新型牙矫正器的快速制造设备及工艺研究

　　随着快速成形技术的不断发展,人们对快速成形的要求已经不仅仅满足于概念模型的制作。在2000年12月和2001年12月德国法兰克福 Euro-Mold和2001年5月美国辛辛那提SME-RPM会议上都对RP技术发展的方向进行了热烈的讨论。大会发言及展览会反映RP技术朝着2个方 向发展:1是快速成形技术仍保留概念原型的部分并向桌面化发展,适合办公环境的小型“三维打印机”日益受到RP设备开发商和用户的关注;二是快速成形技术 朝功能性模型(零件)的快速制造方向发展,快速制造技术(RM)是在快速成形技术的基础上发展而来的,当快速成形制造的模型具有使用功能时,快速成形就具 备了RM的特征成为快速制造技术。快速制造技术主要应用于批量定制、材料梯度-功能梯度零件和直接金属型的制造。RM成为批量定制工艺的核心技术,目前主 要应用于牙轿正器、助听器等的批量定制。

　　透明牙矫正器是1种根据病人情况的个性化设计,基于快速成形技术,并采用透明医用高分子材料制造的矫正器械,其工艺过程如图1所示。首先,要获 得患者的病态牙型数据,并将其转换成可供处理的CAD模型;用专门的牙齿矫正工步设计软件进行每1个矫正工步的矫正量的分配(通常分为1248步完成), 并构造出每一步矫正后牙型的CAD模型,然后用快速成形技术加工出牙型,再根据牙型翻制出相应矫正阶段的矫正器,患者依次配带后即可获得很好的矫正效果。 相对传统的金属弓丝矫正方法,这种方法具有很明显的优势,这是RM用于批量定制的成功案例。美国Align Tech-nology公司采用光固化成形制造牙型已实现透明牙矫正器的商品化制作,国内的清华大学激光快速成形中心也进行了这方面的研究并开发了专用设 备Aurora350。以下介绍了Aurora350的工艺方案及总体设计。

　　1　工艺方案的选择

　　可用于制造牙型的快速成形工艺有分层实体制造SSM、熔融挤压成形MEM、立体光刻成形SLA等,其中以立体光刻成形工艺精度最高,表面质量最 好。由于牙矫正器每一步的矫正量都非常小,因而对牙型的制造精度要求很高,故Aurora350的成形工艺采用立体光刻成形。紫外激光在扫描振镜的作用下 按预定路径进行扫描,成形槽中扫描到的树脂发生光聚合反应而固化,成形完1层后,工作台下降1个层厚的距离,通过涂敷过程使已成形表面重新布满树脂,然后 进行下1层固化,重复上述过程直至完成整个零件的制作。立体光刻工艺的具体实现方案有如　　下3种。

　　1.1　顶部聚焦法

　　激光从树脂液面的上方射入并聚焦在液面的上表面,成形过程中工作台不断下降,成形方向为由下到上。这种方案实现比较简单,但树脂液面的平整对成形精度影响很大,需要通过涂敷过程来保证液面的平整和分层精度。此方案应用最广,目前大部分立体光刻成形系统均采用此方案。