個性化託槽的加工方法
2023-05-29 07:43:56
個性化託槽的加工方法
【專利摘要】本發明公開一種個性化託槽的加工方法，依次包括如下步驟：1）獲得牙列的三維數字模型;2）設計託槽的三維數字模型；3）數控工具機加工託槽。本發明既滿足了不同患者對託槽的個性化需求，整體性更好，又滿足了一體化個性化託槽的加工需求，也減少了原材料的浪費；採用數控工具機加工的個性化託槽，其體積縮小，精度高，託槽底板和託槽本體之間不存在焊接縫隙，有利於保持口腔清潔。
【專利說明】個性化託槽的加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及牙齒正畸託槽加工工藝，更確切地說，涉及一種個性化託槽的加工方法。
【背景技術】
[0002]在口腔正畸治療中，患者對正畸治療的要求已不僅停留在矯治後的美觀，而且越來越多地關注矯治過程的美觀。舌側矯治器因其隱蔽性好、矯治效果佳而越來越受到人們的關注。舌側矯治器的推廣應用在很大程度上受制於個性化託槽的技術水平。現有的託槽生產方法主要有兩種:I)焊接加工，通過將託槽體和託槽底板分別加工，然後以焊接方式獲得完整個性化託槽；2)鑄造加工，這種方法需要預先製作託槽陰模，然後澆築個性化託槽。上述兩種方法所加工的產品體積較大，加工過程較為複雜，加工工藝多，精度控制難度大，焊接縫隙的存在也不利於口腔衛生，並且會產生較多的原材料廢料。
【發明內容】
[0003]本發明克服了現有技術中存在的不足，提供一種個性化託槽的加工方法，其工藝簡單，體積小，並且精度高。
[0004]一種個性化託槽的加工方法，依次包括如下步驟:
O獲得牙列的三維數字模型
2)設計託槽的三維數字模型
以步驟I)獲得的三維數字牙列模型為基礎，採用託槽設計軟體為待粘貼個性化託槽的牙齒設計託槽的三維數字模型；
3)數控工具機加工託槽
以步驟2)所述託槽的三維數字模型為基礎，生成數控工具機加工程序並傳輸給數控工具機，選擇合適刀具及毛坯，裝夾，一次性加工完成個性化託槽。
[0005]所述步驟I)所述牙列的三維數字模型通過圖形獲取設備獲得或第三方提供。
[0006]所述圖形獲取設備為三維掃描儀或口內掃描儀或CT。
[0007]所述步驟2)包括:確定託槽槽溝相對牙齒的位置，提取牙齒表面數據並以此為託槽底板表面，調整託槽形態，組合成託槽數字模型。
[0008]所述步驟3)所述刀具為銑刀或磨削刀具。
[0009]所述步驟3)所述數控工具機為車銑加工中心。
[0010]所述步驟3)所述數控工具機加工依次包括如下步驟:託槽3D數字模型導入工具機軟體、將毛坯3D數字模型導入工具機軟體、調整託槽和毛坯的3D數字模型的方位、加工軌跡編程、啟動加工和加工後處理。
[0011]所述車銑加工中心為五軸聯動數控加工中心。
[0012]所述車銑加工中心為六軸聯動數控加工中心。
[0013]所述加工軌跡編程步驟還依次包括如下步驟:規劃合理的進給路徑，規划進給工藝，設定進給刀具，設置加工參數和仿真模擬。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果主要體現在以下方面:通過個性化託槽設計軟體進行託槽底板和託槽本體的設計，並且將託槽底板和託槽本體在三維數字模型層面實現了一體化合併，託槽整體性更好，既滿足了不同患者對個性化託槽的個性化需求,又滿足了一體化個性化託槽的加工需求，也減少了原材料的浪費；採用五軸聯動數控加工中心加工的個性化託槽，其體積縮小，精度高，託槽底板和託槽本體之間不存在焊接縫隙，有利於保持口腔清潔。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明個性化託槽加工方法工藝流程圖。
[0016]圖2為本發明個性化託槽加工方法的五軸聯動數控加工工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細闡述，請參閱圖1?2。
[0018]實施例1:
本實施例結合圖1對本發明一種個性化託槽的加工方法做詳細說明，依次包括如下步驟:
I)獲得牙列的三維數字模型
用三維掃描設備將待掃描的患者牙齒模型掃描進電腦控制端，在電腦控制端獲得三維數字牙列模型；所述掃描設備為非接觸普通三維掃描儀或口內掃描儀或CT掃描儀。
[0019]作為優選實施方式，所述三維掃描設備為錐型束CT斷層掃描儀，所述牙齒模型為超硬石膏陽模，所述電腦控制端為與掃描設備相連接的工作計算機。
[0020]2)設計託槽的三維數字模型
以步驟I)獲得的三維數字牙列模型為基礎，採用託槽設計軟體為待粘貼個性化託槽的牙齒設計三維數字託槽模型，所述託槽模型的設計以相應牙齒的舌側面曲面狀態為參考依據，再設計與所述曲面相吻合的個性化託槽，尤其是託槽底板形狀與尺寸。
[0021]所述步驟2)包括:確定託槽槽溝相對牙齒的位置，提取牙齒表面數據並以此為託槽底板表面，調整託槽形態，組合成託槽數字模型。其中，設計中可同步進行，也可分步進行，然後獲得託槽的三維數字模型。
[0022]根據醫生所需要的弓絲形態來計算出託槽與弓絲的相對位置關係。所述弓絲形態包括現有弓絲形態，還包括用數學函數描述或離散點描述或折線近似描述等。
[0023]提取牙齒表面特徵製作託槽底面，使用上一步的弓絲製作託槽與弓絲的結合面。牙齒表面特徵通常是表面數據或部分表面數據，以保證最終的託槽與牙齒間貼合緊密。牙齒表面特徵同時也包括其他的從牙齒模型中獲取的信息，例如曲率、斜率等。託槽底面是指託槽與牙齒的粘貼面，優選待粘接託槽的牙齒表面的全部或部分作為託槽底面。為了增加託槽底面與牙齒的粘接力，可在改變原始表面的表面形態，比如增加網格紋路、打孔、變更輪廓等方式製作最終粘接面。託槽底面也可以採用不和牙齒表面完全一致的曲面甚至平面，使用牙齒表面的斜率、曲率或、關鍵點或其他表面特徵擬合成所需曲面。結合面優選矩形槽溝，但也包括無槽溝設計、多槽溝或異型槽溝(如曲面槽溝等)。
[0024]添加其他附屬部件或形狀，結合以上所有這些數據，最終形成託槽三維模型。附屬部件包括設計的或外部提供的形體數據(比如固定的託槽上部結構、固定翼或橡皮條掛鈎等)，也包括重新設計的形體數據(如連接各個部件的曲面，體部件等)。
[0025]如有必要，還需進一步考慮刀具加工時的可行性以及複雜度，進一步調整模型表面以保證模型可用於工具機加工。
[0026]3)數控工具機加工託槽
以步驟2)獲得的三維數字託槽模型為基礎，在電腦端編制切割工具移動路徑程序，所述移動路徑程序將作為後續加工操作的指令。
[0027]將所述移動路徑程序導入銑床電腦控制端，啟動所述程序，銑床將遵照程序指令逐步加工出需要的個性化託槽。
[0028]加工程序是依靠設計好的託槽設計模型為基礎建立的可控制工具機加工的程序，包含標準工具機程序和非標準自定義程序。一個程序可包含一個或多個託槽。傳輸給數控工具機可通過各種通訊協議來完成，包括標準和非標準通訊協議，無線連接方式和有線連接方式。也包括內存中直接的數據傳輸，比如託槽設計軟體和控制軟體同時運行於同一環境或為一體式設計時的。
[0029]本發明所述步驟3)包括如下分步驟:託槽3D數字模型導入工具機軟體、將毛坯3D數字模型導入工具機軟體、調整託槽和毛坯的3D數字模型的方位、加工軌跡編程、啟動加工和加工後處理。
[0030]所述步驟3)所述切割工具為銑刀刀具或磨頭刀具，所述刀具刀頭長度優選0.3mmο
[0031]所述步驟3)所述數控工具機為車銑加工中心。所述車銑加工中心為五軸聯動數控加工中心，也可以是三軸聯動數控加工中心，還可以是六軸聯動數控加工中心。需要說明的是，所述車銑加工中心包括但不僅限於所述五軸或三軸或六軸聯動數控加工中心。
[0032]作為優選實施方式，所述車銑加工中心為五軸聯動數控加工中心。
[0033]所述加工軌跡編程步驟還依次包括如下步驟:規劃合理的進給路徑，規划進給工藝，設定進給刀具，設置加工參數和仿真模擬。
[0034]本發明通過個性化託槽設計軟體進行託槽的設計，並且將傳統託槽的託槽底板和託槽本體在三維數字模型層面設計為一體，實現了託槽結構一體化，既滿足了不同患者對託槽的個性化需求，又滿足了一體化與個性化託槽的加工需求。
[0035]實施例2:
本實施例結合圖2對五軸聯動數控加工中心的加工工藝過程做進一步詳細說明，依次包括如下步驟:
51:託槽3D數字模型導入工具機軟體:獲得完整的託槽3D數字模型設計數據，所述數據包括3D數字模型、STL格式文件，將所述數據導入五軸聯動數控工具機編程軟體；
52:將毛坯3D數字模型導入工具機軟體:在編程軟體中對3D數字模型做分析，並將3D數字模型放置在模擬工作檯中間裝夾位上，調整3D數字模型的方向，保證刀具進給方向，以便進行合適的仿真切削；
53:調整託槽和毛坯的3D數字模型的方位:將毛坯模型設置在3D數字模型上，需保證毛坯模型完整覆蓋3D數字模型，每面都留合理的加工餘量空間，本實施例中以幾何居中方式放置，即數字模型到周邊四面等距離，並設定加工起始原點；
54:加工軌跡編程:本步驟包括規劃合理的進給路徑，規划進給工藝，設定進給刀具，設置加工參數和仿真模擬。
[0036]S4-1:規劃合理的進給路徑:規劃合理的刀具進給軌跡路徑，並且設定合適的進給方式以防止刀具幹涉和確保加工路徑，保證全部形狀都能被正確的加工到位，且刀具刀柄等對數字模型形狀沒有幹涉；規劃合適的進給工藝，設定合適的粗加工、半精加工和精加工工藝參數，提高加工效率；在工藝參數中設定合適的進給速度和進給量，保證最終的加工精度能夠滿足要求；在不同的加工工藝中，選擇合適的加工刀具。本實施例五軸聯動數控工具機首先選用D8，即切削刀選用刃直徑為8mm的平銑刀作為第一步粗加工刀具，按進給量0.2mm,主軸轉速2000r/min，完成第一步粗加工；選用平銑刀D2，Dl，D0.6，D0.4，即平銑刀切削刃直徑分別為2mm、lmm、0.6mm和0.4mm,設置進給量為0.1mm?0.05mm,主軸轉速2800r/min，進行第二步粗加工；選用球銑刀R0.5，即球銑刀的球形切削刃直徑0.5mm,設置進給量為0.05 mm?0.04mm，進行半精加工；通過選用錐形刀20° -0.2，即錐形刀的刃底直徑0.2mm，錐形角20°，設置進給量為0.05mm，主軸轉速2800r/min，完成託槽底板網格形狀的加工；選用球銑刀R0.5或R0.3，設置進給量為0.03mm,主軸轉速2800r/min，進行精加工，得到最終的形狀；
S4-2:規划進給工藝:將起始原點、進給軌跡路徑、工藝參數、刀具數據設定完成後，在工具機軟體中做仿真模擬，查看仿真軌跡及刀具運行結果，對仿真結果進行判斷，並修改為更合理的工藝參數，從而獲得最終的仿真結果；
S4-3:設定進給刀具:檢查五軸聯動數控工具機各項功能是否良好，按仿真時的放置方式，將毛坯料一次性裝夾到工作檯上，要求裝夾牢固，並將工序中需要的刀具全部裝夾到工具機刀庫的對應刀位上；
S4-4:設置加工參數:所選五軸聯動數控工具機為X、Y、Z和A、C共五軸控制，主要由X、Y、Z三軸控制刀具的運動，A、C兩軸控制工作檯旋轉，最終實現五軸聯動加工；
S4-5:仿真模擬:將仿真後的編程數據拷貝或傳輸到五軸聯動數控工具機控制器內；
55:啟動加工:啟動並運行五軸聯動數控工具機，將自動完成整個切割動作，實現對所設計託槽的車銑加工，加工後的託槽成品將直接掉進設置在工具機工作檯下方的收納裝置內，所述收納裝置為網盤；
56:加工後處理:從所述網盤中獲取加工後的託槽，對所述託槽進行清洗、檢測和消毒後續處理，以清除加工產生的廢料和次品，保證獲得的所述託槽能滿足使用標準，最後對所述託槽進行包裝，完成託槽的生產加工過程。
[0037]作為【具體實施方式】，所述工具機包括但不僅限於五軸聯動數控加工中心，也適用於常見的三軸、六軸聯動數控加工中心，其加工工藝過程與五軸聯動數控加工中心加工過程相同或相似，在此不再一一贅述。
[0038]與現有技術相比，本發明通過個性化託槽設計軟體進行託槽的設計，並且將傳統託槽的託槽底板和託槽本體在三維數字模型層面設計為一體，實現了託槽結構一體化，既滿足了不同患者對託槽的個性化需求，又滿足了一體化與個性化託槽的加工需求；採用五軸聯動數控加工中心加工的個性化託槽，其體積縮小，整體性更好，託槽底板和託槽本體之間不存在焊接縫隙，有利於保持口腔清潔。
[0039]以上描述僅為本發明的實施例，諒能理解，在不偏離本發明構思的前提下，對本發明所進行的任何非實質性修改和替換皆應包含在本發明的技術構思之內。
【權利要求】
1.一種個性化託槽的加工方法，其特徵在於，依次包括如下步驟: 1)獲得牙列的三維數字模型 2)設計託槽的三維數字模型 以步驟I)獲得的三維數字牙列模型為基礎，採用託槽設計軟體為待粘貼個性化託槽的牙齒設計託槽的三維數字模型； 3)數控工具機加工託槽 以步驟2)所述託槽的三維數字模型為基礎，生成數控工具機加工程序並傳輸給數控工具機，選擇合適刀具及毛坯，裝夾，一次性加工完成個性化託槽。
2.根據權利要求1所述一種個性化託槽的加工方法，其特徵在於:所述步驟I)所述牙列的三維數字模型通過圖形獲取設備獲得或第三方提供。
3.根據權利要求2所述一種個性化託槽的加工方法，其特徵在於:所述圖形獲取設備為三維掃描儀或口內掃描儀或CT。
4.根據權利要求1?3中任一項所述一種個性化託槽的加工方法,其特徵在於:所述步驟2)包括:確定託槽槽溝相對牙齒的位置，提取牙齒表面數據並以此為託槽底板表面，調整託槽形態，組合成託槽數字模型。
5.根據權利要求1?3中任一項所述一種個性化託槽的加工方法,其特徵在於:所述步驟3)所述刀具為銑刀或磨削刀具。
6.根據權利要求1?3中任一項所述一種個性化託槽的加工方法,其特徵在於:所述步驟3)所述數控工具機為車銑加工中心。
7.根據權利要求1所述一種個性化託槽的加工方法，其特徵在於:所述步驟3)所述數控工具機加工依次包括如下步驟:託槽3D數字模型導入工具機軟體、將毛坯3D數字模型導入工具機軟體、調整託槽和毛坯的3D數字模型的方位、加工軌跡編程、啟動加工和加工後處理。
8.根據權利要求6所述一種個性化託槽的加工方法，其特徵在於:所述車銑加工中心為五軸聯動數控加工中心。
9.根據權利要求6所述一種個性化託槽的加工方法，其特徵在於:所述車銑加工中心為六軸聯動數控加工中心。
10.根據權利要求7所述一種個性化託槽的加工方法，其特徵在於:所述加工軌跡編程步驟還依次包括如下步驟:規劃合理的進給路徑，規划進給工藝，設定進給刀具，設置加工參數和仿真模擬。
【文檔編號】A61C7/14GK104398308SQ201410776617
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】姚峻峰, 查凱, 劉南軍, 雷先德, 張國明 申請人:上海正雅齒科科技有限公司