Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЮГЕЛЬНОГО ПРОТЕЗА

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для использования при протезировании зубов, в частности, в технологии изготовления бюгельных протезов, преимущественно с титановым базисом.

Известны традиционные способы изготовления бюгельных протезов (Вульфес X. Современные технологии протезирования. - Бремен: типография Мюллер, Бремерхафен - 2004, - 280 с. ), включающие следующие основные операции: снятие предварительного слепка, изготовление (отливка) гипсовой диагностической модели, разработка конструкции и пригонка модели бюгеля, изготовление рабочей мастер-модели с последующей отливкой из выбранного материала, финишная обработка фрезерной головкой с получением исполнительных поверхностей [1].

Недостатком известных способов является их значительная трудоемкость, а также необходимость привлечения большого числа специалистов самых разных направлений: от стоматологов до металлургов. Кроме того, использование этих морально устаревших технологий создает значительные проблемы пациентам с моральной и материальной точек зрения. Кроме того, известные способы требуют от пациентов больших затрат личного времени, что вызвано необходимостью многократного посещения врача для предварительной подготовки зубного ряда (при этом, как известно, повреждаются и здоровые зубы) и при непосредственной установке готового протеза (примерки, пригонки) и т.п.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, изложенный в материалах публикации «CAD/САМ изготовление зубных протезов методом фрезерования», где изложены следующие основные операции изготовления зубных протезов [2]:

1. Внутриротовое сканирование зубных протезов, зубов, а также верхней (нижней) челюсти.

2. Автоматизированное проектирование и моделирование индивидуальных зубных протезов с применением специального стоматологического программного обеспечения.

3. Компьютерное конструирование протезов.

Далее применяются известные и широко применяемые в современном машиностроении технологии, которые хорошо адаптируются к процессу производства зубных протезов.

4. Автоматизированное проектирование технологического процесса изготовления протеза в САМ-системе¹ (¹ САМ - Computer-aided manufacturing - подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ) с применением стратегий 5-осевой фрезерной обработки. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и используемые при этом программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами [3].

5. Генерация управляющих программ для фрезерных станков с числовым программным управлением применением данных, полученных на этапе моделирования.

6. Передача полученных данных в виде сеточной модели в формате «*.STL»² (² STL - Stereo Lithography (объемная литография) - формат файла, широко используемый для хранения трехмерных моделей объектов для использования в технологиях быстрого прототипирования) на многоцелевой фрезерный станок [4].

7. Высококачественная 5-осевая фрезерная (иногда шлифовальная) обработка сконструированных зубных протезов с использованием сгенерированных УП по 5-ти координатам [2].

8. Контроль качества.

9. Выходной контроль произведенных зубных протезов.

10. Проверка точности пригонки на модели зуба.

Недостатком рассмотренного способа является ограниченность возможности его использования применительно, например, при обработке титановых сплавав, которые наиболее перспективны для изготовления базиса при производстве бюгельных конструкций протезов, ввиду высокой сложности получения тонкого сечения обрабатываемого материала. Однако, даже в случае успешного решения указанной технологической задачи, материал зубного протеза используется неэффективно - коэффициент его использования (КИМ) нередко опускается до уровня 0,01, это означает, что 99% дорогостоящего легированного сплава уходит в стружку и на последующую переплавку. При этом нужно учитывать и тот факт, что при фрезеровании титана без эффективного охлаждения существует опасность его воспламенения, это вносит дополнительные ограничения на использование способа [2].

Вместе с тем применение титана в съемных протезах обладает рядом неоспоримых преимуществ. Так механические характеристики титана позволяют использовать базисную пластину минимальной толщины, обеспечивая пациенту необходимый комфорт при ношении протезов, в частности устраняется температурный дисбаланс в ротовой полости при приеме пищи [5].

Из-за наличия плотной защитной оксидной пленки титан обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, превосходя нержавеющие стали. Он устойчив в разбавленной серной кислоте, уксусной и молочной кислотах, сероводороде, во влажной хлорной атмосфере. Титановые конструкции обладают высокой прочностью и надежностью, - они выдерживают одинаковые нагрузки в сравнении со стальными, двукратно выигрывая у них в массе. Немаловажно также, что титановые бюгельные протезы не теряют своей прочности со временем [7].

Кроме того, изучение антибактериального действия в клинических условиях показало, что сплавы титана обладают бактерицидным эффектом при тесном контакте с микробными культурами при незначительной концентрации микробной массы, а также являются индифферентными для микрофлоры слизистой оболочки полости рта [8].

В целом недостатком указанного способа, как и рассмотренных выше, являются его низкие технико-экономические показатели, заключающиеся в высокой трудоемкости и себестоимости изготовления бюгельных протезов. Кроме того, во многих случаях существующие технологические решения невозможно применить при использовании прогрессивных тонколистовых заготовок из материалов типа титановых сплавов, имеющих высокие эксплуатационные показатели, как по механическим характеристикам, так и по медицинским нормам.

Таким образом, задачей заявленного изобретения является разработка способа, обеспечивающего снижение трудоемкости и повышение технико-экономических показателей технологии изготовления бюгельного протеза с применением современных материалов.

Указанная задача решается путем создания компьютерной 3D-модели бюгеля с разработкой его конструкции, генерации трех управляющих программ - для обработки базиса, для формирования наплавочного слоя и для обработки зубного ряда протеза, причем программы используются последовательно: первоначально изготавливают базис из листового материала штамповкой по эластичной матрице, для чего рабочую поверхность пуансона предварительно обрабатывают по первой программе, далее на краевой части полученного базиса наплавляют слой рабочего материала для формирования зубного ряда, используя вторую программу, затем по компьютерной 3D-модели бюгельного протеза производят завершающую обработку его заготовки по третьей управляющей программе.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков предлагаемого способа, является снижение трудоемкости и повышение технико-экономических показателей технологии изготовления бюгельного протеза.

Способ осуществляют следующим образом.

Получают компьютерную 3D-модель бюгеля с применением специального стоматологического программного обеспечения: это многоступенчатая процедура, включающая внутриротовое сканирование зубных протезов, зубов, а также верхней (нижней) челюсти с помощью специализированного сканера [7, 8].

Далее выполняют компьютерное конструирование протезов в CAD-системе, а также осуществляют автоматизированное проектирование технологических процессов с получением трех управляющих программ в САМ-системе с применением стратегий 5-осевой фрезерной обработки. При передаче данных в САМ-систему используют формат «*.STL». В качестве САМ-системы предпочтительно используют систему подготовки управляющих программ Delcam PowerMill, включающую в себя функции синтеза управляющих программ, на основе модели обрабатываемой детали, представленной в виде трехмерной триангуляционной сетки [4, 9, 10].

Первая - для обработки базиса. В зачищаемом способе для производства базиса применяется тонколистовая титановая заготовка (толщиной в пределах 1,5 мм). Для придания ей необходимой формы и размеров используется операция листовой штамповки по эластичной (полиуретановой, резиновой) матрице. Такой способ штамповки раскрыт, например, в работе [11].

Штамповку деталей из прессованных профилей эластичными средами производят в универсальных щелевых контейнерах с прямоугольной в плане формой рабочей камеры. В качестве жесткого инструмента при штамповке деталей используют формующие оправки. Формообразующие операции штамповки эластичными средами (Глущенков В.А., с. 61-62) применяются для деформирования листовых и полых заготовок из алюминиевых сплавов толщиной до 5 мм, низкоуглеродистых сталей до 1,8 мм, коррозионностойкой стали до 1,5 мм, титановых сплавов до 1,2 мм. Габаритные размеры плоских заготовок в пределах 500×500 мм, полых - диаметром до 500 мм [10].

Важно, что собственно титановая заготовка в этом случае не фрезеруется и, следовательно, опасность воспламенения материала, как отмечалось выше, полностью исключается, а фрезерной обработке подвергается гравюра пуансона, согласно сгенерированной программе, в которой учитывают необходимые припуски на последующую механическую обработку.

Для каждой компьютерной модели бюгеля создается уникальный (одноразовый) пуансон. Такой вариант производства базиса позволяет существенно повысить коэффициент использования материала, приблизив его к единице.

Отметим, что высокоскоростное фрезерование в этом случае обеспечивает получение необходимого качества гравюры (рабочей поверхности пуансона) без последующей финишной обработки. При этом, учитывая одноразовый вариант использования пуансона, для его изготовления может быть использован недорогой инструментальный материал, например низкоуглеродистая сталь.

Вторая управляющая программа необходима для получения массива материала (сплава), из которого будет формироваться собственно зубной ряд. Для этого на краевой части базиса, с учетом разработанной компьютерной 3D-модели бюгеля, наплавляют рабочий материал, предусматривая необходимый припуск на завершающую стадию механической обработки.

Третья управляющая программа обеспечивает высококачественную фрезерную обработку сконструированных зубных протезов по 5-ти координатам.

На завершающей стадии технологии изготовления протеза производят необходимые процедуры контроля его качества.

Поскольку предлагаемый способ касается технологии изготовления бюгеля, то остальные стоматологические операции, относящиеся к припасовке, окклюзии и другие здесь не рассмотрены.

Список использованных источников

1. Вульфес X. Современные технологии протезирования. - Бремен: типография Мюллер, Бремерхафен. - 2004, - 280 с.

2. CAD/САМ изготовление зубных протезов методом фрезерования: [Электронный ресурс] / Avantis клиника. Загляните в будущее. -Режим доступа: http://avantis3d.ru/dentists/3d dentistry/cad cam. - Загл. с экрана.

3. САМ: [Электронный ресурс] / Википедия. Свободная энциклопедия. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/CAM. - Загл. с экрана.

4. STL (формат файла): [Электронный ресурс] / Википедия. Свободная энциклопедия. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/STL (формат файла). - Загл. с экрана.

5. Titanium Dental Laboratory: [Электронный ресурс] / MagicSmile. - Режим доступа: http://magicsmile.by/work sjemny protez s titanivym basisom.php$. - Загл. с экрана.

6. Реставрация твердых тканей зубов вкладками / Рогожников Г.И., Логинов В.А., Асташина Н.Б. и др. - Москва. - 2002.

7. Измерительная интраоральная 3D сканер-камера для стоматологии: [Электронный ресурс] / ФГУП ВНИИОФИ. - Режим доступа: http://www.vniiofi.ru/depart/m44/3d-oral.html. - Загл. с экрана.

8. 3D-сканер для зубов: [Электронный ресурс] / Популярная механика. - Режим доступа: http://www.popmech.ru/technologies/14610-3d-skaner-dlva-zubov/. - Загл. с экрана.

9. Компания SolidWorks Russia // SolidWorks. Russia URL: http://www.solidworks.ru/ (дата обращения: 04.08.2016).

10. Delcam Advanced Manufacturing Solutions // PowerMill 5-axis URL: ftp://arrow.delcam.com/pdf/powermill/ru/PowerMILL-5-axis-Machining.pdf (дата обращения: 04.08.2016).

11. Глущенков B.A. Специальные виды штамповки. Часть 1. Штамповка эластичными средами: учеб. пособие / В.А. Глущенков. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм, ун-та, 2008. - 72 с: ил.