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逆向工程的计算机辅助设计嵌体的分析

2018.04.08      点击: 25

摘要:陶瓷嵌体具有很好的美学、机械以及生物学性能,但做陶瓷嵌体修复的设备成本高,基于逆向工程的计算机辅助设计在做陶瓷嵌体修复时,相比其他嵌体修复,失败率较低。基于此,本文从逆向工程及嵌体出发,总结了利用逆向工程软硬件以及计算机辅助设计软件,进行陶瓷嵌体设计的方法,以供参考。

关键词:逆向工程;CAD 嵌体;设计

 

中图分类号:TP391.72R783 文献标识码:A 文章编号:1671-5624201621-0116-01


 

陶瓷嵌体色泽自然美观、光泽度好,不变色,坚硬耐磨,但操作流程比较复杂,需要相关快速成型技术的支持。因此,有必要对陶瓷嵌体的设计进行一番探讨。

1 逆向工程与嵌体

 

1.1 逆向工程

 

逆向工程又称逆向技术,是一种用于产品设计的再现过程,也就是对一项成品进行逆向研究与分析,从而演绎并获取该成品的组织结构、处理流程、技术规格、功能特性等设计要素,以便制作出与成品功能相近但又完全不一样的产品。这种技术源自于军事及商业领域,其主要目的是在无法轻易获得生产信息的条件下,直接分析成品,进而推导出新产品,这也是逆向工程的设计理念。

 

有人可能会认为逆向工程是对知识产权的一种严重侵害,但其实在实际的应用过程当中,反而可能会对知识产权的所有者起到一定的保护作用,因为如果怀疑某件产品侵害了某公司的知识产权,可使用逆向工程寻找该成品当中侵害知识产权的证据。同时随着科学技术的发展,逆向工程的应用领域不断延伸,在产品制造、机械设计、医学等领域都有广泛应用。

 

随着计算机辅助设计的流行,逆向工程演变成以 CAD、CAM、CAE 等软件构筑 3D 虚拟模型,还原现有物理部件的方法,真实的物理部件可通过 CMMS、激光扫描仪、X 射线断层成像等 3D 扫面技术进行测量并转化成 CAD 等软件识别的文件格式形成 NURBS 曲线或 CAD 模型等。

1.2 嵌体

 

嵌体(inlay),用于牙体内部一面或多面,使牙体缺损的形态和功能得以恢复的一种嵌入式修复体或冠内固位体。根据覆盖牙面的不同,分为单面、双面和三面嵌体,涵盖颌面嵌体、颊面嵌体、MO 颌嵌体、DO 颌嵌体、BO 嵌体、LO 嵌体、MOD 嵌体、BOD 嵌体。根据制作材料划分包括陶瓷嵌体、树脂嵌体和合金嵌体。适用于健康牙体组织多,参与牙体耐受颌力不折裂,只修复缺损牙体,而对于剩余牙体组织不具备保护作用。

 

综上所述,由于牙体缺损的形式差异大,嵌体的形式多样,基于逆向工程的计算机辅助设计,可使嵌体成品紧贴牙体组织,使其达到最佳的修复效果,基于此,下文以陶瓷嵌体为例,进行基于逆向工程的嵌体计算机辅助设计。

2 逆向工程的计算机辅助设计嵌体

 

2.1 准备

 

扫描工具:牙科专用三维扫描仪。逆向工程软件:

 

Geomagic Studio(美国 Raindrop)、Imageware(美国 EDS) surfacer 以及模型软件 CAD、CAM、CAE 等。设计平台:考虑嵌体模型制作精度,采用 DELL 工作站,或硬件配置相对较好的计算机平台,OS 为 windows7 64 位操作系统。标准牙数据库;RP 快速成型设备。

 

2.2 方法

 

2.2.1 实物模型

 

实物模型由一名健康牙体组织较多的 27 岁男性自愿者提供,使用石膏制作两个该自愿者的牙颌模型,将其中一个


模型上行后牙牙体预备,制作出符合陶瓷嵌体的适应症的牙体。

 

2.2.2 数据采集

 

使用扫描工具的光学探头,直接从模型上制取光学印模,获取牙齿三维信息。扫描方法,将光学探头平行置于实物模型基牙上,不接触牙面,可成 100°左右的角度。

 

2.2.3 CAD 嵌体

 

ASCII Delimited 格式读取牙体预备体的顶点云数据,使用的工具为逆向工程软件 SUFACER,对点阵数据进行判断,去除噪点,也就是消除测量误差点,生成三维模型。

 

根据预备牙体 Curvature(点云曲率)的特征,计算机自动识别洞型边缘特征,点选特征区上的特征点,进行 NURBS 曲线的创建,构建出特征区边缘线,提取曲线内的点或面作为嵌体组织面,修正组织面法线,根据 ADA(美国亚裔协会标准)设定法线偏移参数,制作粘结剂空间。要注意需进行牙尖交错位咬合分析。

 

根据标准牙数据库当中的牙面模板,构建嵌体顶面,从数据库中读取同名标准牙数据模型,并移植到缺损部位。通过软件提供的移动、缩放等功能调整到与缺损牙体基本一致的状态,沿法线方向投影洞型边缘曲线至标准牙面,构建出投影线,放大对象视图。在投影线内侧裁剪标准牙的顶面,通过编辑功能使顶面与剩余牙体组织保持一致,设定切向连续参数,将编辑好的标准牙顶面与洞型边缘线缝合。此时便形成了嵌体的粗模型,调整模型点,并去除多余的点、线、面。

 

对粗模型进行精细修改,以约束线和构建线的方式,调整嵌体模型,直至合适状态,保存资料,将模型输出为 STL 格式,由 RP 快速成型技术制作成陶瓷嵌体。

 

2.3 结果

 

将陶瓷嵌体的成品经该嵌体的修复流程,修复预备的实物模型。同 CAD 调整制作而成的嵌体,其组织面与牙体组织密合度良好,固位良好,边缘封闭,符合生理学要求,修复效果良好。

3 结语

 

陶瓷嵌体色泽自然美观、光泽度好,不变色。具有很好的化学稳定性,对牙体组织没有刺激,坚硬耐磨,但操作流程比较复杂,需要相关快速成型技术的支持。本文基于逆向工程的计算机辅助设计,通过采集实物牙体模型的三维数据,由计算机平台的 CAD/CAM 软件制作出精细的陶瓷嵌体模型,并结合 RP 快速成型技术,快速制作嵌体成品,取得了较好的修复效果。

 

参考文献

[1]孙文涛,董斌.产品设计中逆向工程技术应用研究[J].

 

装工程,201412):80-8391. [2]张潇,李新,张德强.基于工业逆向工程及 CAM 技术的口腔修复全冠模型的构建及初步研究[J].口腔医学研究,2015

3):258-260.

 

[3]李郁,孙东印.概论逆向工程技术的应用[J].现代制造技术与装备,20113):17-19.