个性化基台及其制造方法_2

文档序号:9335861阅读:来源:国知局
现有技术更为精确的 契合患者的颂骨特征,提高使用舒适度,延长基台的使用寿命。
[0035] 此外,该制造方法还能将口腔检查、手术、个性化基台的设计和分析、自动加工成 型等有机结合起来,可以精确的适合患者牙根情况,使设计、制造、手术有机的结合起来,完 成特殊的牙齿修复,同时,制造效率高、周期短,可大大缩短新产品开发时间。
[0036] 本发明还进一步对所述个性化基台进行表面处理,通过选择合适的电解质,在其 上构建具有结构和形态特征的110 2纳米管层与钙磷盐膜层,使制造的基台具有更好的生物 相容性,降低患者的异物感,提高使用舒适度,预防牙周软组织的感染。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明所述个性化基台的制造方法流程图;
[0038] 图2为本发明所述逆向建模所得基台模型示意图;
[0039] 图3为本发明所述基台模型的参数化结构划分示意图;
[0040] 图4为利用有限元分析方法对基台模型进行分析所构建的模型图;
[0041] 图5为有限元分析的载荷施加示意图;
[0042] 图6为实施例1所述基台模型各部分的有限元分析的应力结果;
[0043] 图7为实施例1所述个性化基台表面经阳极氧化后的SEM图;
[0044] 图8为实施例1所述个性化基台表面经阴极电沉积后的SEM图;
[0045] 图9为实施例1所述个性化基台表面处理后的亲水性能测试结果图;
[0046] 图10为实施例1所述个性化基台表面处理后的血清蛋白的吸附测试结果图;
[0047] 图11为实施例1所述个性化基台表面处理后的体外矿化能力测试结果图;
[0048] 图12为实施例1所述个性化基台表面处理后的生物学活性测试结果图。
【具体实施方式】
[0049] 以下结合具体实施例对本发明的个性化基台及其制造方法作进一步详细的说明。
[0050] 实施例1
[0051] 本实施例一种个性化基台的制造方法,包括如下步骤(流程图见图1):
[0052] (1)逆向建模:对患者口腔进行CT扫描,获得患者颂骨模型,包括牙根深度,牙齿 倾角,咬合接触的受力倾角,医生根据颂骨模型,在计算机上对所述颂骨模型进行种植体的 模拟植入,获取植入体的倾角,并依据所述种植体进行基台的三维建模,得基台模型,如图2 所示;
[0053] (2)正向建模:以UnigraphicsNX为平台,运用其参数化建模功能,将步骤(1)所 述基台模型各个特征的几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示,采用交互图形设计 方法,实现基台的参数化设计过程,使基台的各特征结构实现智能化和个性化功能设计,由 此可对基台结构的角度、方向、尺寸等细微特征进行精确修补:
[0054] 具体地,根据基台模型几何形状,从下到上,由内六角、圆锥一、圆柱一、圆锥二、圆 柱二、圆锥三、下内孔和上内孔等八部分组成,如图3所示,其各组成部分以及关联部分的 参数化设计结果如表1所示。
[0055] 表 1
[0056]
由此,通过改变基台参数,可以对基台结构的角度、方向、尺寸等细微特征进行准确微 调;(3)利用有限元分析方法对步骤(2)所述精确修补后的基台模型进行静力学分析(具体 模型图见图4),具体流程如下:1、前处理,包括定义材料属性(见表2,种植体、基台和螺钉 采用纯钛材料,牙冠采用烤瓷牙材料)、划分网格(六面体网格);表2
2、求解,包括施加约束(牙槽骨下断面进行固定约束,牙槽骨两侧平面无摩擦约束,SP法向约束)、定义接触关系(采用非线性接触方式,基台、种植体和螺钉之间采用有摩擦 (Frictional)接触,摩擦系数分别为0. 5 ;种植体与皮质骨和松质骨之间采用有摩擦 (Frictional)接触,摩擦系数为0? 4,其余接触面均采用固结(Bonded)方式),具体如表3所 示;表3
施加载荷(下颂磨牙施加垂向0°和斜向15°的100N咬合力,螺钉加载预紧力200N或预紧 扭矩0. 2N.m),如图5所示;3、后处理,包括评估结果、输出报告,获得基台模型各部分的应 力结果。
[0057] 分析基台模型最大等效应力的结果,在1.5倍安全系数下,是否满足钛粉的属性 (屈服强度485MPa,断裂强度580MPa),如满足则进行下一步骤,如不满足则依据应力结果 中的奇点值对所述基台模型进行修补与更新,重复有限元分析至基台模型的应力结果满足 钛粉的属性,并以应力小为目标进行优化设计,结果如图6所示,基台等效应力分布均匀、 合理,有效减少颂骨的负担,增加患者的咀嚼能力。
[0058] (4)将基台模型以STL格式保存,通过UnigraphicsNX平台,添加薄壁支撑,并导 入选择性激光熔化设备的控制电脑,然后采用配套的分层软件,进行三维模型分层,并生成 相应的路径文件;
[0059] (5)依据所述路径文件,采用选择性激光熔化设备进行成型,所述钛粉的粒径为 45ym~95ym,所述成型的工艺如下:
[0060] a.于基板上铺设钛粉,粉层厚度为90iim,并使用刮板将钛粉层分布均匀;
[0061] b.于0. 8MPa,25m3/h的氩气环境中,使用高精度扫描振镜,基于三维模型分层生成 的路径文件,进行激光扫描成型(100W高能掺镱光纤激光器),利用聚焦激光能量将金属钛 粉熔化,形成平整的熔化层,扫描参数为:
[0062] 扫描速度为8m/s;激光光束直径为110ym;重复定位精度为±0. 003mm;成型速 度为 15ccm/h;
[0063] c. 一层扫描完毕后,基板随之下降,下降高度为所述粉层厚度,重新铺一层钛粉, 并使用刮板将钛粉层分布均匀。然后再次采用高精度扫描振镜,基于该层的路径代码,按照 上述方法进行扫描,层层循环,直至所有三维模型的切片层全部扫描完毕,
[0064] 在所述成型过程中,未扫描的钛粉,经由配套的粉末筛选系统,超过99%的钛粉材 料可以循环使用,极大降低了耗粉量,为用户带来了实惠;
[0065] (6)成型完之后,将零件切割下来,并剔除薄壁支撑,得到纯钛基台;
[0066] (7)表面处理:
[0067] (i)以所述纯钛基台为阳极,室温条件下进行电化学阳极氧化:电压为30V,电 解液为NaF和氏?04混合水溶液,其中NaF的质量浓度为0. 05mol/L,H3P04的质量浓度为 0.lmol/L,氧化时间为30min,即在所述个性化基台表面形成Ti02纳米管层;
[0068] (ii)以所述表面形成Ti02纳米管层的纯钛基台为阴极,超声条件下进行阴极电化 学沉积,电压为45V,电解液为含CaCl2、NH4H2P04、NaCl和三羟甲基氨基甲烷(Tris)的水溶 液,其中CaCl2的质量浓度为0? 02mol/L,NH4H2P04的质量浓度为0?lmol/L,NaCl的质量浓 度为0?lmol/L,三羟甲基氨基甲烷的质量浓度为0? 05mol/L,沉积时间为40min,即完成表 面处理,得所述个性化基台。
[0069] 本实施例所述个性化基台可精确的契合患者的颂骨特征,提高使用舒适度,延长 基台的使用寿命。同时具有优良的生物相容性,提高患者使用的舒适度,预防牙周软组织的 感染。
[0070] 实施例2
[0071] 本实施例一种个性化基台的制造方法,步骤同实施例1,区别在于:
[0072] 步骤(5)所述成型的工艺如下:
[0073] a.于基板上铺设钛粉,粉层厚度为80ym,并使用刮板将钛粉层分布均匀;
[0074] b.于0. 5MPa,20m3/h的氩气环境中,使用高精度扫描振镜,基于三维模型分层生成 的路径文件,进行激光扫描成型(100W高能掺镱光纤激光器),利用聚焦激光能量将金属钛 粉熔化,形成平整的熔化层,扫描参数为:
[0075] 扫描速度为lOm/s;激光光束直径为60ym;重复定位精度为±0. 003mm;成型速 度为 10ccm/h。
[0076] 步骤(7)所述表面处理的方法为:
[0077] (i)以所述个性化基台为阳极,室温条件下进行电化学阳极氧化:电压为20V,电 解液为NaF和H3P(V混合水溶液,其中NaF的质量浓度为0. 01m〇l/L,H3P04的质量浓度为 0. 05mol/L,氧化时间为10min,即在所述个性化基台表面形成Ti02纳米管层;
[0078] (ii)以所述表面形成1102纳米管层的个性化基
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