製造定製正畸矯治器的系統、及相關方法

2023-04-25 16:10:36 3

專利名稱：製造定製正畸矯治器的系統、及相關方法
技術領域：
本發明一般涉及畸齒矯正領域，特別涉及正畸矯治器的制
造。本發明也涉及用於設計和製造使患者牙齒平整的正畸矯治器的系 統、程序產品及相關方法，以及根據此方法製造的定製精密託架(託 槽)。
背景技術：
用於使患者牙齒平整或定位的畸齒矯正處理可以回溯數 百年。畸齒矯正處理通常包括將金屬絲纏繞在患者牙齒周圍。二十世 紀七十年代中期，主要由於膠粘技術方面的發展，首選方法轉變為將 託架直接粘在牙齒上，並使矩形截面形狀的彈性金屬絲延伸穿過託架 中的槽溝。通常，託架是現貨供應產品。在大多數情況下，託架適合 於特定牙齒，例如上犬齒，但並不適用於特定患者的個別牙齒。通常， 通過下述方式使託架適應於個別牙齒用粘合劑填充牙面與託架面之 間的間隙從而使託架與牙齒結合，從而，當使牙齒移動至正確位置時， 託架槽溝位於平坦的水平面中。用於使牙齒移動至所期望正確位置的 驅動力由弓絲提供。對於舌側託架(lingual brackets)而言，己由 Thomas Creekmore開發了 一種具有例如豎向託架槽溝的系統。這使 得金屬絲更易於插入。金屬絲的較長側面因而豎直取向。如今畸齒矯正處理中所使用的金屬絲通常也是現貨供應 產品。即使需要由正牙醫生對金屬絲進行個別處理，處理的目標也是 儘可能少地對其加以改動。根據這種方法，以一種方式設計託架，使 得在處理最後使牙齒對齊時，託架槽溝假定以平坦方式定位及取向。 這意味著被動穿過槽溝延伸而不施加任何力的金屬絲將是平坦的(扁 平的)。這種處理狀況周知為"直絲弓(straight wire)"。弓絲離 牙面越遠，越難以達到對各牙齒的精確修整位置。如果在扭轉(圍繞 金屬絲軸線的轉動)時產生例如僅IO度的誤差，牙齒位置就會有超
過lmm的較大豎向誤差。因此，申請人認識到精密託架槽溝需要盡 可能靠近牙面布置，精密託架槽溝與定製弓絲的結合，可以形成精密 的弓絲一託架槽溝界面，從而將扭轉誤差減到最小。畸齒矯正方面的另一問題是確定正確的託架位置。在結合 時，牙齒的朝向可能遠離期望位置。因而，對於由平坦平面弓絲使牙 齒處於正確位置從而定位託架來說，需要大量經驗和視覺想像。結果 是，在處理末期，花費大量時間對託架位置或金屬絲形狀進行必要的
調整。可以通過下述方式解決前述問題通過使用齒系的三維掃描數 據，虛擬方式創建理想布置方式；或者，通過將齒系的牙齒模型分離
成單個牙齒然後將這些牙齒放置到蠟床(wax bed)的理想位置，物 理方式創建理想布置方式。例如，Rubbert等人提出的名稱為 "Interactive Orthodontic Care System Based On Intm-Oral Scanning of Teeth"的美國專利No.6,648,640，描述了一種對弓絲的處理，以 基於普通託架和定製的畸齒矯正弓絲進行畸齒矯正。弓絲可以具有復 雜的扭曲和彎曲，這樣就不需要平坦平面的金屬絲。該專利文獻還描 述了用於建立齒系三維虛擬模型的掃描系統、以及基於所掃描齒系模 型的交互式計算機化處理規劃系統。作為處理規劃的一部分，將虛擬 託架放置在虛擬牙齒上，並由操作人員根據臨床診斷將牙齒移到期望 位置。將錯位咬合的齒系加上託架的三維虛擬模型輸出到快速成型制 作裝置，用於製作齒系加託架的物理模型。在Wiechmann等人提出的名稱為"Modular System for Customized Orthodontic Appliances"的美國專禾U No.6,776,614中，描 述了一種對弓絲的改進，以基於定製畸齒矯正託架和定製畸齒矯正弓 絲進行畸齒矯正。該專利文獻進一步描述了，在計算機上設計作為三 維虛擬對象組合的託架，三維虛擬對象包括虛擬託架粘合底板以及從 虛擬託架體庫中檢索到的虛擬託架體。虛擬託架可以表示成包含數字 形狀數據的文件，並可以輸出到快速成型製作裝置。畸齒矯正方面近年來的發展包括使用快速成型技術形成
託架。快速成型機可以用於託架的模型，然後使用託架的模型來形成 模具以形成託架。這些模具通常具有形成託架的型腔，並可以具有流 道，以形成將託架成型材料注進模具的通道。餘留在流道中的固化的 託架成型材料，形成必須清除的料頭。此外，如果託架槽溝沒有作為 成型處理的一部分形成，則必須在託架體上切割出託架槽溝。形成託架槽溝有多種方法，可以包括鑄造、磨削、或者銑
削。例如，在Andreiko等人提出的名稱為"Custom Orthodontic Appliance Forming Method and Apparatus"的WO94/10935中，描述
了以下述方式形成託架在託架坯中切割出定製槽溝，同時保留基底 傾斜角，或者可選擇地，使託架基底或底板傾斜；以及，將託架底板
形成為符合牙面，或者，形成為用粘合劑粘合以填充託架底板與牙齒
之間的空間。Andreiko等人主要描述了使用機械刀片形成託架，但 沒有進一步說明可以採用其他措施，諸如金屬絲電火花加工、切割加 工、鑄造、或者立體平版印刷等。上述處理方式沒有充分描述用於下述加工的系統、裝置或 方法形成高精度託架槽溝，在託架槽溝側壁中形成下凹進部，切除 包埋材模型託架(investment cast bracket)的料頭，或者在託架體中 切割出高精度的筒管。儘管在Wiechmann,D.的"A New Bracket System for Lingual Orthodontic Treatment ， Part 2: First Clinical Experiences and Further Development" J. Orofac. Orthop. (2003) 中， 已經注意到了希望獲得精密託架，但到目前為止，還未認識到需要一 種形成增強精度託架槽溝或筒管的系統、裝置、程序產品和方法，這 種增強精度託架槽溝或筒管具有可利用電火花加工技術獲得的期望 特徵，例如，允許相鄰的弓絲精確配合的低公差平坦加工表面。
發明目的考慮到上述情況，本發明的目的是克服現有託架和現有制 造方法的不足
發明內容
本發明能夠達到上述目的，本發明提供一種製造正畸矯治 器的系統、程序產品及其方法，可以在形成正畸矯治器各託架體中精 密定製託架槽溝方面提供改善的高精密度。例如，根據本發明的實施 方式，可以形成以前無法形成的託架槽溝結構。此外，根據本發明的 實施方式，定製弓絲與各精密定製託架槽溝可以形成高精密度的弓絲 一託架槽溝界面，這可以大大減小或最小化扭轉誤差。弓絲是形式和 尺寸與口腔中牙齒排列的內表面大致對應的大致U形或者弓形金屬 絲。本發明人發現，如果將電火花加工與虛擬託架設計一起使用以在 託架體中形成託架槽溝，可以提供增強的精密度，並且可以切除料頭。 此外，根據本發明的實施方式，電火花加工與虛擬託架設計一起使用， 可以提供改善的精密度，並且可以進行包括有效切除料頭的製造處 理。優選的是，料頭的切除與託架槽溝的加工是同時實現的，例如， 使槽溝的加工處理與料頭的切除有效結合。這在本發明的實施方式中 得以實現，其中料頭或固定部分分別與布置在平面中的託架體的一部 分相連，或者與要加工出託架槽溝的開口表面的平面相連。據此，加 工託架槽溝連同切除託架槽溝所填充的材料，從而同時切除與之相連 的料頭或固定部分。更具體地，在本發明的實施方式中，製造正畸矯治器的系
統可以包括虛擬正畸矯治器設計計算機，該計算機具有處理器、與處 理器連接的存儲器、以及存儲在存儲器中的正畸矯治器設計程序產 品。正畸矯治器設計程序產品可以包括用於執行下述操作的指令，所 述操作為接收通過本領域技術人員熟知的各種方法獲得的患者齒系
數據；正畸矯治器設計程序產品可以包括用於執行下述操作的指令， 所述操作為，響應於所接收的患者齒係數據，設計限定虛擬正畸矯治 器設計數據的正畸矯治器虛擬尺寸表示。正畸矯治器可以包括弓絲 (例如可以定製的弓絲)以及多個精密定製託架，各精密定製託架包 括託架體(具有朝向牙齒的結合面)、與託架體相連的託架底板、以 及託架槽溝。據此，託架包括具有託架槽溝的託架體、以及具有牙齒 結合面的託架底板。在優選實施方式中，託架是包括託架體、託架槽 溝、以及託架底板的單件式部件。系統還可以包括模具成型裝置，模具成型裝置可以利用多 種技術(諸如，快速成型)來構建所使用的模具，從而形成定製託架。 根據本發明的實施方式，模具可以構造為同時形成託架體和託架底 板，並布置用於容納託架成型材料。模具成型裝置還包括將託架成型 材料分送進模具的機構。各模具通常具有型腔和流道，型腔用於各託 架，以及，在託架成型材料位於型腔中時，型腔限定託架的邊界，在 流道充滿託架成型材料時，流道限定料頭的邊界。從模具中取下時各 成型託架體與料頭相連。優選的是，料頭包括固定部分，該固定部分 可以布置在對託架進行取向(以通過電火花加工機構進行加工)的系 統的容納部分中。以這種方式，可以使用固定部分來使託架取向以進 行加工，這種取向可以獨立於患者齒係數據(包括例如牙齒結合面形 狀)，或者，優選地，這種取向可以依照患者齒係數據進行，例如， 形成牙齒結合面的數據、和/或託架槽溝向牙齒結合面的傾斜。作為使託架體成形為具有包括固定部分的料頭的替代方
案，託架體可以包括獨立於料頭的固定部分。此外，託架體可以通過 其他製造方法進行製造，例如，通過機械加工使託架體具有三維形狀， 或者，優選地，通過使前體材料(將產生所需材料)熔融成為預定的 三維形狀。後一種技術可以採用例如雷射照射，從而，大致形成託架 體的預定形狀，再以數字控制方式沿預定圖案選擇性地熔融前體材 料。在金屬合金作為託架體構成材料的情況下，前體材料可以包括金 屬合金顆粒。系統還可以包括數據處理計算機，數據處理計算機布置成 (例如)通過計算機網絡與虛擬正畸矯治器設計計算機通信，以及， 數據處理計算機具有存儲器和存儲在存儲器中的計算機輔助製造程 序產品。計算機輔助製造程序產品可以包括執行放電裝置控制指令 (可由工具機讀取)導出操作的指令，從而，響應於虛擬正畸矯治器設 計數據，執行託架槽溝的形成操作。系統還可以包括電火花加工機構，通過例如計算機網絡或 本領域技術人員熟知的其他通信介質，該電火花加工機構與數據處理 計算機通信。電火花加工機構可以包括具有存儲器的控制器，該控制
器可以提供計算機數字控制。控制器還可以包括存儲在存儲器中的數 據通信程序產品，該數據通信程序產品可以包括執行對放電裝置控制 指令進行接收或者輸入操作的指令。控制器還可以包括控制程序產 品，該控制程序產品可以包括指令，以響應於所接收的放電裝置控制 指令，導出傳遞放電裝置控制指令的控制信號。電火花加工機構還可以包括具有放電電極組件(包括電 極)的放電裝置。放電裝置的電極，例如，可以有兩種形式走絲放 電電極或走絲電極，以及，刻模放電電極。放電裝置可以包括至少一 種驅動部件，該驅動部件適合於將託架與電極放電接觸方式定位，以 響應於控制信號形成託架槽溝，取決於要形成的託架槽溝的類型，還 可以在形成託架槽溝的同時使託架與料頭分離。根據本發明的實施方式，製作或者製造正畸矯治器的系統 可以包括數字控制數據處理器，該數字控制數據處理器形成具有存儲 器和存儲器中所存儲控制程序產品的控制器。控制程序產品可以包括 執行下述操作的指令導出傳遞放電裝置控制指令的數字控制信號， 以在正畸矯治器託架的託架體中形成託架槽溝，並使託架體與連接至 託架體的料頭分離。系統還可以包括與控制器通信的放電裝置。放電 裝置可以具有放電電極組件(包括電極)以及至少一種驅動部件，驅 動部件適合響應於數字控制信號將託架的託架體布置成與電極成放 電接觸，以形成託架槽溝，並在形成託架槽溝的同時使託架體與料頭 分離。根據本發明的實施方式，製作或者製造正畸矯治器的系統 可以包括具有存儲器的控制器；存儲在存儲器中的數據通信程序產 品，該數據通信程序產品包括執行放電裝置控制指令接收操作的指 令，放電裝置控制指令描述正畸矯治器託架的託架體中託架槽溝的虛 擬尺寸表示；以及同樣存儲在存儲器中的控制程序產品，該控制程序 產品包括執行以下操作的指令響應於放電裝置控制指令，導出傳遞 放電裝置控制指令的控制信號。系統還可以包括與控制器通信的放電 裝置，該放電裝置具有包括電極的放電電極組件，且具有至少一種驅 動部件，驅動部件適合於響應控制信號將託架的託架體定位成與電極
放電接觸，以根據預定的放電切割圖案(例如，導出為與預先選擇的 弓絲的相關尺寸大致匹配)形成託架槽溝。有利的是，例如，這樣能 形成託架與弓絲之間提高精密度的界面。此外，本發明的實施方式還包括製造正畸矯治器的方法。 例如，根據本發明的實施方式，製造正畸矯治器的方法包括執行以下 步驟從正畸矯治器託架的託架體中託架槽溝的虛擬尺寸表示，導出 傳遞裝置控制指令的控制信號。在本說明中，"虛擬尺寸表示"可以 用於指限定尺寸表示的一組數據，例如，尺寸、輪廓和/或表面精度 或公差。裝置控制指令(例如)描述下述操作執行沿託架槽溝周界 延伸並定製成與預選弓絲的相關尺寸大致匹配的放電切割圖案，從而 與弓絲形成精密界面。該方法還可以包括這樣的步驟以數字控制指 令數據作為控制信號，響應於該控制信號，通過例如放電裝置和/或 其驅動部件的控制，執行放電切割圖案，以形成託架槽溝。例如，如 果託架體與料頭連接，該方法還可以包括以下步驟執行包括從料頭 切除託架體的放電切割圖案，以在形成託架槽溝時使託架體與料頭分 離。在託架槽溝是開口端託架槽溝的情況下，可以使槽溝相鄰於料頭 形成，從而，託架槽溝的形成完成時，可以大致同時使託架與料頭分 離。根據本發明的實施方式，在與託架槽溝的閉合端相鄰的託架體中， 也可以形成橫向延伸部分，構成託架槽溝中的下凹進部。此外，有利 的是，在託架槽溝是筒管的情況下，可以使用第一切割圖案首先切割 槽溝，然後，可以根據第二切割圖案使相關聯的料頭(如果有的話) 與託架體分離。根據本發明的實施方式，製造正畸矯治器的方法可以包括 以下步驟從正畸矯治器託架的託架體中託架槽溝的虛擬尺寸表示的 數據，導出傳遞裝置控制指令的控制信號，裝置控制指令描述操作， 以執行沿託架槽溝周界延伸並定製成與預選弓絲的相關尺寸大致匹 配的放電切割圖案。有利的是，得到與弓絲形成增強精密度的界面， 以及，得到具有閉合周界的託架槽溝，從而形成託架筒管。該方法還 可以包括以下步驟響應於控制信號執行放電切割圖案，以形成託架 筒管。據此，根據本發明的正畸矯治器及其製造方法的優點在於在
開口端託架槽溝和閉合端託架槽溝的實施方式中，託架槽溝或託架筒 管的至少一個表面(更好的是其兩個相對的表面，優選的是兩個相對
的表面以及基底表面)，分別形成為以高精密度的正適配(positivefit) 容納弓絲，例如公差最大為30微米、優選最大為20微米。根據本發明的另一實施方式，製造正畸矯治器的方法可以 包括以下步驟從正畸矯治器託架的託架體中託架槽溝的虛擬尺寸表 示，導出傳遞裝置控制指令的控制信號，裝置控制指令描述操作，以 執行放電切割圖案從而形成託架槽溝。根據本實施方式，託架槽溝具 有開口面端和閉合基底以及在其間延伸的兩個隔開的側面。該方法還
可以包括響應於控制信號執行放電切割圖案的步驟。放電裝置切割圖 案可以沿託架槽溝的周界延伸，並且，在託架槽溝的基底，放電裝置 切割圖案可以形成從隔開的側面之一伸進託架體的橫向延伸部分，從 而形成託架槽溝下凹進部。製造正畸矯治器的方法可以包括以下步驟導出傳遞裝置 控制指令的控制信號，該裝置控制指令描述操作，以執行放電切割圖 案，從而，使正畸矯治器託架的託架體與相連的料頭分離，並響應於 控制信號執行放電切割圖案。有利地，本發明的實施方式提供了一種製造系統和方法， 用於製造高精密度託架槽溝、在託架槽溝的側壁中形成下凹進部、從 包埋材模型託架切除料頭、以及將高精密度筒管切割進入託架體。本 發明的實施方式提供一種製造系統，用於製作正畸矯治器或其一部分
的至少一個設計特徵，該製造系統包括數據處理系統，從設計特徵 的虛擬尺寸表示，導出傳遞工具機控制指令的控制信號；以及製作該設 計特徵的製造系統，該製造系統包括電火花加工，其提供的精密度和 效率是不可能在不採用放電片(sheeting)的系統中得到的。本發明 的實施方式涉及利用電火花加工製造正畸矯治器或其部件的特徵的 製造系統和方法，在一種實施方式的實施中，電火花加工用金屬絲切 割EDM技術(諸如三菱金屬絲EDM SX 10)切割託架的槽溝。


通過下文中結合

的具體實施方式
，本發明的這些
以及其它的目的、特點、方面和優點將更為明了，其中附圖和實施方 式均構成說明書的一部分。然而，應當注意到，附圖只是圖示本發明 的不同實施方式，所以，不應當看成對本發明範圍的限制，因為本發
明還可以包括其他有效的實施方式。在附圖中圖1是根據本發明實施方式的正畸矯治器製造系統示意 方框圖；圖2是根據本發明實施方式的正畸矯治器製造處理流程 方框圖；圖3是根據本發明實施方式的正畸矯治器的軸測圖；
圖4是根據本發明實施方式的正畸矯治器託架的軸測圖；
圖5是根據本發明實施方式的正畸矯治器託架的軸測圖；
圖6是根據本發明實施方式的正畸矯治器託架的託架槽 溝的軸測圖；圖7是根據本發明實施方式的正畸矯治器託架的託架槽 溝的軸測圖；圖8是根據本發明實施方式的模具成型裝置的軸測圖；
圖9是根據本發明實施方式的鑄品樹的軸測圖；
圖IO是根據本發明實施方式的放電裝置的軸測圖；
圖11是根據本發明實施方式的放電裝置的軸測圖；
圖12是根據本發明實施方式的正畸矯治器製造方法流程
圖；圖13是根據本發明實施方式的正畸矯治器製造方法流程
圖；圖14是根據本發明實施方式的正畸矯治器託架的軸測
圖；圖15至圖19是軸測圖，示出根據本發明實施方式的正畸 矯治器的模塑機構一部分和成型的託架；圖20是根據本發明實施方式的正畸矯治器製造方法流程
圖；
圖21是根據本發明實施方式的疊加有託架槽溝切割圖案 的正畸矯治器託架軸測圖；圖22是根據本發明實施方式的疊加有託架槽溝切割圖案 的正畸矯治器託架的示意圖；圖23是根據本發明實施方式用以執行圖22所示放電切割 圖案的ASCII格式數字編碼序列；圖24是根據本發明實施方式的正畸矯治器製造方法的方 框流程圖；圖25是根據本發明實施方式的疊加有託架槽溝切割圖案 的正畸矯治器託架的軸測圖；圖26是根據本發明實施方式的疊加有託架槽溝切割圖案 的正畸矯治器託架的示意圖；以及圖27是根據本發明實施方式用以執行圖26所示放電切割 圖案的ASCII格式數字編碼序列。
具體實施例方式下面參照圖示本發明實施方式的附圖，更全面地說明本發 明。然而，本發明可以以許多不同形式實施，而且不應當解釋為局限 於這裡所闡述的示例實施方式。文中相同的標號表示相同的部件。帶 "'"的符號，則表示在可選實施方式中類似的部件。如圖l至圖27所示，本發明的實施方式有利地提供了一 種新的系統、程序產品和方法，利用電火花加工方法(electrical discharge machining)加工出正畸矯治器或其一部分的特徵，以及， 在具體實施方式
中，使用走絲電火花加工技術"切割"或成形器具的 各種特徵。"CAD"的意思包括但不局限於計算機輔助設計的任何 及全部技術。"CAM"的意思包括但不局限於計算機輔助製造的任 何及全部技術。"CNC"或"工具機控制"的意思包括但不局限於計算 機數字控制的任何及全部技術，當涉及製造機械和系統時，包括但不 局限於快速成型裝置和系統。"切割"的意思包括進行電蝕。"EDM" 或"EDM-ing"的意思包括但不局限於電火花加工(放電加工)的任
何及全部技術。術語"3D"指三維。本說明書中用來描述本發明及 其不同實施方式的詞彙，不僅應當根據其一般含義來理解，而且包括 超出一般含義之外，在本說明書中記載的結構、材料或者作用等方面 的特定含義。如圖l和圖2所示，製作或製造正畸矯治器的系統30的 實施方式可以包括虛擬正畸矯治器設計計算機31，虛擬正畸矯治器 設計計算機31具有處理器33、與處理器33結合的存儲器35、以及 存儲在存儲器35中的正畸矯治器設計程序產品37。正畸矯治器設計 程序產品37可以包括指令，以接收通常通過本領域技術人員周知的 多種方法獲得的患者齒係數據；以及，正畸矯治器設計程序產品37 可以包括指令，以響應於所接收患者齒係數據，設計正畸矯治器41 的虛擬尺寸表示(virtual dimensional representation)， 正畸矯治器 41的虛擬尺寸表示限定虛擬正畸矯治器設計數據。如圖4至圖7所示，正畸矯治器41包括定製弓絲43和多 個精密定製託架45，各精密定製託架45包括託架體47、與託架體 47相連的託架底板49、以及在託架體47中具有託架槽溝51、 53， 託架溝槽具有寬度55。託架體47還可以包括託架翼57、託架牽引鉤 59，以及還可以包括本領域技術人員周知的其他設計特徵。開口端託 架槽溝51包括開口面端61、閉合基底63、以及在開口面端61與閉 合基底63之間延伸的兩個側面65、 66。開口端託架槽溝51 (參見圖 4和圖6)還可以包括從側面65、66之一或二者開始的橫向延伸部分， 該橫向延伸部分與基底63相鄰，並且延伸進入託架體47，形成寬度 超過槽溝寬度55寬度的下凹進部67。託架體47的開口面端61附近 部分可以是弓形的，或者可以具有更平坦的形狀。託架槽溝51的側 面65、 66和基底63可以具有大致平坦的表面，以及，對應地，例如 沿槽溝寬度55的尺寸公差可以小於30微米，優選低至大約8微米。 閉合端(筒管)託架槽溝53 (參見圖5和圖7)可以包括閉合面端 69，除此之外與開口端託架槽溝51類似。也就是，閉合端託架槽溝 53也包括基底63'、 一對側面65'、 66，、寬度55'，並且可以包括下 凹進部67'。同樣地，託架筒管槽溝53沿其各槽溝寬度55'的公差可
小於30微米，優選低至大約8微米。如圖8所示，系統30還可以包括模具成型裝置71，如本 領域技術人員熟知的，模具成型裝置71可以利用不同的技術，諸如 快速成型方法形成模具73，從而用來製作定製託架45。多種快速成 型技術可以包括例如立體平版印刷、疊層實體製造(laminated object)、選擇性雷射燒結、熔融沉積成型製造技術、複印固化成形 (solid ground curing)、以及三維噴墨印刷，在此僅僅列出幾種製造 技術。根據本發明的實施方式，模具73可同時形成託架體47和託架 底板49。將模具73設置為容納託架成型材料75，以及，分送機構 77設置為將託架成型材料75分送到模具73。在本發明的實施方式中， 可選如 Wiechmann等人提出的名稱為"Modular System for Customized Orthodontic Appliances"的美國專利No.6,776,614中所述， 該專利的全部內容在此以引用的方式併入本文，使用快速成型技術， 籍此，通過對患者牙齒印模進行三維掃描，形成託架45 (託架體47 和託架底板49)的計算機輔助設計，來製作例如託架45的蠟或樹脂 模型，然後使用該模型形成託架45的模具73 (例如黏固劑模具)。 各模具73通常具有型腔79，用於形成各託架45，並在託架成型材 料75置於其中時形成託架體47和託架底板49的周界；以及流道81， 形成託架成型材料75填充時料頭83 (參見圖9)的周界。如圖14 較清楚地示出，將成型件從模具73中取出時，各成型託架體47可與 料頭83相連。如圖1和圖2所示，系統30還可以包括數據處理計算機 91，數據處理計算機91布置成例如通過計算機網絡93與虛擬正畸矯 治器設計計算機31通信，以及，數據處理計算機91具有存儲器95 和存儲在存儲器95中的計算機輔助製造程序產品97。計算機輔助制 造程序產品97可以包括指令，以響應於虛擬正畸矯治器設計數據， 進行放電裝置控制指令的導出操作，該放電裝置控制指令可由工具機讀 取，以執行託架槽溝51、 53的形成操作。也就是，放電裝置控制指 令可以包括執行沿託架槽溝51、 53周界延伸的放電切割圖案製作操 作的指令。指令中還可以包括在形成託架槽溝51、 53同時使託架體
47與料頭83的固定部分分開的操作指令。應當注意到，根據本發明 的實施方式，虛擬正畸矯治器設計數據可以人工輸入數據處理計算機
91，或者，人工從數據處理計算機91接收數據。當設計特徵例如託 架槽溝寬度55、 55'由少量參數描述時，可以使用這種方法。如果設 計特徵表徵更複雜的特徵，那麼，所提供的設計輸入來自虛擬正畸矯 治器設計計算機31則更為合適。應當注意到，存儲器95，連同其他 描述的存儲器，可以包括本領域技術人員己知的易失性和非易失性存 儲器，包括，例如RAM、 ROM、以及磁碟或光碟，僅僅列出幾種。 還應當注意到，計算機輔助製造程序產品的放電裝置控制指令可以成 微碼、程序、子程序、以及符號語言的形式，提供有序操作的特定組 或組群，用於控制硬體的功能並引導其操作。根據本發明的實施方式， 指令特別明確適合於數字控制裝置使用。如圖1和圖2所示，系統30還包括電火花加工機構101， 使用例如RS — 232 — C串行通信口或本領域技術人員已知的其他通 信介質，通過例如計算機網絡93，電火花加工機構101與數據處理 計算機91通信。電火花加工機構101可以包括具有存儲器105的控 制器103，例如，工具機控制單元，其可以提供計算機數字控制。控制 器103還可以包括用戶輸入裝置或本領域技術人員己知的裝置；以 及存儲在存儲器105中的數據通信程序產品107，數據通信程序產品 107可以包括執行放電裝置控制指令的接收或者輸入操作的指令。控 制器103還可以包括控制程序產品109，控制程序產品109包括響應 於所接收的放電裝置控制指令導出控制信號的指令，其中控制信號傳 遞放電裝置控制指令。應當注意到，根據本發明的實施方式，控制器 103與數據處理計算機91之間通信，作為選擇，也可以通過使用例 如可攜式計算機可讀取介質的人工數據傳送，控制器103接收(輸入) 來自數據處理計算機91的放電裝置控制指令。如圖10和圖11所示，電火花加工機構101還可以包括放 電裝置lll、 lll'，放電裝置lll、 lir具有放電電極組件113、 115 (包括電極in、 119)。典型的DC電源以及與DC龜源(未示出) 電連接的火花控制器提供高頻脈衝波，在電極117、 119和託架體47
相鄰於電極117、 119的部分之間，形成對應的一串高頻率電火花放
電弧。放電裝置lll、 iir的電極例如可以採用兩種形式，走絲電火 花電極或走絲電極117 (參見圖10)、以及刻模放電電極 (die-sinker-electrical discharge electrode) 119 (參見圖11)。如圖10所示，放電裝置111使用走絲電極117，放電裝 置111的電極組件113包括容納走絲電極117未用部分的供絲盤或 繞軸121，在切割圖案時連續供走絲電極117;以及容納走絲電極用 過部分的收絲盤或繞軸123，將通過切割圖案形成託架槽溝51時從 供絲盤121供給的走絲電極收集起來，並向走絲電極117提供張力。 布置在供絲盤121與收絲盤123之間的是供絲導向盤125和收絲導向 盤127。在切割操作期間，走絲電極117從供絲盤121穩定送出，並 保持在供絲導向盤125與收絲導向盤127之間。走絲電極117通常使 用水作為其電介質，可以通過相鄰於託架體47布置的噴嘴(未示出) 將水分送。可以選擇電極負極性以提高製造速度。也可以選擇電極正 極性以生產更精細的託架槽溝表面。也可以根據所需將二者結合應 用。根據本發明的實施方式，放電裝置111包括放電裝置驅動 臺129，如本領域技術人員所理解的，例如，響應於控制信號，使用 步進電機或DC電機(未示出)，使放電裝置驅動臺129適合於在X 一Y平面內移動，以將託架體47與走絲電極117布置成放電接觸， 從而完成切割圖案以形成託架槽溝51、 53。根據本發明的另一實施 方式，例如，響應於控制信號，使用步進電機或DC電機(未示出)， 如本領域技術人員所理解的，使供絲導向盤125和收絲導向盤127 在X — Y平面內移動，以定位走絲電極117來完成切割圖案。根據本 發明的實施方式，可以進一步獨立布置供絲導向盤125或者收絲導向 盤127，從而能形成非平行、非平坦表面的各種幾何形狀。應當注意 到，響應於控制信號，經由導向盤125、 127二者或其一、或者經由 驅動臺129而使走絲電極117移動，也可以同時使託架體47與料頭 83分開。如圖11所示，放電裝置lll'使用刻模放電電極119，放
電裝置lll'的電極組件115可以包括壓頭(ram)(未示出)，在形 成切割圖案的孔部分以製作託架槽溝53時，壓頭使電極延伸以與託 架45的本體相鄰。應當注意到，可以使用與收絲盤125不連接的走 絲電極117的一部分來作為刻模電極，從而代替使用特定的刻模電極 119。應當注意到，根據本發明的實施方式，其他製造方法包括例如， 穿過託架體47鑽出開始孔，或者，作為成型處理的一部分，穿過託 架體47形成開始孔，也皆在本發明的範圍內。無論使用什麼方法來 形成開始孔， 一旦已經形成穿過託架體47的開始孔，就可以將走絲 電極117的末端與收絲盤125相連接，從而起到如上所述的作用，以 便以筒管形式形成託架槽溝53，下文進行描述。如圖l至圖27所示，本發明的實施方式還包括製造正畸 矯治器的方法。例如，如圖12所示，根據本發明的實施方式，製作 正畸矯治器的方法可以包括接收患者齒係數據(方框141)，患者 齒係數據通過例如使用本領域技術人員所熟知的技術進行錯位咬合 檢查/診斷而獲得；根據所接收的患者齒係數據，設計正畸矯治器的 虛擬尺寸表示(方框143);然後，製造正畸矯治器(方框145)。 例如，在正牙醫生診所，正牙醫生或其他醫學專家對患者進行檢查， 以匯集用於判斷患者狀況所必需的數據，開具適當處理的處方，以及 詳細說明實施該處理的正畸矯治器特徵。可以使用形成虛擬模型的物 理模具，製造分別包括患者上下頜的上頜骨模型和下頜骨模型的物理 模型。可選擇地，可以使用各種掃描技術直接形成虛擬模型。無論採 用什麼方法，虛擬模型連同說明對患者所施加處理的處方、以及由此 處理達到的結果都可以用來形成齒係數據。可以將此數據傳輸至器具 設計製造工廠，那裡，藉助於計算機，可以實現定製正畸矯治器41 的設計，所使用的計算機為，例如虛擬正畸矯治器設計計算機31、 工作站、或本領域技術人員熟知的其他數據處理器，其中可以存儲患 者齒系的三維虛擬模型、以及處理規劃軟體或者用於在虛擬模型中移 動牙齒以確定完成位置的程序產品。正畸矯治器41可以包括定製弓絲43和多個精密定製託架 45，各精密定製託架45包括託架體47、與託架體47相連的託架底
板49、以及託架體47中的託架槽溝51、 53。可以使用多種弓絲製造 系統和方法，諸如，在Rubbert等人提出的名稱為"Method and System for Customizing an Orthodontic Archwire"的美國專禾l) No.6,928,733
中所描述的(該專利的全部內容在此以引用的方式併入本文)，製成 布置在託架槽溝51、 53中的定製精密弓絲43，以形成精密界面，在 託架槽溝寬度尺寸方面，精密界面可以提供例如小於等於20微米且 低至8微米的組合公差。弓絲43通常由不鏽鋼、鎳一鈦基合金、鈦 一鈮基合金、或者鈦一鉬基合金形成，但也可以使用本領域技術人員 熟知的各種其他材料製成。託架45通常由不鏽鋼、鈦、或者鈦基合 金製成，但也可以由本領域技術人員熟知的各種其他材料製成。可以採用形成虛擬託架底板和託架體的多種方法。 Wiechmann等人提出的名稱為"Modular System for Customized Orthodontic Appliances"的美國專利No.6,776,614的全部內容在此以 引用的方式併入本文，其中描述了設計正畸矯治器41的虛擬尺寸表 示(用來製造託架45)的方法，包括藉助於訪問託架特徵虛擬描 述庫的計算機的幫助，為單獨的患者設計定製畸齒矯正託架45的系 統和方法。例如，根據一種方法，根據患者牙齒的數字表示，可以直 接導出託架底板幾何形狀，以產生與牙齒表面形狀大致吻合的託架底 板49。根據由Wiechmann等人描述的另一方法，採用軟體算法，通 過分析牙齒表面的曲率，自動或者半自動地計算適當的託架底板面 積，並確定大到足以覆蓋相當多曲率特徵的表面，從而能夠手工將託 架45可靠布置到牙齒表面上。這種算法可以例如從預定底板尺寸開 始。由該底板尺寸覆蓋的牙齒表面將形成具有至少一個相對周圍牙齒 組織凸起的部分的虛擬"墩(knoll)"，因為完全平坦牙齒表面對 於託架獨特配置不能提供幫助。只要以任何方便的方式用連續表面將 底板的邊緣連接起來，就可以計算出墩的體積。牙齒表面的曲率越小， 墩就越平坦，且其體積越小。如果"墩"的體積不超過預定值，按預 定值自動放大該底板，基於這樣的思路體積越大越有可能包括足夠 的凸起牙齒特徵。再次計算體積。繼續該循環，直至各底板得到最小 體積值。這只是關於這種自動算法的示例途徑。根據這裡講述的原理，
容易選擇其他途徑。託架底板49遠離患者牙齒的部分，也可以設計成與患者 牙齒的幾何形狀相符。還可以設計託架體47並使其與託架底板49 結合。例如，預先建立託架體47的庫，並將其存儲在計算機中以允 許隨時選擇，然而，也能容易地定製託架體47以滿足患者需要。也 可以根據患者需要設計託架槽溝51、 53。例如，可以將託架槽溝51、 53設計成與患者牙齒的幾何形狀定位。託架槽溝51、 53可以成為以 下形式延伸進入託架體表面的開口端槽溝51，或者，穿透託架體 47形成筒管的閉合端槽溝53。這種製造方法優點在於，對應於計算 出的僅僅0.7度的轉動角，沿任何一類槽溝51、 53的託架槽溝寬度 55、 55，的公差(例如)可以小於30微米並可使公差低達約8微米。 對於開口端槽溝的公差髙達40微米、以及閉合端槽溝的公差高達40 微米至IOO微米的現有技術而言，這是重大改進。這種精密度可以更 有利於獲得更符合預定要求的修整處理。此外，託架設計可以包括其他配件，諸如託架翼57或託 架牽引鉤59。 一旦組合託架底板49、託架體45與其他附件的三維設 計完成，對形成正畸矯治器的其他各託架45重複進行這種處理。如圖13所示，根據本發明的實施方式，製造正畸矯治器 的方法可以包括使用如本領域技術人員熟知並理解的各種成型技術。 也就是，這些方法可以包括灌注、注射或其他方法將託架成型材料 75送進模具73 (方框151)。模具73 (參見圖8)可以具有用於各 託架45的型腔79，當在型腔79中放置託架成型材料75時，型腔79 限定託架體47和託架底板49的周界。在模具73中，例如，單獨的 流道或澆口 81連接至各型腔79，從而提供單獨的通道用於將託架成 型材料75送進各型腔79。在用託架成型材料75填充時，各流道81 形成料頭83。根據本發明的實施方式，當託架成型材料75固化並從 模具73中取出託架45時，成型的各託架體47保持與料頭83相連(參 見圖9和圖14至圖19)。當料頭83連到一起時，料頭83形成所謂 的鑄品樹(mold tree)。根據本發明的實施方式，製造正畸矯治器的方法可以包括
使用自動加工技術。也就是，製造正畸矯治器41的方法可以包括
可以使用例如數據處理計算機(如數據處理計算機91)從託架體47 中託架槽溝51、 53的虛擬尺寸表示導出裝置控制指令，計算機包括 軟體或程序產品，如先前描述的計算機輔助製造程序產品97 (參見 圖1)，用來明確表示裝置控制指令(方框153)。裝置控制指令描 述以下操作形成沿託架槽溝51、 53周界延伸的切割圖案，從而與 弓絲43形成精密界面，其中，切割圖案可以定製為與預選定製精密 弓絲43的相關尺寸大致匹配。裝置控制指令可以通過人工方式或通 過計算機網絡提供給託架製造裝置(如放電裝置lll、 lll')的控制 器，例如控制器103 (方框155)。然後，使用例如傳遞控制程序產 品109的控制器103，響應於所接收的放電裝置控制指令，導出傳遞 放電裝置控制指令的控制信號(方框157)。然後，響應於控制信號 執行放電切割圖案，以形成託架槽溝51、 53 (方框159)。如圖20所示，根據本發明的實施方式，託架槽溝為開口 端託架槽溝51的情況下，製造正畸矯治器41的方法可以包括響應於 控制信號執行放電切割圖案，以形成託架槽溝，如圖21和圖22所示。 在開口端託架槽溝結構中，託架槽溝51具有開口端61、閉合基底63、 以及兩個隔開的側面65、 66，側面65、 66在基底63與開口端61之 間延伸，以及，例如，託架槽溝51可以形成以適應使其取向平行於 牙齒的內表面，使得託架根據託架底板49的大致取向進行定位和/ 或對齊。也就是，可以使託架槽溝51取向大致平行於牙齒表面的取 向、託架底板幾何形狀或二者。類似地，根據本發明的實施方式，託 架體47可以具有與對應牙齒的形狀大致相符的形狀。根據本發明的實施方式，利用電火花加工機構101在託架 體47中"切割"加工出託架槽溝51，電火花加工機構101包括裝有 走絲電極117的放電裝置111 (參見圖10)。放電裝置控制器103 接收裝置控制指令以形成放電圖案(方塊171)，裝置控制指令或者 直接來自用戶，或者通過與數據處理計算機91或系統(提供描述電 極117或託架45移動的裝置控制指令)的通信連接提供。例如，數 據處理計算機91可以具有計算機輔助製造程序或代碼97，計算機輔
助製造程序或代碼97可以接收來自虛擬畸齒矯正裝置設計計算機31 (包括畸齒矯正設計程序)或者來自其他形式的計算機輔助設計程序
的輸入，或者，計算機輔助製造程序或代碼97可以接收來自畸齒矯
正設計程序或者自身與計算機輔助製造程序一起留在數據處理計算
機91中的其他計算機輔助設計程序的輸入。根據本發明的實施方式， 類似於使用人工操作符編程創建的裝置控制指令，計算機輔助製造程 序97可以形成裝置控制指令(例如計算機數字控制程序)，例如如 圖23所示的G代碼級程序(方框173)，如本領域技術人員所理解 的那樣。如上所述，可以比較容易地將此代碼傳送至放電裝置控制器 103，以控制處理放電切割圖案(方框175)。成型之後，託架45可以構造成經由料頭83相連的鑄品樹。 從模具73取下託架45之後，將各託架45和相關聯的料頭83布置在 放電裝置驅動臺上，以在各託架的託架體中"切割"出託架槽溝，並 將託架45從鑄品樹取下。在相鄰於電極117布置鑄品樹(方框177) 之後，可以開始放電切割圖案(方框179)。如本領域技術人員所熟 知的，初始進行圖案加工可以通過放電裝置操作人員以手動方式進 行，或者通過使用傳感器以自動方式進行。根據本發明的實施方式， 運送鑄品樹的放電裝置驅動臺129可以將各託架體47單獨定位以與 走絲電極117放電接觸。根據本發明的另一實施方式，這是經由相關 聯的導向盤125、 127移動完成的。在放電切割圖案開始時，定位鑄品樹上的第一託架45， 使得在開始點，例如圖21中所示的開始點PO (如本領域技術人員所 知的，這與裝置101的程序零點有關)處，第一託架45與走絲電極 117適當相鄰(方框181)。另外，容納走絲電極117未用部分的供 絲盤121開始連續提供走絲電極117，而容納走絲電極117用過部分 的收絲盤123開始收集來自供絲盤121的走絲電極117。還使高頻電 流流過走絲電極117，並供給電介質流體(未示出)，使得走絲電極 117與託架體47之間間隙中的電壓可以電離電介質流體，並允許"火 花"在託架體47上進行侵蝕處理，以形成託架槽溝51。根據本發明的實施方式，響應於裝置控制指令，對驅動臺129進行定位，進而對託架體47進行定位，以根據切割圖案的第一 路徑(leg) L,平移託架45,使得走絲電極117與託架體47電接合 而不是直接接觸。在點Pp使電極117與託架體47電接合，侵蝕處 理開始(方框183)，託架45表面的一部分熔融或者蒸發。然後， 沿路徑L2平移託架體47，直至到達託架槽溝51中第一側面65的期 望開始點P2。有效地，圖案的這種開始部分，特別是第二路徑L2， 可以沿託架體47外表面的一部分使切割圖案以大致與第一側面65 橫交的方式延伸，並進入料頭83的一部分。然後，沿路徑L3平移託架體直至達到託架體47內的期望 深度，形成第一側面65的長度(方框185)。然後，沿路徑U平移 託架體47直至到達託架體47內期望的橫向深度，形成從第一側面延 伸進入託架體的橫向延伸部分。然後，沿路徑L4拉回託架體47，並 沿路徑L5平移直至到達託架體47內期望的橫向深度，形成託架槽溝 基底63，並形成從第二側面66延伸進入託架體的橫向延伸部分(方 框187)。然後，沿路徑L5拉回託架體47直至到達託架體內期望的 開始點P3，以開始形成第二側面66。突出於第一側面65和第二側面 66的橫向延伸部分構成為託架槽溝下凹進部67 (方框189)。然後， 沿路徑L6平移託架體47，直至到達託架槽溝切割圖案結束點P4 (通 常相鄰於第一側面65的開始點Pt布置)，形成第二側面66的長度 (方框191)。應當注意到，儘管圖示成互相平行，但第一側面65 和第二側面66也可以與託架槽溝51的基底63形成銳角，使得兩個 隔開的側面65、 66從託架槽溝基底63到託架槽溝開口 61會聚方式 延伸，或者從託架槽溝開口 61到託架槽溝基底63會聚方式延伸。然後，沿路徑L7平移託架體47直至離開料頭83，從而使 託架體47與料頭83有效分離，從而與鑄品樹有效分離(方框193)。 如果託架體設計包括諸如圖4和圖21中所示的託架翼57，則進一步 平移託架體47，使得切割圖案沿託架翼57的槽溝側表面延伸，從而 形成託架翼57的槽溝側表面，使託架體47與料頭83分離。應當注 意到，如先前所述，也可以平移導向盤125、 127，而不是平移託架 體47，來執行上文操作以及下文操作。
如圖24所示，根據本發明的實施方式，在託架槽溝是穿 過託架體47的導槽或筒管的閉合端託架槽溝53的情況下，製造正畸 矯治器41的方法可以包括響應於控制信號執行放電切割圖案以形成 託架槽溝，如圖25和圖26所示。在管狀託架槽溝結構中，託架槽溝 53具有閉合周界並延伸穿過託架體47。類似於開口端託架槽溝51， 例如，管狀託架槽溝53也可以形成為適合於平行於牙齒的內表面取 向，使得託架體47根據託架底板49的大致取向定位或定位於該取向。 也就是，可以使託架槽溝53取向大致平行於牙齒表面的取向、託架 底板幾何形狀或二者。類似地，帶有管狀託架槽溝53的託架體47 也可以具有與對應牙齒形狀大致相符的形狀。根據本發明的實施方式，響應於控制信號，執行第一放電 切割圖案，以形成託架筒管53。圖案沿託架筒管53的周界延伸，並 且可以定製為與預先選擇的弓絲43的相關尺寸匹配，從而與弓絲43 形成精密界面。使用例如刻模電極119與走絲電極117的組合，在託 架體47內"切割"出託架筒管53。如先前所述，放電裝置控制器103 可以接收裝置控制指令，以形成放電圖案(方塊201)，裝置控制指 令諸如圖27中所示的那些指令，或者直接來自用戶，或者通過與數 據處理計算機91或系統(提供描述電極移動的裝置控制指令)的通 信連接進行提供。可選擇地，可以通過本領域技術人員熟知的其他措 施來形成開始孔。在定位鑄品樹之後(方框203)，或者通過放電裝 置101操作人員的手動方法，或者通過使用傳感器的自動方式(如本 領域技術人員所知的)，可以開始放電切割圖案(方框205)。在開始放電切割圖案時，對鑄品樹上需要切割出筒管的第 一託架45進行定位，使得在開始點，例如圖25中所示的開始點TPo (其可設定為與放電裝置lll'的程序零點相關聯)處，託架與走絲 電極117適當相鄰。如果沒有預先形成開始孔道130 (方框207)， 可以使用刻模電極119或不連續的一段走絲117製成或者刻制開始孔 道130(方框209)。使高頻電流流過電極117、 119，並供給電介質 流體，使得電極117、 119與託架體47之間間隙中的電壓可以電離電 介質流體，以在託架體47上執行侵蝕處理，從而形成用於託架筒管
53的開始孔道。在刻制孔道130以使走絲電極117能夠正常伸展之 後，在開始點TPo處，將走絲電極117穿過孔道130 (方框211)。 按照用戶選擇的速度或者隨材料而定的速度，容納走絲電極117未用 部分的供絲盤121開始連續提供走絲電極117，而容納走絲電極117 用過部分的收絲盤123開始收集來自供絲盤121的走絲電極117。如 先前所述，還使高頻電流流過走絲電極117，並供給電介質流體，以 在託架體47上執行侵蝕處理，從而形成託架筒管。根據本發明的優選實施方式，響應於裝置控制指令，根據 切割圖案的第一路徑TI^平移託架體，使得走絲電極117電侵蝕託架 體材料，直到託架筒管53的期望周界部分(方框213)，例如，在 初始周界開始點TPi處。然後，沿路徑T"平移託架體47直至到達 第一側面65，的期望開始點TP2。然後，沿路徑TL3平移託架體47直 至到達託架筒管53的期望長度。然後，沿路徑T"平移託架體47 直至達到託架槽溝53的期望寬度55，。然後，沿路徑TLs平移託架 體47直至達到第二側面66'的期望長度。然後，平移託架體47直至 到達初始周界開始點TPp完成託架槽溝53的周界(方框215)。然 後，將走絲電極117從託架筒管53內取出(方框217)。應當注意 到，儘管圖示成互相平行，但第一側面65'和第二側面66'也可以與 槽溝53的託架槽溝基底63'形成銳角，使得兩個隔開的側面65'、 66' 從託架槽溝基底63，或者向託架槽溝基底63'以會聚方式延伸。此外， 類似於開口端託架槽溝51，如先前所述，可以延伸一個或更多路徑 的長度或寬度，使得切割的長度超過託架筒管53的長度或寬度，從 而形成下凹進部。根據本發明的實施方式，響應於控制信號，還可以執行第 二放電切割圖案，以使託架體47與料頭83分開(參見圖25至圖27)。 開始第二放電切割圖案(方框221)時，定位託架體47，使得在開始 點(例如圖25所示的開始點SQ)處，託架45與走絲電極117適當 相鄰(方框223)。然後，根據切割圖案的第一路徑LP!使託架體47 改變位置。然後，沿路徑LP2平移託架體47直至離開料頭83，使託 架體47與料頭83進而與鑄品樹有效分離(方框225)。
值得注意的是，儘管以全部功能系統的方式對本發明實施 方式進行了說明，但本領域技術人員應當理解，本發明的機理和/或 方面可以分布為指令的計算機可讀取介質的形式，採用在單處理器、 多處理器等上運行的多種形式，以及，無論採用何種具體類型的信號 承載介質來實際實現此分布，本發明同樣適用。計算機可讀取介質的 示例包括但不局限於非易失性硬編碼類型介質，諸如只讀存儲器
(ROM) 、 CD —ROM、以及DVD — ROM;或者電可擦可編程只讀 存儲器(EEPROM);可記錄類型介質，諸如軟盤、硬碟驅動器、 CD —R/RW、 DVD —RAM、 DVD —R/RW、 DVD十R/RW、快閃記憶體、以
及其他新類型的存儲器；以及傳輸類型介質，諸如數字和模擬通信連 接。如圖l至圖27所示，本發明的實施方式包括計算機可讀 取介質，可由製作或製造正畸矯治器的計算機進行讀取。例如，根據 本發明的實施方式，提供了含有一組指令的計算機可讀取介質，當由 計算機執行這組指令時，使計算機完成以下操作接收正畸矯治器 41託架45的託架體47中的託架槽溝51、 53的虛擬尺寸表示；以及， 響應於託架槽溝51、 53的虛擬尺寸表示和/或用戶輸入，導出裝置控 制指令。裝置控制指令包括那些指令，以完成沿託架槽溝51、 53周 界延伸的放電切割圖案的形成操作，具有足夠與預選弓絲43的相關 尺寸大致匹配的精密度，從而與弓絲43形成精密界面。具體而言，對於開口端槽溝51而言，或許最好如圖21所 示，例如，裝置控制指令可以包括那些完成以下操作的指令檢測或 者判斷託架體47上形成切割圖案開始點的位置，以開始電火花加工； 沿託架體外表面中與槽溝51開口相鄰的部分，使切割圖案的開始部 分延伸；切割伸進託架體47的通道，以形成槽溝51的第一側面65; 切割至少局部橫向於第一側面65延伸的通道，以形成託架基底63; 以及，使切割通道延伸到託架體47的表面，以形成第二側面66，並 完成託架槽溝51的形成。指令還可以包括那些完成以下操作的指令 從隔開的側面65、 66之一或二者，與託架槽溝51的基底63相鄰， 形成伸進託架體47的橫向延伸部分，從而形成託架槽溝下凹進部67。
指令還可以包括那些完成以下操作的指令使切割圖案的一部分沿託 架翼57的槽溝側表面延伸，從而形成託架翼57的槽溝側表面。有利 地，根據本發明的實施方式選擇切割圖案，如果適用的話，通過託架
槽溝51的完成或者切割託架翼57槽溝側表面的完成，使託架體47 與相關料頭83的分離。對於閉合端槽溝53而言，或許最好如圖25所示，例如， 裝置控制指令可以包括那些完成以下操作的指令檢測或者判斷託架 體47上形成切割圖案開始點的位置，以開始電火花加工；使切割圖 案的開始部分延伸到與託架槽溝53內周界相鄰的點；使切割圖案沿 託架槽溝53的內周界延伸，從而形成託架槽溝53。指令還可以包括 那些完成以下操作的指令從側面65'、 66'之一，與託架槽溝53的 基底63'相鄰，形成伸進託架體47的橫向延伸部分，從而形成託架 槽溝下凹進部。應當注意到，對於沒有預先形成開始孔道130的託架 體47而言，指令還可以包括執行開始孔道130形成操作的指令。指 令還可以包括那些執行以下操作的指令檢測或判斷託架體47上形 成第二切割圖案開始點的位置，以開始電火花加工；以及，使第二切 割圖案延伸通過料頭83，從而使託架體47與料頭83分離。根據本發明的實施方式，提供含有一組指令的計算機可讀 取介質，當由計算機執行該組指令時，使計算機進行以下操作接收 放電裝置控制指令，該放電裝置控制指令描述正畸矯治器41託架45 的託架體47中的託架體槽溝51、 53的虛擬尺寸表示；以及，響應於 放電裝置控制指令，導出傳遞放電裝置控制指令的控制信號，以完成 上述操作。具體參照前文例示的實施方式對本發明進行了相當詳細 的說明，然而，應當理解，如在前述說明中所述，在本發明的精神和 範圍內可以做出多種修改、更改和其他改變。例如，上文描述無槽溝 的託架在模具中進行生產。生產預處理託架的其他方法在上述技術範 圍內。此外，例如，上文描述託架槽溝根據裝置控制指令形成。在本 發明的可選實施方式中，可以單獨使用或組合使用或與電火花加工組 合使用其他加工方法，包括本領域技術人員周知的銑削、鑽孔、車削、
珩磨、超聲波加工、高壓水切割或粉碎，來執行上述沿託架槽溝周界 延伸的加工圖案，以提供與弓絲的相關尺寸大致匹配的定製託架。另外，對於本領域普通技術人員來說，可以對本發明所要 求保護的技術方案進行非實質性的變化(現在已知的變化或以後設計 的變化)，這些變化都是在權利要求範圍內的等效置換。所以，對本 領域普通技術人員而言，現在和以後進行的顯而易見的置換都在所限 定部件的範圍內。此外，在本說明書中用來描述本發明及其不同實施 方式的詞彙，應理解為不僅表達其一般定義的意思，而且在一般定義 的意思之外還包括在本說明書中對結構、材料或者動作進行的特殊定 義。據此，本發明涉及用於製造正畸矯治器的裝置，該裝置包 括虛擬正畸矯治器設計計算機，虛擬正畸矯治器設計計算具有處理 器、與處理器結合的存儲器、以及存儲在存儲器中的正畸矯治器設計 程序產品，正畸矯治器設計程序產品包括對患者齒係數據進行接收操 作的指令，以及，包括響應於所接收的患者齒係數據對正畸矯治器的 虛擬尺寸表示進行設計操作的指令，正畸矯治器的虛擬尺寸表示定義 虛擬正畸矯治器設計數據，正畸矯治器包括定製弓絲和多個精密定製
託架，各精密定製託架包括朝向牙齒的結合面和託架槽溝；布置以形
成各託架的模具成型裝置，其包括模具(布置以容納託架成型材料) 以及分送機構(布置以將託架成型材料分送進入模具)，模具具有用 於多個託架的每一個託架的型腔，在型腔中放置有託架成型材料時， 型腔限定託架的周界，並且，模具具有以流道，在充滿託架成型材料
時，流道限定料頭的周界，各成型託架從模具中取出時與料頭相連； 數據處理計算機，其與虛擬正畸矯治器設計計算機通信，並具有存儲 器和存儲在存儲器中的計算機輔助製造程序產品，計算機輔助製造程 序產品包括指令，以執行將放電裝置控制指令導出的操作，放電裝置 控制指令包括執行圖案形成操作的那些指令，所形成圖案描述對應於 虛擬正畸矯治器設計數據的託架槽溝虛擬尺寸表示；以及電火花加工 機構，其與數據處理計算機通信，並包括具有存儲器和存儲在存儲器 中的數據通信程序產品的控制器，數據通信程序產品包括執行放電裝
置控制指令接收操作的指令，以及，電火花加工機構還包括存儲在存 儲器中的控制程序產品，該控制程序產品包括指令，以響應於所接收 的放電裝置控制指令，導出傳遞放電裝置控制指令的控制信號，以及， 放電裝置包括放電電極組件，該放電電極組件包括電極和至少一個驅 動部件，響應於控制信號，驅動部件適合於將各託架布置成與電極放 電接觸，以形成託架槽溝，並且，驅動部件適合於在形成託架槽溝的 同時使託架與料頭分離。優選的是，放電裝置控制指令包括指令，以執行形成放電
切割圖案(沿託架槽溝延伸)的操作。此外，優選的是，託架槽溝包括開口面端和閉合基底以及 在其間延伸的兩個隔開的側面，以及其中，切割圖案的開始部分沿託 架外表面的一部分以大致橫向於至少一個側面的方式延伸。可選擇地，託架槽溝包括開口面端和閉合基底以及在其間 延伸的兩個隔開的側面，其中託架包括具有槽溝側表面的託架翼，以 及其中，切割圖案的一部分沿託架翼的槽溝側表面延伸，從而形成託
架翼的槽溝側表面。優選的是，託架槽溝包括開口端和閉合基底以及在其間延 伸的兩個隔開的側面，以及其中，切割圖案包括在託架槽溝的基底從 隔開的側面之一延伸進入託架的橫向延伸部分，從而限定託架槽溝下 凹進部。託架槽溝可以包括開口端和閉合基底以及在其間延伸的 兩個隔開以限定託架槽溝寬度的側面，其中切割圖案包括至少一個橫 向延伸部分，該橫向延伸部分以與基底相鄰的方式從對應的至少一個 隔開側面延伸進入託架，從而限定具有下凹進部寬度的託架槽溝下凹 進部，下凹進部寬度超過槽溝寬度。放電裝置控制指令可以包括那些指令，以完成檢測託架上 切割圖案開始點形成位置的操作，以開始電火花加工。電極可以包括構成走絲電極的走絲放電電極，其中電極組 件包括供絲盤和收絲盤，該供絲盤容納走絲電極未用部分，以在形成 切割圖案時連續提供走絲電極，收絲盤容納走絲用過部分，以在形成
切割圖案以形成託架槽溝時收集供自供絲盤的走絲電極，並向走絲電 極提供張力，從而提供大致平坦的切割表面，其中，弓絲位於託架槽 溝內時，託架槽溝和弓絲形成託架槽溝一弓絲界面，以及其中，託架
槽溝一弓絲界面至少一維的公差小於等於大約20微米(pm)。可選擇地，電極包括刻模放電電極，其中電極組件包括壓 頭，以在執行切割圖案時使電極延伸並與託架相鄰，以形成託架槽溝， 以及其中，指定該託架槽溝在至少一維上的公差小於30微米。
換而言之，用於製造正畸矯治器的系統包括 數字控制數據處理器.，該數字控制數據處理器構成具有存儲器 和存儲在存儲器中的控制程序產品的控制器，該控制程序產品包括指 令，在控制器執行該指令時，使控制器完成控制數位訊號(傳遞放電 裝置控制指令)的導出操作，以在正畸矯治器的託架中形成託架槽溝， 並使託架與相連的料頭分離；以及
放電裝置，該放電裝置與控制器通信，並具有放電電極組件(包 括電極)和至少一個驅動部件，驅動部件適合響應於數字控制信號將 託架布置成與電極放電接觸，以形成託架槽溝，並在形成託架槽溝時 使託架與料頭分離。
據此，裝置包括控制器，該控制器具有存儲器、存儲在存儲 器中的數據通信程序產品、以及同樣存儲在存儲器中的控制程序產 品，該數據通信程序產品包括指令，在控制器執行該指令時，使控制 器執行放電裝置控制指令的接收操作，該放電裝置控制指令描述正畸 矯治器託架中託架槽溝的虛擬尺寸表示，該控制程序產品包括指令， 在控制器執行該指令時，使控制器響應於放電裝置控制指令，執行將 傳遞放電裝置控制指令的控制信號導出的操作；以及放電裝置，該放 電裝置與控制器通信，放電裝置具有放電電極組件(包括電極)和至 少一個驅動部件，驅動部件適合響應於控制信號將託架布置成與電極 放電接觸，以根據預先限定的切割圖案形成託架槽溝，該切割圖案設 定為與弓絲的相關尺寸大致匹配，從而與弓絲形成精密界面。根據本發明的正畸矯治器製造方法包括以下步驟根據正 畸矯治器託架中託架槽溝的虛擬尺寸表示，導出傳遞裝置控制指令的
控制信號，裝置控制指令記載有執行放電切割圖案操作，該切割圖案 沿託架槽溝周界延伸，並且配置成與弓絲的相關尺寸大致匹配，從而 與弓絲形成精密界面；以及，響應於控制信號執行放電切割圖案，以 形成託架槽溝。優選的是，放電切割圖案定製成與預選弓絲的相關尺 寸大致匹配。在執行放電切割圖案之前，託架可與料頭相連，以及，執 行放電切割圖案的步驟包括從託架切除料頭，以在形成託架槽溝的大 致同時使託架與料頭分離。在執行放電切割圖案之前，託架可與和鑄品樹相連的料頭 相連，以及，執行放電切割圖案的步驟可以包括從鑄品樹切下託架的 步驟。當託架槽溝包括開口面端和閉合基底以及在其間延伸的 兩個隔開的側面時，執行放電切割圖案的步驟可以進一步包括以下步 驟形成與託架槽溝基底相鄰並從一個隔開的側面延伸進入託架的橫 向延伸部分，從而限定託架槽溝下凹進部。當託架槽溝包括開口面端和閉合基底以及在其間延伸的 兩個側面(彼此隔開以限定託架槽溝寬度)時，執行放電切割圖案的
步驟可以進一步包括以下步驟形成與託架槽溝基底相鄰並從一個隔
開的側面延伸進入託架的橫向延伸部分，從而限定具有下凹進部寬度 的託架槽溝下凹進部，下凹進部寬度超過託架槽溝寬度。當託架包括託架翼時，執行放電切割圖案的步驟可以進一 步包括使切割圖案的一部分沿託架翼槽溝側表面延伸的步驟，從而形 成託架翼的槽溝側表面。當託架槽溝包括開口面端和閉合基底以及在其間延伸的
兩個側面時，執行放電切割圖案的步驟可以進一步包括下述步驟使
切割圖案開始部分沿託架外表面的一部分並大致橫向於至少一個側 面進行延伸。此外，執行放電切割圖案的步驟可以包括在一個側面與 託架槽溝基底之間形成銳角的步驟，使得兩個隔開的側面從託架槽溝 基底會聚方式延伸。當託架槽溝是託架筒管時，放電切割圖案可以是第一放電
切割圖案，其中在執行第一放電切割圖案之前，託架與料頭相連，以 及其中，該方法進一步包括響應於控制信號執行第二放電切割圖案的
步驟，以使託架與料頭分離。優選的是，弓絲是定製的，以及，該方法進一步包括形成 適合於布置在託架槽溝中的定製弓絲的步驟，以使託架槽溝一弓絲界 面形成為在至少一維上的間隙或公差小於等於20微米。
權利要求
1.一種用於製造正畸矯治器的裝置，所述正畸矯治器具有弓絲和多個託架，各所述託架具有牙齒結合面和託架槽溝，所述裝置包括計算機，所述計算機適合於根據限定所述正畸矯治器的虛擬尺寸表示的數據生成數字控制指令數據，其特徵在於包括電火花加工機構，所述電火花加工機構具有包括電極的放電電極組件、以及至少一個驅動部件，所述驅動部件適合於將各託架體布置成與所述電極放電接觸，用於成型所述託架槽溝，所述電火花加工機構具有用於接收所述數字控制指令數據的裝置。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述計算機具有 相關聯的存儲器，所述存儲器適合於接收三維的患者齒係數據，以及 適合於生成限定所述正畸矯治器的定製虛擬尺寸表示的數據，所述數 據至少部分源於所述患者齒係數據。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於所述驅動部 件包括容納部分，所述容納部分用於容納與所述託架體相連的固定部 分。
4. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵在 於所述裝置包括模塑機構，所述模塑機構包括模具和分送機構，將 所述模具設置為容納託架成型材料以及適合於形成各託架體，將所述 分送機構設置為用於使所述託架成型材料分送至所述模具中，所述模 具具有型腔，所述型腔適合於各所述託架的輪廓、並構成用所述託架 成型材料填充所述模具的料頭的輪廓，各所述料頭包括固定部分。
5. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵在 於所述驅動部件適合於將各託架設置為與所述電極放電接觸，從而， 在成型所述託架槽溝的同時，使所述託架與固定部分分離。
6. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵在 於控制所述電火花加工機構的所述計算機包括具有存儲器的控制 器、以及存儲在所述存儲器中的數據通信程序，所述數據通信程序包 括的指令用於響應於所存儲的數字控制指令數據生成數字控制指令 數據信號，所述數字控制指令數據信號用於對所述電火花加工機構和 /或所述驅動部件進行控制。
7. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵在 於所述數字控制指令數據信號包括用於控制所述電火花加工機構的 數據，以切割沿所述託架槽溝的周界延伸的圖案。
8. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵在 於所述託架槽溝包括開口面端和閉合基底，以及在上述二者之間延 伸的兩個隔開的側面，其中，所述放電電極組件適合於布置 為，使大 致橫向於至少一個所述側面的所述託架外表面的一部分與電極放電 接觸。
9. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於所述託架包括具有槽溝側表面的託架翼，其中，所述驅動部件適 合於將各託架設置為沿所述託架翼槽溝側表面與所述電極放電接觸。
10. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵 在於所述電極包括走絲放電電極。
11. 根據權利要求1-9中任一項權利要求所述的裝置，其特徵 在於所述電極包括刻模放電電極。
12. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵 在於在所述託架槽溝的兩個隔開側面中的至少一個側面上以及在所 述託架槽溝的基底，所述託架槽溝具有至少一維公差最大為30微米 的大致平坦表面。
13. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的裝置，其特徵 在於所述託架槽溝是筒管。
14. 一種用於製造具有弓絲和多個託架的正畸矯治器的方法， 各託架具有牙齒結合面和託架槽溝，所述方法包括以下步驟根據限定所述正畸矯治器的虛擬尺寸表示的數據，由計算機生 成數字控制指令數據信號， 其特徵在於通過使用電火花加工機構進行電火花加工成形所述託架槽溝， 所述電火花加工機構包括具有電極的放電電極組件，包括由至少一個驅動部件將各託架體設置為與所述電極放電接觸，其中所述電火花加工機構由所述數字控制指令數據信號控制。
15. 根據權利要求14所述的方法，其特徵在於給所述計算機 提供三維的患者齒係數據，以及，根據所述三維患者齒係數據，由所 述計算機生成所述正畸矯治器的所述虛擬尺寸表示。
16. 根據權利要求14或權利要求15所述的方法，其特徵在於所述方法包括將所述託架體製成為包括固定部分，以及其中，使所述 固定部分置於所述驅動部件的容納部分中，使所述託架體取向為朝向 所述電火花加工機構以進行加工。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於在適合於形成各與料頭相連的託架的模具中，通過使託架成型材料成型製造所述託 架，所述料頭包括所述固定部分。
18. 根據權利要求14至權利要求17中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於所述處理包括通過電火花加工使所述固定部分與 所述託架分離的步驟。
19. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於通過電火花加 工形成所述託架槽溝，同時使所述固定部分與所述託架分離。
20. 根據權利要求14至權利要求19中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於通過電火花加工，所述槽溝加工成包括開口面端和閉合基底以及在上述二者之間延伸的兩個隔開的側面，至少所述側 面之一設置有所述槽溝的橫向延伸部分，該橫向延伸部分從所述隔開 的側面之一與所述託架槽溝基底相鄰延伸進入所述託架體，以製成至 少一個託架槽溝下凹進部。
21. 根據權利要求20所述的方法，其特徵在於所述槽溝下凹進部的寬度超過所述託架槽溝的寬度。
22. 根據權利要求14至21中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於所述託架在模具中形成，以包括具有槽溝側表面的託架翼，其中，所述驅動部件將各所述託架布置為沿所述託架翼的槽溝側表面 與所述電極放電接觸。
23. 根據權利要求14至22中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於所述託架槽溝具有託架槽溝基底和至少兩個隔開的側面，其中所述電火花加工形成所述側面，以在所述託架槽溝基底與所述側 面之間形成銳角，使得所述側面會聚。
24. 根據權利要求14至23中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於所述託架槽溝是託架筒管。
25. 根據權利要求14至24所述的方法，其特徵在於所述電火花加工使用走絲放電電極。
26. 根據權利要求14至24所述的方法，其特徵在於所述電 火花加工使用刻模放電電極。
27. 根據權利要求14至26所述的方法，其特徵在於在所述 託架槽溝的兩個隔開側面中的至少一個側面上以及所述託架槽溝的 基底上，所述電火花加工製成的表面公差小於30微米。
全文摘要
本發明提供製造正畸矯治器的裝置、程序產品、以及相關方法。系統的實施方式包括具有正畸矯治器設計程序產品的虛擬正畸矯治器設計計算機，提供該程序產品以設計包括託架體和託架底板的正畸矯治器的虛擬尺寸表示；以及模具裝置，布置用於形成各託架體和託架底板。該系統還包括包括計算機輔助製造程序產品的數據處理計算機，提供該程序產品以導出包括託架中託架槽溝的虛擬尺寸表示的放電裝置控制指令；以及，電火花加工機構。電火花加工機構可以包括具有控制程序產品的控制器，以導出傳遞放電裝置控制指令的控制信號；以及電火花裝置。
文檔編號B23H1/00GK101374473SQ200780003609
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月29日 優先權日2006年1月27日
發明者呂德格爾·魯貝特, 漢斯-克裡斯蒂安·克呂格爾 申請人:頂級服務舌側矯正技術有限公司