一种基于三维打印的牙冠模型自动方向优化方法与流程

本发明涉及三维打印技术领域，具体是指一种基于三维打印的牙冠模型自动方向优化方法。

背景技术：

现有的三维打印技术中会存在以下问题：

1、现有三维打印软件中模型方向优化，是让用户去设置或者选择某些参数，比如模型z轴高度，支撑面积，支撑体积，xy投影面积等等，这些参数如果设置合理，牙冠模型可以优化到很合适的方向，适合用于三维打印，但是这种操作，需要不小学习成本，对于真正操作牙冠模型三维打印的医生或者相关工作人员来说，很不实际，而且效率很低。

2、有些三维打印软件方向优化，操作简单，无需用户输入各种参数，一键操作即可，但是这种操作不是适用于齿科牙冠模型方向优化的，优化出的结果，也不适用于牙冠模型的三维打印。

3、很多情况下，牙冠模型的三维打印需要操作人员一个一个模型手动调整方向，便于给牙冠模型加支撑，然后进行打印，这种操作固然可行，但是操作费时费力，效率很低。

针对以上现有三维打印存在的技术问题，亟待改进。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术缺点，提供一种基于三维打印的牙冠模型自动方向优化方法，解决牙冠模型在三维打印之前所面临的摆放方向问题，使打印时间效率和打印的质量结果更优；对于使用其他三维打印软件的工作人员来说，减少他们学习复杂软件的时间成本，同时避免其他软件所带来的摆放效果不佳的问题；对于手工操作，调整牙冠模型摆放方向的工作人员来说，大量减少他们的操作时间，提高他们的生产制造效率。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于三维打印的牙冠模型自动方向优化方法，其特征在于，所述方法包括如下操作步骤：

步骤一：首先在三维空间，均匀采样获得一定数量的方向，然后分析牙冠模型的几何特征，生成一定数量的方向，实现预先在空间上获取若干可能使牙冠摆放最优旋转方向；

步骤二：把牙冠模型按照均匀采样生成的方向和分析几何特征生成的方向，一一旋转，分析计算旋转后模型的高度和需要的支撑体积，高度越小，支撑体积越小，即为最优结果；

步骤三：对于含有多颗牙齿的牙冠模型，经过步骤一到步骤二即可计算出正确满足打印需求的方向；对于单颗或者形状很特殊牙冠，首先选出高度和体积最小的五个方向，分别计算模型按照这五个方向对模型旋转后的截留体积，计算值最大的那个方向，得计算结果。

进一步的，牙冠模型的摆放位置，需要模型的z轴高度尽可能的低，有利于减少打印时间，提高生产制造的效率，牙冠的开口朝上摆放，有利于打印完成后去除支撑，同时提高打印质量。

进一步的，步骤三中通过计算得到截留体积最大的方向，获得牙冠模型开口朝上并且水平摆放的方向，即为最终的摆放方向。

本发明具有如下优点：本发明中在对牙冠模型三维打印时，牙冠模型的摆放方向至关重要，摆放方向好的话，生成支撑，以及后处理中去除支撑会更加方便快捷，打印的牙冠模型的质量也更高。

技术效果：任意形态，任意摆放方向的牙冠模型，通过此种方法，都能准确快速的旋转调整好方向，使之开口朝上，并且z轴高度最低，有利于生成支撑，便于打印，节省工作人员的大量手动操作的时间。

对于用其他软件的操作人员来说，此方法的主要优点：

1.不需要在图形用户界面设置复杂难懂的参数，只需要点击确认键即可得到准确结果；

2.时间效率上，比其他软件更快；

3.摆放效果上，比其他软件要好，更适用于牙冠模型生成支撑，以及打印。

对于手动操作，调整牙冠模型的工作人员来说，此方法的主要优点是：节省工作人员大量宝贵时间，特别是如果平台上有几十个甚至上百个牙冠模型的时候。

附图说明

图1是本发明中优化方向前模型一的前视图。

图2是本发明中优化方向前模型一的俯视图。

图3是本发明中优化方向后模型一的前视图。

图4是本发明中优化方向后模型一的俯视图。

图5是本发明中优化方向前模型二的前视图。

图6是本发明中优化方向前模型二的俯视图。

图7是本发明中优化方向后模型二的前视图。

图8是本发明中优化方向后模型二的俯视图。

图9是本发明中优化方向前模型三的前视图。

图10是本发明中优化方向前模型三的俯视图。

图11是本发明中优化方向后模型三的前视图。

图12是本发明中优化方向后模型三的俯视图。

具体实施方式

第一步：首先在三维空间，绕x轴，y轴，z轴等等均匀采样获得一定数量的方向。然后分析牙冠模型的几何特征，生成一定数量的方向(提出预先在空间上获取若干可能使牙冠摆放最优旋转方向)。

第二步：把牙冠模型按照均匀采样生成的方向和分析几何特征生成的方向，一一旋转，分析计算旋转后模型的高度，和需要的支撑体积。设置一个加权函数，参数只有模型高度，和支撑体积。通常情况下，模型高度越小，支撑体积越小，即加权函数的值越小，越是我们需要的结果(提出根据步骤一中的方向，一一旋转牙冠模型，模拟计算旋转后的结果，挑选最优)。

第三步：对于含有多颗牙齿的牙冠模型，经过第一步第二步就可以计算出正确满足打印需求的方向。但是对于单颗或者形状很特殊牙冠，这两步还不够，我们选出加权函数值最小的5个方向，分别计算模型按照这5个方向对模型旋转后的截留体积（杯口检测，trappedvolume），值最大的那个方向，即是我们的计算结果。(最优摆放，牙冠开口是朝上的。利用计算模型截留体积（trappedvolume），并找到截留体积最大的方向的方式，获得牙冠模型开口朝上并且水平摆放的方向，即为我们最终的摆放方向。)

下面结合三种不同形状的牙冠模型的实施例对本发明做进一步的详细说明，来说明此方法的效果和准确性。

实施例1：

模型一，含有14颗牙冠的c型牙冠。结合图1-图4，根据图1和图3两张优化方向前后模型一的前视图可知，通过本文方法，可以使牙冠模型的z高度下降到最低。

根据图2和图4两张优化方向前后模型一的俯视图可知，通过本文方法，可以使牙冠模型的开口高度朝向上方。

结合以上两点，验证了本文的方法的有效性和准确性。

实施例2：

模型二：含有4颗牙冠的直线型牙冠。结合图5-图8，根据图5和图7两张优化方向前后模型二的前视图可知，通过本文方法，可以使牙冠模型的z高度下降到最低。

根据图6和图8两张优化方向前后模型二的俯视图可知，通过本文方法，可以使牙冠模型的开口高度朝向上方。

结合以上两点，验证了本文的方法的有效性和准确性。

实施例3：

模型三：含有1颗牙冠模型的单颗牙冠。结合图9-图12，根据图9和图11两张优化方向前后模型三的前视图可知，通过本文方法，可以使牙冠模型的z高度下降到最低。

根据图10和图12两张优化方向前后模型三的俯视图可知，通过本文方法，可以使牙冠模型的开口高度朝向上方。

结合以上两点，验证了本文的方法的有效性和准确性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。