一种牙科3D打印装置的制作方法

本实用新型涉及牙科种植体制造技术，具体的说是涉及一种基于3D打印技术的牙科3D打印装置。

背景技术：

在口腔医学领域，特别是种植体修复等方面，临床上应用较多的为传统导板，它制作简单，成本低廉，但它只在一定程度上考虑了种植修复后的效果和颌骨的解剖结构，对于多牙缺失、颌骨骨量不足的情况还存在一定的局限性。要达到良好的种植修复效果，主要取决于术前仔细检查缺牙部位牙槽嵴的高度、宽度、骨密度以及周围重要解剖结构，做出正确的诊断和治疗计划，并把术前设计准确转移到手术中，尽管经验丰富的医生能根据X线影像在手术中较准确的把握种植体位置、方向和深度，但由于颌骨解剖结构的个体差异，放射条件的限制再加上术中体位和视野的限制，使实际种植位置与预测种植位置易发生偏差，这种情况下易造成植入区骨穿孔及临近重要解剖结构如下牙槽神经管、上颌窦、切牙孔、临牙的损伤。且种植体位置不当也影响上部结构的修复，从而影响修复后的功能和美观。因此可以说尽管口腔种植技术得到了发展，在核心技术上也逐渐得到突破和应用，但依然需要有高技术水平、操作经验丰富的医师进行数小时的仔细工作，需要进行诊断、麻醉、种植体选择、牙模灌注、临时冠设计制作、假牙修饰装配等高强度工作。这也就是目前口腔种植“高价格、高风险”的主要原因。因此需要寻求更为便捷可靠的牙科种植体制造技术。

同时由于3D打印是一种以数字模型文件为基础运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。经过20多年的发展，该技术已更加娴熟、精确。与铸造、冲压、蚀刻等传统方法相比，3D打印技术的精确度更高，而且它能更快速地创建原型。与数控技术比较，它更节省材料，特别是在难以制作的复杂结构的模型上更显优势。由于3D打印技术的诸多优点，再加上3D打印设备价格的迅速降低，近年来3D打印技术已经应用到许多学科领域，当然医学界也不在例外。近几年已有不少报道，在口腔医学领域，3D打印技术也可运用于口腔颌面外科骨缺损的修复、口腔内科根管的重建和打印、口腔正畸隐形矫治器的制作、口腔种植中种植导板的制作。但是目前的牙科3D打印还存在着制作精度不高、数据采集过程不准确等弊端。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是要提供一种新型的基于3D打印技术的牙科3D打印装置，其通过准确的患者口腔数据采集处理，以及便捷高效的3D打印技术有效克服了现有牙科3D打印技术的诸多缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案：

一种牙科3D打印装置，其特征在于，具有：

口腔数据采集部，该口腔数据采集部能够分别获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据以及直接对患者的口腔进行扫描所对应的牙齿硬组织图像数据；

与所述口腔数据采集部相连接，输出种植体结构数据的口腔数据输出部；

与所述口腔数据输出部相连接的3D打印部，该3D打印部通过数接收据传输部接收所述种植体结构数据并基于该数据进行3D打印动作；

以及为系统提供数据传输通道的数据传输部。

进一步的，作为优选

所述口腔数据采集部包括：能够获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的三维扫描仪；

以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机。

进一步的，作为优选

所述口腔数据输出部具有对所述种植体结构数据进行本地存储的口腔数据存储单元。

进一步的，作为优选

所述3D打印部具有：

一体式机架；

设置在所述一体式机架上的三轴传动部件，所述传动部件即为X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，其中，所述X轴传动部件包括X轴传动机构以及能够沿着X轴方向运动的3D打印头，所述Y轴传动部件被设置于所述X轴传动部件上，其通过Y轴传动机构带动所述X轴传动机构沿着Y轴方向运动，所述Z轴传动部件被设置于所述Y轴传动部件上，其包括Z轴传动机构以及能够沿着Z轴方向运动的打印工作台；

以及打印控制部件。

进一步的，作为优选

所述数据传输部能够为系统提供的有线和或无线传输形式数据传输通道。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型通过对患者口腔三维数据进行采集并将口腔扫描、口腔三维数据打包整合和3D打印技术有效整合起来，实现了标准化、高效化、精确化的诊疗技术，从而有效克服2D扫描影像重叠容易造成医生误判等问题，并进一步降低了医生由于技艺和经验不足的风险，减少了医师的工作负荷，提高了诊疗“安全性”。

附图说明

图1为本实用新型所述装置对应的电路原理框图；

图2为本实用新型所述装置对应的3D打印部结构示意图；

图3为本实用新型所述装置对应的打印控制部件对应的电路原理框图；

图4为本实用新型所述实例1中主控芯片与驱动芯片电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

鉴于目前的口腔种植技术发展现状，即，虽然在核心技术上逐渐得到突破和应用，但依然需要有高技术水平、操作经验丰富的医师进行数小时的仔细工作，需要进行诊断、麻醉、种植体选择、牙模灌注、临时冠设计制作、假牙修饰装配等高强度工作。

因此本实用新型设计了一种集图像数字化采集、图像数据整合、标准化3D打印制造等技术为一体的牙科3D打印装置，具体的，如图1，其具有：

能够分别获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据以及直接对患者的口腔进行扫描所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔数据采集部；

与所述口腔数据采集部相连接，通过数接收据传输部接收牙龈及牙齿表面图像数据、牙齿硬组织图像数据并输出种植体结构数据的口腔数据输出部；

与所述口腔数据输出部相连接的口腔数据云存储部，该口腔数据云存储部能够实时对口腔数据采集部所采集到的两类图像数据以及对口腔数据输出部所获得的种植体结构数据进行同步云端存储及调用；

通过数接收据传输部接收所述种植体结构数据并基于该数据进行3D打印动作的3D打印部；

以及为系统提供数据传输通道的数据传输部。

进一步的，作为优选

采集三维数据是3D打印义齿的重要一步，而在医学领域，随着计算机断层扫描和核磁共振技术的发展，放射学诊断变得创伤更小，诊断也更精确，而且其高分辨率的三维图像数据在数秒内就可以获得，成为理想的三维数据获取手段；具体的所述口腔数据采集部包括：能够获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的三维扫描仪；以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机。通过所述口腔数据采集部即可获得患者口腔情况的精确扫描数据，即首先使用印模材对患者进行口腔取模，取模后注入石膏塑出石膏模型，使用三维扫描仪对塑出的石膏模型进行扫描，获取牙齿表面的图像即所述牙龈及牙齿表面图像数据；同时使用口腔锥形束CT机对患者进行拍片扫描，以获取一个口腔内部的三维图像即牙齿内部的图像-牙齿硬组织图像数据，此图像能直观地看到下颚神经的走向、牙齿及牙槽骨的结构等情况。

进一步的，作为优选

在装置中添加口腔数据输出部，该口腔数据输出部优选采用将PC机作为载体的三维图像处理软件，即以前述所获得的牙齿表面的图像数据以及牙齿内部的图像数据以DICOM格式导入到三维图像处理软件进行数据分析调用后利用CAD/CAM中构建出相应的义齿形态曲面即获得对应的三维模型；该三维模型包含了牙齿内部情况及表面的纹理结构，且三维模型导出时需要将其保存为STL格式，STL格式的数据是3D打印机所识别的数据，最终3D打印技术将模型打印出来。三维模型也利用医生进行种植体的选择与设计，并拟定合适的手术方案。

由于3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本，从而实现定制化生产；因此利用3D打印技术进行种植体等义齿的打印操作；

进一步的，作为优选

如图2，所述3D打印部具有：

一体式机架；所述一体式机架采用铝合金材质或者工程塑料材质；

设置在所述一体式机架上的三轴传动部件，所述传动部件即为X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，其中，所述X轴传动部件包括X轴传动机构以及能够沿着X轴方向运动的3D打印头1，所述Y轴传动部件被设置于所述X轴传动部件上，其通过Y轴传动机构带动所述X轴传动机构沿着Y轴方向运动，所述Z轴传动部件被设置于所述Y轴传动部件上，其包括Z轴传动机构以及能够沿着Z轴方向运动的打印工作台2；

以及打印控制部件3。

进一步的，作为优选

所述数据传输部能够为系统提供的有线和或无线传输形式数据传输通道。下面以具体实例进行说明：

实例1、本例包括：口腔数据采集部、口腔数据输出部、3D打印部以及数据传输部；其中，所述口腔数据采集部包括用于采集石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的手持式三维扫描仪以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机，手持式三维扫描仪特别是线激光手持三维扫描仪采用635nm的红色线激光闪光灯，配有一部闪光灯和两个工业相机，工作时将激光线照射到义齿上，两个相机来捕捉这一瞬间的三维扫描数据，由于物体表面的曲率不同，光线照射在义齿上会发生反射和折射，然后这些信息会通过第三方软件转换为3D图像；所述口腔数据输出部能够获取两类图像数据并通过三维图像处理软件CAM构建出相应的义齿形态曲面模型，转换成STL格式通过所述数据传输部(本例通过预设的蓝牙模块进行数据传输)传给3D打印部；所述3D打印部包括打印控制部件、铝合金材质的一体式机架，该一体式机架上分别设置X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，3D打印头安装在置X轴传动部件上且材料箱中装有牙科3D打印材料；打印工作台安装于Z轴传动部件上；作为优选所述打印控制部件包括主控芯片，所述主控芯片分别通过X轴驱动芯片、Y轴驱动芯片、Z轴驱动芯片控制各自所对应的驱动电机进行动作，以实现3D打印产品的精确打印过程。优选的，所述驱动芯片采用A4988驱动芯片，A4988驱动芯片是一款待转换器与过流保护的DMOS微步驱动器，其可以在全、1/2、1/4、1/8、1/16步进模式下操作对应的驱动电机进行动作，由图3-4可知，在具体控制过程中仅需控制引脚STEP、DIR。所述数据传输部能够为系统提供的有线和或无线传输形式数据传输通道。优选的，其包括SPI总线、CAN总线、蓝牙模块等。

实例2、本例包括：口腔数据采集部、口腔数据输出部、3D打印部以及数据传输部；其中，所述口腔数据采集部包括用于采集石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的三维扫描仪以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机，即采用CT口腔全景CT机，如森田3合1CT口腔全景X射线机；所述口腔数据输出部能获取两类牙齿图像数据并通过三维图像处理软件CAD构建出相应的义齿形态曲面模型，转换成STL格式通过所述数据传输部(本例通过预设的蓝牙模块进行数据传输)传给3D打印部，且其还具有对所述种植体结构像数据进行本地存储的口腔数据存储单元；所述3D打印部包括打印控制部件、工程塑料的一体式机架，该一体式机架上分别设置X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，3D打印头安装在置X轴传动部件上且材料箱中装有牙科3D打印材料；打印工作台安装于Z轴传动部件上；作为优选所述打印控制部件包括主控芯片，所述主控芯片分别通过X轴驱动芯片、Y轴驱动芯片、Z轴驱动芯片控制各自所对应的驱动电机进行动作，以实现3D打印产品的精确打印过程。优选的，所述主控芯片还具有USB接口、SPI接口等多种类型数据接口。优选的，所述主控芯片还带有wifi模块，以为用户创建本地局域网络，进而实现即使网络终端也能实时调用本地数据进行后续操作。

实例3、本例包括：口腔数据采集部、口腔数据输出部、3D打印部以及数据传输部；其中，所述口腔数据采集部包括用于采集石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的三维扫描仪以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机；所述口腔数据输出部能获取两类图像数据并通过三维图像处理软件CAD构建出相应的义齿形态曲面模型，转换成STL格式通过所述数据传输部(本例通过预设的蓝牙模块进行数据传输)传给3D打印部；所述3D打印部包括打印控制部件、工程塑料的一体式机架，该一体式机架上分别设置X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，3D打印头安装在置X轴传动部件上且材料箱中装有牙科3D打印材料；打印工作台安装于Z轴传动部件上；作为优选所述打印控制部件包括主控芯片，所述主控芯片分别通过X轴驱动芯片、Y轴驱动芯片、Z轴驱动芯片控制各自所对应的驱动电机进行动作，以实现3D打印产品的精确打印过程。

综上所述，本实用新型利用现有成熟技术进行牙科3d打印，在不增加技术难度的同时，高效的实现了种植体的制作；即其根据患者口腔两类采集数据，利用现有的三维图像处理设计以及3D打印技术制造种植手术导板；用户在手术前，将患者口腔断层扫描精确数据输入到口腔数据输出部，同时也可以考虑进行数据比对以及三维模型的创建，同时也考虑在三维基础上设计环境模拟程序，如可添加创建三维种植体模型在预设的不同口腔环境中进行模拟，如选定种植体植入位置，并选择合适种植体类型，然后按照导航模板施术，植入义齿种植体和修复体，并按患者的需求进行人性化修饰(由于此处非本实用新型要讨论的技术点因此不做具体阐述)。该技术可克服2D扫描影像重叠容易造成医生误判等问题，降低了医生由于技艺和经验不足的风险，减少了医师的工作负荷，提高诊疗“安全性”，在数字化资源共享下，实现“经济化”诊疗。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。