基于金屬增材制造的口腔贗復體支架的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于金屬增材制造的口腔贗復體支架。
【背景技術】
[0002]頌骨及顏面缺損，是口腔醫學中一類嚴重危害人類健康的疾患，它不僅造成患者咀嚼、吞咽、語言等生理功能的障礙，而且會造成患者嚴重的顏面部畸形，使患者產生嚴重的心理障礙，甚至使一些患者喪失生活信心、導致個人和家庭悲劇。缺損上頌骨的重建，一般分為外科整復和口腔贗復體修復兩種方法。近年來，盡管各種外科整復法已取得很大進步，但是由于頌面部器官特殊解剖形態和組織結構，許多缺損仍難以采用自體組織進行外科修復，大部分患者采用人工材料制成的口腔贗復體進行修復。
[0003]傳統口腔贗復體支架的制造主要采用鑄造技術，具體過程主要有，首先病人需在動手術之前讓口腔科醫生觀察，以達到預醫治的目的，并且口腔科醫生會和外科醫生一同談論具體手術方案。剛手術過的病人，由于手術過后的軟組織比較敏感，變化也比較大，因此，口腔醫生會給病人制作一個過盈量比較大的口腔贗復體。目的是為了讓病人能夠進行基本的口腔功能，例如適度咀嚼、基本發聲等。等病人適應一段時間以后，病人的軟組織基本定型，不發生變化以后，醫生再去給病人設計制造最終的口腔贗復體。
[0004]口腔贗復體金屬支架常采用傳統的鑄造技術，失蠟鑄造是鑄造技術常用方式之一。采用標準蠟來制作支架模型，具有諸多優點，操作方便，成本低而且高溫熔化，流動性好，能夠很好的將標準蠟運用到鑄造技術中。
[0005]但是，蠟模的制作同時又存在著難以避免的不足。1、標準蠟的厚度是一定的，難以到達個性化要求。許多病人對金屬支架部分厚度要求是不一樣的，標準化的厚度難以滿足不同病人對支架厚度的需求。2、蠟片粘貼模型上是靠蠟片溫度升高而具有一定粘性然后粘貼在石膏模型上。技工所的工人主要是靠手按壓，手的溫度和對蠟片施加的力都是對粘結質量好壞的重要因素，這些人為因素的影響，無法避免，對于工人的熟練程度要求高。3、蠟片的大小一定，需要工人對其按照支架的要求進行切割。工人切割蠟片邊緣即支架的邊緣的精確度將直接影響鑄造支架的質量，甚至會使得制造出的支架不合格。4、蠟片粘貼到石膏模型上后，需要技工的精修，精修蠟型的邊緣，也是對技工的熟練程度要求高。
[0006]為了解決口腔贗復體支架的成型問題，粉末冶金技術作為可摘除局部義齒支架的另一種加工方法被提出來。粉末冶金是以金屬粉末作為原料經過壓制成型或燒結過程制作金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。其一般過程為:(1)按常規方法制作印模、灌模，并制作石膏模型；(2)復制代模；(3)制作型腔；(4)將金屬粉末填充到型腔中加壓，制作出壓坯并修形，使其具有一定的密度和強度；(5)在真空中加熱到超過其熔點2/3-3/4的溫度，使粉末顆粒間牢固的結合在一起。但粉末冶金存在的問題是金屬成型和燒結后的收縮問題，這必然降低可摘除局部義齒支架的成型精度，而且制作過程工序較多，制作成本甚至比鑄造工藝還要高。
[0007]計算機輔助設計和快速成型技術及仿真顏面修復材料的出現，對未解決的這些問題提供了有效手段，尤其新近出現的可以打印金屬的選擇性激光熔融技術，為數字化制作口腔贗復體金屬支架提供了契機。以牙科CT(CBCT)圖像數據為基礎，經過圖像處理生成患者頌面三維模型，在此基礎上進行個性化口腔贗復體設計，再由3D打印快速成型設備利用修復材料進行疊加制造，可實現口腔贗復體治療的數字化，這一系列技術將顯著提高治療的準確性，實現無痛、無創、快速及重建頌面缺損的治療目標。
[0008]增材制造，又叫三維打印，其中金屬材料的增材制造或SLM技術的發展及成熟，可以將三維打印技術應用到制作當中。因為，三維打印技術是逐層打印，層層堆積的結果，因而，不受工件結構影響，能夠打印制作出復雜結構的工件。目前，SLM技術能夠直接打印金屬，例如鈦及鈦合金、不銹鋼等，且已運用到醫學領域。所以，選擇使用三維打印技術來制作結構細長而且復雜的卡環是一個較新而且可行性高的方法。并且，利用SLM技術不僅能夠很好的制作出口腔贗復體網狀結構，而且精確度高，對于制作口腔贗復體支架具有重要意義。
【發明內容】
[0009]本實用新型的目的在于克服了傳統鑄造制作口腔贗復體支架的技術難點，提出一種利用該方法制作出傳統鑄造難以制造并更符合臨床要求的結構，并且選擇性激光熔融技術打印的口腔贗復體支架精度高、表面質量好、制作周期短，更符合臨床要求的基于金屬增材制造的口腔贗復體支架。
[0010]本實用新型所述的基于金屬增材制造的口腔贗復體支架，其特征在于:包括利用金屬材料制得的本體，所述的本體包括套合部和帶有網狀結構的支撐部，所述的套合部設置在所述的支撐部一側的邊緣，所述的網狀結構位于所述的支撐部的另一側，并且所述的套合部與所述的支撐部一體成型；所述的支撐部完全貼合患者缺損口腔頌面部并提供抵抗口腔頌面部生理運動所需支撐力，所述的套合部套在患者部分牙列上，并且，所述的套合部具有用于提供牙齒移動所需的支撐力的形狀。
[0011 ] 所述的金屬材料為不銹鋼、純鈦、鈦合金、鈷鉻合金。
[0012]本實用新型所述的金屬增材制造的口腔贗復體支架的制作方法，包括以下步驟:
[0013]1)獲取患者口腔上頌三維模型數據:從患者口中取模并制作口腔石膏模型，通過掃描設備對口腔石膏模型的掃描獲得石膏模型的三維點云數據，或通過掃描設備直接掃描病人口腔，直接獲得病人口腔的三維點云數據，并將三維點云數據通過掃描軟件導出三角網格模型；
[0014]2)在模型上選取口腔贗復體支架的上頌面:將步驟1)中的三角網格數據導入到逆向工程軟件Geomagic中，在三角網格模型上選取口腔贗復體支架的組織面基面，并將選取的組織面基面生成可編輯的曲面片，導出相應的格式；
[0015]3)重建上頌面:將步驟2)中生成的可編輯的曲面片導入到設計軟件Rihno里，并在設計軟件中根據以上曲面片設計出具有連接功能的大連接體、小連接體，具有固位作用的卡環結構，具有支撐作用的支撐結構等結構曲面，并設計連接阻塞器的結構曲面，對設計的結構曲面進行重建，將結構曲面片重建成無大曲率的高質量支架曲面，并導出三角網格格式；
[0016]4)拉伸上頌面至實體形成初始支架模型:將步驟3)中生成的高質量支架曲面通過三角網格再次導入到逆向工程軟件Geomagic中，將支架曲面加厚到符合臨床要求的厚度，形成初步支架實體模型；
[0017]5)修復初始支架模型達到設計要求并形成最終可打印制造的支架CAD模型:在逆向工程軟件中對步驟4)中生成的初步支架實體模型，進行進一步的優化設計，采用拓撲優化設計以及形貌優化，形成最終支架，使得支架既能夠滿足強度、剛度、穩定性以及生物力學要求，又能夠使得支架的重量最輕，以滿足臨床要求；
[0018]6)利用選擇性激光熔融SLM 3D打印機進行打印制造，制造出數字化設計的支架模型:將步驟5)中生成的最終支架模型數據輸入SLM打印設備配套的切片軟件中，進行分層處理，并根據口腔贗復體支架模型的特點設計出符合要求的支撐，以獲得較高的打印質量，最終生成可打印的數控代碼，并利用生成可打印的數控代碼，對金屬粉末進行SLM打印，制作出步驟5)中最終設計的口腔贗復體支架模型，并帶有設計的支撐；
[0019]7)對步驟6)獲得的3D打印制作的口腔贗復體支架模型進行相應的熱處理，以及進行噴砂和拋光處理表面處理:將步驟6)中打印的口腔贗復體支架，進行一定的熱處理，以獲得足夠的強度、剛度、穩定性，所述的熱處理方式包括正火、退火、固溶處理、時效處理、調質處理；然后將步驟6)中打印的支撐去除，并進行相應的表面處理獲得的產品表面質量符合臨床要求，所述的表面處理包括噴砂、電解、拋光。
[0020]以上所述的工藝方法，其重點在于步驟(5)優化設計的結構、步驟(7)中熱處理后的強度、剛度和穩定性及表面處理均能符合臨床要求。
[0021]本實用新型的有益效果是:
[0022](1)本實用新型利用逆向工程進行設計，不需要傳統制鑄造的手工填蠟過程，節省大量人力，并減少人為誤差；
[0023](2)設計中對上頌曲面進行重建，可以圓滑曲率較大的部分，會使得所重建的組織面與病人口腔組織面結合的更加密合，使病人異物感降到最低；
[0024](3)本實用新型是結合3D激光打印技術進行設計制造，省去了傳統鑄造過程中的制模、翻模過