一種義齒金屬雷射3D列印方法與流程
2023-05-07 12:12:31 1
技術領域：
本發明涉及義齒技術領域，特別是針對義齒的製造方法，具體地是提供一種義齒金屬雷射3d列印方法。
背景技術：
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義齒就是人們常說的「假牙」，其意思就是指為人類盡「義務」的牙齒，在醫學上則是對上、下頜牙部分或全部牙齒缺失後製作的修復體的總稱。根據義齒的材料的分類，常用的有金屬牙、陶瓷牙和合成樹脂牙等。為防止人工牙的縱折，對於過小缺牙間隙或者過低齦距離的情況，多採用金屬牙，以達到美觀耐用的目的。金屬牙的常用金屬材料有純鈦、鈷鉻合金、鎳鉻合金、銀合金和金合金；其中的純鈦屬於和人體相容性最好的金屬材料，幾乎沒有人對其產生過敏反應，且強度較好、重量輕、金屬延展性非常好；鈷鉻合金為高熔合金，其化學性能穩定、表面經高度磨光，在口腔內不會起化學變化，它具有較強的抗腐蝕性，強度較高，有一定彈性，硬度超過牙釉質；鎳鉻合金也屬高熔合金，化學性能穩定，有一定的機械強度和良好塑性，加工性能好，合金韌性較大；銀合金是以銀為主要成分的合金，其延展性和可塑性佳，緊密度極好，減少了微滲漏的發生；而金合金是以金為主要成分的合金，其化學穩定性好，韌性強，延展性好，收縮小以及抗腐性強，但價格昂貴；這些金屬材料傳統地均採用鑄造甚至整體鑄造的方法來製作義齒，但鑄造的方法存在過程複雜，質量難以控制以及精密度有局限，並且特定金屬可能還需用特殊的設備打磨、拋光，或者某些金屬容易氧化而對鑄造要求更高。隨著3d列印技術的誕生，越來越多地利用計算機三維設計和cad/cam輔助加工的3d列印義齒被應用，但該技術尚處於蓬勃發展的起始階段，對各種實際產品應用出現的問題仍在摸索解決中，例如現有技術中大多僅考慮到口腔內的三維圖像數據，對於口腔外或者人面部的數據則均未涉及，就會導致後續加工出的義齒在具體安裝後對人的整體形象可能達不到美觀的要求。
技術實現要素：
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本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中義齒的鑄造方法存在過程複雜，質量難以控制、特定金屬對鑄造要求更高以及義齒的3d列印方法存在技術尚處於起始階段、不能滿足整體形象達到美觀的要求等缺點，提供一種義齒金屬雷射3d列印方法。
本發明解決其技術問題所採取的技術方案是：一種義齒金屬雷射3d列印方法，其特徵在於，包括以下步驟：
步驟1，通過三維掃描儀採集口腔內各器官的空間分布數據和面部立體數據，通過口腔錐形ct對口腔內部進行拍片掃描採集具體器官的內部結構數據；
步驟2，將步驟1中採集到的空間分布數據、面部立體數據和內部結構數據傳輸至計算機中存儲，並進行處理得到口腔三維模型和義齒仿真模型；
步驟3，對義齒仿真模型進行包括應力分析和疲勞分析的有限元分析；
如果有限元分析結果滿足要求，則進行步驟4；
如果有限元分析結果不滿足要求，則返回步驟2；
步驟4，將步驟3中滿足要求的義齒仿真模型輸出至雷射3d列印設備中進行列印以得到所要的義齒；
步驟5，對步驟4中得到的義齒進行表面處理以得到具有生物相容性塗層的義齒。
優選地，步驟2中得到義齒仿真模型後還進行適應性修正步驟，所述適應性修正步驟包括反覆讀取面部立體數據和將義齒仿真模型放置到口腔三維模型中進行驗證從而對義齒仿真模型進行修復，以得到最合適的對義齒仿真模型。
優選地，步驟3中有限元分析包括以下步驟，
s1：初步確定分析類型、單元類型和模型類型；
s2：導入幾何模型、定義材料屬性並劃分網格；
s3：施加約束和載荷，進行有限元求解；
s4：評估結果並輸出報告。
特別地，在步驟s2中定義材料屬性時導入口腔ph值和飲食習慣數據以對材料屬性進行調整。
優選地，步驟4中雷射列印的功率為480～550w，列印速度為10～20mm3/min。
優選地，步驟4中雷射列印採用的金屬粉末顆粒的平均粒徑為30～50μm。
優選地，所述生物相容性塗層為羥基磷灰石塗層或含氟羥基磷灰石塗層。
優選地，步驟5中在對義齒進行表面處理前還包括預處理步驟，所述預處理步驟為對義齒表面進行噴砂和/或酸蝕處理。
本發明由於採取了上述技術方案，其具有如下有益效果：
本發明所述的一種義齒金屬雷射3d列印方法，能夠綜合考慮各種義齒使用環境因素，使列印出的義齒更符合使用習慣以及保持整體形象的美觀，滿足舒適性和便利性的要求；並且列印過程更加簡化、更加精確，能夠進一步降低製造成本。
具體實施方式：
本發明所述的一種義齒金屬雷射3d列印方法，其特徵在於，包括以下步驟：
步驟1，通過三維掃描儀採集口腔內各器官的空間分布數據和面部立體數據，通過口腔錐形ct對口腔內部進行拍片掃描採集具體器官的內部結構數據；
其中，各器官的空間分布數據例如齒系間的關係數據、牙槽骨的形態數據以及上、下頜骨的相對位置數據，而面部立體數據例如口型數據、嘴唇的厚薄數據以及面部五官的比例甚至側面的輪廓等，至於具體器官的內部結構數據則可以包括牙齒的分層尺寸數據、牙床的立體數據等；這樣通過三維掃描儀和口腔錐形ct綜合採集口腔內各器官的空間分布數據和面部立體數據以及具體器官的內部結構數據，為義齒的模型設計和後續3d列印提供詳盡的數據基礎，使得列印出的義齒更符合使用習慣以及保持整體形象的美觀。
步驟2，將步驟1中採集到的空間分布數據、面部立體數據和內部結構數據傳輸至計算機中存儲，並進行處理得到口腔三維模型和義齒仿真模型；
在本發明中，為了得到更精確的模型而便於後續加工和使用，在步驟2中得到義齒仿真模型後還進行適應性修正步驟，所述適應性修正步驟包括反覆讀取面部立體數據和將義齒仿真模型放置到口腔三維模型中進行驗證從而對義齒仿真模型進行修復，以得到最合適的對義齒仿真模型。
步驟3，對義齒仿真模型進行包括應力分析和疲勞分析的有限元分析；
如果有限元分析結果滿足要求，則進行步驟4；
如果有限元分析結果不滿足要求，則返回步驟2；
在本發明中，所述有限元分析包括以下步驟，
s1：初步確定分析類型、單元類型和模型類型；
s2：導入幾何模型、定義材料屬性並劃分網格；
特別地，在步驟s2中定義材料屬性時導入口腔ph值和飲食習慣數據以對材料屬性進行調整。其中的口腔ph值可以實時測得，為了更加準確，可以持續進行測量採集；至於飲食習慣數據，可以包括患者經常吃較軟的食物還是較硬的食物，是否愛吃酸的食物，是否愛啃骨頭，甚至患者的年齡等等可能影響義齒材料的所有因素；
s3：施加約束和載荷，進行有限元求解；
s4：評估結果並輸出報告。
步驟4，將步驟3中滿足要求的義齒仿真模型輸出至雷射3d列印設備中進行列印以得到所要的義齒；
在本發明中，優選所述雷射列印的功率為480～550w，列印速度為10～20mm3/min，可以使得列印過程更加簡化、更加精確，能夠進一步降低製造成本；同時，優選雷射列印採用的金屬粉末顆粒的平均粒徑為30～50μm，採用偏小粒徑的金屬粉末顆粒，可以得到表面更加精緻的義齒，當然如果採用的過小，則會大大增加製造成本，給患者帶來負擔。
步驟5，對步驟4中得到的義齒進行表面處理以得到具有生物相容性塗層的義齒。
在本發明中，所述生物相容性塗層優選為羥基磷灰石塗層或含氟羥基磷灰石塗層，這是因為羥基磷灰石(ha)塗層被認為是目前最好的用於替代人體硬組織的一種生物醫用材料；同樣地，含氟羥基磷灰石(fha)塗層由於比羥基磷灰石塗層的溶解度低、熱膨脹係數小且生物活性好，也是最佳的塗層材料選擇之一。所述的羥基磷灰石塗層或含氟羥基磷灰石塗層可以通過溶膠-凝膠法製備獲得。
優選地，步驟5中在對義齒進行表面處理前還包括預處理步驟，所述預處理步驟為對義齒表面進行噴砂和/或酸蝕處理；通過噴砂和/或酸蝕處理，可以使義齒具有一定的清潔度和不同的粗糙度，能夠增加後續表面處理增加的生物相容性塗層與義齒的附著力，使義齒的使用耐久性更好。