一种用于正畸矫正工具的3D打印系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于正畸矫正工具的制作系统和制作的方法，具体的说是一种用于正畸矫正工具的3D打印系统和方法。包括数字化扫描系统、3D打印机、数字化模型生成软件和3D打印文件生成软件，其特征在于：所述的数字化扫描系统用于获取患者口腔的数字化三维数据；所述的数字化模型生成软件用于将数字化三维数据生成患者口腔的数字化三维模型；3D打印文件生成软件用于生成3D打印文件；3D打印机用于根据3D打印文件进行打印，制作出精准贴合的正畸矫正工具的矫正器。本发明专利技术具有提高环保生产、提高生产效率、实现精准定制、提高矫正效果和降低成本等多方面的有益效果。成本等多方面的有益效果。成本等多方面的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于正畸矫正工具的3D打印系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于正畸矫正工具的制作系统，具体的说是一种用于正畸矫正工具的3D打印系统和方法。

技术介绍

[0002]现有的正畸矫正工具存在诸多缺陷，例如传统的正畸矫正器需要精确的手工制作，制作流程繁琐，周期长，费用高。而较新的数字化正畸治疗也有缺点，如需要复杂的设备和软件，造价高昂，且制造出来的矫正器质量难以保证。此外，传统的正畸矫正工具为手工制作的钢丝和金属矫形器，制作过程需要大量人工操作。而且传统矫形器不能完美适应不同的牙齿和口腔形态，治疗周期长且效果不稳定。随着3D打印技术的普及和发展，越来越多的临床医生和患者希望利用3D打印技术来制作个性化的正畸矫正工具。然而这种方法并不完美，其中比较常用的是采用精细模型CAD设计，然后利用3D打印机进行制作，但是这种方法仍然存在一些问题：一是由于各种不同形状和尺寸的矫正工具数量繁多，因此需要经常更新和完善模型设计；二是由于3D打印的制造精度与参数设置有很大关系，因此需要大量的实验和验证，研发周期长，成本高。以及在软件控制方面由于点云数据通常较为密集且数量庞大，因此需要大量的计算资源和时间才能对其进行处理；同时，曲面拟合和三角剖分算法也存在一定的计算误差和计算复杂度问题，有时难以得到精确的模型。因此，需要开发一种能够提高数字化三维模型处理效率和精度的数字化三维模型处理方法。在这种数字化三维模型处理方法中，需要采用一种新的数据处理技术，通过优化点云数据处理和曲面拟合算法等技术，有效提高数字化三维模型处理的精度和效率，并使其更好地适应本领域的应用需求。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术提出了一种用于正畸矫正工具的3D打印系统和方法，旨在解决上述问题，提高制作效率和制作精度。
[0004]本专利技术解决其上述的技术问题所采用以下的技术方案：一种用于正畸矫正工具的3D打印系统，包括数字化扫描系统、3D打印机、数字化模型生成软件和3D打印文件生成软件，其特征在于：所述的数字化扫描系统用于获取患者口腔的数字化三维数据；所述的数字化模型生成软件用于将数字化三维数据生成患者口腔的数字化三维模型；3D打印文件生成软件用于生成3D打印文件；3D打印机用于根据3D打印文件进行打印，制作出精准贴合的正畸矫正工具的矫正器。
[0005]进一步地，所述数字化扫描系统包括一台口腔数字化扫描仪，用于进行患者口腔的数字化扫描。
[0006]进一步地，一种用于正畸矫正工具的3D打印方法，包括以下步骤：（1）、进行患者口内数字化扫描，获取数字化三维数据；（2）、根据数字化三维数据生成患者口腔的数字化三维模型；
（3）、根据数字化三维模型生成3D打印文件；（4）、将3D打印文件导入3D打印机中进行打印；（5）、根据3D打印的结果得到精准贴合的用于正畸矫正工具的矫正器。
[0007]进一步地，所述的数字化扫描系统采集到的患者口腔内三维扫描数据是生成3D打印文件的基础；而所述的数字化扫描系统由以下几个主要组成部分组成：（1）、扫描仪：通过可见光或激光扫描产生的口腔表面三维坐标数据，用来生成口腔三维模型；（2）、传感器：传感器将扫描仪产生的数据转换为计算机可读的数字化数据；（3）、计算机：由数据采集、三维重建和模型编辑模块组成；其中，数字化扫描系统的工作步骤如下：S1. 患者使用扫描仪内嵌的口架或直接戴上口腔扫描器，按照特定的方式站立或坐立，在医生的指导下完成扫描；S2. 扫描仪发射光线或激光束，在口腔内部扫描，通过传感器收集口腔表面的三维坐标数据，将其转化为数字化数据；S3. 计算机保存收集到的口腔数据并进行深度学习算法的运算处理，生成精确的口腔三维模型；S4. 根据生成的口腔三维模型，生成3D打印文件，并导入3D打印机中进行打印，制作出贴合患者口腔的正畸矫正工具的矫正器。
[0008]进一步地，所述的数字化扫描系统采用计算式如下：（1）、结构光扫描计算式：通过投射光斑模式，获得物体口腔内部表面的三维坐标；z = f * A / (B
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p)其中，z表示物体表面的高度，f是相机焦距，A是光栅间距，B是光栅标定长度，p是光斑中心点与基准面的距离；（2）、相位测量计算式：将物体表面的光学相位转化为三维坐标；z = constant * arctan((F1
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F0) / (I1
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I0))其中，z是物体表面的高度，constant是常数，F1和F0是相邻两个像素的光学相位值，I1和I0是相邻两个像素之间的距离；所述的数字化扫描系统采用实施步骤如下：（1）、三维重建：使用三角形重建算法将点云数据转化为三维模型；（2）、模型编辑：根据用户的需求，对三维模型进行增加、减少、平场编辑操作；（3）、数据处理：口腔三维模型数据处理包括数据滤波、计量分析、算法优化、模型修复、区域划分和特征提取；所述的三维重建分为两个阶段：第一个阶段是点云重建，将口腔扫描数据转化为点云数据，即一些不连续的点的集合；第二个阶段是三角网格重建，将点云数据转换为三角网格，也就是由许多相邻三角形组成的三维模型；其中，点云重建的过程包括点云采集、点云预处理、点云配准和点云拼接步骤；点云采集的基础是数字化扫描系统采集到患者口内三维扫描数据，点云预处理去除错误数据和杂乱噪声；点云配准的目的是将多个点云数据进行匹配，使得能够成为同一个三维模型
的一部分；然后将配准好的点云数据拼接起来，生成完整的点云模型；所述的三角网格重建的过程包括网格重建、三角网格剖分和三角网格平滑处理步骤；所述的模型编辑的达到方式如下：所述的模型编辑根据数字化三维口腔模型数据进行编辑，通过添加、删除、移动和缩放操作来达到模型的编辑；在达到模型编辑时，采用CAD软件、三维建模软件、图像处理软件工具；所述的数字化扫描系统中，模型编辑的达到方式包括：（1）、快速编辑：在数字化三维模型中选择操作的部位；（2）、自动修复：利用图像处理算法，对数字化模型中的缺陷和异常部分进行自动修复；（3）、标注注释：在数字化三维模型的合适位置添加注释和标注。
[0009]进一步地，所述的数字化模型生成软件运算步骤：（1）、模型生成：通过点云配准方法进行匹配，生成点云模型，然后通过网格重建算法将点云数据转化为三角形网格模型，用于生成数字化三维模型；（2）、模型曲面拟合：通过曲面拟合方法，将先前生成的点云转化为光滑的曲面网格模型；（3）、模型切片：将三维模型切片为一系列二维图像，以便生成3D打印文件；（4）、模型编辑：通过对数字化三维模型的增加、减少、平场操作，对模型进行编辑；（5）、模型修复：针对受损的三维模型进行修复，包括自动和手动修复方法；自动修复使用自动修复算法对模型进行修复，手动修复则使用CAD软件工具进行修复；（6）、模型优化：利用优化算法对模型进行自动优化；（7）、模型切除：基于正畸矫正工具的形状，对三维模型进行切除。
[0010]进一步地，所述的患者口内数字化扫描是的基本流程：S1. 患者初诊：医生或牙医通过初诊确认患者正畸治疗，并开始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于正畸矫正工具的3D打印系统，包括数字化扫描系统、3D打印机、数字化模型生成软件和3D打印文件生成软件，其特征在于：所述的数字化扫描系统用于获取患者口腔的数字化三维数据；所述的数字化模型生成软件用于将数字化三维数据生成患者口腔的数字化三维模型；3D打印文件生成软件用于生成3D打印文件；3D打印机用于根据3D打印文件进行打印，制作出精准贴合的正畸矫正工具的矫正器。2.根据权利要求1所述的一种用于正畸矫正工具的3D打印系统，其特征在于：所述数字化扫描系统包括一台口腔数字化扫描仪，用于进行患者口腔的数字化扫描。3.一种用于正畸矫正工具的3D打印方法，包括以下步骤：（1）、进行患者口内数字化扫描，获取数字化三维数据；（2）、根据数字化三维数据生成患者口腔的数字化三维模型；（3）、根据数字化三维模型生成3D打印文件；（4）、将3D打印文件导入3D打印机中进行打印；（5）、根据3D打印的结果得到精准贴合的用于正畸矫正工具的矫正器。4.根据权利要求1所述的一种用于正畸矫正工具的3D打印系统，其特征在于所述的数字化扫描系统采集到的患者口腔内三维扫描数据是生成3D打印文件的基础；而所述的数字化扫描系统由以下几个主要组成部分组成：（1）、扫描仪：通过可见光或激光扫描产生的口腔表面三维坐标数据，用来生成口腔三维模型；（2）、传感器：传感器将扫描仪产生的数据转换为计算机可读的数字化数据；（3）、计算机：由数据采集、三维重建和模型编辑模块组成；其中，数字化扫描系统的工作步骤如下：S1. 患者使用扫描仪内嵌的口架或直接戴上口腔扫描器，按照特定的方式站立或坐立，在医生的指导下完成扫描；S2. 扫描仪发射光线或激光束，在口腔内部扫描，通过传感器收集口腔表面的三维坐标数据，将其转化为数字化数据；S3. 计算机保存收集到的口腔数据并进行深度学习算法的运算处理，生成精确的口腔三维模型；S4. 根据生成的口腔三维模型，生成3D打印文件，并导入3D打印机中进行打印，制作出贴合患者口腔的正畸矫正工具的矫正器。5.根据权利要求4所述的一种用于正畸矫正工具的3D打印系统，其特征在于所述的数字化扫描系统采用计算式如下：（1）、结构光扫描计算式：通过投射光斑模式，获得物体口腔内部表面的三维坐标；z = f * A / (B
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p)其中，z表示物体表面的高度，f是相机焦距，A是光栅间距，B是光栅标定长度，p是光斑中心点与基准面的距离；（2）、相位测量计算式：将物体表面的光学相位转化为三维坐标；z = constant * arctan((F1
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F0) / (I1
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I0))其中，z是物体表面的高度，constant是常数，F1和F0是相邻两个像素的光学相位值，I1和I0是相邻两个像素之间的距离；
所述的数字化扫描系统采用实施步骤如下：（1）、三维重建：使用三角形重建算法将点云数据转化为三维模型；（2）、模型编辑：根据用户的需求，对三维模型进行增加、减少、平场编辑操作；（3）、数据处理：口腔三维模型数据处理包括数据滤波、计量分析、算法优化、模型修复、区域划分和特征提取；所述的三维重建分为两个阶段：第一个阶段是点云重建，将口腔扫描数据转化为点云数据，即一些不连续的点的集合；第二个阶段是三角网格重建，将点云数据转换为三角网格，也就是由许多相邻三角形组成的三维模型；其中，点云重建的过程包括点云采集、点云预处理、点云配准和点云拼接步骤；点云采集的基础是数字化扫描系统采集到患者口内三维扫描数据，点云预处理去除错误数据和杂乱噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：周嵩琳，邓超，周嵩锴，雷安文，何可人，柴琳，柳海，郭庆云，郑红云，高增辉，孙翼，
申请(专利权)人：合肥卓越义齿制作有限公司，
类型：发明
国别省市：