基于熔融沉积的正畸牙模工艺优化及可行性研究

发布时间：2020-04-08 18:51

【摘要】：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。
【图文】：

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领域尖端技术相互融合，使其在航空航天、生物医学、教育业、汽建设中得到一系列广泛应用，发展前景十分广泛。2011 年英国st》杂志刊登报道指出 3D 打印技术将对传统制造业做出巨大变革，工业革命的重要标志之一。2012 年，奥巴马针对美国制造业提出方案，将 3D 打印列为 11 项重要技术之一，并联合研发机构、高商，建立了国家 3D 打印研究所。。2013 年 4 月，德国政府将工业公布，其中 3D 打印技术被列为智能生产中最重要的一项技术。20，李克强总理在政府工作报告中首次提出中国制造 2025 的概念。5 被誉为中国版工业 4.0 计划，其中 3D 打印技术成为不可或缺的关最新的《WohlersReport2017》显示，2016 年 3D 打印行业的全球7.4%，虽然低于 2015 年的 25.9%，但是相对于 2015 年增加了 35产和销售 3D 打印系统。数据显示，在全球制造商中，超过一半的料 3D 打印耗材，接近三成的厂商同时在研发金属与塑料耗材，，接只研发金属耗材。

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打印概述打印技术原理印技术与传统制造技术不同，它在制造环节无需模具支撑，通现立体成型，因此得名 3D 打印。3D 打印技术从耗材、设备、方面虽不尽相同，但其核心思想都是“分层制造，逐层叠加”术的制造流程大体一致，如图 1-2 所示。首先，获取三维数据计软件如 solidworks、UG、Rhino 等建立三维模型。或通过逆层扫描法、投影光栅法和 CT 扫描法对已有实体模型进行三维后利用切片软件将三维数据模型离散为二维片面信息，获得具层薄片。然后，利用 3D 打印设备根据层片信息选择性的将材、固化、熔融成型，获得实体模型。最后，将零件模型进行后处光打磨、线切割）工序，提升零件表面光洁度与力学性能。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.73;R783.5

【参考文献】