CN117770996A - 定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法及设备，包括以下步骤:种植位点选择，扫描杆匹配，口腔数据采集，外形设计，加工刀具排版，加工切削，产品精度检验。本发明解决了因患者自身条件或者临床医生手术误差带来的修复体就位位置和方向的偏差，更有效地将应力分散到所有种植体上。避免因手术误差或者患者自身条件受限，造成的应力集中现象。根据临床实际情况，基于已植入的种植体情况，后续配件全部据此进行定制化设计和加工，免去了所有的中间转换环节，精度更高且更好地分散应力。
Description
技术领域
本发明涉及口腔种植及加工设备领域，特别是指一种定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法及设备。
背景技术
目前在全口种植修复中，出于成本和患者自身的骨量条件来看，常常会采用All-on-four或者All-on-six的修复理念。在患者牙槽骨上植入少于天然牙数量的种植体，并在其上部实现全口修复的目的。修复时，使用复合基台+个性化基台桥及螺钉(桥/杆)的方式为上部修复义齿提供支撑结构。
临床在植入种植体时，由于骨量不足等情况，无法完全按照既定的角度和位置进行种植体的精确植入，但在后续进行上部修复时，又恰恰需要保持上部桥/杆的就位方向基本一致，同时在桥架接口在同一高度，这样受力效果更好。复合基台在此过程中就起到了调节共同就位道和接口高度的作用。但复合基台本身为固定角度和固定穿龈高度的基台，常用的有0°，17°，23°，30°，无法完全满足临床多样化需求。或者利用植体厂家提供的种植体角度测量工具进行植入，但还是没有办法保证常用的基台角度就是最佳的植入方向。因此后续在修复过程中就只能勉强使用固定角度的复合基台进行修复，为了使桥或杆能够顺利地戴入到复合基台上，复合基台的上部会设计为圆锥形，同时和桥架的接口部分的间隙会认为做的更大。在实际使用过程中，会因为应力集中导致桥架/杆卡接口崩裂从而导致整个修复失败或由此导致牙槽骨吸收萎缩，导致种植体外漏，引发种植体周围炎，整个种植修复失败。且整个操作过程相对复杂，需要首先根据牙龈厚度以及口内最终情况，根据医生经验选择医生认为合适的复合基台，再进行口内取模，然后转移到石膏模型替代体上，再在石膏模型替代体上安装扫描杆进行扫描设计上部种植个性化基台冠桥(桥架/杆卡)，然后进行CAM切削。每一步都容易产生误差累积，导致最终修复体的试戴失败。
杆卡、桥架加工技术的难点在于。1、杆卡与桥架尺寸无法检测、不能检测出各个尺寸准确的数据。2、对于不合格杆卡与桥架只能凭经验修改设计尺寸，再次切削，如果还是达不到效果，继续修改设计尺寸直到合格为止。
现有的检测手段是：将工件取下来后佩戴模型以检测加工的杆卡及桥架是否满足要求。由于杆卡及桥架零件的特殊形状及复杂性无法通过三坐标以及采用其他的测量方式，并且杆卡与桥架取下后没有平面可供检测时作为基准来摆放。
发明内容
本发明提出一种定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法及设备，能够在加工过程中对工件进行在线测量，并根据测量结果对不合格项进行补充加工。
本发明的技术方案是这样实现的：一种定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法及设备，包括以下步骤:
S1、种植位点选择，通过CT扫描，确定骨量分布，选择骨量较多的位置作为种植位点，同时根据骨内神经和空腔的位置确定待种植植体大小、长度及方向，进行种植；
S2、扫描杆匹配：待种植体和牙骨愈合好之后，取下愈合基台，根据不同的种植体选择相匹配的扫描杆；
S3、口腔数据采集，使用口内扫描仪获取口腔环境信息，该信息包括种植***置、方向、植体内孔抗旋转结构方向以及穿龈高度等信息；
S4、外形设计，将S1及S3中获取的信息导入到专用设计软件中，设计出符合患者口腔环境的三维桥架杆卡模型；
S5、加工刀具排版，将S4中设计好的模型数据导入到专用牙科雕铣机中，控制接口数据尺寸精度误差，同时根据加工要求设置出合理的刀具路径参数；
S6、加工切削，将原材料锁紧在雕铣机专用夹具上，雕铣机自动校准，然后根据S5中特定的刀具路径进行切削加工；
S7、产品精度检验，对S6中加工好的桥架杆卡进行精度检验，检查其是否合格。
作为优选，所述步骤S4中，根据患者种植条件设计桥架杆卡外形，倒凹角度不超过35°；根据上下颌关系拉伸高度确定齿尖高度，模拟牙冠与对颌密封链接；邻牙间距设计能够满足患者临床使用需求，最小不小于1.5mm。
作为优选，所述步骤S5中，接口数据根据不同品牌的数据来设定相应的接口余量参数，余量设定范围0.05-0.15mm之间。
作为优选，在S6中，加工切削采用五轴雕铣设备，所述五轴雕铣设备X、Y、Z、A、B各轴可以自动进行校准。
作为优选，所述在S4中，采用EXO、3Shape设计软件；在S5中，采用sun3D排版软件。
作为优选，S7中的产品精度检验为采用CAM设备集成三维成像仪检测：S6加工结束之后，利用雕铣设备自带的三维成像仪对加工好的桥架杆卡进行多方位/360°影像测量，将获得的图片信息转换成精度及分辨率足够的三维实景模型，然后将三维模型数据与S4中的原始设计数据进行比对，以此来验证产品是否合格。
作为优选，所述CAM设备集成三维成像仪为双滑枕结构，包括第一滑枕和第二滑枕，测量探头安装在第二滑枕上利用设备的X、Y、Z轴直线运动并结合A、B轴工作台旋转运动完成对加工工件的三维扫描测。
作为优选，所述雕铣设备包括底座及其上设置的雕铣机，雕铣机上设有加工用的主轴和检测用的红外线测头，所述主轴通过X轴、Y轴和Z轴安装在工作台上，所述工件通过AB轴工作台安装在雕铣机上。
作为优选，所述雕铣机的机架通过可前后移动的X轴安装在底座上，Y轴在机架上横向移动，Z轴在Y轴的基础上竖直方向上移动。
作为优选，所述AB轴工作台安装在雕铣机上，包括可在竖直平面上旋转的A轴和B轴，且A轴和B轴的旋转面相互垂直。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明解决了因患者自身条件或者临床医生手术误差带来的修复体就位位置和方向的偏差，更有效地将应力分散到所有种植体上。避免因手术误差或者患者自身条件受限，造成的应力集中现象。根据临床实际情况，基于已植入的种植体情况，后续配件全部据此进行定制化设计和加工，免去了所有的中间转换环节，精度更高且更好地分散应力。该技术的利用可实现在加工中工件在线测量，工件不需要取下来。测量结果与原始数据进行分析比较，可根据测量结果对不合格项进行补充加工。
附图说明
图1为本发明的制作流程示意图；
图2为本发明的雕铣机结构示意图；
图3为本发明的工件立体结构示意图；
图4为本发明的工件俯视图。
图中：1、主轴；2、测量工装；3、探头；4、红外线测头；5、AB轴工作台；6、刀库；7、检棒；71、侧母线；72、上母线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：参见图1，一种定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法及设备，包括以下步骤:
S1、种植位点选择，通过CT扫描，确定骨量分布，选择骨量较多的位置作为种植位点，同时根据骨内神经和空腔的位置确定待种植植体大小、长度及方向，进行种植；
S2、扫描杆匹配：待种植体和牙骨愈合好之后，取下愈合基台，根据不同的种植体选择相匹配的扫描杆；扫描杆和基台有一样的接口，可以通过防转设计以及莫氏锥度实现和牙种植体高度配合；不同品牌的牙种植体，有不一样的防转设计和莫氏锥度，因此需要选用相匹配的扫描杆才能确保扫描数据的准确性；扫描杆和种植体配合后，使用口内扫描仪扫描，可清晰地将扫描杆和种植体在口内的位置反应出来，反馈信息包括种植***置、方向、植体内孔抗旋转结构方向以及穿龈高度等信息；
S3、口腔数据采集，使用口内扫描仪获取口腔环境信息，该信息包括种植***置、方向、植体内孔抗旋转结构方向以及穿龈高度等信息；
S4、外形设计，将S1及S3中获取的信息导入到专用设计软件(如EXO、3Shape设计软件)，设计出符合患者口腔环境的三维桥架杆卡模型；根据扫描数据确定的种植***置、方向、抗旋结构方向以及穿龈高度，从而使用软件直接设计个性化的复合基台以及个性化基台桥杆；
在步骤S4中，根据患者种植条件设计桥架杆卡外形，倒凹角度不超过35°；根据上下颌关系拉伸高度确定齿尖高度，模拟牙冠与对颌密封链接；邻牙间距设计能够满足患者临床使用需求，最小不小于1.5mm。该角度的大小，是体现设备本身的加工难易度，目前市面上的设备最多能加工倒凹角不大于30°为极限，而本方案在进行AB转台的设计时，加大转台角度，使得可以加工倒凹角可以达到35°。
S5、加工刀具排版，将S4中设计好的模型数据导入到专用牙科雕铣机中，控制接口数据尺寸精度误差，需要达到0.005mm之内，同时根据加工要求设置出合理的刀具路径参数，本步骤中采用sun3D排版软件；接口数据根据不同品牌的数据来设定相应的接口余量参数，余量设定范围0.05-0.15mm之间；
S6、加工切削，将原材料锁紧在雕铣机专用夹具上，雕铣机自动校准，然后根据S5中特定的刀具路径进行切削加工；
S7、产品精度检验，对S6中加工好的桥架杆卡进行精度检验，检查其是否合格。五轴雕铣设备X、Y、Z、A、B各轴可以自动进行校准。现有技术的雕铣设备，是需要通过介质，进行人为调试进行设备精度校准，而本方案的设备会通过自身检测加工精度，进行自我校准。
CAM设备集成三维成像仪：S6加工结束之后，利用雕铣设备自带的三维成像仪对加工好的桥架杆卡进行多方位/360°影像测量，将获得的图片信息转换成精度及分辨率足够的三维实景模型，然后将三维模型数据与S4中的原始设计数据进行比对，以此来验证产品是否合格，牙科领域的雕铣机是完全无这种设备，因设备比工业机要小。
将S7中检验合格的桥架杆卡做好消毒灭菌后，口内直接一次戴入个性化复合基台和上部桥架/杆卡。
S7中的产品精度检验为采用CAM设备集成三维成像仪检测：S6加工结束之后，利用雕铣设备自带的三维成像仪对加工好的桥架杆卡进行多方位/360°影像测量，将获得的图片信息转换成精度及分辨率足够的三维实景模型，然后将三维模型数据与S4中的原始设计数据进行比对，以此来验证产品是否合格。
所述CAM设备集成三维成像仪为双滑枕结构，包括第一滑枕和第二滑枕，测量探头3安装在第二滑枕上利用设备的X、Y、Z轴直线运动并结合A、B轴工作台旋转运动完成对加工工件的三维扫描测。第二滑枕与Z轴平行设置且独立控制运动。
图2为本发明中步骤S6加工切削使用的雕铣机，包括底座、机架、主轴1、刀库6、红外线测头4、探头3、AB轴工作台5，测量工装2和工件原材料先后放置在AB轴工作台5上；测量工装2和工件原材料为同样大小的圆盘形状，先将测量工装2放置在B轴工作台上对整个雕铣机的精度进行测量，精度有误就进行调整，直到精度合格。然后取下测量工装2，在AB轴工作台5放上工件原材料进行雕铣，工件原材料为一个钛盘，在雕铣机的加工下，钛盘中部雕铣出桥架和杆卡。
图3和图4为测量工装2结构示意图，其上平均分布有四个检测工位，每个检测工位上对应设置一个检棒7，每个检棒7上有侧母线71和上母线72。
将测量工装2装入雕铣机的AB轴工作台5上，通过红外线测头4分别测量工装2中的1#、3#位、2#、4#位的检棒7的侧母线71和上母线72，1#位和3#位为对角、2#位和4#位为对角，这样两两对角组合，可以检验产品的直线精度。测量后的数据将与***中出厂时的数据进行比较，如果有差值说明实际工件坐标已发生变化需要进行调整。***会根据实际测量的差值对工件坐标进行补偿，从而达到自动校准功能。
自动校准是利用加工设备上的红外线测头4，结合专用测量工装2对各个轴进行检测，并通过***内部软件对原设定的工件坐标进行校准，如有偏差将会自动导入***进行修正以达到自动校准的效果。***修正相当于误差补偿，根据工件实际测量的数据与***要求的数据进行对比，对比之后，若存在误差，***自行进行误差补偿。
雕铣机采用定梁龙门式结构，X轴:工作台在床身上做前后纵向运动；Y轴:滑枕、滑鞍部件在横梁上沿导轨作左右横向运动；Z轴:滑枕在滑鞍上沿导轨作上下垂直运动。
主轴1和红外线测头4共用Y轴，可分别左右横向运动；主轴1和红外线测头4共用一根X轴丝杆，主轴1和红外线测头4单独控制可分开运动，也可同步前后纵向运动；主轴1的轴和红外线测头4的Z轴独立控制，可分别上下垂直运动。AB轴工作台5和刀库6固定在Y轴上，可以随X轴实现前后移动，AB轴工作台5的A、B轴可自行转动，可使测量工装2在两个竖直平面内360°旋转。
自动校准工作原理：在设备出厂前会设定好正确的工件坐标，当设备工件坐标发生偏移需要自动校准时，运用设备中的自动校准程序，校准程序根据程序控制红外线测头4，红外线测头4的轴在Z向(竖直方向)移动，结合X、Y轴的平移及A、B轴的转动，即可分别检测测量工装2上4个位置检棒7的侧母线71和上母线72。
之所以要检测4个位置的侧母线71和上母线72，是因为多组数据的测量会正确的检测出A、B轴线是否相交，A、B轴转台0度位置是否正确等。检测出来的数据自动生成数据导入***宏程序中，对***的工件坐标进行补偿。
在线测量工作原理：在线测量的探头3类似三坐标的及二次元测量仪上的影像测量摄像头。通过配合A、B轴的旋转可以实现三维测量，测量后得到的数据将与***加工程序的杆卡、桥架的相应位置进行比较分析。在线测量可以最大程度的减少设备在加工过程中由于刀具磨损、装夹不合理等加工误差。
该优势在于：1、在线测量不需要将工件取下，直接用原来的装夹面作为基准用来检测；2、可以实现二次补充加工，在不取下工件的情况下对工件进行补充加工，减少装夹次数，补充加工定位基准与第一次加工的定位为同一位置，减少了一个定位基准不统一造成的精度差的问题，大大的提高了效率以及节约了生产成本。
种植体***是由种植体、基台、螺钉、上部修复结构共同组成的一个完整的力学***。每个配件以及操作过程中要用到的一些辅助配件都是需要和另外的配件进行配合使用，操作过程中，转换的次数越多，其误差就会越大。其中种植体植入情况是后续过程无法改变的，是整个修复体制作的基准。但是目前常规的修复方案是使用既定角度，穿龈，抗旋面，以及穿龈高度的复合基台，其制作的基准其实是根据选定的复合基台戴入种植体后的情形，后续所有操作都会因此而无法做到很好的匹配。
本发明解决了因患者自身条件或者临床医生手术误差带来的修复体就位位置和方向的偏差，更有效地将应力分散到所有种植体上。避免因手术误差或者患者自身条件受限，造成的应力集中现象。
本发明最主要是根据临床实际情况，基于已植入的种植体情况，后续配件全部据此进行定制化设计和加工，免去了所有的中间转换环节，精度更高且更好地分散应力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。
Claims (10)
1.一种定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、种植位点选择，通过CT扫描，确定骨量分布，选择骨量较多的位置作为种植位点，同时根据骨内神经和空腔的位置确定待种植植体大小、长度及方向，进行种植；
S2、扫描杆匹配：待种植体和牙骨愈合好之后，取下愈合基台，根据不同的种植体选择相匹配的扫描杆；
S3、口腔数据采集，使用口内扫描仪获取口腔环境信息，该信息包括种植***置、方向、植体内孔抗旋转结构方向以及穿龈高度等信息；
S4、外形设计，将S1及S3中获取的信息导入到专用设计软件中，设计出符合患者口腔环境的三维桥架杆卡模型；
S5、加工刀具排版，将S4中设计好的模型数据导入到专用牙科雕铣机中，控制接口数据尺寸精度误差，同时根据加工要求设置出合理的刀具路径参数；
S6、加工切削，将原材料锁紧在雕铣机专用夹具上，雕铣机自动校准，然后根据S5中特定的刀具路径进行切削加工；
S7、产品精度检验，对S6中加工好的桥架杆卡进行精度检验，检查其是否合格。
2.根据权利要求1所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据患者种植条件设计桥架杆卡外形，倒凹角度不超过35°；根据上下颌关系拉伸高度确定齿尖高度，模拟牙冠与对颌密封链接；邻牙间距设计能够满足患者临床使用需求，最小不小于1.5mm。
3.根据权利要求2所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法，其特征在于：所述步骤S5中，接口数据根据不同品牌的数据来设定相应的接口余量参数，余量设定范围0.05-0.15mm之间。
4.根据权利要求3所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法，其特征在于：在S6中，加工切削采用五轴雕铣设备，所述五轴雕铣设备X、Y、Z、A、B各轴可以自动进行校准。
5.根据权利要求4所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作方法，其特征在于：所述在S4中，采用EXO、3Shape设计软件；在S5中，采用sun3D排版软件。
6.根据权利要求5所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作设备，其特征在于：S7中的产品精度检验为采用CAM设备集成三维成像仪检测：S6加工结束之后，利用雕铣设备自带的三维成像仪对加工好的桥架杆卡进行多方位/360°影像测量，将获得的图片信息转换成精度及分辨率足够的三维实景模型，然后将三维模型数据与S4中的原始设计数据进行比对，以此来验证产品是否合格。
7.根据权利要求6所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作设备，其特征在于：所述CAM设备集成三维成像仪为双滑枕结构，包括第一滑枕和第二滑枕，测量探头安装在第二滑枕上利用设备的X、Y、Z轴直线运动并结合A、B轴工作台旋转运动完成对加工工件的三维扫描测。
8.根据权利要求7所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作设备，其特征在于：所述雕铣设备包括底座及其上设置的雕铣机，雕铣机上设有加工用的主轴和检测用的红外线测头，所述主轴通过X轴、Y轴和Z轴安装在工作台上，所述工件通过AB轴工作台安装在雕铣机上。
9.根据权利要求8所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作设备，其特征在于：所述雕铣机的机架通过可前后移动的X轴安装在底座上，Y轴在机架上横向移动，Z轴在Y轴的基础上竖直方向上移动。
10.根据权利要求9所述的定制种植基台和个性化基台桥及螺钉的制作设备，其特征在于：所述AB轴工作台安装在雕铣机上，包括可在竖直平面上旋转的A轴和B轴，且A轴和B轴的旋转面相互垂直。
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2023
- 2023-12-13 CN CN202311714216.XA patent/CN117770996A/zh active Pending
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