一种基于激光快速成形sla 3d打印技术的陶瓷质牙冠制备方法
阅读说明：本技术 一种基于激光快速成形sla 3d打印技术的陶瓷质牙冠制备方法 (Ceramic dental crown preparation method based on laser rapid prototyping SLA3D printing technology ) 是由 郝立顺 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法,属于增材制造技术领域,其采用激光快速成形SLA 3D打印技术可实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的牙冠生产,还减省了传统机加工陶瓷牙冠的工序,缩短加工周期,并且不受传统机加工中刀具无法到达某些型面的限制,可以加工形状复杂或者多单位的陶瓷质牙冠,显著提高打印效率,并且实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的生产；同时可以避免患者采用烤瓷牙或金属牙修复后无法利用磁共振检查的问题,并且,所制备的陶瓷牙冠对牙龈无刺激、无腐蚀性,色泽自然且透光性良好,可以广泛应用于口腔义齿的修复。(The invention discloses a ceramic dental crown preparation method based on a laser rapid prototyping SLA3D printing technology, which belongs to the technical field of additive manufacturing, can realize large-scale personalized production and dental crown production with complex shape and high precision requirement by adopting the laser rapid prototyping SLA3D printing technology, also saves the working procedure of processing the ceramic dental crown by a traditional machine, shortens the processing period, is not limited by that a cutter cannot reach certain molded surfaces in the traditional machine, can process the ceramic dental crown with complex shape or multiple units, obviously improves the printing efficiency, and realizes the large-scale personalized production and the production with complex shape and high precision requirement; meanwhile, the problem that a patient cannot use magnetic resonance for inspection after adopting a porcelain tooth or a metal tooth for repair can be avoided, and the prepared ceramic dental crown has no stimulation and corrosiveness to gum, has natural color and good light transmittance, and can be widely applied to repair of an oral denture.)
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法。
背景技术
传统义齿制作方法有100多年的时间内都没有得到变化，其牙齿缺陷修复往往以人工修复为主，效率低且手工打造义齿容易出现误差。传统陶瓷（氧化锆）牙冠的加工，将氧化锆粉末通过注浆或热压铸或流延成型制成块状氧化锆，之后利用计算机辅助技术在块状氧化锆上设计排版个性化义齿、二次烧结氧化锆、后期处理、得到个性化氧化锆义齿的成品。以上加工流程的工艺复杂、开发周期长、材料未得到充分利用等原因使得陶瓷（氧化锆）牙冠的成本居高不下，加工效率低，无法实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的生产。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法，采用激光快速成形SLA 3D打印技术可实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的牙冠生产，而且可以避免患者采用烤瓷牙或金属牙修复后无法利用磁共振检查的问题，并且，所制备的陶瓷牙冠对牙龈无刺激、无腐蚀性，色泽自然且透光性良好，可以广泛应用于口腔义齿的修复。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法，所述陶瓷质牙冠制备方法包括：
步骤1：采用口腔内扫描直接获得义齿三维数据或采用仓式扫描仪扫描牙齿模型得到义齿三维数据；
步骤2：根据所述义齿三维数据对待修复牙冠进行设计和建模，将牙冠三维数据进行切片处理形成CAD-STL文件；
步骤3：将CAD-STL数据传送给控制系统，并启动3D打印机采用激光快速成形SLA 3D打印技术根据所述CAD-STL数据制备陶瓷质牙冠。
可选的，所述启动3D打印机采用激光快速成形SLA 3D打印技术根据所述CAD-STL数据制备陶瓷质牙冠，具体包括：
步骤301：根据所述CAD-STL数据并按照截面轮廓的要求，激光器发射激光束光斑照射在混合光敏材料的陶瓷浆料中，混有光敏材料的陶瓷浆料在激光束光斑照射作用下，接触到紫外光的光敏材料发生固化，使得该区域内的陶瓷混合浆料由液态固化，形成当前层固化区域，进而形成个性化牙冠的横截面层膜，其中，所述横截面层膜的厚度为0.025mm~0.01mm；
步骤302：沿竖直方向上逐个单位降低成型工作台的高度，并重复上述步骤301，进而所述个性化陶瓷牙冠逐层增长，其中，所述成型工作台所降低的每一个单位高度均等于所述横截面层膜的厚度；
步骤303：重复上述步骤301和步骤302，直至得到整个个性化牙冠胚，之后对所述个性化牙冠胚进行后期处理得到成品的所述陶瓷质牙冠。
可选的，所述后期处理包括高温烧结和去除陶瓷混合浆料中光敏材料成分，其中，后期处理之后的所述陶瓷质牙冠的体积密度2.0~2.5g/cm3，常温耐压强度100~200MPa，维氏硬度8 .0~10GPa , 抗弯1100~1300MPa。
可选的，所述步骤301具体包括：
步骤3011:将陶瓷粉与光固化树脂均匀混合，获得高固相含量、低粘度的陶瓷浆料，并将陶瓷浆料盛满在缸体中：
步骤3012：成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个横截面层膜厚度的高度处，在计算机控制系统的控制下，由包括激光器及激光扫描振镜的激光扫描装置发出305nm 或者 455nm 的激光束，激光束按照牙冠三维数据截面轮廓的要求沿浆料液面进行扫描，被扫描区域的浆料固化，从而得到该截面轮廓的横截面厚度为0.025mm～0.01mm之间的个性化牙冠的横截面层膜；
步骤3013：当前个性化牙冠的横截面层膜固化后，Z轴滑块带动成型工作台下降一层横截面层膜的高度，使附着在成型工作台上的固化层脱离陶瓷浆料的液面，并且液态的陶瓷浆料表面被水平刮板刮平，并恢复至平整、均匀的水平面状态，以实现固化的浆料薄层就被一层新的液态浆料所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，保证新固化的一层牢粘结在前一层上，最后一层截面激光束光斑与陶瓷混合浆料发生反应，固化完成后，形成陶瓷牙冠胚。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法，采用激光快速成形SLA 3D打印技术可实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的牙冠生产，还减省了传统机加工陶瓷牙冠的工序，缩短加工周期，并且不受传统机加工中刀具无法到达某些型面的限制，可以加工形状复杂或者多单位的陶瓷质牙冠，显著提高打印效率，并且实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的生产；同时可以避免患者采用烤瓷牙或金属牙修复后无法利用磁共振检查的问题，并且，所制备的陶瓷牙冠对牙龈无刺激、无腐蚀性，色泽自然且透光性良好，可以广泛应用于口腔义齿的修复。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法的流程示意图；
图4是本发明实施例的一种激光快速成形SLA 3D打印设备的结构示意图；
图5是本发明实施例的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
下面将结合附图1~附图5，对本发明实施例的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法进行详细说明。
参考附图1、附图2、附图3和附图4所示，本发明实施例的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法包括如下步骤：
步骤1：采用口腔内扫描直接获得义齿三维数据或采用仓式扫描仪扫描牙齿模型得到义齿三维数据。
需要说明的是，采集患者需要修复的义齿数据的方法包括但不限于采用口腔内扫描直接获得义齿三维数据和采用仓式扫描仪扫描牙齿模型得到义齿三维数据。
步骤2：根据所述义齿三维数据对待修复牙冠进行设计和建模，将牙冠三维数据进行切片处理形成CAD-STL文件。
步骤3：将CAD-STL数据传送给控制系统，并启动3D打印机采用激光快速成形SLA3D打印技术根据所述CAD-STL数据制备陶瓷质牙冠。
本发明实施例制备的陶瓷质牙冠的生物相容性优于烤瓷牙和金属牙，并且对牙龈无刺激、无腐蚀性，色泽自然，有透光性，可以广泛应用于口腔义齿的修复。
具体的，参考附图2所示，步骤3包括如下内容：
步骤301：根据所述CAD-STL数据并按照截面轮廓的要求，激光器发射激光束光斑照射在混合光敏材料的陶瓷浆料中，混有光敏材料的陶瓷浆料在激光束光斑照射作用下，接触到紫外光的光敏材料发生固化，使得该区域内的陶瓷混合浆料由液态固化，形成当前层固化区域，进而形成个性化牙冠的横截面层膜，其中，所述横截面层膜的厚度为0.025mm~0.01mm；
步骤302：沿竖直方向上逐个单位降低成型工作台的高度，并重复上述步骤301，进而所述个性化陶瓷牙冠逐层增长，其中，所述成型工作台所降低的每一个单位高度均等于所述横截面层膜的厚度；
步骤303：重复上述步骤301和步骤302，直至得到整个个性化牙冠胚，之后对所述个性化牙冠胚进行后期处理得到成品的所述陶瓷质牙冠，其中，后期处理包括高温烧结和去除陶瓷混合浆料中光敏材料成分，其中，后期处理之后的所述陶瓷质牙冠的体积密度2.0~2.5g/cm3，常温耐压强度100~200MPa，维氏硬度8 .0~10GPa , 抗弯1100~1300MPa。
参考附图3所示，步骤301的执行过程包括如下步骤：
步骤3011:将陶瓷粉与光固化树脂均匀混合，获得高固相含量、低粘度的陶瓷浆料，并将陶瓷浆料盛满在缸体中：
步骤3012：成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个横截面层膜厚度的高度处，在计算机控制系统的控制下，由包括激光器及激光扫描振镜的激光扫描装置发出305nm 或者 455nm 的激光束，激光束按照牙冠三维数据截面轮廓的要求沿浆料液面进行扫描，被扫描区域的浆料固化，从而得到该截面轮廓的横截面厚度为0.025mm～0.01mm之间的个性化牙冠的横截面层膜；
步骤3013：当前个性化牙冠的横截面层膜固化后，Z轴滑块带动成型工作台下降一层横截面层膜的高度，使附着在成型工作台上的固化层脱离陶瓷浆料的液面，并且液态的陶瓷浆料表面被水平刮板刮平，并恢复至平整、均匀的水平面状态，以实现固化的浆料薄层就被一层新的液态浆料所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，保证新固化的一层牢粘结在前一层上，最后一层截面激光束光斑与陶瓷混合浆料发生反应，固化完成后，形成陶瓷牙冠胚。
激光快速成形（简称为SLA）技术是通过激光的扫描曝光实现单层的固化。通过紫外激光束，按照设计好的原件层截面，聚焦照射到料缸中的陶瓷光敏树脂混合液体，逐点固化，由点及线，由线到面。通过xy方向固化成面后，通过升降工作台在ｚ轴方向的移动，层层叠加完成3D打印陶瓷质牙冠，具体实现过程如下：
1）在制备陶瓷质牙冠时，首先将陶瓷粉与光固化树脂均匀混合，获得高固相含量、低粘度的陶瓷浆料4：
2）然后将陶瓷浆料4盛满在缸体3中：
3）成型过程开始时，可升降的工作台2处于液面下一个截面层厚的高度，在计算机的控制下，由激光扫描装置包括激光器6及激光扫描振镜发出 305nm 或者 455nm 的激光束，激光束按照截面轮廓的要求沿浆料液面进行扫描，被扫描区域的浆料固化，从而得到该截面轮廓的横截面为0.025mm～0.01mm之间薄层膜，层厚越厚，成形精度越低，反之越高；
4）当前层固化后，Z轴滑块带动成型工作台2下降一层薄层膜的高度，使附着在成型工作台2上的固化层脱离陶瓷浆料的液面；
5）液态的陶瓷浆料表面被水平刮板1刮平，并恢复至平整、均匀的水平面状态；
6）Z轴滑块带动成型工作台2下行，使固化层与陶瓷浆料液体界面接触时停止下行；
7）以固化的浆料薄层就被一层新的液态浆料所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢粘结在前一层上，重复供陶瓷浆料与激光振镜系统的光固化操作，逐层形成个性化牙冠胚5：
8）最后升降工作台2升出液体浆料表面，取出工件，进行清洗、去处支撑、形成高分子聚合体结合的陶瓷质牙冠坯体，再经过脱脂与烧结，得到所需的陶瓷质牙冠。
具体的，参考图5所示，从牙科诊所或者医院获取患者口腔牙模，之后用患者口腔牙模进行仓式扫描仪扫描采集口腔三维数据或者用口腔扫描仪直接扫描患者口腔以实现采集患者口腔三维数据，并对三维数据档案进行保存。根据三维数据并依据医师要求进行牙冠涉及和建模，之后形成CAD-STL文件，并再次将三维数据档案和CAD-STL文件进行保存。将CAD-STL文件输入3D打印机，并启动3D打印机进行相关准备工作，然后激光束光斑与陶瓷混合浆料进行反应，当前层固化后，固化层脱离陶瓷混合浆料液面，陶瓷浆料被动刮平后恢复水平平面状态，此时固化层处于陶瓷混合浆料液面下方，循环上述过程直至最后一层截面被激光束光斑与陶瓷混合浆料发生反应，固化形成后，取出陶瓷牙冠胚。对陶瓷牙冠胚进行后期处理，包括陶瓷牙冠胚进行高温烧结，脱脂或者最终形成致密形态陶瓷质。最后将制作完成的牙冠与患者所需数据进行对比检测，如果不合格则重复上述循环重新制作，如果合格则将牙冠与患者进行试戴。试戴没有问题则确定为合格陶瓷质牙冠，制作过程结束。
本发明实施例提供的一种基于激光快速成形SLA 3D打印技术的陶瓷质牙冠制备方法，采用激光快速成形SLA 3D打印技术可实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的牙冠生产，还减省了传统机加工陶瓷牙冠的工序，缩短加工周期，并且不受传统机加工中刀具无法到达某些型面的限制，可以加工形状复杂或者多单位的陶瓷质牙冠，显著提高打印效率，并且实现大规模个性化生产和形态复杂要求精度高的生产；同时可以避免患者采用烤瓷牙或金属牙修复后无法利用磁共振检查的问题，并且，所制备的陶瓷牙冠对牙龈无刺激、无腐蚀性，色泽自然且透光性良好，可以广泛应用于口腔义齿的修复。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。