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研究生: 蕭文郡
Wun-jyun Siao
論文名稱: 運用逆向工程作未燒結氧化鋯 全瓷牙橋框架之牙科修復體研究
Research on the dental restoration of a pre-sintered ZrO2 full-ceramic bridge framework using reverse engineering
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 湯華興
H.H. Tang
洪伯達
Po-Da Hong
石淦生
G.S. SHI
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 118
中文關鍵詞: 全瓷牙橋框架燒結收縮率二氧化鋯數位化逆向工程
外文關鍵詞: full-ceramic bridge framework, sintering shrinkage, ZrO2, digitizing, reverse engineering
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本研究目的為針對醫用未燒結氧化鋯陶瓷以碳化鎢球型銑刀發展全瓷牙橋框架(Framework of a full-ceramic bridge)之CAD/CAM製造技術。
為獲得材料之燒結收縮率,本研究將未燒結氧化鋯錠塊加工至預定外型後,送至燒結爐(Ceramill Therm)做燒結強化,燒結完成後量測其尺寸變化,可獲得其收縮率為20.482 %。
本研究以逆向工程贗復牙技師牙橋框架與自行撰寫之牙橋框架設計程式製作牙橋框架為兩大主軸,牙技師牙橋框架部份以牙技師提供之樹酯牙橋框架與支台齒石膏模型使用Cyclone連續式掃描儀做數位資料之掃描擷取;自行建構牙橋框架部份以Borland C++ Bulider 6.0程式語言開發一牙橋框架建構程式,此軟體能對點資料做濾波處理、牙橋框架點資料所需厚度點資料位移計算、牙橋框架CAD模型收縮計算,其後再以PowerMill 8.0軟體將牙橋框架做切削路徑模擬及NC碼的輸出,並於多軸雕刻機CL-2MD上切削加工完成未燒結之牙橋框架,在將牙橋框架送至燒結爐作燒結強化處理。
最後以印模材料做為牙橋框架與支台齒密合的空間測試,牙技師牙橋框架印模厚度約在0.04 mm ~ 0.08 mm,自行建構牙橋框架印模厚度約在0.04 mm ~ 0.11 mm。


The objective of this study is to develop a possible fabrication process of a sintered full-ceramic dental bridge framework by cutting a pre-sintered zirconium oxide (ZrO2) using reverse engineering technology (RET). The mean sintering shrinkage rate of the pre-sintered ZrO2 was 20.482% based on the sintering tests of different designed shapes. A comparison between the bridge frameworks made by a dental technician using RET and that made by the developed method, respectively, has been made. For the bridge framework made by a dental technician using RET, the 3D data points on the resin bridge framework surface and tooth plaster model were digitized by a Cyclone scanning machine, and then used to construct the CAD model of a bridge framework. Regarding the bridge framework made the developed method, the developed software programmed with Borland C++ Builder 6.0 was used to calculate and extrude the offset data points based on the filtered 3D digitized data points with variable section thickness, considering the sintering shrinkage. The CAD model of a bridge framework was then constructed based on the extruded data points. With the help of PowerMill 8.0 CAM software, the machining paths of different bridge frameworks were simulated, and the correspondent NC codes were generated to fabricate the bridge frameworks of pre-sintered ZrO2 on a CNC multi-axis engraving machine. The fabricated bridge frameworks were further sintered to obtain the required strength. Finally, a dental molding material has been used to do the clearance test between the bridge framework and the tooth plaster mold for the bridge frameworks. The clearance for the bridge framework made by a dental technician using RET was about 0.04 mm ~ 0.08 mm, whereas the clearance for the bridge framework made by the developed method was about 0.04 mm ~ 0.11 mm

目 錄 中文摘要…………………………………………………………………I Abstract………………………………………………………………II 誌謝……………………………………………………………………III 目錄……………………………………………………………………IV 圖索引………………………………………………………………VIII 表索引……………………………………………………………… XIII 第一章 緒論……………………………………………………………1 1.1研究動機與目的………………………………………………1 1.2現代牙科全瓷技術……………………………………………3 1.3氧化鋯分類……………………………………………………7 1.4文獻回顧………………………………………………………9 1.5研究方法及論文架構………………………………………17 第二章 研究相關理論介紹……………………………………………19 2.1 逆向工程相關理論介紹……………………………………19 2.1.1掃描量測………………………………………………20 2.1.2點資料處理……………………………………………21 2.1.3曲線曲面建立…………………………………………23 2.1.4 CAD模型重建………………………………………24 2.2 量測路徑規劃………………………………………………24 2.3多重掃描點資料之疊合………………………………………26 2.4 陶瓷材料加工相關理論介紹………………………………26 2.4.1陶瓷材料加工概述……………………………………26 2.4.2陶瓷材料去除機制……………………………………27 2.4.3銑削工作原理…………………………………………29 2.4.4碳化物、CBN及多晶鑽石刀具之加工性質……………29 2.5 表面粗糙度量測原理………………………………………32 第三章 實驗設備介紹…………………………………………………37 3.1 Cyclone掃描式三次元量床…………………………………37 3.2 快速簡易分度盤……………………………………………38 3.3工具顯微鏡……………………………………………………39 3.4多軸CNC雕刻機……………………………………………40 3.5表面粗糙度量測儀……………………………………………42 3.6白光干涉儀……………………………………………………42 3.7 維克式硬度機………………………………………………44 3.8氧化鋯錠塊……………………………………………………45 3.9燒結爐…………………………………………………………46 第四章 實驗方法及流程………………………………………………48 4.1實驗流程………………………………………………………48 4.2氧化鋯燒結收縮率測試實驗………………………………………51 4.3逆向工程建構牙技師牙橋框架………………………………55 4.3.1多面掃描點資料合併…………………………………55 4.3.1.1點資料粗定位……………………………………57 4.3.1.2點資料精定位……………………………………58 4.3.2關鍵密合線……………………………………………59 4.4 自行建構牙橋框架…………………………………………59 4.4.1牙橋框架設計程式……………………………………59 4.4.1.1 點資料平滑化處理介面………………………61 4.4.1.1.1 高斯濾波法……………………………62 4.4.1.1.2 中值濾波法……………………………64 4.4.1.1.3 三角重心法……………………………66 4.4.1.1.4加權均值法………………………………68 4.4.1.1.5 各平滑化方法比較實驗結果……………70 4.4.2 牙橋框架厚度建構介面………………………………72 4.4.3牙橋框架三視圖檢視功能介面………………………73 4.5未燒結氧化鋯錠塊之切削方式……………………………74 第五章 實驗結果與分析………………………………………………75 5.1牙技師牙橋框架CAD Model之建構與實體加工…………75 5.1.1曲面與實體之建構……………………………………75 5.1.2加工路徑模擬與實體加工……………………………77 5.1.3牙技師牙橋框架燒結強化……………………………79 5.1.4牙技師牙橋框架密合度驗證…………………………80 5.2自行建構牙橋框架CAD Model之建構與實體加工……81 5.2.1連接體與曲面實體之建構……………………………81 5.2.2加工路徑模擬與實體加工……………………………83 5.2.3自行建構牙橋框架燒結強化…………………………85 5.2.4自行建構牙橋框架 CAD模型與實體厚度驗證……85 5.2.5自行建構牙橋框架密合度驗證………………………89 5.3牙技師牙橋框架與自行建構牙橋框架之比對分析…………89 5.4 2D平面與3D自由曲面燒結前後之表面粗糙度比較……91 第六章 結論與未來展望………………………………………………94 6.1 結論…………………………………………………………94 6.2 未來展望……………………………………………………95 參考文獻……………………………………………………………97 附錄 A………………………………………………………………101 附錄 B………………………………………………………………103 作者簡介……………………………………………………………104

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