牙科激光选区熔化3d打印设备关键技术研究

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1、中文图书分类号：621密级：公开UDC：TG665学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：牙科激光选区熔化3D打印设备关键技术研究论文作者：晏恒峰学科：光学工程指导教师：陈继民教授论文提交日期:2016年6月22日UDC：621学校代码：10005中文图书分类号：TG665学号：B201213003密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：牙科激光选区熔化3D打印设备关键技术研究英文题目：KEYTECHNIQUESRESEARCHONSLM3DPRINTINGEQUIPMENTFORDENTALAPPLICATION论文作者

2、：晏恒峰学科专业：光学工程研究方向：激光微纳制造与超快光学申请学位：工学博士指导教师：陈继民教授所在单位：激光工程研究院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：晏恒峰日期：2016年5月10日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大

3、学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：晏恒峰日期：2016年5月10日导师签名：陈继民日期：2016年5月10日摘要摘要3D打印被誉为第三次工业革命的代表及主要推动因素。3D打印是数字化制造的理想模式，其具备将3D数字模型直接打印成最终产品的能力。从设计到制造，中间过程大幅减少。传统制造工艺主要以减材制造为主，而3D打印采用增材制造的方式，有效减少材料浪费。3D打印具有快速制造，个性化制造，绿色制造的特点

4、，在发达国家已经得到广泛应用，被应用于军事武器研发，航天精工，医疗器械等诸多高端领域，而在我国，3D打印技术发展仍处于初级阶段。2015年我国国务院正式印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略，3D打印被列为重点发展的新兴技术。3D打印个性化，快速化制造的特点，在医疗应用中倍受青睐。2015年，医疗（主要是牙科医疗）在3D打印的份额中占到了13.1%。其中主要以激光选区熔化（selectivelasermelting，SLM）技术制造的牙桥，义齿，种植体等为主。SLM金属3D打印技术，是3D打印在牙科医疗应用中，最重要方向。但其中产值最高的，如软件，设备

5、，材料等大部分关键技术都被国外控制。其中SLM设备，是研究3D打印材料，工艺，软件的基础。国外厂商在销售SLM设备时，通常会捆绑软件，材料和工艺，从而进行技术封锁。本文的研究目的，是结合牙科医疗的实际需求，研究牙科SLM设备的关键技术，最终设计研制具有自主知识产权的SLM设备。本文首先对牙科SLM应用进行调研，按照SLM从数字模型到激光扫描路径规划，再到最终扫描成型的过程，先后研究了CAD数据来源，数据分层算法，激光与材料的作用过程，过程中氧气含量控制，扫描振镜的高精度快速校正，扫描图形接口等关键问题。其中，对数据来源及数据分层算法的研究是形成激光选区扫描路径的基础；

6、对激光与材料作用过程的研究，是研究氧含量控制和扫描光路的前提；而扫描振镜的高精度快速校正，是最终实现高精度激光扫描的重要条件。本文根据对上述关键问题的研究结果，形成SLM设备的结构设计方案。并分别论述了激光传输系统，粉床升降系统，成型舱，铺粉机构等关键部件的设计方案与原理。最终形成设备的总体设计与实现方案。加工范围可达到250mm×250mm，成型高度可达200mm。并介绍了成型实验，SLM牙科成型件的理化特性实验和生物相容性实验。在研究关键技术和研制设备的过程中，本文的主要研究成果为：1）对牙科-I-北京工业大学工学博士学位论文金属3D打印的应用需求进行了系统性研究

7、，按需设计并研制完成可用于牙科的SLM设备。2）设计实现了一种基于图像识别的快速振镜系统校正算法，解决了SLM系统中，振镜工作幅面较大时的校正难题。3）研究了立体成型接口规范（stereolithographyinterfacespecification，STL）文件的可视化程序设计，设计并实现了一种不需要建立拓扑关系的快速分层算法，及分区快速首尾连接算法。为验证本文算法方面的工作，设计研制了一款绘图仪式光固化3D打印设备（stereolithographyplotter，SLP），有望成为一种新的3D打印实现方案。该方案使用绘图仪式的同步带扫描，而