牙科金属修复体的3D打印成型方法技术

本发明专利技术涉及牙科金属修复体的3D打印成型方法，包括：三维扫描：获取患者口腔的三维数据；三维设计：根据所述三维数据对修复体的外形进行设计并导出；数据处理：对导出的修复体模型至少进行数据检查及修复、位置摆放、支撑添加、切片和扫描策略规划，得到适合3D打印的数据；3D打印成型：通过激光选区熔化的金属3D打印设备，以微米级的球形金属粉末为材料，通过3D打印设备的激光扫描熔化成型基板的每一层截面区域的所述金属粉末，再逐层叠加为金属零件；零件处理：经后期处理得到金属修复体。本发明专利技术节省了大量人力，并减少人为误差，并且修复体成型的精度高，贴合度好，而且极大缩短了修复体的制作周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印的方法，具体的讲是牙科金属修复体的3D打印成型方法。
技术介绍
牙体缺损和牙列缺失是最常见的牙科病患，通常是采用义齿进行修复。合金材料因为强度、硬度、耐磨性、耐久性和韧性等力学性能优良而成为义齿的常用材料，尤其是钴铬合金和钛合金等合金材料被广泛应用在义齿修复领域，其中固定义齿的金属烤瓷内冠、可摘局部义齿金属支架和金属桩核等是目前最常见的金属义齿修复体。目前常用牙科金属修复体的加工方式为熔模失蜡铸造法，但其加工过程繁琐、耗时长、原材料品质保障率低，且修复体精确性和质量会因操作人员的不同存在较大误差，铸造过程中化学杂质容易嵌入牙冠，形成大量缩孔和沙眼，影响精度和金瓷结合力。因此熔模失蜡铸造的加工方法已经不能满足当前高性能、自动快速的修复体制作要求。3D打印是增材制造的别称，3D打印的出现改变了传统制造模式，是技术发展进程中的重要产物，其通过重建设计三维数字化模型，采用离散材料逐层累加原理制造实体零件，让整个制造过程真正实现了智能化与数字化。激光选区熔化是应用最广泛的金属3D打印技术，它是一种基于激光熔化金属粉末的增材制造技术，集激光技术、数字智能化控制技术、计算机辅助设计分析、快速成型于一体，能直接制造冶金结合、组织致密、力学性能良好、精度高的金属零部件。金属3D打印成型技术作为一种新型的精密制造手段，结合计算机三维建模与计算机辅助设计，使其具有替代传统义齿铸造工艺的可能。特别是增材制造技术具有个性化程度高、工序简单、制作周期短、材料利用率高等优点，恰好可以满足口腔修复个性化、复杂化、高难度的技术要求，同时弥补现有技术的不足，因此金属3D打印已经越来越多的被应用到口腔修复体的制造当中，成为了口腔数字化加工不可或缺的新兴技术。
技术实现思路
本专利技术提供了一种牙科金属修复体的3D打印成型方法，以实现金属修复体的快速成型，并且提高成型后修复体的精度和质量。本专利技术牙科金属修复体的3D打印成型方法，包括：三维扫描：可以通过蓝光扫描等技术，获取患者口腔的三维数据。采用蓝光扫描技术，能够实现各个细小特征的精密扫描，扫描精度能够达到5μm之内。三维设计：三维设计可以在3shape或exocad等牙科设计软件中进行，根据基牙形状、牙龈外形和颚部情况进行金属修复体的设计。其中金属修复体可以包括固定义齿的金属烤瓷内冠、可摘局部义齿金属支架和金属桩核。设计时根据所述三维数据对修复体的外形进行设计，因为金属3D打印成型精度高，能够成型任意复杂的形状，因此三维设计时能够对修复体设计更复杂的形状，冠和支架的厚度可以更薄，实现轻量化设计。设计过程中为了增加最终的贴合度，需要移除倒凹，去除车针补偿设置。将完成设计的修复体模型导出，优选导出为如STL三角面片格式的文件。数据处理：对所述导出的修复体模型导入到magics或者CAMbridge等数据处理软件中，至少进行数据检查及修复、位置摆放、支撑添加、切片和扫描策略规划，得到适合3D打印的数据。其中所述的数据检查和修复，是检查导出的STL格式的修复体模型中有无孔洞和坏边缺陷，若检查发现缺陷需要进行修复，确保导出的修复体模型是一个完整和封闭的壳体。其中所述的位置摆放，是对同时打印的多个STL格式文件进行排版和摆放，需要确保零件之间不出现接触，摆放位置时要以支撑面尽量少和竖直方向的高度尽量小为原则，以提高成型的效率。其中所述的支撑添加，支撑要根据零件的大小和类型进行设计，在确保能够牢固支撑零件的同时也要使成型结束后容易去除。其中所述的切片是将修复体模型的STL格式文件通过切片，获得片层数据，每一层的厚度根据材料的不同和成型精度的要求，控制在20～70μm。其中所述的扫描策略规划是规划每一个片层的扫描方法，要确定好扫描线之间的间隔距离和轮廓线的偏移距离。3D打印成型：通过激光选区熔化(SLM)的金属3D打印设备，以微米级的球形金属粉末为材料，通过3D打印设备的激光扫描熔化成型基板的每一层截面区域的所述金属粉末，再逐层叠加为金属零件。基板材料的种类需要与成型材料相适应，成型材料与基板之间要有良好的润湿性，保证基板和零件之间粘结牢固，不会发生开裂。成型过程中要根据材料和层厚的不同，调整金属3D打印设备的激光功率、扫描速度等成型工艺，确保激光束能够完全熔化金属粉末，形成一条连续平滑的熔道。零件处理：消除所述金属零件内部的应力后，将金属零件从基板上切割下来，然后去除支撑，经表面喷砂和打磨抛光等后期处理得到金属修复体。进一步的，三维扫描时，通过石膏模型扫描或口腔扫描获得所述的三维数据。石膏模型扫描是指采用硅橡胶等快速凝固材料从患者口内制取出印模后，通过此印模灌注出石膏模型，再采用扫描仪扫描出该石膏模型的三维外形的过程。石膏模型扫描是目前牙科数字化加工较常见的方法。口腔扫描是采用口腔内扫描仪直接对患者口内情况进行扫描，省去了制取印模和灌注石膏模型的步骤。口腔扫描步骤完成后，将扫描好的口腔三维数据直接从诊所发送到牙科加工厂，这样的操作步骤能够节约患者的就诊时间，提高修复过程的一致性。在数据处理的支撑添加时，可以根据不同的修复体结构采用适合的支撑，例如对于单冠或桩核，采用薄壁十字支撑；对于连桥或支架，采用实体锥形支撑或树形支撑。同样的，在数据处理的扫描策略规划时，可以对于单冠或桩核，采用正交连续的扫描策略；对于连桥或支架，采用棋盘式分区扫描策略。为了满足牙科修复体对精度和力学性能的严格要求，在采用激光选区熔化的金属3D打印设备的基础上，3D打印成型时激光聚焦光束的直径优选为40～100μm，激光功率优选为200～1000W，丝杆电机的控制精度优选为≤1μm。在此基础上，所述的球形金属粉末可选的粒径范围为15～63μm，更优的是15～45μm或20～63μm，粉末霍尔流动性优选≤40s/50g，粉末氧含量优选≤1300ppm(体积浓度)。为了防止粉末熔化过程中发生氧化，在成型过程中可以通过惰性气体对所述球形金属粉末进行防氧化保护，例如如果成型材料为纯钛或钛合金，则采用氩气保护，若是其他合金材料，则采用氮气进行保护。进一步的，零件处理时所述的消除所述金属零件内部的应力，可以是将金属零件连同成型基板一并置于马弗炉等加热设备中，通过退火处理消除零件内部的应力。为了防止成型过程中产生的烟尘对粉末造成污染，在金属3D打印设备上还设有烟尘过滤装置。本专利技术牙科金属修复体的3D打印成型方法，不需要传统制铸造的手工填蜡过程，节省了大量人力，并减少人为误差。还能够根据病人的个性化需求进行针对性的牙科金属修复体数字化设计，并且修复体成型的精度高，贴合度好，还能避免熔模失蜡铸造工艺中常见的沙眼和缩孔缺陷，使得最终的牙科金属修复体在细节部分能够更好地符合病人的需求。同时结合激光3D打印技术对修复体进行加工，省去了传统铸造过程中的制模、复模、包埋和离心浇注等过程，使得修复体的制作周期得到了极大的缩短。在加工中由于采用了惰性气体保护，对难以传统铸造的材料也能够加工，例如钛、钛合金等。以下结合实施例的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本专利技术的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
牙科金属修复体的3D打印成型方法，其特征包括：三维扫描：获取患者口腔的三维数据；三维设计：根据所述三维数据对修复体的外形进行设计，并将完成设计的修复体模型导出；数据处理：对所述导出的修复体模型至少进行数据检查及修复、位置摆放、支撑添加、切片和扫描策略规划，得到适合3D打印的数据；3D打印成型：通过激光选区熔化的金属3D打印设备，以微米级的球形金属粉末为材料，通过3D打印设备的激光扫描熔化成型基板的每一层截面区域的所述金属粉末，再逐层叠加为金属零件；零件处理：消除所述金属零件内部的应力后，经后期处理得到金属修复体。

【技术特征摘要】
1.牙科金属修复体的3D打印成型方法，其特征包括：三维扫描：获取患者口腔的三维数据；三维设计：根据所述三维数据对修复体的外形进行设计，并将完成设计的修复体模型导出；数据处理：对所述导出的修复体模型至少进行数据检查及修复、位置摆放、支撑添加、切片和扫描策略规划，得到适合3D打印的数据；3D打印成型：通过激光选区熔化的金属3D打印设备，以微米级的球形金属粉末为材料，通过3D打印设备的激光扫描熔化成型基板的每一层截面区域的所述金属粉末，再逐层叠加为金属零件；零件处理：消除所述金属零件内部的应力后，经后期处理得到金属修复体。2.如权利要求1所述的牙科金属修复体的3D打印成型方法，其特征为：三维扫描时，通过石膏模型扫描或口腔扫描获得所述的三维数据。3.如权利要求1所述的牙科金属修复体的3D打印成型方法，其特征为：在数据处理的支撑添加时，对于单冠或桩核，采用薄壁十字支撑；对于连桥或支架，采用实体锥形支撑或树形支撑。4.如权利要求1所述的牙科金属修复体的3D打印成型方法，其特征为：在数据处理的扫描策略规划时，对于单冠或桩核，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘睿诚，吴利苹，蒋安琪，曾益伟，王强，陈玲莉，陈军，
申请(专利权)人：成都优材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51