自數位資料庫10中選取配對的加工機治具14種類，可直接將三定位元件18移置到加工機治具14上，其中，加工機治具14的周邊間隔設有至少三固定部20，三定位元件18分別對應三固定部20的位置，每一固定部20包含一定位槽202以及自定位槽202中向上延伸的一固定柱204，定位環184係套設於固定柱204中固定，且定位槽202的半徑需大於定位環184的半徑，透過三定位元件18的定位柱182與定位環184能快速且精確直接定位於加工機治具14上，能夠讓後續加工處理時更加穩固，以提昇加工效率、減少誤差及提高加工的可靠度。最後，由一數位加工機22對全口種植牙橋模型16修整加工，由於透過定位方式已經同時定位全口種植牙橋模型16位於加工機治具14上，因此，數位加工機22僅需要根據加工工件模型資料對應已列印出的全口種植牙橋模型16進行後續加工修整，即可以完成一全口種植牙橋成品，此成品能提供於患者使用。

其中，數位資料庫10與處理器13可整合於三維列印機台12中，使三維列印機台12透過單一控制平台及共用參數直接三維列印出全口種植牙橋模型16以及位於全口種植牙橋模型的周邊列印間隔至少三定位元件18。數位資料庫10亦可整合於數位加工機22上，透過處理器13能根據加工工件模型資料對已列印的全口種植牙橋模型16進行修整加工。當然，數位資料庫10中的加工工件模型資料也可以利用有線或無線的傳輸方式傳輸給三維列印機台12及數位加工機22進行相對應的控制運作。

為更一步瞭解本發明之製作方式，請同時參閱第5圖為本發明之 全口種植牙橋生產製作方法的步驟流程圖。如步驟S10，儲存複數筆定位元件資料及複數筆加工機治具資料於一數位資料庫中，由於製作牙橋模型之前，可先擷取至少一患者的口腔三維影像，將其透過電腦系統建立對應的數位種植牙橋模型資料11，再如步驟S12，接收至少一數位種植牙橋模型資料11，並自數位資料庫10中選取配對的定位元件資料102與加工機治具資料104以形成一加工工件模型資料。請同時參閱第6圖，為本發明三維列印的側視圖，如步驟S14，三維列印機台12係根據其中一加工工件模型資料以先三維列印複數個支撐元件24，三維列印機台12係將金屬材料於列印平台上連續積疊固化在一起形成複數個支撐元件24。再如步驟S16，自此些支撐元件24上繼續三維列印出相對應加工工件模型資料的一全口種植牙橋模型16以及間隔設置於全口種植牙橋模型16周邊的至少三定位元件8；詳言之，三維列印機台12係根據加工工件模型資料的截面逐層地列印出來，以直接製造出與數位種植牙橋模型16相同的立體物件，即為全口種植牙橋模型的立體物件，值得注意的是，透過三維列印機台12在列印全口種植牙橋模型16的同時也列印出三定位元件18，也就是說全口種植牙橋模型16與三定位元件18係為相連接。再如步驟S18，移除此些支撐元件24，由於三維列印機台12係使用金屬材料以熔積、雷射燒結或電子束熔融等方式進行打印，在製作過程可能會因為熱能問題使得全口種植牙橋模型16熱變形，故在列印平台上先製作此些此些支撐元件24，再於此些支撐元件24上繼續列印所需的全口種植牙橋模型16與三定位元件18，這樣可以解決熱變形的問題，當列印完成後，即可移除此些支撐元件24。再如步驟S20，將三定位元件18固定於一加工機治具14的周邊間隔設有至少三固定部20上(請參閱第4圖)；最後，如步驟S22，由一數位加工機22對全口種植牙橋模型16修整加工以完成一全口種植牙橋成品。其中，數位加工機22具備有對三維列印後之立體工件的形雕及執行微量修整作業的機能，而微修整的精加工程度能夠讓成品更精美、更精確，以達到患者口 腔使用者高標準規格。

綜上所述，本發明利用三維列印機台於一平台上將金屬材料由下而上以一層一層的形態連續積疊固化在一起，形成立體的全口種植牙橋模型以及三定位元件，藉由三維列印技術能夠不受造型複雜度影響而可快速列印出初始的半成品，不僅節省習知製造牙橋模型時需要開膜的複雜工序及冗長的加工過程，又因本發明創新設計，三維列印全口種植牙橋模型的同時也三維列印出至少三定位元件，能夠直接結合事先配對好的加工機治具上，由數位加工機進行後續的精修加工，不僅能提高生產效率及產品的精準度，對於獨特或客製化需求不再受到製作時間與成本的侷限問題，轉而可以快速的生產良率高的產品，本發明整體的系統與製作過程也相對簡單化，應用於生醫科技的市場上確實具有高的潛力與發展優勢。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:數位資料庫

102:定位元件資料

104:加工機治具資料

11:數位種植牙橋模型資料

12:三維列印機台

13:處理器

14:加工機治具

22:數位加工機

Claims (10)

1. 一種全口種植牙橋生產系統，包括：一數位資料庫，儲存複數筆定位元件資料及複數筆加工機治具資料；一處理器，電性連接該數位資料庫，係接收至少一數位種植牙橋模型資料，並自該數位資料庫中選取配對的該定位元件資料與該加工機治具資料以形成一加工工件模型資料；一三維列印機台，係電性連接該處理器，係根據該加工工件模型資料進行三維列印出一全口種植牙橋模型以及間隔設置於該全口種植牙橋模型周邊的至少三定位元件；以及一加工機治具，其周邊間隔設有至少三固定部，該三定位元件係分別對應固定於該三固定部上，由一數位加工機對該全口種植牙橋模型修整加工以完成一全口種植牙橋成品。
2. 如請求項1所述之全口種植牙橋生產系統，其中每一該定位元件係包含一定位柱及連接該定位柱的一定位環。
3. 如請求項2所述之全口種植牙橋生產系統，其中每一該固定部包含一定位槽以及自該定位槽中向上延伸的一固定柱，該定位環係套設於該固定柱中固定。
4. 如請求項3所述之全口種植牙橋生產系統，其中該定位槽的半徑需大於該定位環的半徑。
5. 如請求項1所述之全口種植牙橋生產系統，更包括複數個支撐元件，連接於該全口種植牙橋模型以及該三定位元件下方。
6. 一種全口種植牙橋的製作方法，包括下列步驟：儲存複數筆定位元件資料及複數筆加工機治具資料於一數位資料庫中； 接收至少一數位種植牙橋模型資料，並自該數位資料庫中選取配對的該定位元件資料與該加工機治具資料以形成一加工工件模型資料；根據該加工工件模型資料先三維列印複數個支撐元件；自該些支撐元件上繼續三維列印出相對應該加工工件模型資料的一全口種植牙橋模型以及間隔設置於該全口種植牙橋模型周邊的至少三定位元件；移除該些支撐元件；將該三定位元件固定於一加工機治具的周邊間隔設有至少三固定部上；以及由一數位加工機對該全口種植牙橋模型修整加工以完成一全口種植牙橋成品。
7. 如請求項6所述之全口種植牙橋的製作方法，其中每一該定位元件係包含一定位柱及連接該定位柱的一定位環，每一該固定部包含一定位槽以及自該定位槽中向上延伸的一固定柱，該定位環係套設於該固定柱中固定。
8. 如請求項6所述之全口種植牙橋的製作方法，其中該數位資料庫電性連接一處理器，由該處理器自該數位資料庫中選取配對的該定位元件資料與該加工機治具資料以整合於該數位種植牙橋模型資料，形成該加工工件模型資料。
9. 如請求項7所述之全口種植牙橋的製作方法，其中該定位槽的半徑需大於該定位環的半徑。
10. 如請求項6所述之全口種植牙橋的製作方法，其中該全口種植牙橋成品係為金屬材料。

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