專利名稱：定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方法
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)，具體是指定制化舌側(cè)正 畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方法。
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(dǎo)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(fù)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，會剌激舌頭的邊緣產(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。
國外已開始嘗試將快速成型技術(shù)應(yīng)用到舌側(cè)托槽制造中。典型的做法是， 通過三維打印技術(shù)(3D-Printing)制作托槽的蠟?zāi)?，再進行熔模鑄造。采用 這種方法做的托槽，其形狀復(fù)雜程度不受限制，可以實現(xiàn)根據(jù)個體需要定制 化生產(chǎn)。不足之處在于制造過程比較復(fù)雜，工序多，周期長。選區(qū)激光熔化技術(shù)作為一種新興的快速成型技術(shù)，發(fā)展已日趨成熟，并逐漸應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng) 域。托槽的材料通常為牙科金、鈦合金等金屬材料，采用選區(qū)激光熔化技術(shù) 可以實現(xiàn)直接制造。
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，提供定制 化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方法，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)本定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化 直接制造方法，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)數(shù)據(jù)；
(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，通過計算機設(shè) 計單個舌側(cè)托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型；所述托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型的設(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) 將步驟(3)所述托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到選區(qū)激光熔化成 型機中，采用分層制造的方法直接制造托槽實體；
(5) 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0.02rnrn。
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)所述分層制造的方法是指運用切片軟件將托槽的三維CAD結(jié)
構(gòu)模型進行分層，得到各個分層截面的二維模型，根據(jù)所述二維模型通過上
位機控制選區(qū)激光熔化成型機直接成型金屬材料的托槽，保證托槽實體各層
的形狀與托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型的分層數(shù)據(jù)一致。
所述分層厚度為20~50nm，并采用層間累計誤差補償方式控制制造精度為5~10,。
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、不銹鋼的粉末材料，粉末顆粒尺寸小于1(^m。
托槽的基底與牙齒表面粘結(jié)，槽溝則與矯正弓絲相配合，因此根據(jù)力學(xué) 性能要求的不同，在選區(qū)激光熔化直接制造過程中，根據(jù)需要托槽實體的各 個分層采用不同類別或成分的粉末材料。成型后，托槽具有梯度功能性，提 高了使用性能。
成型過程中，托槽在選區(qū)激光熔化快速成型機的密封并充滿惰性氣體的 成型室中進行制備，確保了托槽的質(zhì)量。
所述選區(qū)激光熔化快速成型機的激光器采用光纖激光器；激光器連續(xù)輸 出功率為100-200W,光束質(zhì)量因子為M2〈.1，聚焦后光斑直徑小于25nm。
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(fù)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，采用選區(qū)激光熔化技術(shù)精確成型托槽，使設(shè)計的模型快 速轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘僦破罚?一次直接成型托槽，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。
4、 可以在一次直接成型過程中采用不同的材料，以滿足托槽不同部位的 性能要求。


圖1是本發(fā)明定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方法的工藝 流程圖。
圖2是本發(fā)明中根據(jù)齒系數(shù)據(jù)建立的單個恒牙三維CAD模型。
圖3是本發(fā)明中根據(jù)圖2所示單個恒牙的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計的托槽三維CAD結(jié)構(gòu)模型。
圖4是本發(fā)明中單個前牙的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計的托槽三維CAD結(jié)構(gòu)模型。 圖5是本發(fā)明中選區(qū)激光熔化成型機采用分層制造的方法制造托槽的工 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)明的定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 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(fù)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， 通過計算機設(shè)計單個舌側(cè)托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型；所述托槽的三維CAD 結(jié)構(gòu)模型的設(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) 將步驟(3)所述托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到選區(qū)激光熔化成 型機中，采用分層制造的方法直接制造托槽實體，即運用切片軟件將托槽的 三維CAD結(jié)構(gòu)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，并采用層間累計誤差補償方式控制制造精度為5~10拜；根據(jù) 所述二維模型通過上位機控制選區(qū)激光熔化成型機直接成型金屬材料的托 槽，保證托槽實體各層的形狀與托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型的分層數(shù)據(jù)一致；
其中，如圖5所示，本發(fā)明通過選區(qū)激光熔化成型機采用分層制造的方 法制造托槽的工藝過程是
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)托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型；將托槽的三維CAD模型導(dǎo)入到選區(qū)激光熔化快速成型機中
進行分層制造直接成型托槽，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。以上三個過程不斷重復(fù)，直到加工完成。成型過程中，托槽在選區(qū)激 光熔化快速成型機的密封并充滿惰性氣體的成型室中進行制備。最后，從成 型室中取出托槽。
所述選區(qū)激光熔化快速成型機的激光器采用光纖激光器；激光器連續(xù)輸 出功率為100-200W,光束質(zhì)量因子為M2〈1.1,聚焦后光斑直徑小于25nm。
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、不銹鋼的粉末材料，粉末顆粒尺寸小于l(Him。
托槽的基底與牙齒表面粘結(jié)，槽溝則與矯正弓絲相配合，因此根據(jù)力學(xué) 性能要求的不同，在選區(qū)激光熔化直接制造過程中，根據(jù)需要托槽實體的各 個分層采用不同類別或成分的粉末材料。成型后，托槽具有梯度功能性，提 高了使用性能。
(5)根據(jù)臨床需求，對成型后的托槽做表面處理。
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、定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方法，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，通過計算機設(shè)計單個舌側(cè)托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型；所述托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型的設(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)將步驟(3)所述托槽的三維CAD結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到選區(qū)激光熔化成型機中，采用分層制造的方法直接制造金屬質(zhì)托槽實體；(5)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所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 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所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 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所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 法，其特征在于步驟(4)所述分層制造的方法是指運用切片軟件將托槽的 三維CAD結(jié)構(gòu)模型進行分層，得到各個分層截面的二維模型，根據(jù)所述二維 模型通過上位機控制選區(qū)激光熔化成型機直接成型金屬材料的托槽。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化 直接制造方法，其特征在于所述分層厚度為20~50Kim，并采用層間累計誤 差補償方式控制制造精度為5 10pm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 法，其特征在于所述托槽底板的厚度為0.4mm以下。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 法，其特征在于所述托槽的制造材料包括牙科金、鈦合金、鈷鉻合金、不 銹鋼的粉末材料，粉末顆粒尺寸小于l(Him。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 法，其特征在于根據(jù)力學(xué)性能要求的不同，托槽實體的各個分層采用不同 類別或成分的粉末材料。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方 法，其特征在于所述選區(qū)激光熔化快速成型機的激光器采用光纖激光器； 激光器連續(xù)輸出功率為100-200W，光束質(zhì)量因子為M2〈.1,聚焦后光斑直 徑小于25prno
全文摘要
本發(fā)明提供一種定制化舌側(cè)正畸托槽的選區(qū)激光熔化直接制造方法，步驟為測量齒系數(shù)據(jù)，通過反求工程得到牙齒的三維CAD模型；根據(jù)牙齒的特點，設(shè)計單個舌側(cè)托槽與牙表面接觸的底板，并根據(jù)各個托槽的理想放置位置確定托槽的槽溝；將設(shè)計的模型導(dǎo)入到選區(qū)激光熔化成型機中，直接制造所需材料的牙托槽。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，一次直接成型托槽，節(jié)省了工序、時間和成本；適用范圍廣，制作材料多樣化；可在一次直接成型過程中采用不同的材料，以滿足托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(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者楊永強, 王淑范 申請人:華南理工大學(xué)