[发明专利]一种中空种植牙的设计与制备

权利要求书

1.一种中空种植牙的设计与制备，其特征在于包括以下步骤：

(一)单元网格库的建立：

根据单元网格的设计依据，构造具有较高性能质量比的单元网格库，并首次将这些单元网格引入到种植牙的填充设计当中；

(二)中空种植牙的构造：

分析牙齿内部的应力分布情况，结合组建的单元网格库以及功能梯度优化理论，设计一种基于应力驱动的功能梯度网格构型填充种植牙，完成中空种植牙的结构设计；再将该种植牙通过3D打印技术制备出来。

2.根据权利要求1所述中空种植牙的设计与制备，其特征在于：所述步骤(一)的实现方法为：

(1)单元网格构型的设计与制备；

将设计的单元网格分别通过阵列排布的方式组成单元网格构型的“芯”，结合上下夹板组建成相应的单元网格构型结构，并使用3D打印设备制作出来；

(2)具有较高性能质量比的单元网格的优选；

通过有限元分析和实验验证的方法分析对比这些单元网格构型在结构强度、刚度、相对密度等方面的差异性。筛选出了具有较高性能质量比的单元网格结构，组建一个单元网格库。

3.根据权利要求1所述中空种植牙的设计与制备，其特征在于：所述步骤(二)的实现方法为：

(1)获得人体牙齿的CAD模型；

使用3D扫描仪得到人体牙齿的点云数据，继而通过逆向工程软件Geomagic和三维制图软件UG得到牙齿的CAD模型；

(2)进行人体牙齿咬合过程中的有限元分析；

将牙齿的CAD模型导入到有限元分析软件ANSYS中，并结合线应力工具得到牙齿在待填充部位的中心应力分布情况。

(3)选择填充设计过程中耐受力性能最好的单元网格；

首先需要知道作用于牙齿上的压强P₀以及几种单元网格构型的最大承载压强P_i，其中i＝1,2,3……，分别是几种单元网格的序号。将P₀与P_i比较，选出刚刚满足P_i≥P₀时的单元网格，该单元网格对应的最大承载压强计作P_max(即选择填充设计中承载能力最大的单元网格)；

(4)选择填充设计过程中耐受力性能相对最差的单元网格；

结合牙齿的应力分析，得到牙齿在预填充部位的最大应力σ_max与最小应力σ_min，继而通过公式(1)：

P=σminσmaxPmax---(1)]]>

从单元网格库中选出一个最大承载压强刚好满足P_j≥P(j＝1,2,3…i)的单元网格，该单元网格的最大承载压强计作P_min(即选择填充设计中承载能力最小的单元网格)；

(5)筛选出所有用于填充设计的单元网格；

将单元网格构型中最大承载压强满足P_n∈[P_min,P_max]的单元网格全部挑选出来(j≤n≤i)，这些都是中空种植牙填充设计过程中可能涉及的单元网格；

(6)基于应力驱动的单元网格匹配；

每种单元网格所能匹配的最大应力σ_nmax通过式子(2)计算得到：

σn max=PnPmaxσmax---(2)]]>

继而根据σ_nmax得出每种单元网格所能匹配的应力区间范围。最终，将所选中的单元网格与牙齿内部的应力对应起来，彼此连接组合成基于应力驱动的功能梯度网格构型填充种植牙。