專利名稱：個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于矯正牙齒的正畸托槽制造技術(shù)，具體是指個性化舌側(cè)正 畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法。
背景技術(shù)：
為了將不整齊的牙齒排列整齊，臨床應(yīng)用廣泛采用正畸技術(shù)。通常的做法
是將托槽粘接在牙齒表面，彈性弓絲穿過托槽的槽溝并傳遞矯正力。20世紀 70年代以來，作為一種美觀的正畸方法，舌側(cè)正畸矯正技術(shù)引起了廣泛的關(guān) 注和重視。舌側(cè)正畸技術(shù)將托槽粘在牙齒靠近舌頭的一側(cè)，而不是唇側(cè)正畸中 的靠近嘴唇的一側(cè)。舌側(cè)托槽粘在牙齒舌面，不會因托槽的視覺因素影響患者 的社會活動，也不會因牙齒唇面粘托槽而影響唇的閉合。同時，牙齒唇側(cè)釉質(zhì) 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(yī)生從 唇側(cè)直接觀察牙齒的位置與形態(tài)。
目前舌側(cè)正畸采用的托槽是標準化生產(chǎn)的通用產(chǎn)品，對于個體的牙齒來 說，適合程度比較小。由于舌側(cè)牙齒的表面形態(tài)復雜， 一般采用較小的托槽， 以便于粘接。托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，造成托槽底板遠離牙表面，影響矯正效果。因此， 相比于唇側(cè)托槽，舌側(cè)托槽的結(jié)構(gòu)形態(tài)明顯改變，并且要求托槽與個體牙齒具 有更高的匹配性。
舌側(cè)正畸技術(shù)的主要缺陷在于對舌頭的剌激。舌頭是人體最敏感的器官之 一，也是參與發(fā)音、吞咽等活動的器官之一，活動非常頻繁。而舌側(cè)托槽占據(jù) 了舌頭的部分活動空間，會刺激舌頭的邊緣產(chǎn)生疼痛。為了減輕病人的負擔， 制造細小精密的托槽成為發(fā)展趨勢。
快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping,簡稱RP)的發(fā)展和成熟，使其逐漸滲 透到各個工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在模具制造中，興起了快速模具制造(Rapid Tooling, 簡稱RT)技術(shù)?；赗P技術(shù)的快速模具制造技術(shù)集成度高，從CAD數(shù)據(jù)到 物理實體的轉(zhuǎn)換過程快，因而與傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法相比，具有制模周期短， 制模成本低和模具壽命較短等特點，對單件小批量生產(chǎn)具有很強的適應(yīng)性。其中，采用選區(qū)激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering,簡稱SLS)技術(shù)制作蠟模再 進行鑄造的方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬零件的制造。制造托槽的材料通常為牙科 金、鈦合金、不銹鋼等金屬材料，采用選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)成型模型后可以通過 熔模鑄造的方法制造托槽。
現(xiàn)有的舌側(cè)托槽制造方法是標準化生產(chǎn)，不能滿足病人個性化需求，從而 影響了治療效果并增加了病人的負擔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供個性 化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法，該方法不僅能根據(jù)個體差異 實現(xiàn)定制化制造，而且制造精度高，使托槽可以盡量貼合牙表面。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)本個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié) 間接制造方法，包括以下步驟
(1) 測量齒系數(shù)據(jù)，獲得牙齒的外形結(jié)構(gòu)參數(shù)；
(2) 根據(jù)所述齒系數(shù)據(jù)，采用反求工程(Reverse Engineering)的方 法建立牙齒的三維CAD模型并存儲于計算機中；
(3) 根據(jù)正畸的要求、托槽制作材料和牙齒的形狀特征，設(shè)計各個托槽 的結(jié)構(gòu)模型；所述托槽的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計包括設(shè)計托槽與牙齒表面接觸的底板， 以及根據(jù)各個托槽的理想放置位置確定托槽的槽溝；
(4) 根據(jù)托槽的結(jié)構(gòu)模型及熔模鑄造的要求，利用快速成型技術(shù)，采用 分層制造的方法制造托槽所需的熔模；
(5) 采用熔模鑄造的方法制造出托槽；
(6) 根據(jù)臨床需求，對成型后的托槽做表面處理。 為更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述齒系數(shù)據(jù)的測量采用CT斷層掃描或非接觸
的三維掃描儀直接掃描牙齒，或者首先制取牙齒的模型再進行三維掃描測量，
所述掃描精度優(yōu)于0.02mm。
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)所述快速成型技術(shù)包括選區(qū)激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering,
SLS)技術(shù)，所述熔模的材料可選用石蠟或可溶聚合物高分子材料。
步驟(4)所述分層制造方法是指基于離散/堆積原理，通過計算機對設(shè)
計的烙模的三維模型進行分層切片，得到各層截面的二維輪廓信息，根據(jù)所
述二維輪廓信息通過上位機控制快速成型設(shè)備燒結(jié)成型蠟質(zhì)的托槽模型，保證托槽實體各層的形狀與托槽結(jié)構(gòu)的分層數(shù)據(jù)一致。由于單個托槽體積較小， 所以一次成型可以制造形狀各不相同的多個托槽熔模。
所述分層厚度為50~10(Vm，并采用層間累計誤差補償方式控制制造精度 為10 20,
所述熔模鑄造方法，其工序包括有結(jié)殼、脫蠟、焙燒和澆注脫殼，經(jīng)拋 光修正后成為臨床個性化舌側(cè)托槽。
所述托槽底板的厚度為0.4mm以下。所述托槽的制造材料包括牙科金、 鈦合金、鈷鉻合金或不銹鋼。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點和效果
1、 個性化定制，本發(fā)明提供的制造方法不受零件復雜程度的限制，因此 托槽與牙齒表面粘接的底板不采用標準網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，而是根據(jù)單個牙齒的形狀 特征定制化設(shè)計，可以根據(jù)個體需求實現(xiàn)定制化生產(chǎn)，制備的托槽精度高， 厚度薄，牙科醫(yī)生根據(jù)需要設(shè)計托槽底板形狀，底板形狀可以與牙齒表面精 確匹配，增大了接觸區(qū)域，并因選用材料的不同選擇不同的厚度；每個托槽 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(zhuǎn)誤差。 以實現(xiàn)較好的矯正效果。
2、 制造周期短，節(jié)省了工序、時間和成本。
3、 適用范圍廣，本發(fā)明可以直接制造牙科金、不銹鋼、鈦合金、鈷鉻合 金的正畸托槽。


圖1是本發(fā)明個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法的工藝 流程圖。
圖2是本發(fā)明中根據(jù)齒系數(shù)據(jù)建立的單個牙齒三維CAD模型。 圖3是本發(fā)明中根據(jù)圖2所示單個牙齒的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計的托槽結(jié)構(gòu)圖。 圖4是圖3所示的托槽的底板形狀與牙齒表面匹配的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明采用選區(qū)激光燒結(jié)成型機制造個性化托槽的工藝示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實 施方式不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法的工藝流程是
(1) 測量齒系數(shù)據(jù)，獲得牙齒的外形結(jié)構(gòu)參數(shù)；齒系數(shù)據(jù)的測量采用 CT斷層掃描或非接觸的三維掃描儀直接掃描牙齒，或者首先制取牙齒的模型 再進行三維掃描測量，所述掃描精度優(yōu)于0.02mm;
(2) 根據(jù)所述齒系數(shù)據(jù)，采用反求工程的方法建立如圖2所示的牙齒的 三維CAD模型，并以STL格式存儲于計算機中；牙齒的外型結(jié)構(gòu)較復雜， 通常為不規(guī)則曲面；
(3) 如圖3所示，根據(jù)正畸的要求、托槽制作材料和牙齒的形狀特征， 設(shè)計各個托槽的結(jié)構(gòu)模型；所述托槽的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計包括設(shè)計托槽與牙齒表 面接觸的底板，以及根據(jù)各個托槽的理想放置位置確定托槽的槽溝；圖4是 牙齒的曲面及根據(jù)牙齒曲面特征設(shè)計的托槽，托槽2底部與牙齒1舌側(cè)表面 完全貼合在一起；
(4) 根據(jù)托槽的結(jié)構(gòu)模型及熔模鑄造的要求，利用快速成型技術(shù)，采用 分層制造的方法制造托槽所需的熔模；即基于離散/堆積原理，通過計算機對 設(shè)計的熔模的三維模型進行分層切片，得到各層截面的二維輪廓信息，所述 分層厚度為50 100nm，并采用層間累計誤差補償方式控制制造精度為 10~20pm;根據(jù)所述二維輪廓信息通過上位機控制快速成型設(shè)備燒結(jié)成型蠟 質(zhì)的托槽模型，保證各層的形狀與托槽結(jié)構(gòu)的分層數(shù)據(jù)一致。
其中，如圖5所示，本發(fā)明采用選區(qū)激光燒結(jié)成型機制造個性化托槽的 工藝過程是
首先通過反求工程由測量數(shù)據(jù)建立牙齒的三維CAD模型，根據(jù)正畸的要 求、托槽制作材料和牙齒的形狀特征，通過計算機設(shè)計單個舌側(cè)托槽的結(jié)構(gòu) 模型；將托槽結(jié)構(gòu)模型導入到選區(qū)激光燒結(jié)快速成型機中成型托槽熔模，成 型過程可分解為以下三個步驟 一是利用鋪粉裝置將料缸中的粉末均勻地鋪 在成型缸的工作平面上；二是計算機控制激光束進行掃描；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。上述三個過程不斷重復， 直到加工完成。最后，從成型室中取出托槽熔模。由于單個托槽體積較小， 所以一次成型可以制造形狀各不相同的多個托槽熔模。
由于單個托槽體積較小，所以一次成型可以制造形狀各不相同的多個托 槽鑄模。(5) 采用熔模鑄造的方法制造出托槽；該熔模鑄造方法為傳統(tǒng)的熔模鑄 造方法，工序包括有結(jié)殼、脫蠟、焙燒和澆注脫殼，經(jīng)拋光修正后成為臨床 個性化舌側(cè)托槽。
(6) 根據(jù)臨床需求，對成型后的托槽做表面處理。 托槽底板的厚度為0.4mm以下。所述托槽的制造材料包括牙科金、鈦合
金、鈷鉻合金、不銹鋼。
通過以上步驟，可以得到根據(jù)個體需求定制化的舌側(cè)正畸托槽。 如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施
例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與
修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1、個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)測量齒系數(shù)據(jù)，獲得牙齒的外形結(jié)構(gòu)參數(shù)；(2)根據(jù)所述齒系數(shù)據(jù)，采用反求工程的方法建立牙齒的三維CAD模型并存儲于計算機中；(3)根據(jù)正畸的要求、托槽制作材料和牙齒的形狀特征，設(shè)計各個托槽的結(jié)構(gòu)模型；所述托槽的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計包括設(shè)計托槽與牙齒表面接觸的底板，以及根據(jù)各個托槽的理想放置位置確定托槽的槽溝；(4)根據(jù)托槽的結(jié)構(gòu)模型及熔模鑄造的要求，利用選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)，采用分層制造的方法制造托槽所需的熔模；(5)采用熔模鑄造的方法制造出托槽；(6)根據(jù)臨床需求，對成型后的托槽做表面處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方 法，其特征在于所述齒系數(shù)據(jù)的測量采用CT斷層掃描或非接觸的三維掃 描儀直接掃描牙齒，或者首先制取牙齒的模型再進行三維掃描測量，所述掃 描精度優(yōu)于0.02mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方 法，其特征在于步驟(2)所述牙齒的三維CAD模型的存儲格式為STL格 式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法，其特征在于步驟(4)所述分層制造的方法是指通過計算機對設(shè)計的熔模的三維模型進行分層切片，得到各層截面的二維輪廓信息，根據(jù)所述二維 輪廓信息通過上位機控制快速成型設(shè)備燒結(jié)成型蠟質(zhì)的托槽模型。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法，其特征在于所述熔模鑄造方法，其工序包括有結(jié)殼、脫蠟、焙燒和澆 注脫殼，經(jīng)拋光修正后成為臨床個性化舌側(cè)托槽。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié) 間接制造方法，其特征在于所述分層厚度為50 100nm，并采用層間累計誤差補償方式控制制造精度為1(K20^im。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方 法，其特征在于所述托槽底板的厚度為0.4mm以下。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方 法，其特征在于所述鑄造的托槽制造材料包括牙科金、鈦合金、鈷鉻合金 或不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明提供一種個性化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光燒結(jié)間接制造方法，步驟為測量齒系數(shù)據(jù)，獲得牙齒的外形結(jié)構(gòu)參數(shù)；采用反求工程的方法建立牙齒的三維CAD模型并存儲于計算機中；根據(jù)正畸的要求、托槽制作材料和牙齒的形狀特征，設(shè)計各個托槽的結(jié)構(gòu)模型；托槽的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計包括設(shè)計托槽與牙齒表面接觸的底板，以及根據(jù)各個托槽的理想放置位置確定托槽的槽溝；根據(jù)托槽的結(jié)構(gòu)模型及熔模鑄造的要求，利用選區(qū)激光燒結(jié)快速成型技術(shù)，采用分層制造的方法制造托槽所需的熔模；采用熔模鑄造的方法制造出金屬質(zhì)托槽。本方法能根據(jù)個體差異實現(xiàn)高精度的定制化制造，托槽可很好貼合牙表面，節(jié)省了工序、時間和成本；適用范圍廣，制作材料多樣化。
文檔編號A61B6/14GK101284302SQ200810026490
公開日2008年10月15日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者楊永強, 王淑范, 程大偉 申請人:華南理工大學