專利名稱：用于形成正畸托架的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種用于形成正畸托架的方法和裝置。
背景技術(shù)：
對于忍受與牙齒和頌部的缺陷有關(guān)的口腔問題(例如，牙齒不齊或錯位咬合)的人群而言，要想獲得一口排列非常整齊的牙齒，通常會意味著不得不長期佩戴正畸矯正器(或者通常稱為牙箍)以糾正那些問題。佩戴牙箍涉及采用牙科粘固劑將(常規(guī)的或自鎖型的)正畸托架作為附著物固定到牙齒的表面上，以便于采用正畸弓絲和/或其他輔助物通過托架施加力以逐漸把牙齒移動到它們理想的位置。在W02005/044131中記載了自鎖托架的例子。但是，還沒有制造這種正畸托架的經(jīng)濟有效的方法。本發(fā)明的目的為提供一種形成正畸托架的方法，所述方法致力于解決現(xiàn)有技術(shù)的至少一個問題并且/或者為公眾提供一種實用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
在此提出的是第一實施方式，其提供形成與正畸弓絲一起使用的正畸托架的方法，所述方法包括將一段材料成形為形成基部構(gòu)件和至少兩個擴大部(enlargedportion)，所述基部構(gòu)件介于兩個臂構(gòu)件及對應(yīng)的所述擴大部之間，所述擴大部具有比所述基部構(gòu)件的厚度更厚的厚度；對所述一段材料在對應(yīng)的所述擴大部處進行彎曲；以及模壓(coining)對應(yīng)的所述擴大部以使各個臂構(gòu)件的一部分限定了接收所述正畸弓絲的一部分的通道。使用所述方法形成托架的優(yōu)點在于將所述擴大部成形為比基部構(gòu)件厚很多，以便在彎曲階段中和該階段后當(dāng)所述擴大部通過模壓被壓縮時，大幅降低了各擴大部破裂的風(fēng)險。因此，該方法也使形成任何類型的正畸托架變得更簡單且更經(jīng)濟。優(yōu)選的是，可以彎曲并模壓每個所述擴大部以形成小于所述基部構(gòu)件厚度的三倍的圓角半徑。此外，可在彎曲完成后實施模壓。可選地，可在彎曲將近完成時實施模壓。更優(yōu)選的是，所述成形步驟可包括金屬沖壓和冷鍛所述材料。此外，可將限定所述通道的各個臂構(gòu)件的所述一部分配置成彼此回彈地協(xié)作以用于接收所述正畸弓絲的所述一部分。此外，所述臂構(gòu)件可優(yōu)選地被配置成使彈性箍能夠可釋放地緊固在所述臂構(gòu)件上以用于限制所述正畸弓絲的所述一部分。仍更優(yōu)選的是，所述方法可進一步包括在所述基部構(gòu)件上形成至少一個定位特征件以定位所述正畸弓絲的所述一部分。另外，所述材料可具有40至60千兆帕斯卡(GPa)之間的范圍內(nèi)的彈性模量，其明顯低于常規(guī)鋼鐵的彈性模量，并且所述材料可選自由基于鈦的合金和不銹鋼所構(gòu)成的群組。本申請還公開了第二實施方式，其提供一種通過第一實施方式中教導(dǎo)的方法而形成的正畸托架。優(yōu)選的是，所述正畸托架可為自鎖式或非自鎖式。
本申請還提出第三實施方式，其提供一種用于形成與正畸弓絲一起使用的正畸托架的裝置，所述裝置包括用于成形的構(gòu)件，其將一段材料成形為形成基部構(gòu)件和至少兩個擴大部，所述基部構(gòu)件介于兩個臂構(gòu)件及對應(yīng)的所述擴大部之間，所述擴大部具有比所述基部構(gòu)件的厚度更厚的厚度；用于彎曲和模壓的構(gòu)件，其對所述一段材料在對應(yīng)的所述擴大部處進行彎曲和模壓，使得各個臂構(gòu)件的一部分限定了接收所述正畸弓絲的一部分的通道。優(yōu)選的是，用于彎曲和模壓的構(gòu)件可被配置為使得在每個所述擴大部均形成圓角半徑，所述圓角半徑小于所述基部構(gòu)件的厚度的三倍。此外，用于彎曲和模壓的構(gòu)件可被配置為使所述模壓在所述彎曲后實施?？蛇x擇地，用于彎曲和模壓的構(gòu)件可被配置為使所述模壓在所述彎曲將近完成時實施。此外，用于成形的構(gòu)件可優(yōu)選地包括用于金屬沖壓和冷鍛的構(gòu)件。仍更有選的是，所述裝置可包括與計算機數(shù)控(CNC)機協(xié)作地運行的多滑塊成型(MSF)機。參照下文描述的實施例來闡明這些和其他的實施方式并使其明晰。


將參照附圖描述示例性的實施方式，其中圖1示意性地圖示了根據(jù)實施例的一種用于形成正畸自鎖托架的方法；圖2(包括圖2A至圖2H)描繪了基于圖1的方法的形成所述正畸自鎖托架的各個階段；圖3(包括圖3A至圖3C)圖示了用于彎曲具有擴大部的金屬片的技術(shù)，該技術(shù)被用在用于形成正畸自鎖托架的圖1的方法中；圖4A包括圖示了靠近測量刻度放置的圖3的金屬片的第一照片和圖示了圖3的金屬片的放大圖的第二照片；圖4B示出了照片，所述照片圖示了根據(jù)圖3的技術(shù)在擴大部彎曲后的圖4A的工件的各種立體圖；圖5示出了采用有限元法(FEM)對圖4B的金屬片的彎曲部分實施的應(yīng)變分析的圖；圖6示出了正畸自鎖托架的立面圖，所述正畸自鎖托架采用圖1的方法形成并在其內(nèi)接收了正畸弓絲；圖7(包括7A至圖7C)示出了用于實施圖1的方法的多滑塊成型機的使用；圖8示出了可采用圖1的方法形成的不同類型的自鎖托架的立面圖；以及圖9示出了可采用圖1的方法形成的非自鎖正畸托架的立面圖。
具體實施例圖1示出方法100，其用于根據(jù)所述方法的第一實施例由例如工件104的一段材料來形成正畸托架102(下文稱正畸托架)，圖示出步驟(A)至步驟(F)。在該示例性實施例中，正畸托架102為自鎖式，工件104由貝塔(β)鈦合金(無鎳的且特征為低楊氏模量以及高拉伸強度的Ti59-Nb36-Ta2-&2-0)構(gòu)成。具體而言，Ti59-Nb36-Ta2_Zr2-0顯示出在范圍40至60千兆帕斯卡(GPa)之間的楊氏模量，其明顯低于大約在200GI^區(qū)間內(nèi)的常規(guī)鋼鐵的楊氏模量。為了便于描述實施例，將結(jié)合圖2A至圖2H —起描述方法100，圖2A至圖2H描繪了基于圖1的方法100來加工工件104以形成正畸托架102的不同階段。在附圖和描述中，相同附圖標(biāo)記指代相同部件。在方法100的步驟(A)中，示出工件104作為一段具有基本均一的厚度的鈦合金。在此實施例中，工件104的長度、厚度和寬度分別為8. 8毫米、0. 5毫米和3毫米。從步驟(A)到其后的步驟(B)，工件104經(jīng)過金屬沖壓和冷鍛的結(jié)合以使工件104成形從而在所述工件中心的各側(cè)沿工件104的長度(其與在步驟(A)中顯示的中心虛線101相交)上形成所需的厚度分布。盡管將沿工件104的各側(cè)的長度的厚度變化地成形，但實際上兩側(cè)的厚度分布被配置為是基本對稱的，使得當(dāng)正畸托架102最終形成時，其關(guān)于中心虛線101也是基本對稱的?，F(xiàn)在，結(jié)合圖2A⑴和2B(I)，為了使工件104成形的目的而配置包括沖頭2002(即，上模)和沖模2004(即，下模)的加工裝置2000。應(yīng)當(dāng)了解的是沖頭2002和沖模2004通常相對于彼此可往復(fù)運動地設(shè)置。此外，圖2A(II)和2B(II)是在圖2A(I)和2B(I)的加工裝置2000上(通過圓形點線)標(biāo)出的對應(yīng)區(qū)段2006、2008的放大圖，從而更詳細地圖示沖頭2002和沖模2004。首先，沖頭2002和沖模2004分別(使用任何已知的模制技術(shù))被預(yù)模制以具有必要的所需特征件，且之后被可操作地裝到加工裝置2000上。具體地，沖頭2002包括第一組特征件，其成形為一對齒狀構(gòu)件112’；以及分別從各個齒狀構(gòu)件112’處沿相反方向延伸的兩個加長部110a’、110b’。另一方面，沖模2004包括第二組特征件，其成形為一對凸?fàn)钗?bump) 106’ ；以及分別從各個凸?fàn)钗?06’處沿相反方向延伸的兩個加長部110a，、110b，。還應(yīng)當(dāng)了解的是，當(dāng)沖頭2002向沖模2004往復(fù)運動時，齒狀構(gòu)件112’的位置與分隔凸?fàn)钗?06’的間隙重疊。對于形成第一和第二組特征件的類型/尺寸需要考慮的事項包括以判定凸?fàn)钗?06在彎曲后所期望的厚度為基礎(chǔ)進行的有限元法(FEM)模擬的分析結(jié)果(即，初始厚度應(yīng)該足夠厚以彌補由彎曲導(dǎo)致的厚度減小)。因此，當(dāng)沖頭2002按照圖2A(II)所示的設(shè)置向沖模2004往復(fù)運動時，在分隔沖頭2002和沖模2004的空間中限定了內(nèi)部容積。更具體地，有利地設(shè)置內(nèi)部容積以容納工件104，用于(通過使用沖頭2002和沖模2004進行的金屬沖壓和冷鍛)在工件104上由凸?fàn)钗?06’特征件形成兩個凸?fàn)钗?06、由齒狀構(gòu)件112’特征件形成一對齒狀構(gòu)件112(稱為定位特征件)、以及由加長部110a’、110b’形成(分別從對應(yīng)的凸?fàn)钗?06處延伸出的)第一和第二臂構(gòu)件110a、110b。由于沖頭2002和沖模2004初始地設(shè)置成間隔的、非接合的配置，所以在工件104被加工裝置2000處理前如圖2A(II)所示定位在沖模2004上。在這種情況下，將沖頭2002可操作地向沖模2004推動，這樣沖頭2002最終鄰接擱置在沖模2004上的工件104。在此階段，如圖2B(II)所示，工件104位于沖頭2002和沖模2004之間。當(dāng)這發(fā)生時，如從圖2B清晰可見的，工件104因而沿其長度與形成在沖頭2002和沖模2004上的第一組和第二組特征件一致地成形。圖2C中示出了相應(yīng)于步驟⑶的此階段的工件104的相關(guān)照片。具體地，工件104被成形為形成了 介于兩個凸?fàn)钗?06之間的基部構(gòu)件108，以及第一和第二臂構(gòu)件110a、110b，它們分別從對應(yīng)的凸?fàn)钗?06處延伸并且相對于基部構(gòu)件108略微被彎曲。換言之，凸?fàn)钗?06之間的間距限定了基部構(gòu)件108的長度，并且每個凸?fàn)钗?06均成形為其厚度大于基部構(gòu)件108的厚度。因此，在此實施例中，基部構(gòu)件108為0. 3毫米厚，然而每個凸?fàn)钗?06均設(shè)置為比其相應(yīng)厚0. 1毫米。此外，凸?fàn)钗?06配置成沿整個工件104是最厚的部分。如圖1的步驟⑶所示，相對于基部構(gòu)件108彎曲第一和第二臂構(gòu)件IlOaUlOb中的每個，并且還將第一和第二臂構(gòu)件IlOaUlOb中的每個弄彎以形成第一和第二副部1101、1102，如圖2C所示，第一和第二副部1101、1102 一起限定了于彼此之間的銳角。在步驟(B)進行成形的過程中，還在基部構(gòu)件108上形成一對齒狀構(gòu)件112，并且一對齒狀構(gòu)件112沿與臂構(gòu)件IlOaUlOb大致相同的方向向上凸出。這對齒狀構(gòu)件112相應(yīng)于預(yù)定的間距彼此間隔。在該示例中，每個齒狀構(gòu)件112都是帶有平坦表面的突出物，并且其目的在于在正畸弓絲600接收于正畸托架102后，相互協(xié)作地將適合的正畸弓絲600保持在正畸托架102內(nèi)合適的位置(參見圖6)。在后面的段落中將詳細闡述該功能性。在方法100的下一個步驟(C)中，對工件104進行進一步成形。具體地，進一步彎曲每個臂構(gòu)件IlOaUlOb的彎角部以便于容易形成正畸托架102，使得第一和第二副部1101,1102在此形成了實質(zhì)上直角的結(jié)合。圖2D中示出了在此階段的工件104的相關(guān)照片。之所以在此步驟實施進一步彎曲的原因是因為只能垂直地或水平地影響應(yīng)用于圖1的方法100的加工運動/方向的類型(將會在下面的段落中詳細闡明)，所以如果在后續(xù)的步驟中完成進一步彎曲可能會遇到困難。尤其是，這意味著在步驟(C)后面的步驟中，對于在第一和第二副部1101、1102上所能使用的加工運動的類型，第一和第二副部1101、1102會被不方便地設(shè)置在不合適的位置，因此，如果彎曲遲些進行就不容易使它們能夠如所期望的以合適的方式彎曲。在此實施例中，步驟(B)和步驟(C)可共同稱為“預(yù)形成”階段。在下一步驟(D)中，對工件104成形，使得從正立面圖所觀察時，工件104類似由基部構(gòu)件108以及第一和第二臂構(gòu)件IlOaUlOb所限定的大致U形的構(gòu)件。具體而言，在步驟(C)后，采用模壓使工件104成為U形。在解釋模壓工序的過程中，如圖2E所示提供了具有擠壓塊203的彎曲/模壓沖頭202，該擠壓塊203帶有接觸面205和在接觸面205上形成的半球形凹陷206以容納齒狀構(gòu)件112。這樣，當(dāng)沖頭202的接觸面205與工件104接觸時，齒狀構(gòu)件112收納在半球形凹陷206內(nèi)以確保齒狀構(gòu)件112在模壓工序中不會變平。此外，提供了沖模211，如由“A”表示的位置所示，當(dāng)經(jīng)由凸?fàn)钗?06支撐時工件104初始地擱置在沖模211上。在此位置“A”，工件104仍相應(yīng)于圖2D所示的狀態(tài)，并且沖床202還未與工件104接合。為了清楚，應(yīng)當(dāng)理解的是，在此示例中所使用的沖頭202和沖模211代替了先前如圖2A和2B中所示的在加工裝置2000上使用的沖頭和沖模(即，沖頭2002和沖模2004)。具體地，使用當(dāng)前裝在加工裝置2000上的沖頭202和沖模211是為了彎曲和模壓工件104的目的，而圖2A和2B中的沖頭和沖模是為了沖壓和冷鍛工件104的目的。當(dāng)隨后驅(qū)動沖頭202以接合工件104時，沖頭202朝向工件104(即，沿垂直的軸向向下)開動以便將工件104完全地處于沖模211內(nèi)。如虛線箭頭213所示，這使工件104從原始位置“A”向新位置“B”重新定位。當(dāng)工件104裝到?jīng)_模211內(nèi)(位于位置“B”)時，因為兩個臂構(gòu)件IlOaUlOb與沖模211的側(cè)壁接合，所以它們在這個過程中不可避免地向內(nèi)彎曲，從而每個臂構(gòu)件110a、IlOb的第一副部1101變?yōu)閷嵸|(zhì)上彼此同平面(planar)。這就形成了在步驟(D)中描述的U形構(gòu)件。在彎曲臂構(gòu)件IlOaUlOb的情況下，對處于工件104鄰接沖模211的底面215時的位置“B”的工件104實施模壓工序。此效果是當(dāng)沖頭202的接觸面205對著沖模211的底面215壓縮凸?fàn)钗?06時，每個凸?fàn)钗?06的額外的厚度被均勻地重新分布于其周圍的部分，從而在每個凸?fàn)钗?06的周圍實現(xiàn)基本均一的厚度。特別是，據(jù)此模壓減小了否則可能會因兩個彎曲的臂構(gòu)件IlOaUlOb引起的彈回效應(yīng)(spring-back effect)。在步驟(E)中，圖2E中的沖頭202從加工裝置2000卸下，并如圖2F(II)所示由芯模(mandrel tool) 204代替，圖2F(II)為在如圖2F(I)所示的改裝后的加工裝置2000上(通過圓形點線)所標(biāo)出的區(qū)段2010的放大圖。具體而言，其清楚地圖示了芯模204以鄰接基部構(gòu)件108的配置定位于U形工件104內(nèi)。芯模204為基本扁平的，并包括具有梯形凹陷208的接合表面207以允許齒狀構(gòu)件112能夠收納在凹陷208內(nèi)。此外，芯模204還具有比圖2E的沖頭202更小的外形。另外，除所述的芯模204以外，在加工裝置2000的配備中也包括共面放置的右側(cè)和左側(cè)沖頭209、210。右側(cè)和左側(cè)沖頭209、210各自特別地形成有突出部215，如圖2F(II)所示，將突出部215設(shè)置成從外部鄰接U形工件104的每個臂構(gòu)件IlOaUlOb的第一副部1101。應(yīng)該注意的是，右側(cè)和左側(cè)沖頭209、210為可獨立地沿箭頭213所示的水平向內(nèi)的方向朝向彼此移動的。如圖2G(II)所示，加工裝置2000自圖2F(II)中的位置對U形工件104進行操作，由此使右側(cè)和左側(cè)沖頭209、210朝向彼此(沿箭頭213的方向)向內(nèi)移動以接合兩個臂構(gòu)件IlOaUlOb并使它們關(guān)于對應(yīng)的凸?fàn)钗?06旋轉(zhuǎn)(即，產(chǎn)生彎曲)。圖2G(II)為在圖2G(I)中所示的加工裝置2000上(通過圓形點線)標(biāo)出的區(qū)段2012的放大圖。具體而言，第一副部1101經(jīng)過關(guān)于對應(yīng)的凸?fàn)钗?06的大約90°的角旋，從而它們現(xiàn)在處于與基部構(gòu)件108基本平行。位于U形工件104內(nèi)的芯模204確保由芯模204占據(jù)的工件104的內(nèi)部容積不會塌陷并且隨后在臂構(gòu)件IlOaUlOb彎曲后使該內(nèi)部容積符合芯模204所顯現(xiàn)的形狀。同時，凸?fàn)钗?06經(jīng)過了進一步的模壓，因為通過向內(nèi)移動側(cè)沖頭209、210并且它們隨后接合第一副部1101因而通過芯模204(其處于第一副部1101下方并與其接觸)下壓凸?fàn)钗?06，使得凸?fàn)钗?06被進一步壓縮。之后，移除芯模204，并且圖2H中示意性地示出了形成后的正畸托架102。參照圖3A和;3B將會有助于進一步詳細闡述模壓工序，圖3A和圖示了怎樣采用模壓和彎曲來彎曲金屬片250，其與根據(jù)方法100的步驟(D)和(E)來彎曲工件104的第一和第二臂構(gòu)件IlOaUlOb的方式類似。在模壓和彎曲工序前，使金屬片250成形以產(chǎn)生比金屬片250的其余部分更厚的擴大部252。請參見圖4A，其中第一照片為金屬片250和擴大部252緊靠卷尺(或量尺)放置的以圖示金屬片250的長度，并且第二照片為金屬片250的放大照片。擴大部252與在圖1和2中示出的凸?fàn)钗?06類似。將金屬片250設(shè)置在沖頭302和沖模304之間，同時沖頭302位于金屬片250上方且沖模304支撐金屬片250。應(yīng)該理解的是，當(dāng)前配置的沖頭302和沖模304與圖2A(I)和2B(I)的沖頭2002和沖模2004所表達的效果類似。沖頭302包括帶有倒圓頂部的楔形主體，其配置以便于限定金屬片250的彎曲。沖模304包括V形凹槽306，其有助于成形金屬片250的彎曲。
為了彎曲金屬片250，將其放置在沖模304的平臺上，同時擴大部252對準(zhǔn)沖頭302的頂點并在凹槽306的中心的上方。接著，沿箭頭308所示的方向朝向金屬片250開動沖頭302，以使沖頭302鄰接擴大部252并于擴大部252將金屬片250推至凹槽306內(nèi)直到金屬片250完全處于凹槽306中。沖頭302所施加的對金屬片250和沖模304的壓力沿擴大部252的厚度維度壓縮擴大部252，因此減小了擴大部252的厚度，同時也使金屬片250彎曲，彎曲部分處的曲率大小取決于凹槽306的V-型輪廓的寬度和深度和沖床302的楔角。在如圖;3B所示的該實施例中，凹槽306具有限定為約82°的內(nèi)角，而沖頭302的楔角配置成小于該內(nèi)角，設(shè)置為大約40°。除此之外，選擇沖頭302的圓角半徑(標(biāo)為“R1”)使其小于金屬片250的厚度的三倍，并選擇沖模304的內(nèi)圓角半徑(標(biāo)為“R1. 5”)使其大于圓角半徑和金屬片250厚度的總和。在此情況下，選擇圓角半徑、內(nèi)圓角半徑和工件250的厚度的具體相關(guān)尺寸，使其分別為0. 5毫米、1. 5毫米、0. 3毫米或者為1毫米、1. 5毫米和0. 3毫米。應(yīng)該理解的是參照金屬片250的彎曲拐角來限定所用沖頭302的圓角半徑“R1”。換言之，沖床302的圓角半徑(通常)具有與金屬片250的彎曲拐角相同的幾何尺寸。因此，此彎曲和模壓工序?qū)τ谠谌魏谓饘俟ぜ?70(見圖3C)上形成銳角彎曲部(sharp bend)都是特別有利且有效的，其中彎曲部的圓角半徑(“rl”)可以約小于金屬工件270的厚度(“tl”)的三倍以防止薄化和破裂。相比之下，關(guān)于用于形成銳角彎曲部的公知的V形彎曲技術(shù)，為了避免在銳角彎曲部的形成過程中于銳角彎曲部上的薄化和破裂，必要條件為各彎曲部的圓角半徑(“rl”)必須大于金屬工件270的厚度(“tl”)的三倍。實際上，根據(jù)方法100的該彎曲和模壓工序沒有現(xiàn)有技術(shù)的限制，因此無論各彎曲部的圓角半徑是否大于或小于金屬工件270的厚度的三倍，其都適用于在金屬工件270上形成彎曲部。應(yīng)該進一步理解的是，由于擴大部252初始地預(yù)形成為比其他區(qū)段厚，因此當(dāng)在擴大部252處彎曲金屬片250時，彎曲變形的區(qū)域不會集中于擴大部252，相反卻分散至金屬片250的擴大部252附近的其他部分。因此，彎曲后的金屬片250于擴大部252的最終厚度不會比金屬片的其他區(qū)段的厚度薄。因此，擴大部252在彎曲操作中不易破裂。圖4B包括幾張彎曲后的金屬片250的照片450，其中一張照片示出緊靠卷尺或量尺放置的彎曲后的金屬片250以圖示彎曲后的金屬片250的尺寸。圖4B還包括三張放大的照片，其示出彎曲后的金屬片250的不同角度的不同視圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，由于在金屬片250中形成了擴大部252，因此減輕了在模壓和彎曲的實施過程中材料在彎曲拐角處的薄化和破裂。圖5圖示了在圖4B的金屬片250上進行的應(yīng)變分析500，其特別針對在彎曲后的凸?fàn)钗?52周圍部分的應(yīng)變分布的測量。采用有限元法(FEM)來執(zhí)行分析500。在工件(未示出)不會進一步成形有不同的厚度分布(即，具有均一的厚度)的公知的V形彎曲技術(shù)的情況下，在工件外層的已經(jīng)被彎曲的部分(彎曲拐角)處通常會形成大的拉伸應(yīng)力和應(yīng)變區(qū)域。因此所形成的應(yīng)變和應(yīng)力導(dǎo)致工件于彎曲拐角的破裂并可能在那里導(dǎo)致不合意的大的彈回效應(yīng)。此外，在公知的V形彎曲技術(shù)的情況下，在彎曲過程中工件還于上述部分被薄化，而這樣的薄化促進在彎曲拐角處破裂發(fā)生的可能性的提高。顯而易見，由于彎曲拐角的薄化，采用公知的V形彎曲技術(shù)不能夠令人滿意實現(xiàn)在彎曲后進行的模壓變形(如在本方法100中實施的；參見圖2G)。但是，對于圖4A的擴大部252，在實施彎曲后通過模壓變形沿其厚度維度充分地將其壓縮。如從圖5中的應(yīng)變分析所見，此模壓變形據(jù)此在彎曲后的擴大部252中產(chǎn)生高的壓縮應(yīng)力和壓縮應(yīng)變以防止破裂。相應(yīng)地，從圖3、圖4和圖5中能夠看出，按照與金屬片250的擴大部252類似的方式在凸?fàn)钗?06處彎曲工件104，從而彎曲部分不可能在彎曲過程中或彎曲后發(fā)生破裂。在步驟(E)后，如果需要，執(zhí)行步驟(F)以便將兩個臂構(gòu)件110a、IlOb推動得相互更靠近，從而在其間產(chǎn)生通道114，可以從圖2H和圖6中更清楚地看到這個過程。正如所示，兩個臂IlOaUlOb的第二副部1102為彼此基本平行的從而限定通道114。通道114尤其定尺寸為接收正畸弓絲600的一部分，接收的方式為這樣的整個正畸弓絲600的縱軸橫向于通道114的縱軸。此外，通道114還形成為使其位于一對齒狀構(gòu)件112的正上方。當(dāng)正畸弓絲600的所述一部分被完全接收在正畸托架102內(nèi)時，用一對齒狀構(gòu)件112將弓絲600的所述一部分緊固在合適的位置，如圖6中所示一對齒狀構(gòu)件112相互配合地夾住正畸弓絲600的下半部。這確保正畸弓絲600不會以松弛的布置保持在正畸托架102內(nèi)，松弛的布置會引起使用者的不適，并且更重要的是，松弛的布置不能有效地實現(xiàn)對使用者的牙齒狀況的理想矯正。因此，會理解的是，定位在基部構(gòu)件108上的齒狀構(gòu)件112與通道114對齊，這樣正畸弓絲600在插入正畸托架102后可以容易地被緊固在合適的位置或者便于后續(xù)從正畸托架102中移除。因此，所完成的工件104形成正畸托架102，并且，當(dāng)如圖6所示擱置于基部構(gòu)件108上時，其大體上類似于不對稱的倒置的T形構(gòu)件。這也表明正畸托架102具有由基部構(gòu)件108以及第一和第二臂構(gòu)件IlOaUlOb限定并圍繞的倒置的T形容積。此外，在該配置中，彎曲后的臂構(gòu)件IlOaUlOb可回彈地偏置以稍微分開(或者彈性地變形)，以使正畸弓絲600的前述一部分在被齒狀構(gòu)件112緊固之前可插入通道114內(nèi)并由臂構(gòu)件IlOaUlOb以摩擦方式保持，并且，當(dāng)必要時后續(xù)也可以通過通道114從正畸托架102中將其移除。臂構(gòu)件IlOaUlOb的回彈性是由鈦合金的低楊氏模量促成的，鈦合金的低楊氏模量為正畸托架102(特別是第一和第二臂構(gòu)件IlOaUlOb)提供了可彈性變形特征。因此，使用本實施例的方法100生產(chǎn)的一連串正畸托架102，由于它們更柔韌(即，更柔軟)，所以在被患者佩戴時感覺不明顯，而配置為大體積、堅硬的(一般由不銹鋼形成的)公知的正畸托架卻與之相反。使用圖1的方法100來生產(chǎn)正畸托架102的優(yōu)點包括(1)能夠由以低楊氏模量為特征的金屬合金來形成正畸托架102，而所完成的產(chǎn)品不會因彎曲工序在拐角部分造成破裂或厚度減小。(2)有利于以能夠精確地控制通道114的尺寸的方式形成通道114的輪廓，以用于接收或移除正畸弓絲，也用于正畸托架102的其他凹或凸輪廓，而不會涉及不必要的制造步驟；以及(3)使得在彎曲步驟中更容易地控制工件104的彈回效應(yīng)，模壓工藝也進一步將彈回效應(yīng)最小化?？傊椒?00為由具有低楊氏模量的材料(例如，鈦合金)來生產(chǎn)正畸托架102帶來了高精確度且經(jīng)濟的制造工序(即，高生產(chǎn)量、減少的材料損耗和降低成本)。
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此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由方法100生產(chǎn)的正畸托架102與公知的更堅硬的正畸托架相比由于更柔韌而使患者感覺更舒服。同樣地，采用FEM分析發(fā)現(xiàn)了，與公知的具有類似的幾何尺寸的不銹鋼正畸托架相比，將正畸弓絲推入采用方法100而形成的正畸托架102所需的插入力降低了約64%。所述實施例不應(yīng)被解釋為具有限制性。例如，盡管使用β -鈦合金作為工件104的材料，但也可以使用具有低楊氏模量的其他適合材料，例如不銹鋼。此外，工件104的厚度可為0. 4毫米至0. 6毫米之間的任意尺寸。另外，在預(yù)形成階段(即步驟(B)和步驟(C))中，也可以使用其他成形工序。還有，根據(jù)另一種變化，可以采用圖7Α至圖7C的改良的多滑塊成型機(MSF)700來實施方法100的彎曲和模壓階段，而不是先前在圖2E至圖2G中記載的加工裝置2000。此處，改良的MSF700是指與計算機數(shù)控(CNC)機(未示出)一起運行的常規(guī)的MSF，從而為實施彎曲和模壓提供足夠的動力以形成正畸托架102。換言之，與附加的CNC機一起使用將使得MSF700能夠運行以傳輸用以實施如圖1的方法100要求的彎曲和模壓所必需的力。在使用MSF700的過程中，如圖7A所示，首先將已經(jīng)在方法100的步驟(C)中成形的工件104(如圖1所示)居中定位并夾在MSF700的基板702上。之后，上沖頭704沿箭頭706所示的方向(即向下)朝著工件104開動以對著基板702鄰接工件104。在此設(shè)置中，工件104位于上沖頭704和基板702之間。然后，與基板702同側(cè)的用于接合工件104的臂構(gòu)件IlOaUlOb的兩個底沖頭708a、708b沿箭頭710所示的方向向上移動從而鄰接臂構(gòu)件110a、110b，導(dǎo)致臂構(gòu)件IlOaUlOb圍繞對應(yīng)的凸?fàn)钗?06彎曲。在此階段，工件104類似于圖1的步驟(D)的U形構(gòu)件。接著，在繼續(xù)后面的階段之前，上沖頭704和底沖頭708a、708b撤出，留下夾在基板702上的工件104。在圖7B中所示的后續(xù)階段中，圖2F(II)的芯模204插入并裝設(shè)到U形工件104上。兩個側(cè)沖頭730a、730b如箭頭732所示向內(nèi)移動以便用側(cè)力接合并作用于垂直定位的臂構(gòu)件110a、110b。之后，側(cè)沖頭730a、730b進一步向內(nèi)移動(朝向彼此)，從而圍繞凸?fàn)钗?06將臂構(gòu)件IlOaUlOb彎曲約90°，由此使U形工件104隨之變?yōu)榇篌wT形的工件104( S卩，圖1的步驟(E))。在此階段完成時，側(cè)沖頭730a、730b撤出，并且在如圖7C示出的最后階段中，通過使側(cè)沖頭730a、730b輸送的合力從上部并向內(nèi)地組合作用在臂構(gòu)件110a、IlOb上的方式，再次施加側(cè)沖頭730a、730b以與臂構(gòu)件110a、IlOb接合。這個過程使臂構(gòu)件IlOaUlOb彎曲以形成通道114并得到完整的正畸托架102( S卩，圖1的步驟(F))。會被理解的是，循序地進行沖頭704、708a、708b、730a、730b的自動化應(yīng)用以加工工件104，并且不需要辛苦地替換沖?；蚣庸ぜ?例如擰緊和旋松)。有利的是，因為簡單地機械操作不同的沖頭704、708a、708b、730a、730b以便為了接合并在使用后撤出而插入/滑出，從而無需在不同階段之間更換沖模，所以用MSF700代替加工裝置2000能夠高效地實現(xiàn)正畸托架102的大規(guī)模生產(chǎn)。另外，方法100也適于形成具有與圖6的正畸托架102類似結(jié)構(gòu)設(shè)置(即基部構(gòu)件介于兩個凸?fàn)钗镏g并且臂構(gòu)件自各凸?fàn)钗镅由?的其他類型的自鎖式正畸托架。一個這樣的實施例為圖8中圖示的第二正畸托架800。具體地，第二正畸托架800包括采用與圖3A和圖;3B中相同的技術(shù)彎曲并模壓的兩對外部和內(nèi)部凸?fàn)钗?02、804，其有利于地防止彎曲的凸?fàn)钗?02、804的破裂和彈回效應(yīng)。應(yīng)該理解的是，內(nèi)部和外部凸?fàn)钗?02、804分別成形為比處于預(yù)形成狀態(tài)下的第二正畸托架800的厚度要厚。在進行彎曲前，在托架800 (處于其預(yù)形成狀態(tài))上凸?fàn)钗?02、804的形成次序是按照這樣的順序外部凸?fàn)钗?02、內(nèi)部凸?fàn)钗?04、內(nèi)部凸?fàn)钗?04、外部凸?fàn)钗?02。具體而言，在一對內(nèi)部凸?fàn)钗?04之間形成基部構(gòu)件806，同時臂構(gòu)件808a、808b自每個內(nèi)部凸?fàn)钗?04延伸。然后，在每個臂構(gòu)件808a、808b上定位一個外部凸?fàn)钗?02，接著每個臂構(gòu)件808a、808b分成第一和第二副臂構(gòu)件810、812，其中，第二副臂構(gòu)件812在一端與內(nèi)部凸?fàn)钗?04連接。顯而易見的是，彎曲和模壓凸?fàn)钗?02、804的次序會是首先在外部凸?fàn)钗?02上進行，接著在內(nèi)部凸?fàn)钗?04上進行。在外部凸?fàn)钗?02已經(jīng)被彎曲和模壓后，如圖8所示，每對第一和第二副臂構(gòu)件810、812設(shè)置成于其間限定銳角。接著，與先前在圖2E至2G中描述的類似，彎曲和模壓內(nèi)部凸?fàn)钗?04。此外，還可以采用方法100來形成如圖9中所示的特定類型的非自鎖式正畸托架，其中，與圖6中的正畸托架102的經(jīng)彎曲和模壓的凸?fàn)钗?06類似地形成非自鎖式正畸托架900的彎曲部分902。具體而言，非自鎖式正畸托架900設(shè)置有分別從對應(yīng)的彎曲部分902延伸的一對臂構(gòu)件9(Ma、904b，并且一對臂構(gòu)件9(Ma、904b相互配合地設(shè)置為T形結(jié)構(gòu)(與圖6中的類似)，以在非自鎖式正畸托架900內(nèi)接收正畸弓絲的一部分(未示出)。但是，臂構(gòu)件9(Ma、904b并不是回彈地偏置以輔助正畸弓絲906在非自鎖式正畸托架900內(nèi)的固位。相反，附加的彈性箍908(例如，橡膠箍)從外部可釋放地裝在這對臂構(gòu)件9(Ma、904b上以施加迫使它們向內(nèi)朝向彼此的限制力，這樣正畸弓絲的被收納的部分不會容易地通過在這對臂構(gòu)件9(Ma、904b的一端形成的開口 910而滑出自鎖式正畸托架900。此外，借助于分別在臂構(gòu)件9(Ma、904b的自由端形成的一對向外突出的水平構(gòu)件91h、912b來防止彈性箍908從臂構(gòu)件9(Ma、904b移開。另外，非自鎖式正畸托架900可由不銹鋼制成，不銹鋼與用于形成圖6的正畸托架102的材料相比具有更高的楊氏模量或更高的剛性。作為可選擇的描述，記載了一種用于形成與正畸弓絲一起使用的正畸托架的方法，所述方法包括將一段材料成形為形成基部構(gòu)件和至少兩個擴大部，所述基部構(gòu)件介于兩個臂構(gòu)件及對應(yīng)的所述擴大部之間，所述擴大部具有比所述基部構(gòu)件的厚度更厚的厚度；對所述一段材料在對應(yīng)的所述擴大部處進行彎曲；以及模壓對應(yīng)的所述擴大部以使各個臂構(gòu)件的一部分限定了接收所述正畸弓絲的一部分的通道。能夠彎曲和模壓每個所述擴大部以形成小于所述基部構(gòu)件的厚度的三倍的圓角半徑。所述模壓可在所述彎曲工序完成后實施，或者所述模壓可在所述彎曲工序?qū)⒔瓿蓵r實施。所述成形包括金屬沖壓并冷鍛所述材料。限定了所述通道的各個臂構(gòu)件的所述一部分可被配置為彼此回彈地協(xié)作以用于接收正畸弓絲的所述一部分。所述臂構(gòu)件可被配置為使彈性箍能夠可釋放地緊固在所述臂構(gòu)件上以用于限制所述正畸弓絲的所述一部分。所述方法可進一步包括在所述基部構(gòu)件上形成至少一個定位特征件以定位正畸弓絲的所述一部分。所述材料可為一種具有在40至60千兆帕斯卡(GPa)之間的范圍內(nèi)的彈性模量的材料。所述材料可選自由基于鈦的合金和不銹鋼所構(gòu)成的群組中的一個。本申請還記載了采用上述方法形成的正畸托架。所述正畸托架能夠是自鎖式的或非自鎖式的。本申請還記載了用于形成與正畸弓絲一起使用的正畸托架的裝置，所述裝置包括用于成形的構(gòu)件，其將一段材料成形為形成基部構(gòu)件和至少兩個擴大部，所述基部構(gòu)件介于兩個臂構(gòu)件及對應(yīng)的所述擴大部之間，所述擴大部具有比所述基部構(gòu)件的厚度更厚的厚度；用于彎曲和模壓的構(gòu)件，其對所述一段材料在對應(yīng)的所述擴大部處進行彎曲和模壓，使得各個臂構(gòu)件的一部分限定了接收所述正畸弓絲的一部分的通道。所述裝置可以為這樣的用于彎曲和模壓的構(gòu)件可被配置為使得在每個所述擴大部均形成圓角半徑，所述圓角半徑小于所述基部構(gòu)件的厚度的三倍。用于彎曲和模壓的構(gòu)件可被配置為使所述模壓在所述彎曲后實施，或者使所述模壓在所述彎曲將近完成時實施。用于成形的構(gòu)件包括用于金屬沖壓和冷鍛的構(gòu)件。所述裝置能夠包括與計算機數(shù)控(CNC)機協(xié)作地運行的多滑塊成型(MSF)機。盡管在附圖和前面的說明書中詳細地說明和描述了不同的實施方式，但這樣的說明和描述應(yīng)該被認為是說明性的或示例性的，而非限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施要求保護的本發(fā)明的過程中能夠理解并實現(xiàn)公開的實施方式的其他變化形式。
權(quán)利要求
1.一種形成與正畸弓絲一起使用的正畸托架的方法，所述方法包括將一段材料成形為形成基部構(gòu)件和至少兩個擴大部，所述基部構(gòu)件介于兩個臂構(gòu)件及對應(yīng)的所述擴大部之間，所述擴大部具有比所述基部構(gòu)件的厚度更厚的厚度；對所述一段材料在對應(yīng)的所述擴大部處進行彎曲；以及模壓對應(yīng)的所述擴大部以使各個臂構(gòu)件的一部分限定了接收所述正畸弓絲的一部分的通道。
2.權(quán)利要求1的方法，其中彎曲和模壓每個所述擴大部以形成小于所述基部構(gòu)件的厚度的三倍的圓角半徑。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在所述彎曲完成后實施所述模壓。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在所述彎曲將近完成時實施所述模壓。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述成形包括金屬沖壓和冷鍛所述材料。
6.權(quán)利要求1的方法，其中限定了所述通道的各個臂構(gòu)件的所述一部分被配置為彼此回彈地協(xié)作以用于接收所述正畸弓絲的所述一部分。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述臂構(gòu)件被配置為使彈性箍能夠可釋放地緊固在所述臂構(gòu)件上以用于限制所述正畸弓絲的所述一部分。
8.權(quán)利要求1的方法，還包括在所述基部構(gòu)件上形成至少一個定位特征件以定位所述正畸弓絲的所述一部分。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述材料具有在40至60千兆帕斯卡(GPa)之間的范圍內(nèi)的彈性模量。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述材料為選自由基于鈦的合金和不銹鋼構(gòu)成的群組中的一個。
11.一種正畸托架，其采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法形成。
12.權(quán)利要求11的正畸托架，其中所述正畸托架是自鎖式的。
13.權(quán)利要求11的正畸托架，其中所述正畸托架為非自鎖式的。
14.一種用于形成與正畸弓絲一起使用的正畸托架的裝置，所述裝置包括用于成形的構(gòu)件，其將一段材料成形為形成基部構(gòu)件和至少兩個擴大部，所述基部構(gòu)件介于兩個臂構(gòu)件及對應(yīng)的所述擴大部之間，所述擴大部具有比所述基部構(gòu)件的厚度更厚的厚度；用于彎曲和模壓的構(gòu)件，其對所述一段材料在對應(yīng)的所述擴大部處進行彎曲和模壓，使得各個臂構(gòu)件的一部分限定了接收所述正畸弓絲的一部分的通道。
15.權(quán)利要求14的裝置，其中所述用于彎曲和模壓的構(gòu)件被配置為使得在每個所述擴大部均形成圓角半徑，所述圓角半徑小于所述基部構(gòu)件的厚度的三倍。
16.權(quán)利要求14的裝置，其中所述用于彎曲和模壓的構(gòu)件被配置為使所述模壓在所述彎曲后實施。
17.權(quán)利要求14的裝置，其中所述用于彎曲和模壓的構(gòu)件被配置為使所述模壓在所述彎曲將近完成時實施。
18.權(quán)利要求14的裝置，其中所述用于成形的構(gòu)件包括用于進行金屬沖壓和冷鍛的構(gòu)件。
19.權(quán)利要求14的裝置，其中所述裝置包括與計算機數(shù)控(CNC)機協(xié)作地運行的多滑塊成型(MSF)機。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于形成正畸托架的方法和裝置，尤其是用于形成與正畸弓絲一起使用的正畸托架的方法和裝置，其涉及將一段材料成形為形成基部構(gòu)件和至少兩個擴大部，所述基部構(gòu)件介于兩個臂構(gòu)件及對應(yīng)的所述擴大部之間，所述擴大部具有比所述基部構(gòu)件的厚度更厚的厚度；對所述一段材料在對應(yīng)的所述擴大部處進行彎曲；以及模壓對應(yīng)的所述擴大部，以使各個臂構(gòu)件的一部分限定了接收所述正畸弓絲的一部分的通道。
文檔編號B21D35/00GK102554029SQ20111046112
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者團野敦 申請人:新加坡科技研究局