Стоматологический комплекс для создания зубопротезных конструкций
DENTAL COMPLEX FOR CREATION OF DENTAL PROSTHESES

Область техники
Изобретение относится к высокоточным механизмам в области стоматологии, предназначенное для изготовления субтрактивным методом формообразования зубопротезных, стоматологических конструкций и элементов протезирования на дентальных имплантах, получаемых в результате пятиосевой финишной влажной и сухой обработки сложных по форме и назначению деталей из традиционно применяемых в стоматологии материалов (ПММА, двуокись циркония, бюгельный и литейный воск), а также титановых заготовок (премиллов), дисиликата лития габаритами до 100 мм и может быть использовано непосредственно в стоматологических кабинетах.
Уровень техники
Из уровня техники известна конструкция стоматологического фрезерного станка (патент ES2765653T3, дата публикации 10.06.2020), содержащего приточное вентиляционное отверстие и выпускное отверстие, которые противоположны друг другу по отношению к фрезерному пространству, выполненные с возможностью создания воздушного потока. Имеет зону обработки, где одна сторона, филируя пространство, имеет открывающиеся двери. Нижняя стенка фрезерного пространства, по меньшей мере, частично наклонена и закруглена, причем нижняя стенка под зоной обработки закрыта и имеет постоянный наклон.
Из уровня техники известна конструкция пятиосевого фрезерного станка с режимами влажного и сухого фрезерования (патент US20190381583A1, дата публикации 19.12.2019), который выбран в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения. Фрезерный станок содержит станину, состоящую из нижней и верхней части, соединенных вертикальными стойками-стенками, каретку с вертикальным перемещением по направляющим оси Υ и продольным перемещением по направляющим оси Ζ, балку, установленную на направляющих оси X в верхней части станины, на которой закреплено двухосевое поворотное устройство крепления заготовки, хранилище заготовок, закрепленное на вертикальной стойке-стенке станины с помощью вспомогательной вращающейся оси, обеспечивающего автоматическую смену заготовок в двухосевом поворотном механизме и картридж для инструментов, имеющий продольную вспомогательную ось, позволяющий выполнять автоматическую смену фрез в процессе обработки заготовки.
Недостатками данных аналогов является низкая защищенность механизмов основных осей, приводных направляющих и картриджа для инструментов от попадания абразивной пыли, отсутствие принудительного удаления продуктов обработки, труднодоступность механизмов станка для организации очистки, недостаточная надежность пневматического зажима заготовки, наличие тестовых проходов станка после каждого цикла обработки, а также большие габариты станка и его высокая стоимость.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей изобретения является создание высокоточного многофункционального стоматологического комплекса, не имеющего вышеуказанных недостатков и позволяющего обеспечить высокую точность изготовления протезов - до 5 мкм и динамику пятиосевой обработки заготовок, исключающей дополнительную диагностику юстировки комплекса в процессе работы, добиться минимальных габаритов стоматологического комплекса при максимальной функциональности, равномерного распределения усилий резания, с возможностью сухой и влажной работы, системой сепарации и очистки смазочно-охлаждающей жидкости, организовать герметичные автоматические хранилища инструмента и заготовок, с возможностью их автоматической замены, а также контролем износа или поломки инструмента в процессе работы, сформировать удобную рабочую камеру обработки с легко моющимся, антикоррозионным и износостойким покрытием, реализовать большой межоперационный ресурс, а также простое обслуживание и быстрый ремонт стоматологического комплекса, оснастить стоматологический комплекс принудительной промывкой, продувкой и очисткой деталей рабочей камеры, максимальной шумоизоляцией, встроенным управляющим компьютером с удобным тачскрином для реализации полностью автоматизированного процесса изготовления высокоточных, сложных по форме и назначению зубопротезных, стоматологических конструкций и элементов протезирования непосредственно в стоматологических клиниках (кабинетах).
Технический результат заключается в создании изобретения позволяющего:
- одновременно изготавливать несколько зубопротезных стоматологических конструкций независимо друг от друга;
- увеличить количество одновременно изготавливаемых зубопротезных конструкций;
- увеличить надежность и износостойкость элементов стоматологического комплекса.
- автоматизировать, с высокой точностью, процесс изготовления сложных по форме, материалу и назначению зубопротезных стоматологических конструкций.
Стоматологический комплекс состоит из:
- корпуса;
- монолитной жесткой станины, обладающей высокой степенью вибропоглощения и шумоизоляции;
- кинематического блока, снабженного механизмом управления поворотом осей, состоящего из пяти ортогональных осей, разнесенных по кареткам;
- каретки шпинделя с линейными осями Υ и Z;
- каретки блока крепления заготовки с линейной осью X и поворотными осями А и В;
- высокоточных направляющих основных линейных осей;
- системы управления для определения местоположения каждой оси;
- датчиков температур;
- контроллеров для программной самодиагностики приводов осей по току потребления;
- контроллеров для абсолютного программного сопровождения степени износа фрез;
- компрессора;
- центробежного насоса для подачи смазочно-охлаждающей жидкости;
- центробежного воздушного насоса;
- рабочей камеры;
- электронасоса для подачи моющего средства;
- гидравлического бака с фильтрами, снабженного поддоном;
- блока крепления зубопротезных заготовок
- картриджа для зубопротезных заготовок;
- механизма фиксации заготовки снабженного упорной резьбой и содержащего электропривод;
- электронно-вычислительного блока снабженного выносным сенсорным монитором.
Также для повышения точности работы комплекса, использованы датчики температур для программной компенсации тепловых расширений деталей комплекса, предотвращающих неточности обработки. Применены контроллеры для программной самодиагностики приводов осей по току потребления, а также контроллеры для абсолютного программного сопровождения степени износа фрез по методике измерения тока и вибрации шпинделя.
Для обеспечения повышенной динамики и жесткости конструкции, упрощения защиты направляющих осей и увеличения их ресурса применены классические ортогональные оси в общей кинематической схеме стоматологического комплекса, которые разнесены следующим образом:
- каретка шпинделя, выполненная с двумя линейными степенями свободы, перемещающаяся по высокоточным направляющим оси Υ и оси Ζ на каретках с натягом, содержащая: охлаждаемый скоростной шпиндель с пневматической фиксацией инструмента и производительностью 80000 об/мин, с эффективным распределением нагрузок при линейных перемещениях в процессе обработки заготовок, высокопроизводительные сервоконтроллеры, электродвигатели переменного тока мощностью 200 Вт, абсолютные энкодеры текущего положения;
- каретка блока крепления заготовки, содержащая платформу, перемещающуюся линейно по высокоточным направляющим оси X на каретках с натягом, компактный блок крепления заготовки с двумя, пересекающимися в центре заготовки, поворотными осями А и В, конструкция которых полностью уравновешена за счет отсутствия дополнительных моментов от собственной массы, при этом возможные угловые погрешности минимально влияют на точность станка, герметично закрывающуюся кассету с картриджем для инструментов для автоматической смены фрез в процессе работы и датчик длины инструмента, установленные жестко на блоке крепления заготовки для однозначного и точного позиционирования механизмом каретки шпинделя в процессе замены инструмента, а также оправку заготовки, конструкция которой позволяет, с высокой повторяемостью, автоматически закрепить ее в механизме фиксации заготовки. Каретка блока крепления заготовки с линейной осью X и поворотными осями А и В, необходима для равномерности распределения нагрузок на линейные направляющие, что положительно сказывается на их рабочем ресурсе, уменьшении габаритов и массы станка.
- механизм поворота оси А, установленный на платформе оси X, содержащий вал оси А, блок подпружиненных пар радиально-упорных подшипников с коническими рабочими телами для устранения люфтов поворотной оси, высокомоментный серводвигатель мощностью 400 Вт с абсолютным энкодером;
- механизм поворота оси В, установленный в корпусе блока крепления заготовки, включающий блок подпружиненных пар радиально-упорных подшипников с коническими рабочими телами для устранения люфтов поворотной оси, высокомоментный серводвигатель мощностью 400 Вт с абсолютным энкодером, механизм фиксации заготовки;
- система телескопической зашиты осей X и Y, обеспечивающая защиту направляющих от продуктов обработки;
- система защиты осей Z, А и В, обеспечивающая изоляцию подшипников и шпинделя от продуктов обработки.
Для достижения заявленной точности стоматологического комплекса применены высокоточные направляющие основных линейных осей, каретки с малым натягом, а также датчики температур для программной термокомпенсации линейных расширений деталей стоматологического комплекса.
При включении питания электронной системы, благодаря применению абсолютных энкодеров, система управления однозначно определяет местоположение каждой оси, уменьшая время подготовки стоматологического комплекса к работе и исключает этап контрольного прохода после каждого перезапуска стоматологического комплекса.
С целью реализации гибридной системы обработки зубопротезных конструкций применена автоматическая смена сухого и влажного режима фрезерования. При сухом режиме обработки заготовки для получения сжатого воздуха используется компрессор, отвечающий за пять функций: охлаждение электродвигателя шпинделя, охлаждение инструмента, удаление продуктов обработки из рабочей зоны, пневматическая смена инструмента, а также продувка цанги шпинделя перед заменой инструмента. В предпочтительном варианте выполнения изобретения может быть использован безмасляный малошумный компрессор с отделителем влаги. При использовании влажного режима обработки, смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) подается центробежным насосом в рубашку охлаждения шпинделя, а из нее через форсунки в зону резания. СОЖ выполняет несколько функций: охлаждение электродвигателя шпинделя, охлаждение инструмента, уменьшение силы трения инструмента о деталь и удаление продуктов обработки зубопротезных конструкций из рабочей зоны, далее СОЖ проходит фильтрацию и очищенная подается в рубашку охлаждения шпинделя. В качестве СОЖ может быть использована дистиллированная вода или дистиллированная вода с присадками, содержащими глицериноподобные масла, и анитбактериальные препараты.
Удаление загрязнений деталей, принудительная промывка, продувка и сушка рабочей камеры реализованы следующим образом. При обоих способах обработки зубопротезных конструкций во все пространство стоматологического комплекса вне рабочей камеры подается избыточное давление воздуха центробежным воздушным насосом для недопущения попадания продуктов обработки в зону направляющих, кареток, шагово-винтовых пар, а также приводов всех основных и вспомогательных осей. Также центробежный воздушный насос используется при влажной и сухой обработке зубопротезных конструкций, для удаления продуктов обработки из рабочей камеры стоматологического комплекса. Он создает воздушный поток, идущий сверху рабочей камеры к выходному отверстию, находящемуся под областью обработки зубопротезных конструкций, всасывает частицы и, тем самым, отсекает попадание продуктов обработки от передней панели. Воздух проходит сквозь систему фильтрации и часть его, в зависимости от температуры, выводится в атмосферу, а другая часть подается обратно в рабочую зону обработки зубопротезных конструкций. При этом СОЖ стекает вниз к выходному отверстию, где установлена заслонка с электроприводом, которая направляет поток жидкости или воздуха в соответствующий приемный тракт.
После каждого цикла обработки производится автоматическая промывка деталей рабочей камеры стоматологического комплекса. Моющее средство с помощью электронасоса под давлением подается к подвижным тангенциальным центробежным форсункам, которые благодаря изменению направления разбрызгивания моющего средства обрабатывают всю поверхность рабочей камеры. Моющее средство стекает в поддон гидравлического бака содержащего многоступенчатые фильтры, очищается и снова насосом подается к форсункам. Сушка рабочей камеры производится воздушным потоком, который создает центробежный воздушный насос. В качестве моющего средства может быть использовано мыльная эссенция или дезинфицирующие растворы на основе спирта, а также другие известные моющие средства в различных пропорциях.
Возможность смены заготовок реализована с помощью картриджа для зубопротезных заготовок, состоящего из шагового привода, барабана карусельного типа минимум на 2 оправки, в которых закреплены диски материала - зубопротезных заготовок, диаметром минимум 98,5 мм, позволяющие разместить наиболее полный комплект зубных коронок одного пациента. Барабан карусельного типа (карусельно - фрезерный) закреплен на боковой части основания, выполненного в виде станины, на вспомогательной поворотной оси С. Для автоматического извлечения отработанных и установки новых зубопротезных заготовок, в процессе работы, все операции осуществляются за счет основных рабочих осей, механизма фиксации заготовки с упорной резьбой и электроприводом, что исключает возникновение аварийных ситуаций при возможном падении давления в гидросистеме. С помощью электронно - вычислительного блока происходит автоматическое распознавание и замена заготовок в процессе работы, что позволяет производить изготовление высокоточных зубопротезных конструкций в течение длительного времени без остановки.
Для визуализации процесса разработана рабочая камера, выполненная с возможностью контроля процесса обработки установленных заготовок, смены заготовок и инструмента. Электронно-вычислительный блок (компьютер) с выносным сенсорным монитором, интегрированный в стоматологический комплекс служит для управления всеми компонентами, обновления программного обеспечения, управления режимами обработки для вновь создаваемых перспективных материалов, а также для уменьшения вероятности врачебных ошибок, обусловленных человеческим фактором.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Общий вид»
Фиг. 2 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Вид спереди»
Фиг. 3 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Вид сзади»
Фиг. 4 «Стоматологический комплекс. Механизм поворота оси В»
Фиг. 5 «Стоматологический комплекс. Картридж для зубопротезных заготовок»
Фиг. 6 «Стоматологический комплекс. Механизм фиксации заготовки»
Фиг. 7 «Стоматологический комплекс. Корпус стоматологического комплекса»
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Вид спереди» изображена станина 1 стоматологического комплекса, на боковой части которой на высокоточных направляющих 12 с помощью кареток с малым натягом 11 установлен кронштейн 9 оси Y, перемещающийся с помощью привода 13 оси Y. Положение оси считывается с помощью абсолютного энкодера 14 оси Y. На кронштейне оси Υ на высокоточных направляющих 10 с помощью кареток с малым натягом 8 установлен кронштейн 7 оси Ζ, перемещающийся с помощью привода 6 оси Ζ. Положение оси считывается с помощью абсолютного энкодера 5 оси Ζ. На кронштейне оси Ζ закреплен шпиндель 4 с рубашкой охлаждения 2 с помощью кронштейна 3. В верхней части станины 1 на каретках 21 оси X, установлена каретка блока крепления заготовки 17, перемещающаяся линейно с помощью привода 23 оси X на направляющих 15 оси X, с установленным на ней блоком крепления заготовки 24 на механизме поворота оси А. Положение оси считывается с помощью абсолютного энкодера 22 оси X. Все механизмы привода оси X предохранены защитой 16 оси X. На каретке блока крепления заготовки 17 установлен механизм поворота 19 оси А, закрепленный на валу 18 и вращающийся с помощью привода 20. В блоке крепления заготовки 24 установлен датчик длины инструмента 25, а также картридж для инструментов 27, герметично закрывающийся крышкой 26. Также на фиг. 1 изображена рабочая камера 29 стоматологического комплекса, в нижней части которой установлена заслонка с электроприводом.
На фиг. 2 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Вид спереди» показан стоматологический комплекс со стороны оператора, в блоке крепления заготовки 24 которого расположен на оси В механизм фиксации заготовки 30, с установленной в нем оправкой заготовки 31. Вращение блока крепления заготовки 24 на оси А, установленного на опоре 32 считывается с помощью абсолютного энкодера 33. Также на фиг. 2 в рабочей камере 29 установлены тангенциальные центробежные форсунки 34 для промывки рабочего пространства. В правой части станины 1 размещен картридж для зубопротезных заготовок 35. На задней части станины закреплена телескопическая защита каретки шпинделя 36. В нижней части станины расположен гидравлический бак с системой фильтрации 37, система фильтрации воздуха 38 и центробежный воздушный насос 39.
На фиг. 3 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Вид сзади» показан стоматологический комплекс со стороны шпинделя, в нижней части которого установлен компрессор 40, насос 41, центробежный насос 42. В левой части установлен картридж для зубопротезных заготовок 35, выполненный в виде барабана карусельного типа 43. Также на фиг. 3 изображен механизм поворота оси В.
На фиг. 4 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Механизм поворота оси В» изображен блок крепления заготовки 24, в котором на блоке подпружиненных пар радиально-упорных подшипников с коническими рабочими телами 45 установлен механизм поворота оси В, вращающийся приводом 46 оси В. Положение оси В считывается с помощью абсолютного энкодера 47. В блоке подпружиненных пар радиально-упорных подшипников размещен механизм фиксации заготовки 30, который состоит из вала оси В 48, винта фиксации с упорной резьбой 49 и электропривода 50.
На фиг. 5 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Картридж для зубопротезных заготовок» изображен барабан карусельного типа с установленными оправками 31, закрепленный на вспомогательной оси С, вращающийся с помощью шагового привода 51.
На фиг. 6 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Механизм фиксации заготовки» показан в разрезе вал оси В с винтом фиксации 49, приводимый в движение электроприводом 50, с установленной оправкой заготовки 31.
На фиг. 7 «Стоматологический комплекс. Конструкция. Корпус стоматологического комплекса» изображен схематично корпус стоматологического комплекса 52 со сдвижным выносным сенсорным монитором 53, в нижней части которого схематично показана система фильтрации с гидравлическим баком 37.
Осуществление изобретения
Преимущества компоновки стоматологического комплекса:
- применены классические ортогональные оси в общей кинематической схеме стоматологического комплекса, позволяющие упростить разработку, изготовление конструкции и калибровку. Все оси выполнены в виде металлических цилиндрических стержней;
- применена модульная конструкция, позволяющая варьировать компоновку стоматологического комплекса и быструю замену вышедших из строя компонентов, что обеспечивает высокую ремонтопригодность;
- применен простой, компактный и функциональный картридж для зубопротезных заготовок минимум на 2 диска, защищенный от попадания продуктов обработки, с удобным доступом извлечения отработанных продуктов обработки через переднюю панель и установки новых в процессе работы, что позволяет производить безостановочное изготовление высокоточных зубопротезных конструкций, при этом картридж выполняется отдельным модулем, что обеспечивает возможность его монтажа и замены;
- спроектирована кассета содержащая картридж для инструментов вместимостью от 2 до 20 фрез, размещающаяся в блоке крепления заготовок, легко заменяемая и однозначно позиционируемая через переднюю панель стоматологического комплекса. Картридж для инструментов в нерабочем положении закрыт крышкой с электроприводом. При смене инструмента крышка открывается, давая возможность беспрепятственно заменить инструмент.
Пример: Если необходимо изготовление зубопротезных конструкций в небольшом количестве, то в картридже размещают 2-8 фрез. Если необходимо изготовление зубопротезных конструкций в большом количестве, то в картридже размещают 10-20 фрез. Количество используемых фрез, в указанном интервале, позволяет обеспечить обработку зубопротезных конструкций в небольших и крупных по количеству оказываемых услуг медицинских учреждениях.
- применен датчик длины инструмента, установленный жестко на компактном блоке крепления заготовки, отдельно от кассеты с картриджем инструментов, с однозначным и точным позиционированием;
- все операции по замене инструмента и заготовок осуществляются за счет основных рабочих осей;
- механизм каретки шпинделя имеет только две степени свободы, ось Υ и Ζ, что обеспечивает повышенную жесткость и точность конструкции, эффективность распределения нагрузок при линейных перемещениях, что упрощает защиту направляющих осей, а также позволяет увеличить их ресурс;
- конструкция оси X обеспечивает возможность применения простой защиты направляющих оси от продуктов обработки, а также эффективное распределение нагрузок на каретки линейных направляющих, что положительно сказывается на их ресурсе;
- конструкция поворотных осей А и В полностью уравновешена за счет отсутствия дополнительных моментов от собственной массы, а оси вращения пересекаются в центре заготовки, что обеспечивает максимальную точность, при этом угловые погрешности минимально влияют на обработку заготовки;
- возможность сухой и мокрой обработки заготовок, а также гарантированная точность - 5 мкм позволяет производить обработку не только традиционно применяемых в стоматологии материалов, но и современных титановых премиллов и дисиликата лития без примерки;
- обеспечивается отклонение поворотной оси А на угол ±30° и оси В на 360° при обработке, а также возможность разворота оси А на 120° для удобной замены картриджа для инструментов и обслуживания держателя заготовки при открытой дверце рабочей камеры;
- при выключении станка шпиндель может свободно опускаться в нижнее положение, что обеспечивает безопасность эксплуатации стоматологического комплекса и упрощает разработку программного управления;
- применена простая и надежная телескопическая конструкция защиты направляющих осей декартовой системы координат стоматологического комплекса;
- разработана монолитная жесткая станина с высокой степенью вибропоглощения и шумоизоляции, что позволяет увеличить жесткость стоматологического комплекса, равномерность распределения нагрузок, уменьшить габариты и массу станка. Все конструктивные элементы комплекса закреплены на станине.
- применена простая, надежная и технологичная конструкция оправки заготовки, а также механизм фиксации ее в ось В, устойчивый к загрязнению;
- для устранения люфтов поворотных осей применяются подпружиненные пары радиально-упорных подшипников с коническими рабочими телами;
- применены высокоточные направляющие основных линейных осей и каретки направляющих с малым натягом;
- внедрены абсолютные энкодеры положения всех осей, вместо инкрементных, для однозначного определения местоположения каждой оси, а также для уменьшения времени подготовки стоматологического комплекса к работе и исключения этапа контрольного прохода после каждого перезапуска станка. Абсолютные энкодеры могут быть магнитными или оптическими;
- интегрированы датчики температур для программной компенсации тепловых расширений деталей стоматологического комплекса, предотвращающих неточности обработки и позволяющие производить резание заготовки в широком диапазоне температур;
- применены контроллеры для программной самодиагностики приводов осей по току потребления, а также контроллеры для абсолютного программного сопровождения степени износа фрез по методике измерения тока и вибрации шпинделя;
- очистка рабочей камеры реализована путем автоматического распыления и сбора моющего средства под давлением;
- обеспечен удобный доступ в рабочую камеру с возможностью визуального контроля процесса обработки установленных заготовок, смены заготовок и инструмента;
- интегрированный в стоматологический комплекс электронно-вычислительный блок, снабженный выносным сенсорным монитором, обеспечивает не только возможность управления всеми компонентами стоматологического комплекса, но и позволяет, при необходимости, обновлять программное обеспечение стратегии и режимов обработки для создаваемых новых перспективных материалов, а также уменьшает вероятность врачебных ошибок, обусловленных человеческим фактором;
- выполнено жесткое крепление заготовки с оправкой в оси В за счет применения упорной резьбы и электропривода, что исключает возникновение аварийных ситуаций при падении давления в гидросистеме;
- согласованная и логичная система кодирования заготовок и инструмента с отображением на панели управления;
- малые габариты и низкий уровень шума при работе позволяют использовать данный стоматологический комплекс в условиях стоматологических кабинетов, клиник, зубопротезных отделений.