定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方法
2023-05-26 09:31:36 1
專利名稱：定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方法
技術領域：
本發明涉及用於矯正牙齒的正畸託槽製造技術，具體是指定製化舌側正 畸託槽的選區雷射熔化直接製造方法。
背景技術：
為了將不整齊的牙齒排列整齊，臨床應用廣泛採用正畸技術。通常的做
法是將託槽粘接在牙齒表面，彈性弓絲穿過託槽的槽溝並傳遞矯正力。20世 紀70年代以來，作為一種美觀的正畸方法，舌側正畸矯正技術引起了廣泛的 關注和重視。舌側正畸技術將託槽粘在牙齒靠近舌頭的一側，而不是唇側正 畸中的靠近嘴唇的一側。舌側託槽粘在牙齒舌面，不會因託槽的視覺因素影 響患者的社會活動,也不會因牙齒唇面粘託槽而影響唇的閉合。同時，牙齒唇 側釉質因不受酸蝕劑的作用避免了脫鈣導致的白色斑點，治療過程中也更方 便醫生從唇側直接觀察牙齒的位置與形態。
目前舌側正畸採用的託槽是標準化生產的通用產品，對於個體的牙齒來 說，適合程度比較小。由於舌側牙齒的表面形態複雜， 一般採用較小的託槽， 以便於粘接。託槽與牙齒表面的空隙由粘接劑填補。如果牙齒表面曲率變化 較大，則需要的粘接劑較多，造成託槽底板遠離牙表面，影響矯正效果。因 此，相比於唇側託槽，舌側託槽的結構形態明顯改變，並且要求託槽與個體 牙齒具有更高的匹配性。
舌側正畸技術的主要缺陷在於對舌頭的剌激。舌頭是人體最敏感的器官 之一，也是參與發音、吞咽等活動的器官之一，活動非常頻繁。而舌側託槽 佔據了舌頭的部分活動空間，會剌激舌頭的邊緣產生疼痛。為了減輕病人的 負擔，製造細小精密的託槽成為發展趨勢。
國外已開始嘗試將快速成型技術應用到舌側託槽製造中。典型的做法是， 通過三維列印技術(3D-Printing)製作託槽的蠟模，再進行熔模鑄造。採用 這種方法做的託槽，其形狀複雜程度不受限制，可以實現根據個體需要定製 化生產。不足之處在於製造過程比較複雜，工序多，周期長。選區雷射熔化技術作為一種新興的快速成型技術，發展已日趨成熟，並逐漸應用到醫學領 域。託槽的材料通常為牙科金、鈦合金等金屬材料，採用選區雷射熔化技術 可以實現直接製造。
現有的舌側託槽製造方法是標準化生產，不能滿足病人個性化需求，從 而影響了治療效果並增加了病人的負擔。
發明內容
本發明的目的就是為了解決上述現有技術中存在的不足之處，提供定製 化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方法，該方法不僅能根據個體差異 實現定製化製造，而且製造精度高，使託槽可以儘量貼合牙表面。
本發明通過下述技術方案實現本定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化 直接製造方法，包括以下步驟
(1) 測量齒係數據，獲得牙齒的外形結構數據；
(2) 根據所述齒係數據，採用反求工程(Reverse Engineering)的方 法建立牙齒的三維CAD模型並存儲於計算機中；
(3) 根據正畸的要求、託槽製作材料和牙齒的形狀特徵，通過計算機設 計單個舌側託槽的三維CAD結構模型；所述託槽的三維CAD結構模型的設 計包括設計託槽與牙齒表面接觸的底板，以及根據各個託槽的理想放置位置 確定託槽的槽溝；
(4) 將步驟(3)所述託槽的三維CAD結構模型導入到選區雷射熔化成 型機中，採用分層製造的方法直接製造託槽實體；
(5) 根據臨床需求，對成型後的託槽做表面處理。 為更好地實現本發明，所述齒係數據的測量採用CT斷層掃描或非接觸
的三維掃描儀直接掃描牙齒，或者首先製取牙齒的模型再進行三維掃描測量，
所述掃描精度優於0.02rnrn。
步驟(2)所述牙齒的三維CAD模型的存儲格式為STL格式。
步驟(4)所述分層製造的方法是指運用切片軟體將託槽的三維CAD結
構模型進行分層，得到各個分層截面的二維模型，根據所述二維模型通過上
位機控制選區雷射熔化成型機直接成型金屬材料的託槽，保證託槽實體各層
的形狀與託槽的三維CAD結構模型的分層數據一致。
所述分層厚度為20~50nm，並採用層間累計誤差補償方式控制製造精度為5~10,。
所述託槽底板的厚度為0.4mm以下。所述託槽的製造材料包括牙科金、 鈦合金、鈷鉻合金、不鏽鋼的粉末材料，粉末顆粒尺寸小於1(^m。
託槽的基底與牙齒表面粘結，槽溝則與矯正弓絲相配合，因此根據力學 性能要求的不同，在選區雷射熔化直接製造過程中，根據需要託槽實體的各 個分層採用不同類別或成分的粉末材料。成型後，託槽具有梯度功能性，提 高了使用性能。
成型過程中，託槽在選區雷射熔化快速成型機的密封並充滿惰性氣體的 成型室中進行製備，確保了託槽的質量。
所述選區雷射熔化快速成型機的雷射器採用光纖雷射器；雷射器連續輸 出功率為100-200W,光束質量因子為M2〈.1，聚焦後光斑直徑小於25nm。
本發明相對於現有技術具有如下優點和效果
1、 個性化定製，本發明提供的製造方法不受零件複雜程度的限制，因此 託槽與牙齒表面粘接的底板不採用標準網格結構，而是根據單個牙齒的形狀 特徵定製化設計，可以根據個體需求實現定製化生產，製備的託槽精度高， 厚度薄，牙科醫生根據需要設計託槽底板形狀，底板形狀可以與牙齒表面精 確匹配，增大了接觸區域，並因選用材料的不同選擇不同的厚度；每個託槽 的槽溝位置、形狀不同，槽溝與弓絲之間的界面配合良好，減小了扭轉誤差。 以實現較好的矯正效果。
2、 製造周期短，採用選區雷射熔化技術精確成型託槽，使設計的模型快 速轉變為金屬製品， 一次直接成型託槽，節省了工序、時間和成本。
3、 適用範圍廣，本發明可以直接製造牙科金、不鏽鋼、鈦合金、鈷鉻合 金的正畸託槽。
4、 可以在一次直接成型過程中採用不同的材料，以滿足託槽不同部位的 性能要求。
圖1是本發明定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方法的工藝 流程圖。
圖2是本發明中根據齒係數據建立的單個恆牙三維CAD模型。
圖3是本發明中根據圖2所示單個恆牙的結構特徵設計的託槽三維CAD結構模型。
圖4是本發明中單個前牙的結構特徵設計的託槽三維CAD結構模型。 圖5是本發明中選區雷射熔化成型機採用分層製造的方法製造託槽的工 藝示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實 施方式不限於此。
如圖1所示，本發明的定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法的工藝流程是
(1) 測量齒係數據，獲得牙齒的外形結構參數；齒係數據的測量採用 CT斷層掃描或非接觸的三維掃描儀直接掃描牙齒，或者首先製取牙齒的模型 再進行三維掃描測量，所述掃描精度優於0.02mm;
(2) 根據所述齒係數據，採用反求工程的方法建立如圖2所示的牙齒的 三維CAD模型，並以STL格式存儲於計算機中；牙齒的外型結構較複雜， 通常為不規則曲面；
(3) 如圖3所示，根據正畸的要求、託槽製作材料和牙齒的形狀特徵， 通過計算機設計單個舌側託槽的三維CAD結構模型；所述託槽的三維CAD 結構模型的設計包括設計託槽與牙齒表面接觸的底板，以及根據各個託槽的 理想放置位置確定託槽的槽溝；圖4是牙齒的曲面及根據牙齒曲面特徵設計 的託槽，託槽2底部與牙齒1舌側表面完全貼合在一起；
(4) 將步驟(3)所述託槽的三維CAD結構模型導入到選區雷射熔化成 型機中，採用分層製造的方法直接製造託槽實體，即運用切片軟體將託槽的 三維CAD結構模型進行分層，得到各個分層截面的二維模型，所述分層厚度 為20~50拜，並採用層間累計誤差補償方式控制製造精度為5~10拜；根據 所述二維模型通過上位機控制選區雷射熔化成型機直接成型金屬材料的託 槽，保證託槽實體各層的形狀與託槽的三維CAD結構模型的分層數據一致；
其中，如圖5所示，本發明通過選區雷射熔化成型機採用分層製造的方 法製造託槽的工藝過程是
首先通過反求工程由測量數據建立牙齒的三維CAD模型，根據正畸的要 求、託槽製作材料和牙齒的形狀特徵，通過計算機設計單個舌側託槽的三維CAD結構模型；將託槽的三維CAD模型導入到選區雷射熔化快速成型機中
進行分層製造直接成型託槽，成型過程可分解為以下三個步驟 一是利用鋪 粉輥將料缸中的粉末均勻地鋪在成型缸的工作平面上；二是計算機控制雷射 束進行掃描；三是成型缸的活塞下降一個層厚距離，料缸活塞上升一個層厚 距離。以上三個過程不斷重複，直到加工完成。成型過程中，託槽在選區激 光熔化快速成型機的密封並充滿惰性氣體的成型室中進行製備。最後，從成 型室中取出託槽。
所述選區雷射熔化快速成型機的雷射器採用光纖雷射器；雷射器連續輸 出功率為100-200W,光束質量因子為M2〈1.1,聚焦後光斑直徑小於25nm。
託槽底板的厚度為0.4mm以下。所述託槽的製造材料包括牙科金、鈦合 金、鈷鉻合金、不鏽鋼的粉末材料，粉末顆粒尺寸小於l(Him。
託槽的基底與牙齒表面粘結，槽溝則與矯正弓絲相配合，因此根據力學 性能要求的不同，在選區雷射熔化直接製造過程中，根據需要託槽實體的各 個分層採用不同類別或成分的粉末材料。成型後，託槽具有梯度功能性，提 高了使用性能。
(5)根據臨床需求，對成型後的託槽做表面處理。
如上所述，便可較好地實現本發明，上述實施例僅為本發明的較佳實施 例，並非用來限定本發明的實施範圍；即凡依本發明內容所作的均等變化與 修飾，都為本發明權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
權利要求
1、定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方法，其特徵在於包括以下步驟(1)測量齒係數據，獲得牙齒的外形結構參數；(2)根據所述齒係數據，採用反求工程的方法建立牙齒的三維CAD模型並存儲於計算機中；(3)根據正畸的要求、託槽製作材料和牙齒的形狀特徵，通過計算機設計單個舌側託槽的三維CAD結構模型；所述託槽的三維CAD結構模型的設計包括設計託槽與牙齒表面接觸的底板，以及根據各個託槽的理想放置位置確定託槽的槽溝；(4)將步驟(3)所述託槽的三維CAD結構模型導入到選區雷射熔化成型機中，採用分層製造的方法直接製造金屬質託槽實體；(5)根據臨床需求，對成型後的託槽做表面處理。
2、 根據權利要求1所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法，其特徵在於所述齒係數據的測量採用CT斷層掃描或非接觸的三維掃 描儀直接掃描牙齒，或者首先製取牙齒的模型再進行三維掃描測量，所述掃 描精度優於0.02mm。
3、 根據權利要求1所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法，其特徵在於步驟(2)所述牙齒的三維CAD模型的存儲格式為STL格 式。
4、 根據權利要求1所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法，其特徵在於步驟(4)所述分層製造的方法是指運用切片軟體將託槽的 三維CAD結構模型進行分層，得到各個分層截面的二維模型，根據所述二維 模型通過上位機控制選區雷射熔化成型機直接成型金屬材料的託槽。
5、 根據權利要求1 4任一項所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化 直接製造方法，其特徵在於所述分層厚度為20~50Kim，並採用層間累計誤 差補償方式控制製造精度為5 10pm。
6、 根據權利要求5所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法，其特徵在於所述託槽底板的厚度為0.4mm以下。
7、 根據權利要求6所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法，其特徵在於所述託槽的製造材料包括牙科金、鈦合金、鈷鉻合金、不 鏽鋼的粉末材料，粉末顆粒尺寸小於l(Him。
8、 根據權利要求7所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法，其特徵在於根據力學性能要求的不同，託槽實體的各個分層採用不同 類別或成分的粉末材料。
9、 根據權利要求8所述定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方 法，其特徵在於所述選區雷射熔化快速成型機的雷射器採用光纖雷射器； 雷射器連續輸出功率為100-200W，光束質量因子為M2〈.1,聚焦後光斑直 徑小於25prno
全文摘要
本發明提供一種定製化舌側正畸託槽的選區雷射熔化直接製造方法，步驟為測量齒係數據，通過反求工程得到牙齒的三維CAD模型；根據牙齒的特點，設計單個舌側託槽與牙表面接觸的底板，並根據各個託槽的理想放置位置確定託槽的槽溝；將設計的模型導入到選區雷射熔化成型機中，直接製造所需材料的牙託槽。本方法能根據個體差異實現高精度的定製化製造，託槽可很好貼合牙表面，一次直接成型託槽，節省了工序、時間和成本；適用範圍廣，製作材料多樣化；可在一次直接成型過程中採用不同的材料，以滿足託槽不同部位的性能要求。
文檔編號G05B19/4097GK101288906SQ20081002649
公開日2008年10月22日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者楊永強, 王淑範 申請人:華南理工大學