基于熔融沉积的正畸牙模工艺优化及可行性研究

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3D打印技术暨增材制造技术(Additive manufacturing technology)是以数字化为基础,通过材料层层堆积成型的一种新兴技术,属于先进智能制造的重要组成部分。其中FDM(Fused Deposition Modeling)即熔融沉积成型技术是最早出现的3D打印技术,同时也是研究范围最广,在设备成本及应用领域上具有独特优势的一种工艺类型。随着3D打印技术的快速发展,使得3D打印技术与医疗行业相结合成为近些年以及未来的研究热点。在口腔正畸领域,由于传统的正畸案例中多是由金属托槽及钢丝进行矫正,主要依靠医生个人经验判断。且在美观度以及便捷性方面具有劣势。隐形正畸的出现,不仅降低对矫治医生的水平要求,而且在美观度以及便捷性方面大大提高。目前应用到的3D打印技术与正畸领域的结合中,多是由立体光固化(SLA)成型来进行正畸牙模的制造,由于该技术所需设备及耗材较昂贵,对设备操作人员水平要求较高,增加企业投入成本等缺点,本文提出了利用熔融快速成型技术(FDM)来代替光固化快速成型(SLA)来制造正畸牙模的一种方案,通过对FDM快速成型技术的精度误差分析以及工艺参数优化作为对正畸模型的表观性能的试验探究,并通过有限元分析法对牙模受热变形情况进行模拟研究,并加以试验验证其准确性与可靠性。主要的研究内容及结论如下:(1)介绍了熔融沉积快速成型的精度误差分析,分别从原理性误差、成型过程中的误差以及后处理中的误差三个大方面诠释了误差产生的原因、过程与结果。并针对每一种影响因素提出了改进方法与尽可能的减少误差的措施。为后续的熔融沉积工艺的优化提供参考。(2)利用正交试验法,对引领三维FDM快速成型机的工艺参数进行优化。通过对打印速度、打印温度、分层厚度、填充密度、空程速度五个主要因素及其四个水平进行极差与方差分析,确定了影响FDM工艺的主要三个指标(综合尺寸误差、表面粗糙度、打印时间)的影响因子,并综合考虑指标关系,得出最优工艺参数。(3)基于热力学理论对牙齿模型进行受热分析模拟,通过ansys workbench软件对压膜片进行稳态、瞬态热分析,对牙齿模型进行瞬态热分析以及结构分析,对最终的研究目的变形量进行模拟探究后,并加以试验验证。结果显示,模拟结果与试验结果相符。验证了通过FDM方式制作的正畸牙模可以应用到正畸治疗中,符合各项指标。
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