Cad-cam-3d打印系統(tǒng)的流動交通工作站及自動加工口腔修復體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及CAD?CAM?3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站及其自動加工口腔修復體的方法，并提出了兩種快速修復系統(tǒng)，包括車、船或飛機，在車、船或飛機的空間安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)。以及在車、船或飛機的空間安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)。相當于一個流動的義齒數(shù)字化加工廠?？煽焖匍_到邊防海島或者邊遠地區(qū)，為廣大解放軍指戰(zhàn)員或者特殊行業(yè)的野外工作者提供快速便捷的牙體牙列缺損修復服務，填補這方面的空白。體現(xiàn)了以客戶為中心的理念，顛覆了傳統(tǒng)的就醫(yī)模式，極大方便了患者，應用前景廣闊。
【專利說明】CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站及自動加工口腔修復體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于口腔修復體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及小型化的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，該流動交通工作站能夠?qū)谇恍迯腕w進行自動化加工，達到便捷、快速、精確、個性化的制作口腔修復體。
【背景技術(shù)】
[0002]計算機輔助設計(Computer aided design，CAD)與計算機輔助制作(Computeraided manufacture，CAM)技術(shù)，融合了數(shù)學、光學、電子學、計算機圖像識別與處理、自動控制與自動化加工等多學科的知識與技術(shù)，在20世紀70年代被廣泛應用于工業(yè)自動化和航空航天領(lǐng)域。1983年，法國Duret研制的第一臺牙科CAD/CAM系統(tǒng)樣機在法國問世；1985年在法國國際牙醫(yī)學術(shù)會議上Duret教授利用該設備制作出首個后牙瓷全冠并成功地用于患者口腔，使得CAD/CAM用于口腔醫(yī)學領(lǐng)域成為現(xiàn)實。在進入上世紀90年代后，隨著現(xiàn)代光電子技術(shù)、計算機技術(shù)圖像分析處理技術(shù)等的進一步發(fā)展，越來越多的牙科CAD/CAM系統(tǒng)問世。目前，已有10余種CAD/CAM系統(tǒng)問世，可制作嵌體、貼面、全冠、部分冠、固定橋、種植體橋架等。而在可摘局部義齒及全口義齒仍處于研究階段，并沒有成熟的系統(tǒng)?？谇籆AD/CAM系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)采集(數(shù)字化印模)、計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制作(CAM)三部分子系統(tǒng)組成。一門新興的口腔修復技術(shù)開始形成，CAD/CAM系統(tǒng)使口腔修復學跨入了現(xiàn)代高科技領(lǐng)域。
[0003]1、主要 CAD/CAM 系統(tǒng)
[0004]目前商業(yè)化的口腔CAD/CAM系統(tǒng)中，數(shù)控銑床是重要的組成部分之一。修復體加工采用數(shù)控銑削方式，用切削工具切除多余材料，以獲得符合形狀、尺寸和表面粗糙度要求的修復體。該技術(shù)本質(zhì)上屬于去材制作范疇，即在本領(lǐng)域稱為“減法”。
[0005]1.1Cerec系統(tǒng)
[0006]Cere c系統(tǒng)由德國西門子公司(SIEMENS)牙科部，即現(xiàn)在的德國西諾德(SIRONA)牙科設備有限公司開發(fā)完善。其產(chǎn)品系列包括有Cerec 1、Cerec Π和CerecHI以及Cerec inLabXerecin2000年誕生的CerecΙΠ系統(tǒng)基于Windows平臺，切削系統(tǒng)與圖象米集系統(tǒng)各自獨立工作，軟件系統(tǒng)也有了極大的提高，使得Cerecin系統(tǒng)可以制作嵌體、高嵌體、貼面、部分冠和全冠。但是Cerecin軟件系統(tǒng)也只能在平面上進行設計，很難顯示修復體的整體形態(tài)。2003年3月在美國亞特蘭大的Hinman牙科大會上Cerec 3D系統(tǒng)首次展出，它在設計修復體時可引入了多維視角，可以從3維的角度直觀審視修復體以及基牙的形態(tài)。Cerec 3D軟件系統(tǒng)加入了FrameWork等3D設計軟件，實現(xiàn)了全瓷固定橋的修復。2002年Sirona公司推出了Cerec in Lab系統(tǒng)，是專門為技工室所設計的，它使用激光掃描系統(tǒng)收集牙頌數(shù)據(jù)，修復體制作速度更快，適用范圍更廣，并且可以使用更高強度的二氧化鋁、二氧化鋯陶瓷材料。
[0007]1.2Celay 系統(tǒng)
[0008]Celay系統(tǒng)由蘇黎世牙學院設計并于1990年在慕尼黑第一次展出，現(xiàn)由瑞士Mikroma公司生產(chǎn)。該系統(tǒng)不是完全意義上CAD/CAM系統(tǒng)，其原理類似于一個小型鑰匙復制機，由兩部分組成，接觸式傳感器和微型銑床，傳感頭“讀”出在□內(nèi)或代型上制作的具有一定硬度的蠟或樹脂修復體表面外形數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)同時傳遞到銑床上，同步加工出瓷修復體。該系統(tǒng)組成簡單，自動化程度很低。工作時，必須先在口內(nèi)或者代型上制作一個臨時修復體，作為獲取數(shù)據(jù)的信息源。Celay系統(tǒng)主要利用二氧化鋁可切削陶瓷加工具有牙咬合面形態(tài)的嵌體或高嵌體，還可以加工全冠或固定橋的基底冠。
[0009]I.3Procera系統(tǒng)
[0010]Procera系統(tǒng)為瑞典系統(tǒng)，由Nobel B1care公司于1993年推向市場?，F(xiàn)在，該系統(tǒng)利用Procera Piccolo或者更加先進的Procera Forte掃描儀收集牙頌模型上數(shù)據(jù)，醫(yī)師通過Procera Lofrwore 2.0軟件對修復體進行設計，完畢后將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳送至Procera系統(tǒng)指定的4個生產(chǎn)中心(Stockholm，Sweden;Fair Lawn，NJ，USA;Karlskoga，Sweden; Tokyo ,Japan)進行修復體的加工。加工中心可根據(jù)醫(yī)師要求直接加工成最終的氧化鋯、氧化鋁全瓷冠橋，也可只加工成氧化鋯、氧化鋁基底待郵回后再進行表面飾瓷。Procera系統(tǒng)除可以用于制作天然牙牙冠外，還可以用于種植領(lǐng)域。Procera系統(tǒng)可以切削制作純鈦或氧化鋯的單牙基臺，其可以對基臺的高度、角度和邊緣線的形態(tài)外形進行個性化設計;Procera系統(tǒng)還可以切削制作純鈦或氧化鋯的種植橋，其最多可以提供14個單位的種植橋，擁有極好的生物相容性、卓越的強度和美學效果。
[0011]1.4Cercon 系統(tǒng)
[0012]Cercon系統(tǒng)通過Cercon Eye Scanner三維激光掃描牙頌模型上數(shù)據(jù)，傳輸給Cercon Art CAD部分對修復體進行設計，然后將設計好的信息傳遞給Cercon Brain部分對修復體進行切削加工或者將信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞到位于York的制作中心對修復體進行加工制作。因此對于一些小型牙科診所或者技工中心可以僅購買Cercon系統(tǒng)的Cercon ArtCAD部分系統(tǒng)(已經(jīng)包含了Cercon Eye Scanner掃描儀)，從而降低成本。該Cercon Art CAD部分系統(tǒng)可以對修復體邊緣、咬合面進行精細的設計，以二氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷為加工對象，可制作粧核、種植體基臺、全冠和固定橋。
[0013]1.5Lava 系統(tǒng)
[0014]Lava系統(tǒng)由美國3M公司于2002年推出，由Lava Scan、Lava CAD、Lava Form、LavaTherm等部分組成。首先利用非接觸式3D光掃描系統(tǒng)收集牙頌模型上數(shù)據(jù)，醫(yī)師利用LavaDesign 4.0軟件進行修復體設計，完成后首先通過切削預燒結(jié)的二氧化鋯瓷塊獲得基底冠，平均每單位牙冠需要35分鐘。切削完成后對牙冠基底冠進行完全燒結(jié)，再在其表面加飾面瓷。對照Vita比色系統(tǒng)，Lava 二氧化鋯基底冠有7種顏色選擇，飾面瓷有16種顏色選擇，因此Lava系統(tǒng)制作的修復體擁有最接近天然牙的色澤和透光性，該系統(tǒng)主要適用于適于單冠和前后牙3?4單位固定橋的修復。
[0015]1.6Everest 系統(tǒng)
[0016]Everest系統(tǒng)由德國Kavo公司于2002年推向市場。該系統(tǒng)由Everest scan，Everest engine ,Everest therm,Everest elements四個構(gòu)件組成。首先由Everest scan數(shù)據(jù)掃描系統(tǒng)(使用CCD相機)采集牙頌模型上數(shù)據(jù)，操作者利用ENERGY CAD軟件對修復體進行三維設計，然后CAM部分在X、Y、Z、A、B五個軸上進行切削加工修復體。因此Everest系統(tǒng)制作的修復體具有良好的加工精度以及清晰的解剖結(jié)構(gòu)。Everest系統(tǒng)可加工的材料非常廣泛，包括氧化鋯、氧化鋁、純鈦、玻璃陶瓷、金、樹脂等，可制作種植體、貼面、嵌體、高嵌體、單冠和固定橋。
[0017]1.7開放式系統(tǒng)
[0018]開放式系統(tǒng)是近年來市場上出現(xiàn)的“組裝”型CAD/CAM系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CAD系統(tǒng)、CAM系統(tǒng)可由不同的公司制作后組裝形成。目前市場上比較成熟的開放式系統(tǒng)有兩種方案:
[0019]I) 3Shape牙科專用掃描儀+CAD軟件+德國數(shù)控車床，其可以加工所有品牌的氧化鋯、塑料，不受品牌的限制；
[0020]2)3Shape牙科專用掃描儀+CAD軟件+美國3D system蠟型機，在制作完蠟型后可以包埋鑄造金屬也可以進行全瓷冠的制作。
[0021 ]和其他CAD/CAM系統(tǒng)相比，開放式系統(tǒng)的優(yōu)點在于:能加工的材料更加廣泛，制作成本也更加低廉。
[0022]2、增材制造的CAD/CAM系統(tǒng)
[0023]上述數(shù)控車床無法切削具有復雜結(jié)構(gòu)(如帶有中空結(jié)構(gòu))的修復體以及切削過程中造成材料的浪費等成為口腔修復先進制造技術(shù)中急需解決的關(guān)鍵問題?？焖俪尚图夹g(shù)，簡稱RP或RPM技術(shù)(Rapid Prototyping/Rapid Prototyping Manufacturing)，是上世紀80年代末發(fā)展起來的一項先進制造技術(shù)。該技術(shù)將計算機輔助設計(CAD)，計算機輔助制造(CAM)，計算機數(shù)字控制(CNC)，精密伺服驅(qū)動，激光和材料科學等先進科學集于一體，采取離散-疊層堆積的思想，基本構(gòu)思是:任何三維零件都可以看作是許多二維平面輪廓沿某一坐標方相疊加而成。但RP技術(shù)不能直接制作金屬修復體以滿足口腔修復的需要。上世紀90年代末由RP技術(shù)和激光涂覆技術(shù)相結(jié)合建立的快速制造技術(shù)(Rapid Manufacturing，RM)采用預置鋪粉或者同步送粉的方式由激光將粉末材料逐層熔覆堆積得到三維實體零件。其制作的成形件具有優(yōu)秀理化性能，且不受復雜結(jié)構(gòu)的限制。RP技術(shù)和RM技術(shù)從本質(zhì)上說均屬于增材制作，即本領(lǐng)域所稱的“加法”。
[0024]中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學的高勃于2003年申請了“口腔金屬修復體的激光立體成形方法”中國發(fā)明專利，2005年獲得授權(quán)(專利號:ZL03134316.3)。目前，金屬修復體的3D打印成型主流為SLM(selective laser melting)和EBM(Electron Beam Melting)方法，前者主要打印制作鈷鉻合金冠橋、冠橋基底或者可摘局部義齒支架，后者主要用于金屬植入體的制作。
[0025]2.1在固定修復中的應用
[0026]2004年Bennett采用基于SLM技術(shù)的MCP Realizer設備分別制作了鈷鉻合金和不銹鋼材料的基底冠、固定冠和固定橋，制作后的牙冠外型良好。2005年，法國學者Nadine應用自己研發(fā)的Phenix SLM系統(tǒng)設計并制作了鎳鉻合金的基底冠，制成的基底冠外形、精度均良好，熔覆烤瓷后，制作的烤瓷牙冠具有非常好的顏色匹配性和邊緣適合性。
[0027]2.2在可摘局部義齒中的應用
[0028]2006年WiIIiams等通過CAD/CAM技術(shù)在SLM Realizer 2機器上制作了可摘局部義齒的鈷鉻合金支架。國內(nèi)吳琳等初步實現(xiàn)了對肯氏Π類牙列缺損模型的計算機輔助設計，并用激光快速成形機加工出可摘局部義齒支架的樹脂鑄型。2009年諸森陽等對肯氏I類牙列缺損可摘局部義齒支架進行了計算機輔助設計與制作。
[0029]2.3在全口義齒中的應用
[0030]全口義齒形態(tài)復雜，且組成義齒的材料多樣，全口義齒CAD/CAM研究相對滯后。中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學高勃等通過Surfacer軟件，設計出上頌半口金屬基托義齒，并利用激光立體成形技術(shù)初步加工出上半口基托。2008、2009年，中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學高勃發(fā)表了激光快速成形制作全口義齒上頌純鈦基板的論著Lasers Med Sci(2010)25:309-315,Rapid Prototyping Journal VoIume15.Number2.2009.133?136，并對其適合性進行了研究，臨床測試結(jié)果顯示其制作精度有待提高。
[0031]3、傳統(tǒng)CAD/CAM在臨床應用中的局限和發(fā)展方向
[0032]CAD/CAM技術(shù)在口腔領(lǐng)域的應用大大提高了修復效率，縮短了患者治療周期，減少了患者的痛苦并且降低了技師的勞動強度，使得口腔修復學取得了革命性的發(fā)展。但在臨床應用過程中還存在以下問題:目前CAD/CAM系統(tǒng)主要應用于固定修復領(lǐng)域，而在可摘局部義齒以及全口義齒中沒有應用的主要原因是CAD/CAM系統(tǒng)的切削加工固有的局限性，不但造成材料的浪費，也使得制作的修復體種類單一，不能切削加工復合材料的修復體。
[0033]綜上所述，如果能將傳統(tǒng)CAD/CAM系統(tǒng)的切削制造技術(shù)與金屬3D打印技術(shù)有機結(jié)合，是未來口腔修復體的制作方向。
[0034]如果能將傳統(tǒng)CAD/CAM系統(tǒng)的切削制造技術(shù)與金屬3D打印技術(shù)有機結(jié)合，是未來口腔修復體的制作方向。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0035]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種小型化的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站及自動加工口腔修復體的方法，并提出了兩種快速修復系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上將這兩種系統(tǒng)單獨或者同時裝配在流動交通工具上，相當于一個流動的義齒數(shù)字化加工廠，更好地滿足特殊群體的快速修復牙體、牙列缺損需求。根據(jù)
【申請人】進行的資料檢索，截止目前為止，尚未見裝配有這兩種系統(tǒng)的報道和相關(guān)專利。
[0036]為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的兩種技術(shù)解決方案:
[0037]第一種CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，包括車、船或飛機，其特征在于，在車、船或飛機的空間內(nèi)安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)。
[0038]第二種CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，包括車、船或飛機，其特征在于，在車、船或飛機的空間內(nèi)安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)和選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)。
[0039]上述第一種CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，自動加工口腔修復體的方法，其特征在于，具體包括下列步驟:
[0040]步驟一，用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)常規(guī)完成患者口內(nèi)或者口外石膏模型的三維外形掃描并建立與口腔缺牙情況一致的口腔修復體數(shù)據(jù)模型；
[0041 ]步驟二，根據(jù)口腔修復體的設計，用CAD/CAM輔助系統(tǒng)完口腔成修復體的構(gòu)型設計與制作，輸出數(shù)據(jù)格式為選擇性激光熔覆機兼容的STL格式；
[0042]步驟三，在患者石膏模型上試戴合適后，連同石膏模型和制作的口腔修復體構(gòu)型用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)進行二次掃描，得到口腔修復體初戴的全部數(shù)據(jù)，藉此數(shù)據(jù)，用CAD/CAM輔助系統(tǒng)軟件進行最終的口腔修復體二次設計，得到與口腔修復體相匹配的人工牙或者基托數(shù)據(jù)；
[0043]步驟四，采用SLM成型的金屬粉末材料，該金屬粉末材料須符合國家醫(yī)用許可標準;選擇性激光熔覆機將步驟三得到的數(shù)據(jù)，離散成二維平面數(shù)據(jù)，按照預設的順序進行二維平面輪廓數(shù)據(jù)加工，逐層累加，熔覆堆積金屬粉末材料成型，得到金屬口腔修復體；
[0044]同時，將步驟三得到的數(shù)據(jù)輸入數(shù)控切削機床，選取得到國家醫(yī)用認證許可的口腔陶瓷或者塑料坯材，切削出與金屬口腔修復體外形匹配的人造牙或基托；
[0045]步驟五，將選擇性激光熔覆機熔覆堆積成型的金屬口腔修復體與數(shù)控切削機床切削出的人造牙或基托裝配粘接，得到最終的口腔修復體。
[0046]上述第二種CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站自動加工口腔修復體的方法，其特征在于，具體包括下列步驟:
[0047]步驟一，常規(guī)完成患者口內(nèi)或者口外石膏模型的三維外形掃描并建立與口腔缺牙情況一致的數(shù)據(jù)模型；
[0048]步驟二，根據(jù)口腔修復體的設計原則，采用CAD輔助系統(tǒng)完口腔成修復體的構(gòu)型設計與制作，輸出數(shù)據(jù)格式為選擇性激光熔覆機兼容的STL格式；
[0049]步驟三，選擇性激光熔覆機以SLM成型的金屬粉末材料，將步驟二得到的口腔修復體CAD三維數(shù)據(jù)模型，離散成二維平面數(shù)據(jù)，按照預設的順序進行二維平面輪廓數(shù)據(jù)加工，逐層累加，熔覆堆積金屬粉末材料成型，得到金屬口腔修復體。
[0050]步驟四，在金屬口腔修復體上烤塑或者烤瓷，完成口腔修復體的制作。
[0051]其中所述的選擇性激光熔覆機熔覆堆積金屬粉末材料成型是在真空惰性氣體加工倉內(nèi)，將金屬粉末材料鋪于金屬基板上，單層鋪粉厚度為依據(jù)不同金屬粉末材料的特性和加工精度而定，具體成型步驟如下:
[0052](I)將金屬粉末置于粉床之上，升溫至合適的溫度；
[0053](2)步驟(I)結(jié)束后激光光束按照二維平面輪廓將金屬粉末熔覆成形；
[0054](3)步驟(2)結(jié)束后，進行第二次鋪粉，用刮板將粉床表面刮平，然后重新按照步驟(I)、步驟(2)順序進行新一層的單道熔覆成型;經(jīng)反復鋪粉，單道熔覆成型后，去除未曾熔覆的粉末和支撐結(jié)構(gòu)，即得到金屬口腔修復體。
[0055]上述第一種方法中所述的口腔修復體是粧核、冠橋、烤瓷冠橋基底冠、可摘局部義齒支架、全口義齒基托、種植義齒橋架或個性化基臺。
[0056]上述第二方法中所述的口腔修復體包括:
[0057](I)、個性化的粧核、冠橋、烤瓷冠橋基底、可摘局部義齒支架或全口義齒基托;或者
[0058](2)、個性化種植體、種植體上部結(jié)構(gòu)的橋架、個性化基臺。
[0059]上述第二方法中所述步驟二中進一步包括:CAD輔助系統(tǒng)在口腔修復體計算機輔助設計時，將金屬支架與人工牙連接處設計利于增進金瓷結(jié)合或者烤塑結(jié)合的固位結(jié)構(gòu)，這些位結(jié)構(gòu)包括固位微珠、固位微球、或者增大粘接面積的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0060]本發(fā)明的小型化CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，可快速開到邊防海島或者邊遠地區(qū)，為廣大解放軍指戰(zhàn)員或者特殊行業(yè)的野外工作者提供快速便捷的牙體牙列缺損修復服務，填補這方面的空白。譬如在航空母艦出海時間很長，現(xiàn)有的技術(shù)只是能簡單的處理牙疼急癥或者簡單的充填補牙，很難進行義齒修復。將該系統(tǒng)裝到醫(yī)療服務流動交通工作站后，即刻實現(xiàn)快速鑲牙的目的，對于保障沒有時間到醫(yī)院鑲牙的指戰(zhàn)員或者特殊行業(yè)人員具有重要意義。應用前景非常廣闊。該流動服務交通工作站甚至可以開到城市鄉(xiāng)村任何之處，使患者享受到“流動醫(yī)院”的上門服務，體現(xiàn)了以客戶為中心的理念，顛覆了傳統(tǒng)的就醫(yī)模式，極大方便了患者，應用前景廣闊。
【附圖說明】
[0061 ]圖1是本發(fā)明的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，采用的光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0062]圖2是本發(fā)明的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，采用的光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)和選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0063]圖3是實施例1患者口腔缺牙照片；
[0064]圖4是實施例1的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，采用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)制取口腔印模獲得石膏模型照片；
[0065]圖5是石膏模型上完成的可摘局部合金義齒TC4支架計算機輔助設計圖；
[0066]圖6是選擇性激光熔覆機完成的可摘局部合金義齒TC4支架；
[0067]圖7是可摘局部合金義齒TC4支架在石膏模型上試戴照片；
[0068]圖8是可摘局部合金義齒TC4支架連同石膏模型二次掃描數(shù)據(jù)；
[0069]圖9是在可摘局部合金義齒TC4支架上進行二次計算機輔助設計人造牙；
[0070]圖10是數(shù)控切削機床完成的氧化鋯陶瓷三聯(lián)冠；
[0071]圖11是可摘局部合金義齒TC4支架與氧化鋯陶瓷三聯(lián)冠裝配照片。
[0072]圖12是實施例2的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，采用的光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)和選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)，以可摘局部義齒TC4支架為例制備的金屬口腔修復體結(jié)構(gòu)圖；
[0073]圖13是修復體金屬支架與陶瓷或者塑料連接處特殊結(jié)構(gòu)的形式圖片；
[0074]圖14是金屬3D打印完成的可摘局部義齒TC4金屬支架圖片；
[0075]圖15是可摘局部義齒TC4金屬支架局部特殊結(jié)構(gòu)展示圖片；
[0076]圖16是可摘局部義齒TC4金屬支粘貼架烤瓷或者烤塑照片；
[0077]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
【具體實施方式】
[0078]在以下的實施例中，本發(fā)明的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，所述的流動交通工具可以是汽車、飛機和艦船其中的任一種。
[0079]實施例1:
[0080]參見圖1，本實施例給出以汽車為例的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，在汽車的空間內(nèi)安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)，該復合系統(tǒng)包括三部分，第一部分為光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)，用以完成口腔修復體的數(shù)字化模型的采集;第二部分為口腔修復體的CAD/CAM輔助系統(tǒng)及其軟件，以完成口腔修復體構(gòu)型的計算機輔助設計。第三部分為小型化的選擇性激光熔覆機和數(shù)控切削機床(數(shù)控銑床)，其中的選擇性激光熔覆機充當了金屬3D打印的角色，將設計完成的口腔修復體的CAD數(shù)據(jù)用選擇性激光熔覆機進行金屬粉末熔覆堆積成型，口腔修復體的類型包括金屬粧核、金屬冠橋、烤瓷冠橋金屬基底、可摘局部義齒金屬支架、全口義齒金屬基托、種植體的金屬橋架與個性化基臺等，其金屬粉末符合國家醫(yī)用許可標準;數(shù)控銑床磨削出材質(zhì)為符合國家醫(yī)用許可的塑料或陶瓷人造牙和基托;最后將人造牙與基托裝配粘接在金屬的支架上，這樣就完成了可摘局部義齒、固定義齒、全口義齒以及種植體義齒等修復體的快速制作。
[0081]加工方法的具體步驟是:
[0082]步驟一，用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)常規(guī)完成患者口內(nèi)或者口外石膏模型的三維外形掃描并建立與口腔缺牙情況一致的口腔修復體數(shù)據(jù)模型；
[0083]步驟二，根據(jù)口腔修復體的設計，用CAD/CAM輔助系統(tǒng)完口腔成修復體的構(gòu)型設計與制作，輸出數(shù)據(jù)格式為3D打印機兼容的STL格式；
[0084]步驟三，在患者石膏模型上試戴合適后，連同石膏模型和制作的口腔修復體構(gòu)型用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)進行二次掃描，得到口腔修復體初戴的全部數(shù)據(jù)，藉此數(shù)據(jù)，用CAD/CAM輔助系統(tǒng)軟件進行最終的口腔修復體二次設計，得到與口腔修復體相匹配的人工牙或者基托數(shù)據(jù)；
[0085]步驟四，采用SLM成型的金屬粉末材料，該金屬粉末材料須符合國家醫(yī)用許可標準;選擇性激光熔覆機將步驟三得到的數(shù)據(jù)，離散成二維平面數(shù)據(jù)，按照預設的順序進行二維平面輪廓數(shù)據(jù)加工，逐層累加，熔覆堆積金屬粉末材料成型，得到金屬口腔修復體；
[0086]同時，將步驟三得到的數(shù)據(jù)輸入數(shù)控切削機床，選取得到國家醫(yī)用認證許可的口腔陶瓷或者塑料坯材，切削出與金屬口腔修復體外形匹配的人造牙或基托；
[0087]步驟五，將選擇性激光熔覆機熔覆堆積成型的金屬口腔修復體與數(shù)控切削機床切削出的人造牙或基托裝配粘接，得到最終的口腔修復體，供患者佩戴使用。
[0088]下面給出一種口腔修復體中最為復雜的可摘局部義齒的制作全過程，具體的包括:
[0089]1、材料與設備
[0090]1.1SLM所需材料及設備
[0091]選擇性激光熔覆機(EOSINT M280，E0S公司，德國)。
[0092]TC4粉末，球形粉，粒徑15-53微米(卡本特公司，美國)。
[0093]1.2CAD/CAM輔助系統(tǒng)及數(shù)控切削機床
[0094]CAD/CAM輔助系統(tǒng)及其配套的數(shù)控切削機床(Ultrasonic201inear，DMG公司，德國)，可摘局部義齒設計軟件(3shape公司，丹麥)。
[0095]1.3其他材料與設備
[0096]光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)(DW0S，Dental Wings公司，加拿大)；
[0097]康特“水魔方”硅橡膠印模材(康特齒科集團，瑞士)；
[0098]超硬石膏(湖北貝諾齒科材料有限公司)；
[0099]可切削氧化鋯塊(愛爾創(chuàng)公司，中國)。
[0100]1.4病例選擇和基牙預備
[0101]選取一男性患者景某，年齡56歲，左上頌前磨牙和第一磨牙缺失(圖3)，不能行種植和固定義齒修復，自愿行傳統(tǒng)的維他靈支架式可摘局部義齒修復。
[0102]義齒修復設計為牙支持式的可摘局部義齒，13、17、23、27作為基牙，放置合支托，唇頰側(cè)設計卡環(huán)，寬后腭桿為大連接體。完成臨床基牙預備。
[0103]1.5可摘局部義齒支架的計算機輔助設計和3D打印
[0104]制取患者兩付口腔石膏模型(參見圖4)，第一付模型采用傳統(tǒng)的失蠟鑄造技術(shù)制作維他靈金屬支架，排牙充填塑料制作完成后為患者佩戴使用。
[0105]另一付模型使用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)(DW0S，DentalWings公司，加拿大)對石膏模型的三維外形掃描并建立與口腔缺牙情況一致的口腔修復體數(shù)據(jù)模型，用3shape公司的可摘局部義齒設計軟件完成可摘局部義齒TC4支架的CAD設計圖(圖5)，需要強調(diào)的是在14、15、16缺牙區(qū)設計出基底冠的外形，隨后以該數(shù)據(jù)在選擇性激光熔覆機上進行金屬3D打印，制作出可摘局部合金義齒TC4支架(圖6)。打印制作參數(shù)是400W光纖激光，單層鋪粉厚度為60微米，掃描路徑為線性充填+外輪廓掃描。
[0106]本實施例中，選擇性激光熔覆機充當了金屬3D打印的角色，其熔覆堆積TC4粉末成型是在真空惰性氣體加工倉內(nèi)，將TC4粉末材料鋪于金屬基板上，單層鋪粉厚度為依據(jù)不同金屬粉末材料的特性和加工精度而定，具體成型步驟如下:
[0107](I)將金屬粉末(TC4粉末)置于粉床之上，升溫至合適的溫度；
[0108](2)步驟(I)結(jié)束后激光光束按照二維平面輪廓將金屬粉末熔覆成形；
[0109](3)步驟(2)結(jié)束后，進行第二次鋪粉，用刮板將粉床表面刮平，然后重新按照步驟(I)、步驟(2)順序進行新一層的單道熔覆成型;經(jīng)反復鋪粉，單道熔覆成型后，去除未曾熔覆的粉末和支撐結(jié)構(gòu)，即可得到可摘局部合金義齒TC4支架。
[0110]可摘局部合金義齒TC4支架完成后，在石膏模型上試戴(圖7)。
[0111]1.6可摘局部合金義齒TC4支架就位于石膏模型上的二次掃描、二次計算機輔助設計和數(shù)控切削加工
[0112]將可摘局部合金義齒TC4支架完全就位于石膏模型上，用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)進行二次數(shù)據(jù)掃描(圖8)，針對掃描數(shù)據(jù)進行二次計算機輔助設計，設計出人造牙的構(gòu)型(圖9)，并得到人造牙構(gòu)型的CAD數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)輸入CAD/CAM輔助系統(tǒng)及配套的數(shù)控切削機床，選取氧化鋯材料，切削制作出與可摘局部合金義齒TC4支架匹配的氧化鋯三聯(lián)冠(圖 10)。
[0113]1.7TC4支架和氧化鋯三聯(lián)冠的裝配粘接
[0114]將氧化鋯三聯(lián)冠裝配到合金義齒TC4支架上，完全就位后用粘接劑粘接(圖11)，最終完成可摘局部合金義齒的制作。
[0115]實施例2:
[0116]參見圖2，本發(fā)明給出一種以汽車為例的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，在汽車的空間安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)和選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)。該復合系統(tǒng)包括三部分，第一部分為光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)，用以完成口腔修復體的數(shù)字化模型的采集;第二部分為口腔修復體的CAD輔助系統(tǒng)，以完成口腔修復體構(gòu)型的計算機輔助設計。第三部分為小型化的選擇性激光熔覆機，該選擇性激光熔覆機充當了金屬3D打印的角色，將設計完成的口腔修復體的CAD數(shù)據(jù)用金屬粉末熔覆堆積成型。具體包括下列步驟:
[0117]步驟一，常規(guī)完成患者口內(nèi)或者口外石膏模型的三維外形掃描并建立與口腔缺牙情況一致的數(shù)據(jù)模型；
[0118]步驟二，根據(jù)口腔修復體的設計原則，采用CAD輔助系統(tǒng)完口腔成修復體的構(gòu)型設計與制作，輸出數(shù)據(jù)格式為選擇性激光熔覆機兼容的STL格式；
[0119]步驟三，選擇性激光熔覆機以SLM成型的金屬粉末材料，將步驟二得到的口腔修復體CAD三維數(shù)據(jù)模型，離散成二維平面數(shù)據(jù)，按照預設的順序進行二維平面輪廓數(shù)據(jù)加工，逐層累加，熔覆堆積金屬粉末材料成型，得到金屬口腔修復體；
[0120]步驟四，在金屬口腔修復體上烤塑或者烤瓷，完成口腔修復體的制作。
[0121]上述金屬口腔修復體包括:
[0122]1、個性化的金屬粧核、金屬冠橋、烤瓷冠橋基底、可摘局部義齒金屬支架、全口義齒金屬基托；
[0123]2、個性化種植體、種植體上部結(jié)構(gòu)的橋架、個性化基臺等；
[0124]所述步驟二中進一步包括:CAD輔助系統(tǒng)在口腔修復體計算機輔助設計時，將金屬支架與人工牙連接處設計利于增進金瓷結(jié)合或者烤塑結(jié)合的固位結(jié)構(gòu)，這些固位結(jié)構(gòu)包括固位微珠、固位微球、或者增大粘接面積的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以增加陶瓷或者塑料與金屬支架的結(jié)合力。
[0125]以下是發(fā)明人給出的一種口腔修復體中較為復雜的可摘局部義齒的制作的詳細全過程:
[0126]2、材料與設備
[0127]2.1SLM所需材料及設備
[0128]選擇性激光熔覆機(EOSINT M280，E0S公司，德國)；
[0129]TC4粉末，球形粉，粒徑15-53微米(卡本特公司，美國)；
[0130]光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)(DW0S，DentalWings公司，加拿大)。
[0131]2.2其他材料與設備
[0132]康特“水魔方”硅橡膠印模材(康特齒科集團，瑞士)；
[0133]超硬石膏(湖北貝諾齒科材料有限公司)。
[0134]2.3病例選擇和基牙預備
[0135]選取以男性患者，年齡56歲，左上頌前磨牙和第一磨牙缺失，不能行種植和固定義齒修復，自愿行傳統(tǒng)的維他靈金屬支架式可摘局部義齒修復。
[0136]可摘局部義齒設計參見圖12，為牙支持式的可摘局部義齒，13、17、23、27作為基牙，放置合支托，唇頰側(cè)設計卡環(huán)，寬后腭桿為大連接體。完成臨床基牙預備。
[0137]1.4可摘局部義齒支架的計算機輔助設計和3D打印
[0138]制取兩付患者口腔石膏模型，一付按照傳統(tǒng)的失蠟鑄造方法制作完成并給患者佩戴。另一付使光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)獲得石膏模型的數(shù)字化模型，用3shape公司的可摘局部義齒設計軟件完成可摘局部義齒TC4支架的CAD設計圖(圖12)，需要強調(diào)的是在14、15、16缺牙區(qū)設計出設計出增加結(jié)合力的特殊固位微珠結(jié)構(gòu)(圖13)，隨后以該數(shù)據(jù)在選擇性激光熔覆機上進行金屬3D打印，制作出可摘局部合金義齒TC4支架(圖14)?？烧植苛x齒TC4金屬支架局部特殊結(jié)構(gòu)的展示圖片如圖15所示。打印制作參數(shù)是400W光纖激光，單層鋪粉厚度為60微米，掃描路徑為線性充填+外輪廓掃描。
[0139]本實施例中，選擇性激光熔覆機充當了金屬3D打印的角色，其熔覆堆積TC4粉末成型是在真空惰性氣體加工倉內(nèi)，將TC4粉末材料鋪于金屬基板上，單層鋪粉厚度為依據(jù)不同金屬粉末材料的特性和加工精度而定，具體成型步驟如下:
[0140](I)將金屬粉末(TC4粉末)置于粉床之上，升溫至合適的溫度；
[0141](2)步驟(I)結(jié)束后激光光束按照二維平面輪廓將金屬粉末熔覆成形；
[0142](3)步驟(2)結(jié)束后，進行第二次鋪粉，用刮板將粉床表面刮平，然后重新按照步驟(I)、步驟(2)順序進行新一層的單道熔覆成型;經(jīng)反復鋪粉，單道熔覆成型后，去除未曾熔覆的粉末和支撐結(jié)構(gòu)，即可得到可摘局部合金義齒TC4支架。
[0143]1.6可摘局部合金義齒TC4支架烤塑或烤瓷
[0144]在可摘局部合金義齒TC4支架與人造牙連接處特殊結(jié)構(gòu)上烤塑或烤瓷，完成口腔修復體的制作(圖16)。
[0145]需要說明的是，以上的實施例是幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，本發(fā)明不限于上述實施例，按照本發(fā)明的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，采用的光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)，還可以對粧核、冠橋、烤瓷冠橋金屬基底冠、全口義齒基托、種植義齒橋架或個性化基臺等各種口腔修復體的自動進行加工。采用的光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)，還可以對個性化的粧核、冠橋、烤瓷冠橋基底、可摘局部義齒支架或全口義齒基托;或者個性化種植體、種植體上部結(jié)構(gòu)的橋架、個性化基臺等各種口腔修復體的自動進行加工。在種植體3D打印過程中，可摻入適量的銀離子粉末，達到既抗菌，又不影響骨結(jié)合的目的。
[0146]綜上所述，本發(fā)明的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，其中采用的光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)，以及光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)和選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)，均可分別安放在流動交通工具上，也可以安裝到同一個流動交通工具上，都相當于一個流動的義齒數(shù)字化加工廠，為患者提供更便捷的服務。使患者享受到“流動醫(yī)院”的上門服務，體現(xiàn)了以客戶為中心的理念，顛覆了傳統(tǒng)的就醫(yī)模式，極大方便了患者，應用前景廣闊。
【主權(quán)項】
1.一種CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，包括車、船或飛機，其特征在于，在車、船或飛機的空間內(nèi)安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD/CAM輔助系統(tǒng)、選擇性激光熔覆機、數(shù)控切削機床組成的復合系統(tǒng)。2.一種CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站，包括車、船或飛機，其特征在于，在車、船或飛機的空間內(nèi)安裝有光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)、CAD輔助系統(tǒng)和選擇性激光熔覆機組成的復合系統(tǒng)。3.權(quán)利要求1所述的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站自動加工口腔修復體的方法，其特征在于，具體包括下列步驟: 步驟一，用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)常規(guī)完成患者口內(nèi)或者口外石膏模型的三維外形掃描并建立與口腔缺牙情況一致的口腔修復體數(shù)據(jù)模型； 步驟二，根據(jù)口腔修復體的設計，用CAD/CAM輔助系統(tǒng)完口腔成修復體的構(gòu)型設計與制作，輸出數(shù)據(jù)格式為選擇性激光熔覆機兼容的STL格式； 步驟三，在患者石膏模型上試戴合適后，連同石膏模型和制作的口腔修復體構(gòu)型用光學掃描和計算機輔助設計系統(tǒng)進行二次掃描，得到口腔修復體初戴的全部數(shù)據(jù)，藉此數(shù)據(jù)，用CAD/CAM輔助系統(tǒng)軟件進行最終的口腔修復體二次設計，得到與口腔修復體相匹配的人工牙或者基托數(shù)據(jù)； 步驟四，采用SLM成型的金屬粉末材料，該金屬粉末材料須符合國家醫(yī)用許可標準;選擇性激光熔覆機將步驟三得到的數(shù)據(jù)，離散成二維平面數(shù)據(jù)，按照預設的順序進行二維平面輪廓數(shù)據(jù)加工，逐層累加，熔覆堆積金屬粉末材料成型，得到金屬口腔修復體； 同時，將步驟三得到的數(shù)據(jù)輸入數(shù)控切削機床，選取得到國家醫(yī)用認證許可的口腔陶瓷或者塑料坯材，切削出與金屬口腔修復體外形匹配的人造牙或基托； 步驟五，將選擇性激光熔覆機熔覆堆積成型的金屬口腔修復體與數(shù)控切削機床切削出的人造牙或基托裝配粘接，得到最終的口腔修復體。4.權(quán)利要求2所述的CAD-CAM-3D打印系統(tǒng)的流動交通工作站自動加工口腔修復體的方法，其特征在于，具體包括下列步驟: 步驟一，常規(guī)完成患者口內(nèi)或者口外石膏模型的三維外形掃描并建立與口腔缺牙情況一致的數(shù)據(jù)模型； 步驟二，根據(jù)口腔修復體的設計原則，采用CAD輔助系統(tǒng)完口腔成修復體的構(gòu)型設計與制作，輸出數(shù)據(jù)格式為選擇性激光熔覆機兼容的STL格式； 步驟三，選擇性激光熔覆機以SLM成型的金屬粉末材料，將步驟二得到的口腔修復體CAD三維數(shù)據(jù)模型，離散成二維平面數(shù)據(jù)，按照預設的順序進行二維平面輪廓數(shù)據(jù)加工，逐層累加，熔覆堆積金屬粉末材料成型，得到金屬口腔修復體。 步驟四，在金屬口腔修復體上烤塑或者烤瓷，完成口腔修復體的制作。5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的選擇性激光熔覆機熔覆堆積金屬粉末材料成型是在真空惰性氣體加工倉內(nèi)，將金屬粉末材料鋪于金屬基板上，單層鋪粉厚度為依據(jù)不同金屬粉末材料的特性和加工精度而定，具體成型步驟如下: (1)將金屬粉末置于粉床之上，升溫至合適的溫度； (2)步驟(I)結(jié)束后激光光束按照二維平面輪廓將金屬粉末熔覆成形； (3)步驟(2)結(jié)束后，進行第二次鋪粉，用刮板將粉床表面刮平，然后重新按照步驟(1)、步驟(2)順序進行新一層的單道熔覆成型;經(jīng)反復鋪粉，單道熔覆成型后，去除未曾熔覆的粉末和支撐結(jié)構(gòu)，即得到金屬口腔修復體。6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的口腔修復體是粧核、冠橋、烤瓷冠橋基底冠、可摘局部義齒支架、全口義齒基托、種植義齒橋架或個性化基臺。7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的口腔修復體包括: (1)、個性化的粧核、冠橋、烤瓷冠橋基底、可摘局部義齒支架或全口義齒基托;或者 (2)、個性化種植體、種植體上部結(jié)構(gòu)的橋架、個性化基臺。8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟二中進一步包括:CAD輔助系統(tǒng)在口腔修復體計算機輔助設計時，將金屬支架與人工牙連接處設計利于增進金瓷結(jié)合或者烤塑結(jié)合的固位結(jié)構(gòu)，這些位結(jié)構(gòu)包括固位微珠、固位微球、或者增大粘接面積的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G06F17/50GK105930615SQ201610316203
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】高勃
【申請人】中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學