Способ и система для изготовления индивидуализированной стоматологической заготовки
METHOD AND SYSTEM FOR MAKING INDIVIDUALIZED DENTAL WORKPIECE

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу изготовления индивидуализированной стоматологической заготовки, в частности к способу, при котором в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе из частиц формируется исходный открыто-ячеистый материал заготовки. Кроме того, настоящее изобретение относится к системе для изготовления такой индивидуализированной заготовки, а также к индивидуализированной стоматологической заготовке.
Уровень техники
В стоматологической практике реставрация одного или более зубов пациента в целом включает замену естественного вещества зубной ткани на искусственную субстанцию. При обширных реставрациях зубов обычно используют изготовленные в условиях лаборатории зубные протезы, которыми заменяют один или более зубов, или по меньшей мере их части.
Для изготовления высококачественных зубных протезов широко используют керамические материалы ввиду их хороших физических, эстетических и биологических свойств. Такие протезы часто изготавливают с применением автоматизированного процесса, который, как правило, включает по меньшей мере один или более из следующих этапов:
- получения цифрового отображения формы зуба пациента, например, путем сканирования зубной модели или фактических зубов пациента в его ротовой полости;
- проектирования зубного протеза с использованием компьютерной программы автомазированного проектирования (CAD); и
- изготовления протеза по проекту с использованием станка с числовым программным управлением.
В стоматологической практике закрепились различные автоматизированные процессы изготовления зубных протезов из керамических материалов. Один из широко используемых способов включает изготовление стандартизированных заготовок, которые могут быть использованы для механической обработки индивидуализированных зубных протезов или их исходных материалов путем удаления материала с заготовки. Такие заготовки заготавливаются достаточно больших размеров, чтобы из них можно было вырезать самые различные типы зубных протезов, и форма заготовки, как правило, никак не коррелирует с индивидуальной формой зуба в ротовой полости пациента.
Несмотря на то что такого рода процессы дают целый ряд преимуществ, предложены также процессы изготовления зубных протезов, основанные на наращивании материала. Такие процессы наращивания, как правило, предусматривают изготовление индивидуализированного зубного протеза, в сущности имеющего требуемую индивидуальную форму, путем поэтапного добавления материала до получения требуемой формы, в отличие от процессов изготовления стандартизированной заготовки увеличенного размера с последующим удалением из нее излишнего материала.
В патентной заявке PCT/US2011/063357, рассматриваемой одновременно с настоящей, описан такой процесс наращивания и соответствующие устройства для изготовления зубного протеза. Несмотря на то что исходный материал зубного протеза, получаемого описанным в данной заявке способом, может иметь увеличенный размер, такое превышение размера устраняется при спекании исходного материала. При этом форма исходного материала в сущности не меняется, а он лишь дает уменьшается в размерах во всех трех измерениях. Соответственно, форма имеющего увеличенный размер исходного материала зубного протеза коррелирует с окончательной формой готового зубного протеза.
Несмотря на различные преимущества тех или иных известных способов изготовления зубных протезов, существует общая потребность в способе изготовления индивидуализированных зубных протезов, обеспечивающем высокую степень автоматизации, максимальное качество и минимальные затраты.
Сущность изобретения
Одно из воплощений настоящего изобретения относится к способу изготовления индивидуализированной стоматологической заготовки. Такая заготовка предпочтительно пригодна для изготовления зубного протеза путем удаления материала. Примеры зубных протезов включают одну или более коронок, мосты, виниры, импланты, абатменты, корневые штифты, ортодонтические брекеты, опорные стоматологические конструкции, стоматологические вкладки, накладки, полночелюстные протезы и их части.
Способ содержит этапы:
- обеспечения индивидуальной цветовой информации о зубе, например цветовой информации, ассоциированной с одним или более зубами пациента;
- формирования исходного открыто-ячеистого материала стоматологической заготовки из частиц способом автоматизированного наращивания;
- придания исходному открыто-ячеистому материалу стоматологической заготовки окраски в соответствии с индивидуальной цветовой информации о зубе; и
- сжатия исходного открыто-ячеистого материала стоматологической заготовки для формирования из него стоматологической заготовки.
Преимуществом настоящего изобретения является то, что оно позволяет изготовить стоматологическую заготовку, имеющую стандартизированную форму наружной поверхности, но индивидуализированной по цветовым требованиям для конкретного пациента или для конкретного приложения, связанного со стоматологической практикой. Настоящее изобретение позволяет использовать общепринятую технологию, основанную на удалении материала, но позволяет также использовать преимущества технологий, основанных на наращивании материала. Соответственно, может быть получен зубной протез, удовлетворяющий максимальным эстетическим требованиям, без необходимости полной замены технологий, применяемых в стоматологической лаборатории. Настоящее изобретение позволяет также изготовить несколько идентичных индивидуализированных зубных протезов или множество различных зубных протезов для одного и того же пациента, или множество различных зубных протезов для различных пациентов. Преимуществом настоящего изобретения является также то, что оно позволяет изготовить окончательный зубной протез из керамического материала без использования винира.
В контексте настоящего изобретения «индивидуализированная стоматологическая заготовка» включает, но не ограничивается ей, заготовку, индивидуализированную по одному или более признакам, но стандартизированную по меньшей мере по одному из других признаков. Так, например, индивидуализированная стоматологическая заготовка может быть индивидуализирована по цвету, но стандартизирована по форме.
В контексте настоящего описания термин «частица» означает субстанцию, которая является твердым телом и имеет форму, которая может быть задана геометрически. Форма может быть правильной или неправильной. Частицы могут быть аналитически описаны, например они могут иметь размер или характеризоваться распределением по размеру.
В одном из воплощений исходный материал стоматологической заготовки формируют из большого количества частиц, в котором, с одной стороны, частицы в целом находятся в контакте друг с другом, а с другой стороны, между ними остаются промежутки. Иными словами, частицы могут использоваться в форме порошка. В контексте настоящего описания термин «порошок» означает в целом сухой материал, образованный большим количеством очень мелких частиц, которые могут рассыпаться друг от друга, если данную порцию встряхнуть или наклонить. В частности, такой порошок может иметь форму собранных друг с другом свободных частиц, которые в целом не слипаются друг с другом, или в крайнем случае, лишь немного слипаются друг с другом.
В одном из воплощений способ включает этап, на котором частицам придают различные цвета в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе. Цвет может быть, например, придан в определенных пространственных положениях к в целом имеющим однородный цвет или в целом не окрашенным частицам. Способ может дополнительно включать этап обеспечения частиц, имеющих различные цвета, в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе. Так, например, частицы, имеющие различные цвета, могут быть уложены в определенных пространственных положениях по отношению друг к другу. В результате этого может быть обеспечена стоматологическая заготовка, имеющая отркрыто-ячеистую структуру и имеющая один или более цветов в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе. Индивидуальную цветовую информацию о зубе предпочтительно получают на этапе, предшествующем этапу придания цвета заготовке. Соответственно, способ может содержать этап получения индивидуальной цветовой информации о зубе. Индивидуальная цветовая информация о зубе может содержать информацию по меньшей мере об одном цвете в форме цветовых данных, но предпочтительно содержит информацию по меньшей мере о первом цвете и втором цвете в форме цветовых данных.
В контексте настоящего описания «цветовые данные» имеют формат, который может быть обработан компьютером, и могут содержать информацию о цвете, прозрачности, отражающей способности и/или яркости поверхности. При этом термин «поверхность» может относиться, например, к участку поверхности настоящего зуба или зубного протеза. Кроме того, цветовые данные могут представлять собой или содержать значение (L*a*b*) и/или цветовой код, например, по шкале «VITA 3D™ Master shade guide».
В частности, способ может содержать этап определения первого цвета и второго цвета. Способ может далее содержать этап создания цветового градиента на основе первого цвета и второго цвета.
Индивидуальная цветовая информация о зубах, например информация о первом цвете и втором цвете, может быть получена вручную, например, врачом-стоматологом. Врач-стоматолог может, например, определить первый цвет и второй цвет для настоящего зуба в полости рта пациента. Врач-стоматолог может, в частности, определить первый цвет и второй цвет для настоящего зуба, расположенного в окрестности зуба, подлежащего реставрации. Это объясняется тем, что зубной протез, которому придана окраска, близкая к цвету расположенного рядом с ним зуба, как правило, воспринимается оптически привлекательно в зубном ряду пациента. Поэтому один цвет из первого цвета и второго цвета может быть определен вблизи прикусной поверхности настоящего зуба. Соответственно второй цвет из первого цвета и второго цвета может быть определен на том же самом зубе, но в окрестности десен. При необходимости могут использоваться области зуба, которые врач-стоматолог может определить как наиболее подходящие. Первый цвет и второй цвет могут быть измерены цветоизмерительным устройством, которое отображает или передает цвета в форме цветовых данных. Такие цветовые данные могут непосредственно использоваться в индивидуальной цветовой информации о зубе. В качестве альтернативы, цветовые данные могут быть дополнительно определены путем визуального сравнения исследуемого объекта с цветовой шкалой (например, оттеночной шкалой VITA 3D™). Кроме того, может использоваться сочетание ручного способа определения цвета с приборным измерением. В данном случае из цветовых кодов по оттеночной шкале могут быть сформированы цветовые данные.
Между различными местами на настоящем зубе, как правило, имеется цветовой градиент. Такой градиент может быть смоделирован компьютером на этапе создания цветового градиента на основе первого цвета и второго цвета. Градиент может быть смоделирован простой интерполяцией, например линейной интерполяцией между первым цветом и вторым цветом. С другой стороны, градиент может быть рассчитан пользователем с использованием системы автоматического проектирования. Кроме того, первый и второй цвета и/или цветовой градиент могут быть определены путем цветовых измерений и/или цветового сканирования (например, получения изображения формы поверхности и ее цветов в точках данной поверхности, имеющих определенные координаты). Настоящее изобретение не ограничено обязательным расчетом цветового градиента, хотя такой градиент может быть легко получен, исходя лишь из двух цветов. В других воплощениях пользователь может, например, вручную задать различные цвета для различных участков трехмерной виртуальной модели, например модели зубного протеза или модели стоматологической заготовки, как описано, например, в Европейской патентной заявке 11195192.7, поданной одновременно с настоящей и упоминаемой в настоящей заявке для ссылки.
В одном из воплощений способ содержит этап обеспечения индивидуальной цветовой информации о зубе с координатами, ассоциированными с цветовыми данными. Так, например, индивидуальная цветовая информация о зубе может содержать первую координату, ассоциированную с первым цветом, и вторую координату, ассоциированную со вторым цветом. Таким способом в индивидуальной цветовой информации о зубе могут быть представлены положения первого и второго цветов. Кроме того, индивидуальная цветовая информация о зубе может содержать множество координат, ассоциированных с цветами цветового градиента (или иного пространственного распределения цветов). Таким образом, цветовой градиент может быть представлен координатами и соответствующими цветовыми данными по используемым координатам.
В одном из воплощений способ содержит этап привязки стоматологической заготовки к индивидуальной цветовой информации о зубе, ассоциированной с пациентом или с зубом пациента. Данный этап способа предпочтительно выполняется виртуально на компьютерной системе. На данном этапе индивидуальная цветовая информация о зубе, полученная, как было описано выше, предпочтительно используется для задания окраски стоматологической заготовки. Для привязки заготовки к цветовой информации форма заготовки и индивидуальная цветовая информация о зубе могут быть сохранены в компьютере, и с помощью компьютерной системы проектирования может быть произведена их взаимная привязка. Форма заготовки может быть представлена трехмерной моделью заготовки, а индивидуальная цветовая информация о зубе может быть виртуально приведена в соответствие с моделью заготовки. Так, например, первой и второй координатам модели заготовки могут быть соответственно приписаны первый и второй цвета. В случае когда индивидуальная цветовая информация о зубе содержит координаты, ассоциированные с первым и вторым цветами, такие координаты могут использоваться для задания первой и второй координат модели заготовки. На практике первый и второй цвета, а также дополнительно возможные цвета могут быть представлены в системе координат, которая может быть виртуально или визуально наложена на систему координат заготовки. Иными словами, цвета, определенные в зубном ряду пациента, могут быть виртуально внесены в модель заготовки в натуральном масштабе или в пропорциональном масштабе.
В одном из воплощений виртуальная модель стоматологической заготовки представлена виртуальной частичной моделью для каждого из слоев, из которых сформирована заготовка, включая цветовые данные, представляющие цвет данного слоя. Такие цветовые данные могут дополнительно включать два или более цвета и корреляцию между цветами и координатами, к которым приписаны цвета в пределах слоя.
В одном из воплощений этапы формирования исходного материала стоматологической заготовки и придания цвета исходному материалу стоматологической заготовки выполняются совместно, например, в виде единой последовательности попеременно исполняемых этапов способа. В частности, формирование исходного материала стоматологической заготовки может производиться путем последовательного наложения слоев частиц друг на друга, при этом каждому слою частиц придаются один или более цветов для достижения общей окраски исходного материала стоматологической заготовки в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе. Таким образом, на основании индивидуальной цветовой информации о зубе модели заготовки по всему ее объему могут быть приписаны цвета. Модели заготовки могут быть приданы цвета в соответствии с цветовым градиентом, основанным на первом цвете и втором цвете, или иным образом, в соответствии с целесообразностью. Таким образом модели заготовки могут быть приписано множество слоев, уложенных друг на друга в первом измерении, так что каждый слой будет иметь приписанный ему цвет из цветового градиента. Такие слои предпочтительно имеют одинаковую толщину и являются протяженными во втором и третьем измерениях до границ формы заготовки. Таким образом, каждый слой предпочтительно имеет в целом постоянную толщину, и кроме того, множество слоев или все слои в целом могут иметь одинаковую толщину. Всему объему каждого слоя может быть приписан одинаковый цвет, или может быть приписана двухмерная структура из разных цветов. Соответственно, в процессе наращивания, используемом для изготовления заготовки, может быть воспроизведен каждый слой с приписанными ему одним или более цветами. Кроме того, модели заготовки могут быть приписаны цветные слои в двух или во всех трех измерениях, при этом перекрывающиеся друг с другом в различных измерениях слои виртуально накладываются друг на друга. Так, например, разбивка модели заготовки на слои во всех трех измерениях дает виртуальные кубики модели заготовки, которым приписаны определенные цвета, а разбивка на слои в двух измерениях дает виртуальные столбики модели заготовки, которым приписаны определенные цвета.
Соответственно, модели заготовки могут быть приписаны цветовой градиент или цветовая структура только в одном измерении, в то время как в остальных измерениях она может иметь однородный цвет.
В одном из воплощений привязка индивидуальной цветовой информации о зубе к заготовке производится в системе автоматизированного проектирования. Такая система может графически воспроизвести форму заготовки, к которой может быть добавлена цветовая информация, например это может быть сделано пользователем. Несмотря на то что система автоматизированного проектирования может быть настроена также на проектирование и графическое отображение формы готового зубного протеза, например, в пределах границ заготовки, окраска заготовки предпочтительно является независимой от формы зубного протеза. В частности, цвета, приписанные модели заготовки, предпочтительно не ограничены границами, определяемыми формой зубного протеза, а выступают за пределы таких границ, например распространяются на всю заготовку.
В одном из воплощений способ содержит этап обеспечения индивидуальной информации о форме зубного протеза, ассоциированной с конкретным пациентом. Индивидуальная информация о форме зубного протеза может быть получена сканированием по меньшей мере части зуба, подлежащего реставрации. Кроме того, индивидуальная информация о форме зубного протеза может быть получена методом проектирования, например, с использованием автоматизированной системы проектирования для стоматологической практики. Для проектирования может использоваться электронная библиотека, в которой хранятся модели стандартных форм зуба. После этого выбранная модель зуба может быть модифицирована пользователем системы автоматизированного проектирования в соответствии с фактической клинической картиной полости рта пациента. Примером такой системы автоматизированного проектирования для стоматологических приложений является система автоматизированного проектирования и производства (CAD/САМ) LAVA™, предлагаемая 3М Deutschland GmbH (Германия).
В одном из воплощений способ содержит этап обеспечения исходного материала стоматологической заготовки и получаемой из него стоматологической заготовки, имеющей форму, не зависящую от формы зубного протеза. Еще в одном воплощении способ содержит этап определения положения зубного протеза в границах заготовки. Поскольку заготовка, получаемая способом в соответствии с настоящим изобретением, имеет окраску, не зависящую от формы зубного протеза, зубной протез может быть вырезан из заготовки в любом положении внутри заготовки. Однако поскольку заготовке придана окраска в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе, ассоциированной с конкретным пациентом, получаемая фактическая окраска зубного протеза зависит от положения, в котором зубной протез вырезан из заготовки. Поэтому положение зубного протеза внутри заготовки может использоваться для управления окраской окончательного зубного протеза, в пределах цветовой гаммы, которую имеет заготовка. Так, например, может быть получен более естественный оптический вид зубного протеза, расположенного между двумя настоящими зубами, за счет использования небольших цветовых отклонений между настоящими зубами и протезом. Дело в том, что небольшие цветовые отклонения между двумя соседними зубами, как правило, выглядят более естественно, чем два соседних зуба, имеющие совершенно идентичный цвет. При изготовлении множества различных зубных протезов, располагаемых непосредственно друг за другом в ротовой полости пациента, цветовые отклонения между ними могут давать эстетическое преимущество. Такие отклонения могут быть легко получены за счет изменения положения зубного протеза по отношению к заготовке.
Положение зубного протеза внутри заготовки предпочтительно определяется до удаления материала с заготовки. При помощи компьютера, например, с установленной на нем системой автоматизированного проектирования, описанной выше, трехмерная модель зубного протеза может быть виртуально расположена в требуемом положении внутри модели заготовки. Так, например, система может воспроизвести графическое изображение модели заготовки в прозрачной или полупрозрачной форме, и пользователь может перетащить модель зубного протеза в нужное положение внутри модели заготовки (или наоборот). В качестве альтернативы, относительное положение зубного протеза и заготовки может быть определено автоматически. Так, например, координаты, используемые для придания цветовой гаммы заготовке, могут использоваться для определения координат зубного протеза относительно заготовки. Для создания отклонений положения может использоваться генератор случайных чисел, вырабатывающий величины отклонений в требуемых пределах, на которые может быть смещено положение протеза относительно заготовки.
В одном из воплощений частицы содержат керамический материал или в сущности состоят из него. Керамический материал предпочтительно содержит диоксид циркония или в сущности состоит из диоксида циркония. Сведущим в данной области техники будет очевидно, что могут использоваться стеклокерамические материалы, но наиболее предпочтительным материалом для изготовления большей части зубного протеза является диоксид циркония ввиду относительно высокой механической прочности диоксида циркония в условиях ротовой полости человека.
В целом в контексте настоящего описания подразумевается, что материал, из которого изготавливается зубной протез, не должен приносить вреда здоровью пациента и соответственно не должен содержать опасных и токсичных компонентов, которые могли бы выделяться из протеза. Зубные протезы, как правило, имеют малый размер и могут содержать секции, имеющие толщину стенок в диапазоне от примерно 100 мкм до примерно 2000 мкм, или в диапазоне от примерно 100 мкм до примерно 500 мкм. Суммарный объем зубного протеза, как правило, составляет менее чем примерно 100 мл, или менее чем примерно 50 мл, или менее чем примерно 10 мл, или менее чем примерно 5 мл.
В одном из воплощений способ содержит этапы последовательного формирования слоев частиц. Слои частиц предпочтительно формируются с использованием технологии автоматического наращивания, более подробное описание которой будет приведено в примерах ниже. При таком наращивании слоев на выбранные слои может быть нанесен по меньшей мере один цвет до наращивания следующего слоя. Кроме того, до наращивания следующего слоя на выбранные слои может быть нанесено множество цветов. Цвет или цвета могут наноситься в виде двумерной структуры. Каждый из слоев частиц может быть окрашен по в целом непрерывной области, не зависящей от размеров зубного протеза.
В одном из воплощений на выбранные слои наносится жидкость до выполнения следующего слоя. Кроме того, на выбранные слои может быть нанесено множество жидкостей, имеющих различный цвет. Каждая жидкость может иметь цвет, например, за счет наличия в ней красителя или окрашивающего раствора (как описано, например, в патенте ЕР-А- 1 486 476), и множество жидкостей может иметь различные цвета. Соответственно, нанесение одной или более жидкостей может обеспечивать нанесение одного или более цветов. Жидкость может быть подобрана таким образом, что она будет проникать в порошок, в результате чего после ее нанесения множество частиц порошка будет окрашено. Основная часть жидкости, или в сущности вся жидкость может быть удалена после окрашивания, например, способом сушки.
Соответственно, настоящее изобретение предпочтительно предусматривает получение исходного материала стоматологической заготовки, сформированного из большого количества собранных друг с другом, но в целом не связанных друг с другом частиц. Между частицами предпочтительно остаются промежутки, и соответственно, исходный материал стоматологической заготовки имеет открыто-ячеистую структуру (иногда называемую также пористой). Такой исходный материал стоматологической заготовки, имеющий открыто-ячеистую структуру, имеет наружные границы, определяющие его начальный объем. Плотность исходного материала стоматологической заготовки в расчете на данный начальный объем, как правило, ниже, чем площадь частиц, из которых сформирован исходный материал стоматологической заготовки. Такая плотность исходного материала стоматологической заготовки именуется далее «начальной плотностью». Кроме того, начальная плотность предпочтительно означает плотность высушенного исходного материала стоматологической заготовки, имеющего открыто-ячеистую структуру. Под высушенным подразумевается исходный материал стоматологической заготовки, из которого удален избыток жидкости.
В одном из воплощений способ содержит этап сжатия исходного материала стоматологической заготовки для получения из него стоматологической заготовки и тем самым для повышения плотности от начальной до промежуточной. Соответственно, стоматологическая заготовка предпочтительно имеет промежуточную плотность. Сжатие предпочтительно производят под давлением, которое вызывает слипание частиц друг с другом. Таким образом может быть обеспечена стоматологическая заготовка, имеющая размерную стабильность, которая позволяет проводить ее дальнейшую обработку в виде единого куска материала. Это означает, что промежуточная плотность стоматологической заготовки по-прежнему меньше, чем плотность частиц, из которых сделана заготовка. Однако промежуточная плотность предпочтительно выше, чем начальная плотность, хотя заготовка по-прежнему имеет открыто-ячеистую структуру при данном значении промежуточной плотности.
В одном из воплощений способ содержит этап обеспечения средства для сжатия исходного материала стоматологической заготовки. Исходный материал стоматологической заготовки сжимают до формы, не зависящей от формы в соответствии с информацией о форме зуба или форме зубного протеза. Исходный материал стоматологической заготовки может быть сжат вдоль одной оси. Поэтому исходный материал стоматологической заготовки предпочтительно формируют в полости или рамке (предпочтительно закрытой со дна, для предотвращения высыпания частиц) и сжимают между двумя штампами с силой прижимаемыми друг к другу с противоположных сторон. Сведущим в данной области техники будет очевидно, что может также использоваться только один штамп, сжимающий исходный материал стоматологической заготовки в полости, имеющей чашеобразную форму. Исходный материал стоматологической заготовки может быть сжат способом предварительного сжатия вдоль одной оси и последующего изостатического повторного сжатия. Последующее изостатическое повторное сжатие позволяет получить стоматологическую заготовку, имеющую максимально однородную структуру. Для изостатического повторного сжатия стоматологическая заготовка (предварительно сжатая вдоль одной оси) может быть помещена в жидкость, например, содержащуюся в гибком мешочке, после чего жидкость может быть сжата, в результате чего гидравлическое давление обеспечивает повторное сжатие предварительно сжатой стоматологической заготовки. Сформированная таким образом стоматологическая заготовка предпочтительно имеет достаточную механическую прочность, при которой она может быть подвергнута последующим операциям обработки, в том числе обработки резанием, например фрезерованию и шлифованию.
В одном из воплощений способ содержит этапы формирования исходного материала стоматологической заготовки в камере наращивания и последующего сжатия исходного материала стоматологической заготовки внутри камеры наращивания. Такая камера для наращивания может быть, например, обеспечена в картридже, в том числе съемном, который может быть помещен в устройство наращивания, а затем помещен в пресс для сжатия исходного материала стоматологической заготовки. Такой картридж будет более подробно описан в примерах ниже.
В одном из воплощений способ содержит этап предварительного спекания стоматологической заготовки для получения предварительно спеченной стоматологической заготовки. Поэтому стоматологическая заготовка может быть подвергнута воздействию температуры от 500°С до 1100°С (в зависимости, в числе прочих факторов, от материала, из которого изготовлен исходный материал стоматологической заготовки). Этап предварительного спекания предпочтительно проводится при такой температуре и имеет такую длительность, при которых получается стоматологическая заготовка, имеющая открыто-ячеистую структуру или частично открыто-ячиестую, частично закрыто-ячеистую, и имеет предокончательную плотность, которая выше, чем промежуточная плотность. Этап предварительного спекания предпочтительно обеспечивает свойства предварительно спеченной стоматологической заготовки, которые позволяют проводить ее обработку резанием, и в частности, исключают самопроизвольное скалывание материала во время его обработки. Кроме того, механическая прочность предварительно спеченной заготовки предпочтительно выше, чем механическая прочность стоматологической заготовки до спекания (именуемой среди стоматологов «сырой стоматологической заготовкой»). Таким образом, предварительно спеченная стоматологическая заготовка предпочтительно должна быть достаточно прочной и устойчивой против механических напряжений, возникающих при последующем обращении с ней и/или последующей ее обработке резанием.
Сведущим в данной области техники будет понятно, что этап предварительного спекания является дополнительно возможным, и «сырая» стоматологическая заготовка также может непосредственно использоваться для вырезания из нее зубного протеза, хотя последнее не является предпочтительным.
Еще в одном воплощении способ дополнительно содержит этап удаления части «сырой» стоматологической заготовки или предварительно спеченной стоматологической заготовки для получения из нее исходного материала зубного протеза. Заготовка может быть подвергнута обработке резанием, например фрезерованию или шлифованию, для удаления части стоматологической заготовки. Данная операция может быть выполнена на фрезеровальном или шлифовальном станке с компьютерным управлением, на основе информации о форме зубного протеза. Исходный материал зубного протеза может иметь форму, представляющую собой пропорционально измененную в трех направлениях (в частности, увеличенную) форму готового зубного протеза
Еще в одном воплощении способ дополнительно содержит этап спекания исходного материала зубного протеза. Исходный материал стоматологической заготовки предпочтительно подвергается воздействию температуры от 800°С до 1600°С (в зависимости, в числе прочих факторов, от материала, из которого изготовлен исходный материал стоматологической заготовки). Спекание предпочтительно вызывает дальнейшее повышение плотности (и соответственно сокращение размеров в трех направлениях, и поэтому исходный материал зубного протеза обычно имеет увеличенные размеры). Окончательная плотность зубного протеза предпочтительно в целом соответствует плотности частиц, из которых изготовлена стоматологическая заготовка. Иными словами, зубной протез предпочтительно не имеет открытых ячеек и полостей, и его окончательная плотность выше, чем начальная плотность, промежуточная плотность и предокончательная плотность, упомянутые выше.
В одном из воплощений способ содержит этап винирования зубного протеза. Несмотря на то что данный этап является дополнительно возможным, поскольку способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет изготовить оптически привлекательный зубной протез, изготовленный только из керамики, такой этап не исключен и при необходимости может использоваться. Этап винирования зубного протеза может, например, содержать операцию выполнения винира из стеклокерамики. Сведущим в данной области техники известны, однако, и другие возможные технологии винирования, нанесение вручную слоями материалов, которые затем подвергают обжигу для их отвердевания или которые подвергают отвердеванию химическим способом. Ручное нанесение материалов слоями может дополнительно включать использование стоматологических красок и/или эффектных оттеночных красителей. Способ может дополнительно включать этап глазурования зубного протеза. Таким образом может быть получен зубной протез, имеющий хорошие эстетические и механические свойства.
Следующее воплощение изобретения относится к системе для изготовления индивидуализированной стоматологической заготовки. Система содержит:
интерфейс обмена данными для приема индивидуальной цветовой информации о зубе, например, ассоциированной с конкретным пациентом или зубом пациента;
устройство наращивания, содержащее:
резервуар для частиц;
приемный элемент устройства наращивания, - для последовательного приема порций частиц, укладываемых слоями друг на друга для формирования исходного материала стоматологической заготовки;
блок дозирования цвета, подающий по меньшей мере один цвет на выбранные слои в виде двухмерной структуры, при этом слои выбираются, и/или двухмерные структуры задаются, исходя из индивидуальной цветовой информации о зубе;
и пресс для сжатия исходного материала стоматологической заготовки и формирования из него стоматологической заготовки; и
при этом система исполняет способ, описанный выше.
В одном из воплощений камера наращивания выполнена с возможностью ее снятия с устройства наращивания и ее установки в пресс. Пресс может содержать штамп для сжатия исходного материала стоматологической заготовки, расположенного в приемном гнезде для наращивания, вдоль одной оси. Приемное гнездо для наращивания выполнено таким образом, что оно может удерживать исходный материал стоматологической заготовки, в частности, во время сжатия его прессом. Кроме того, размер и форма штампа могут быть подобраны таким образом, чтобы штамп имел возможность движения вовнутрь камеры наращивания.
В одном из воплощений настоящего изобретения система содержит два штампа. Камера наращивания может быть образована сквозным отверстием в картридже. Предпочтительно, чтобы система содержала два штампа, имеющих возможность перемещения вовнутрь камеры наращивания (или сквозного отверстия) с противоположных сторон.
В альтернативном воплощении система может дополнительно содержать пресс, содержащий жидкость для гидравлического или изостатического повторного сжатия стоматологической заготовки, предварительно сжатой вдоль одной оси.
Еще одно воплощение изобретения относится к индивидуализированной стоматологической заготовке из материала, имеющего открыто-ячеистую структуру, образованную слипшимися друг с другом частицами, при этом заготовка окрашена в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе. Индивидуализированная стоматологическая заготовка предпочтительно изготовлена способом в соответствии с настоящим изобретением.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Схематическое изображение устройства для быстрого изготовления прототипов, которое может использоваться для реализации настоящего изобретения.
Фиг. 2. Схематическое изображение устройства для быстрого изготовления прототипов, показанного на фиг. 1, на другом этапе работы.
Фиг. 3. Схематическое изображение альтернативного устройства для быстрого изготовления прототипов, которое может использоваться для реализации настоящего изобретения.
Фиг. 4. Разрез картриджа, содержащего исходный материал стоматологической заготовки, получаемый с использованием процесса наращивания в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг. 5. Разрез, отображающий этап сжатия стоматологической заготовки в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 схематически показано устройство 100 для быстрого изготовления прототипов (иногда называемое также 3D-принтером), которое может использоваться для реализации настоящего изобретения. Устройство 100 в целом может наращивать трехмерный объект на основе цифровых данных, в виде которых записана форма данного объекта. В частности, устройство 100 может использоваться для наращивания механически стабильного трехмерного объекта из частиц, подаваемых в форме порошка, и жидкости, локально добавляемой в порошок. В частности, такое устройство предлагается к продаже под торговым наименованием «ZPrinter™ 310+» компанией ZCorp.
Устройство 100 имеет резервуарную камеру 101 и так называемую камеру 102 наращивания. На данном чертеже камера 102 наращивания пуста и готова к приему первой порции порошка, подаваемого из резервуарной камеры 101. Для подачи порошка из резервуарной камеры 101 к камере 102 наращивания используется валик 107. С помощью подъемных площадок 104, 106 резервуарной камеры 101 и камеры 102 наращивания обеспечивается управление уровнем порошка в камерах 101 и 102 соответственно. В частности, подъемная площадка 106 камеры наращивания расположена со смещением от верхнего отверстия 112 камеры 102 наращивания, и таким образом обеспечено пространство, которое может быть заполнено порошком, в результате чего в камере 102 наращивания может быть сформирован первичный слой порошка. С другой стороны, подъемная площадка 104 резервуарной камеры расположена таким образом, чтобы была обеспечена определенная порция порошка выше отверстия 111 резервуарной камеры 101. Порция порошка, расположенная выше отверстия 111 резервуарной камеры, может, например, в целом соответствовать объему свободного пространства, обеспеченного в камере 102 наращивания. Подъемные площадки 104 и 106 могут быть приведены в ступенчато изменяющиеся положения, что обеспечивает подачу порошка из резервуарной камеры 101 в камеру 102 наращивания порциями, формирующими множество слоев.
Устройство 100 имеет также дозирующий блок 108 для селективной подачи жидкости на открытый или самый верхний слой порошка в камере 102 наращивания. Жидкость предпочтительно выбрана таким образом, чтобы она проникала в порцию порошка, в результате чего краситель, содержащийся в жидкости, окрашивает данную порцию порошка. Дозирующий блок 108 имеет возможность перемещения по меньшей мере в двух измерениях (на данном чертеже - в направлении слева направо и в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа), и может быть расположен в определенных положениях по меньшей мере над камерой 102 наращивания. При работе устройства 100 в камере 102 наращивания может быть обеспечен очередной слой порошка, и на всю поверхность данного слоя, или на часть его поверхности, может быть выпущена жидкость, до обеспечения в камере 102 наращивания следующего слоя порошка. На вновь сформированный слой снова может быть выпущена жидкость, а именно на часть поверхности слоя или на всю его поверхность, до подачи следующего слоя порошка. Положения выпуска жидкости предпочтительно являются управляемыми, что позволяет получить окрашенные порции формируемого в камере объекта, наложенные друг на друга в виде последовательных слоев, в результате чего формируются более крупные окрашенные участки объекта. Этапы обеспечения очередного слоя и выпуска жидкости могут быть повторены до получения сплошной окрашенной части объекта, имеющей требуемые размеры и форму.
На фиг. 2 показано то же самое устройство 100, что и на фиг. 1, но на другом этапе работы. На данном этапе в камере 102 наращивания наращена окрашенная часть 120. Форма камеры 102 наращивания в целом имеет форму исходного материала стоматологической заготовки. В показанном примере исходный материал стоматологической заготовки содержит окрашенную часть 120 и в целом неокрашенную часть, расположенную снаружи по отношению к окрашенной части 120. Данный пример приведен для демонстрации возможности устройства селективно окрашивать порции порошка. Однако предпочтительно (хотя это не показано) окрашиванию подвергается весь объем порошка в камере наращивания. Камера наращивания и соответственно также исходный материал стоматологической заготовки имеют в целом постоянное поперечное сечение по множеству слоев порошка. Поперечное сечение камеры может быть в целом прямоугольной или в целом округлой формы, например квадратной формы или круглой формы. И хотя окрашенная часть 120 образует непрерывную область, исходный материал стоматологической заготовки предпочтительно в целом имеет открыто-ячеистую структуру, по меньшей мере после высыхания жидкости, выпущенной на порошок. Кроме того, частицы порошка предпочтительно не скреплены друг с другом даже в окрашенной части 120. Размеры и форма исходного материала стоматологической заготовки предпочтительно предопределены и не зависят от конкретной формы зубного протеза, получаемого из данного исходного материала стоматологической заготовки. При этом, однако, исходный материал стоматологической заготовки может быть окрашен в соответствии с индивидуальной цветовой информацией о зубе. Таким образом формируется исходный материал стоматологической заготовки, имеющий стандартизированную форму, но индивидуализированную окраску.
Для обеспечения такой индивидуализированной окраски дозирующий блок предпочтительно имеет возможность выпуска нескольких жидкостей, имеющих различные цвета. Так, например, на каждом слое из множества слоев, используемых для формирования исходного материала стоматологической заготовки, может быть напечатано двухмерное изображение путем выпуска одной жидкости, имеющей определенный цвет, или большего количества жидкостей, имеющих разные цвета. Следует отметить, что хотя формируемое таким образом изображение на каждом слое является двухмерным, одна или более жидкостей, формирующих изображение, насыщают порошок цветом в дополнительном измерении. Соответственно получается трехмерная порция насыщенного цветом порошка (предпочтительно толщиной по меньшей мере в один слой), посредством которой изображение непрерывно продолжается от предыдущей порции к последующей. Изображение может соответствовать по своей наружной форме поперечному сечению исходного материала стоматологической заготовки и может быть непрерывным. Изображение может содержать один или более цветов, напечатанных в виде определенной структуры на основе индивидуальной цветовой информации о зубе. Таким образом, многочисленные изображения, каждое из которых имеет свою индивидуальную окраску, накладываются слоями друг на друга, и обеспечивается исходный материал стоматологической заготовки, имеющий индивидуализированную окраску. Такая индивидуализированная окраска может, например, образовывать цветовой градиент в одном или более измерениях в пределах исходного материала стоматологической заготовки, в результате чего зубной протез, выполненный из данного исходного материала стоматологической заготовки, получает цветовой градиент, напоминающий окраску настоящего зуба.
Индивидуальная цветовая информация о зубе может быть получена с компьютера, на котором хранится трехмерная модель зубного протеза для конкретного пациента. Трехмерная модель предпочтительно содержит информацию о форме и окраске зубного протеза. В частности, модель зубного протеза может содержать информацию о цвете в некотором положении в пределах трехмерной модели. В частности, что более предпочтительно, модель зубного протеза может содержать информацию о цвете во множестве положений в пределах трехмерной модели.
В одном из воплощений цветовая информация о зубе может быть получена путем задания первого цвета в первом положении и второго 4BeTf во втором положении в пределах трехмерной модели зубного протеза, и автоматического определения цветов в дополнительных положениях между первым и вторым положениями. Такие дополнительные цвета могут быть, например, автоматически рассчитаны по методу линейного градиента между первым цветом и вторым цветом. Первый и второй цвета могут быть вручную введены пользователем, например, в форме цветовых кодов зуба, полученных по стандартной цветовой шкале для зубов. Известной цветовой шкалой зубов является, например, шкала «VITA 3D™ Master shade guide». Трехмерная модель зубного протеза может быть автоматически проанализирована компьютером, например, может быть виртуально разбита на слои, в результате чего может быть получено множество структур, в соответствии с которыми жидкость может наноситься принтером на слои порошка.
На фиг. 3 показано устройство 200, имеющее печатающую головку 208 для дозированного выпуска четырех различных цветов. Устройство в целом имеет те же функции, что и устройство 100, описанное выше, но имеет другую конфигурацию резервуарной камеры 201. В данном примере резервуарная камера 201 имеет возможность перемещения относительно камеры 202 наращивания, и соответственно выпуск порошка осуществляется непосредственно из резервуарной камеры 201 в камеру 202 наращивания. В одном из воплощений резервуарная камера 201 имеет патрубок 203, закрытый нижним дозирующим соплом 204. На данном чертеже патрубок 203 заполнен порошком, который выпускается из патрубка через дозирующее сопло 204. Для дозировки порошка резервуарная камера 201 устанавливается над отверстием камеры 202 наращивания, после чего порошок выпускается в камеру наращивания, и резервуарная камера 201 перемещается из стороны в сторону, распределяя выпущенный порошок в целом равномерным слоем. В данном примере для данной цели устройство 200 имеет валик 207, который может быть прикреплен к подвижной резервуарной камере 201. Таким образом в камере наращивания может быть сформировано множество слоев. После формирования в камере наращивания каждого последующего слоя порошка печатающая головка 208 придвигается в положение над последним уложенным слоем для печати на нем изображения, основанного на индивидуальной цветовой информации о зубе, как было описано выше. В данном примере печатающая головка 208 подвешена на опоре (не показана), которая приводится в движение электрическим двигателем и обеспечивает управляемое положение печатающей головки 208 по меньшей мере в двух измерениях. Кроме того, печатающая головка в данном примере содержит сопло струйной печати для каждого цвета. Компьютер может обеспечивать управление соплами струйной печати и опорой и, соответственно, печать изображения. Камера 202 наращивания содержит объем порошка, отдельные участки которого имеют индивидуальную окраску. На данном чертеже показано, как может производиться окрашивание областей, соответствующих отдельным зубам, и при этом границы окрашенных областей не соответствуют границам исходного материала стоматологической заготовки.
На фиг. 4 показан картридж 10, который предпочтительно образует по меньшей мере часть камеры наращивания. И хотя это не показано, в устройствах, показанных на фиг. 1-3, может использоваться такой картридж 10. Картридж 10 предпочтительно может быть выполнен с возможностью съемной его установки в устройство быстрого изготовления прототипов, описанное выше. Как показано на данном чертеже, в картридже 10 находится исходный материал 20 стоматологической заготовки. Исходный материал 20 стоматологической заготовки, предпочтительно сформированный из нескрепленных друг с другом частиц, лежит на лотке 12, который имеет возможность перемещения внутри корпуса 11 картриджа. Лоток 12 обеспечивает возможность требуемого расположения объема порошка во время наращивания и проведения прочих операций обращения с ним. В частности, лоток 12 предотвращает высыпание порошкообразного исходного материала стоматологической заготовки из картриджа во время переноса картриджа 10 из устройства для наращивания в пресс (не показан). На данном этапе исходный материал 20 стоматологической заготовки может быть сжат внутри картриджа 10 и затем извлечен из картриджа 10.
На фиг. 5 показана операция сжатия исходного материала 20 стоматологической заготовки в картридже 10 вдоль одной оси для формирования стоматологической заготовки. В корпус 11 картриджа устанавливают верхний прессующий штамп 30 и нижний прессующий штамп 40, так что исходный материал 20 стоматологической заготовки оказывается расположенным между ними. Верхний прессующий штамп 30 и нижний прессующий штамп 40 прижимают друг к другу для сжатия исходного материала 20 стоматологической заготовки. Силу F, с которой прессующие штампы 30, 40 прижимают друг к другу, выбирают таким образом, чтобы давление, оказываемое на исходный материал стоматологической заготовки, находилось в диапазоне от примерно 10 МПа и 1000 МПа, в частности, от примерно 30 МПа и 150 МПа. При таких давлениях частицы порошка, как правило, слипаются друг с другом.