牙科金屬修復體的3D打印成型方法技術

本發明專利技術涉及牙科金屬修復體的3D打印成型方法，包括：三維掃描：獲取患者口腔的三維數據；三維設計：根據所述三維數據對修復體的外形進行設計并導出；數據處理：對導出的修復體模型至少進行數據檢查及修復、位置擺放、支撐添加、切片和掃描策略規劃，得到適合3D打印的數據；3D打印成型：通過激光選區熔化的金屬3D打印設備，以微米級的球形金屬粉末為材料，通過3D打印設備的激光掃描熔化成型基板的每一層截面區域的所述金屬粉末，再逐層疊加為金屬零件；零件處理：經后期處理得到金屬修復體。本發明專利技術節省了大量人力，并減少人為誤差，并且修復體成型的精度高，貼合度好，而且極大縮短了修復體的制作周期。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及3D打印的方法，具體的講是牙科金屬修復體的3D打印成型方法。
技術介紹
牙體缺損和牙列缺失是最常見的牙科病患，通常是采用義齒進行修復。合金材料因為強度、硬度、耐磨性、耐久性和韌性等力學性能優良而成為義齒的常用材料，尤其是鈷鉻合金和鈦合金等合金材料被廣泛應用在義齒修復領域，其中固定義齒的金屬烤瓷內冠、可摘局部義齒金屬支架和金屬樁核等是目前最常見的金屬義齒修復體。目前常用牙科金屬修復體的加工方式為熔模失蠟鑄造法，但其加工過程繁瑣、耗時長、原材料品質保障率低，且修復體精確性和質量會因操作人員的不同存在較大誤差，鑄造過程中化學雜質容易嵌入牙冠，形成大量縮孔和沙眼，影響精度和金瓷結合力。因此熔模失蠟鑄造的加工方法已經不能滿足當前高性能、自動快速的修復體制作要求。3D打印是增材制造的別稱，3D打印的出現改變了傳統制造模式，是技術發展進程中的重要產物，其通過重建設計三維數字化模型，采用離散材料逐層累加原理制造實體零件，讓整個制造過程真正實現了智能化與數字化。激光選區熔化是應用最廣泛的金屬3D打印技術，它是一種基于激光熔化金屬粉末的增材制造技術，集激光技術、數字智能化控制技術、計算機輔助設計分析、快速成型于一體，能直接制造冶金結合、組織致密、力學性能良好、精度高的金屬零部件。金屬3D打印成型技術作為一種新型的精密制造手段，結合計算機三維建模與計算機輔助設計，使其具有替代傳統義齒鑄造工藝的可能。特別是增材制造技術具有個性化程度高、工序簡單、制作周期短、材料利用率高等優點，恰好可以滿足口腔修復個性化、復雜化、高難度的技術要求，同時彌補現有技術的不足，因此金屬3D打印已經越來越多的被應用到口腔修復體的制造當中，成為了口腔數字化加工不可或缺的新興技術。
技術實現思路
本專利技術提供了一種牙科金屬修復體的3D打印成型方法，以實現金屬修復體的快速成型，并且提高成型后修復體的精度和質量。本專利技術牙科金屬修復體的3D打印成型方法，包括：三維掃描：可以通過藍光掃描等技術，獲取患者口腔的三維數據。采用藍光掃描技術，能夠實現各個細小特征的精密掃描，掃描精度能夠達到5μm之內。三維設計：三維設計可以在3shape或exocad等牙科設計軟件中進行，根據基牙形狀、牙齦外形和顎部情況進行金屬修復體的設計。其中金屬修復體可以包括固定義齒的金屬烤瓷內冠、可摘局部義齒金屬支架和金屬樁核。設計時根據所述三維數據對修復體的外形進行設計，因為金屬3D打印成型精度高，能夠成型任意復雜的形狀，因此三維設計時能夠對修復體設計更復雜的形狀，冠和支架的厚度可以更薄，實現輕量化設計。設計過程中為了增加最終的貼合度，需要移除倒凹，去除車針補償設置。將完成設計的修復體模型導出，優選導出為如STL三角面片格式的文件。數據處理：對所述導出的修復體模型導入到magics或者CAMbridge等數據處理軟件中，至少進行數據檢查及修復、位置擺放、支撐添加、切片和掃描策略規劃，得到適合3D打印的數據。其中所述的數據檢查和修復，是檢查導出的STL格式的修復體模型中有無孔洞和壞邊缺陷，若檢查發現缺陷需要進行修復，確保導出的修復體模型是一個完整和封閉的殼體。其中所述的位置擺放，是對同時打印的多個STL格式文件進行排版和擺放，需要確保零件之間不出現接觸，擺放位置時要以支撐面盡量少和豎直方向的高度盡量小為原則，以提高成型的效率。其中所述的支撐添加，支撐要根據零件的大小和類型進行設計，在確保能夠牢固支撐零件的同時也要使成型結束后容易去除。其中所述的切片是將修復體模型的STL格式文件通過切片，獲得片層數據，每一層的厚度根據材料的不同和成型精度的要求，控制在20～70μm。其中所述的掃描策略規劃是規劃每一個片層的掃描方法，要確定好掃描線之間的間隔距離和輪廓線的偏移距離。3D打印成型：通過激光選區熔化(SLM)的金屬3D打印設備，以微米級的球形金屬粉末為材料，通過3D打印設備的激光掃描熔化成型基板的每一層截面區域的所述金屬粉末，再逐層疊加為金屬零件。基板材料的種類需要與成型材料相適應，成型材料與基板之間要有良好的潤濕性，保證基板和零件之間粘結牢固，不會發生開裂。成型過程中要根據材料和層厚的不同，調整金屬3D打印設備的激光功率、掃描速度等成型工藝，確保激光束能夠完全熔化金屬粉末，形成一條連續平滑的熔道。零件處理：消除所述金屬零件內部的應力后，將金屬零件從基板上切割下來，然后去除支撐，經表面噴砂和打磨拋光等后期處理得到金屬修復體。進一步的，三維掃描時，通過石膏模型掃描或口腔掃描獲得所述的三維數據。石膏模型掃描是指采用硅橡膠等快速凝固材料從患者口內制取出印模后，通過此印模灌注出石膏模型，再采用掃描儀掃描出該石膏模型的三維外形的過程。石膏模型掃描是目前牙科數字化加工較常見的方法。口腔掃描是采用口腔內掃描儀直接對患者口內情況進行掃描，省去了制取印模和灌注石膏模型的步驟。口腔掃描步驟完成后，將掃描好的口腔三維數據直接從診所發送到牙科加工廠，這樣的操作步驟能夠節約患者的就診時間，提高修復過程的一致性。在數據處理的支撐添加時，可以根據不同的修復體結構采用適合的支撐，例如對于單冠或樁核，采用薄壁十字支撐；對于連橋或支架，采用實體錐形支撐或樹形支撐。同樣的，在數據處理的掃描策略規劃時，可以對于單冠或樁核，采用正交連續的掃描策略；對于連橋或支架，采用棋盤式分區掃描策略。為了滿足牙科修復體對精度和力學性能的嚴格要求，在采用激光選區熔化的金屬3D打印設備的基礎上，3D打印成型時激光聚焦光束的直徑優選為40～100μm，激光功率優選為200～1000W，絲桿電機的控制精度優選為≤1μm。在此基礎上，所述的球形金屬粉末可選的粒徑范圍為15～63μm，更優的是15～45μm或20～63μm，粉末霍爾流動性優選≤40s/50g，粉末氧含量優選≤1300ppm(體積濃度)。為了防止粉末熔化過程中發生氧化，在成型過程中可以通過惰性氣體對所述球形金屬粉末進行防氧化保護，例如如果成型材料為純鈦或鈦合金，則采用氬氣保護，若是其他合金材料，則采用氮氣進行保護。進一步的，零件處理時所述的消除所述金屬零件內部的應力，可以是將金屬零件連同成型基板一并置于馬弗爐等加熱設備中，通過退火處理消除零件內部的應力。為了防止成型過程中產生的煙塵對粉末造成污染，在金屬3D打印設備上還設有煙塵過濾裝置。本專利技術牙科金屬修復體的3D打印成型方法，不需要傳統制鑄造的手工填蠟過程，節省了大量人力，并減少人為誤差。還能夠根據病人的個性化需求進行針對性的牙科金屬修復體數字化設計，并且修復體成型的精度高，貼合度好，還能避免熔模失蠟鑄造工藝中常見的沙眼和縮孔缺陷，使得最終的牙科金屬修復體在細節部分能夠更好地符合病人的需求。同時結合激光3D打印技術對修復體進行加工，省去了傳統鑄造過程中的制模、復模、包埋和離心澆注等過程，使得修復體的制作周期得到了極大的縮短。在加工中由于采用了惰性氣體保護，對難以傳統鑄造的材料也能夠加工，例如鈦、鈦合金等。以下結合實施例的具體實施方式，對本專利技術的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本專利技術上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本專利技術上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本專利技術的范圍本文檔來自技高網...

【技術保護點】
牙科金屬修復體的3D打印成型方法，其特征包括：三維掃描：獲取患者口腔的三維數據；三維設計：根據所述三維數據對修復體的外形進行設計，并將完成設計的修復體模型導出；數據處理：對所述導出的修復體模型至少進行數據檢查及修復、位置擺放、支撐添加、切片和掃描策略規劃，得到適合3D打印的數據；3D打印成型：通過激光選區熔化的金屬3D打印設備，以微米級的球形金屬粉末為材料，通過3D打印設備的激光掃描熔化成型基板的每一層截面區域的所述金屬粉末，再逐層疊加為金屬零件；零件處理：消除所述金屬零件內部的應力后，經后期處理得到金屬修復體。

【技術特征摘要】
1.牙科金屬修復體的3D打印成型方法，其特征包括：三維掃描：獲取患者口腔的三維數據；三維設計：根據所述三維數據對修復體的外形進行設計，并將完成設計的修復體模型導出；數據處理：對所述導出的修復體模型至少進行數據檢查及修復、位置擺放、支撐添加、切片和掃描策略規劃，得到適合3D打印的數據；3D打印成型：通過激光選區熔化的金屬3D打印設備，以微米級的球形金屬粉末為材料，通過3D打印設備的激光掃描熔化成型基板的每一層截面區域的所述金屬粉末，再逐層疊加為金屬零件；零件處理：消除所述金屬零件內部的應力后，經后期處理得到金屬修復體。2.如權利要求1所述的牙科金屬修復體的3D打印成型方法，其特征為：三維掃描時，通過石膏模型掃描或口腔掃描獲得所述的三維數據。3.如權利要求1所述的牙科金屬修復體的3D打印成型方法，其特征為：在數據處理的支撐添加時，對于單冠或樁核，采用薄壁十字支撐；對于連橋或支架，采用實體錐形支撐或樹形支撐。4.如權利要求1所述的牙科金屬修復體的3D打印成型方法，其特征為：在數據處理的掃描策略規劃時，對于單冠或樁核，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉睿誠，吳利蘋，蔣安琪，曾益偉，王強，陳玲莉，陳軍，
申請(專利權)人：成都優材科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川;51