三維打印技術(shù)在義齒加工中的應(yīng)用*

□ 汶斌斌 □ 余 森 □ 張亞峰 □ 程 軍 □ 王 昌 □ 賀新杰 □ 趙利淵

西北有色金屬研究院 西安 710016

1 應(yīng)用背景

隨著人們健康水平的不斷提高,人們對口腔健康的要求也越來越高。義齒鑲配是齒科治療的必要手段,由于義齒種類繁多,并且需要手工一對一配作,加工質(zhì)量難以控制。隨著數(shù)字化加工技術(shù)和三維打印技術(shù)的發(fā)展,義齒加工配作進(jìn)入數(shù)字化時代,義齒的數(shù)字化加工將成為未來的發(fā)展趨勢。義齒和活動支架如圖1所示。

2 傳統(tǒng)義齒加工

傳統(tǒng)義齒加工離不開牙科技師手工制作蠟?zāi)：丸T造金屬牙冠,義齒返工率居高不下,工作效率低,并且降低了患者佩戴義齒的舒適度。

傳統(tǒng)石膏牙模的加工工序主要包括制取口腔印模和灌注石膏牙模。制取口腔印模需要牙醫(yī)對患者口腔進(jìn)行預(yù)備處理,清潔擬取印模區(qū)域及進(jìn)行排齦處理,然后選擇大小合適的托盤注入硅橡膠材料,并將托盤放置在患者口腔內(nèi)制取印模。灌注石膏牙模時,將適量水和超硬石膏粉調(diào)拌成均勻糊狀。將調(diào)和均勻的糊狀石膏從印模的高點(diǎn)處填入,邊填邊輕輕振蕩,使石膏灌注完全。成功灌注牙模才能制作出優(yōu)良的義齒。

義齒中烤瓷牙金屬內(nèi)冠的制作方法為,根據(jù)石膏牙模制作出金屬內(nèi)冠的蠟型,進(jìn)行金屬內(nèi)冠的失蠟鑄造,主要包括鑄道安放、包埋、失蠟、鑄造四個步驟,然后再經(jīng)過表面處理和飾面,最終完成烤瓷牙金屬內(nèi)冠的制作。

3 義齒數(shù)字化加工

數(shù)字化加工技術(shù)使義齒加工脫離依靠牙科技師的手工配作,進(jìn)入數(shù)控加工義齒的新階段。在數(shù)控機(jī)床上加工金屬牙冠時,對牙冠三維模型進(jìn)行加工編程,生成數(shù)控機(jī)床加工程序進(jìn)行加工,具有精度高、產(chǎn)品穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。使用數(shù)控加工技術(shù)制造金屬內(nèi)冠,不需要制作蠟型和失蠟鑄造金屬內(nèi)冠的過程,取而代之的是數(shù)字化口腔模型掃描、計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造和自動化金屬牙冠切削等步驟,金屬牙冠的精度得到保障。

▲圖1 義齒和活動支架

在加工材料方面,數(shù)控加工設(shè)備除了能加工鈦、鈷鉻合金等金屬材料外,還可以加工氧化鋯、玻璃陶瓷等牙科材料。

數(shù)控加工的不足之處是加工效率低、浪費(fèi)原材料。

4 三維打印技術(shù)的應(yīng)用

三維打印技術(shù)于20世紀(jì)90年代發(fā)展起來,集成了計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)、數(shù)控加工、激光三維打印等現(xiàn)代科技成果,是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分,國內(nèi)外有不少企業(yè)采用這一技術(shù)。

在國外,德國BEGO公司是知名的牙科設(shè)備與材料制造商,所生產(chǎn)的設(shè)備能夠制造局部義齒金屬支架鑄造蠟型,打印手術(shù)導(dǎo)板、口腔模型、個性化印模托槽。Dentaurum是一家由口腔診所發(fā)展而來的口腔產(chǎn)品制造商,提供口腔修復(fù)、種植領(lǐng)域的產(chǎn)品和材料,所生產(chǎn)的材料可用于選擇性激光熔化三維打印設(shè)備制造金屬牙冠。

在國內(nèi),最具代表性的是西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司、江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司、湖南華曙高科有限公司。

選擇性激光熔化三維打印使用高強(qiáng)度激光作為能量來源,直接融化金屬粉末層,使超薄的二維橫截面依次沉積。

由于義齒加工具有高度個性化的特點(diǎn),因此采用激光三維打印技術(shù)制作義齒成為最佳選擇。

激光三維打印技術(shù)在義齒加工中的應(yīng)用主要包括可摘義齒、矯正器、種植牙的制作加工。激光三維打印效果關(guān)鍵取決于激光功率、層厚、打印速度、光斑大小等參數(shù)。

與傳統(tǒng)成形方式相比,激光三維打印技術(shù)突破了設(shè)計和傳統(tǒng)加工技術(shù)的局限性,不需要模具,一次性打印成形,材料利用率高,設(shè)計、制作周期短,可加工的材料幾乎不受限制。隨著相關(guān)技術(shù)的提高,激光三維打印技術(shù)在加工精度方面已經(jīng)有了明顯提高。激光三維打印義齒的加工工藝流程為:① 通過計算機(jī)斷層掃描、磁共振等臨床診療手段獲取患者牙冠的三維數(shù)據(jù),結(jié)合逆向工程學(xué)設(shè)計義齒的三維數(shù)模,轉(zhuǎn)換為三維打印制造標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù);② 采用合適的軟件將三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為沿縱向的二維層切片;③ 激光三維打印設(shè)備根據(jù)二維數(shù)據(jù)逐層融化金屬材料,完成義齒的加工。

相比義齒的數(shù)控加工,激光三維打印技術(shù)在義齒生產(chǎn)成本和效率方面的優(yōu)勢更為突出。

激光三維打印義齒具體操作時,利用三維軟件建模。將三維模型保存為.STL格式文件時,將玄長設(shè)為0。將保存好的.STL格式文件導(dǎo)入三維打印軟件,添加打印支撐文件。支撐文件添加后,分層切片。切片后,將支撐文件保存為.SLC格式,將產(chǎn)品文件保存為.STL格式。在三維打印設(shè)備中,將.STL格式產(chǎn)品文件導(dǎo)入AUTOFAB軟件,對產(chǎn)品文件進(jìn)行切片,并將切片完成的文件保存為.AFF格式。將.AFF格式文件轉(zhuǎn)換為.EPA格式,導(dǎo)入三維打印設(shè)備,調(diào)出文件。將三維打印設(shè)備打印范圍設(shè)置為400×400,打開.EPA格式產(chǎn)品文件,并打開.SLC格式支撐文件,調(diào)整打印參數(shù),開始打印。激光三維打印義齒如圖2所示。

▲圖2 激光三維打印義齒

打印參數(shù)中,每層打印厚度的設(shè)置很重要。層厚的設(shè)置取決于激光打印功率和打印金屬球形粉末顆粒平均直徑。層厚設(shè)置過小,打印金屬球形粉末顆粒平均直徑大于層厚,激光將熔覆不了而導(dǎo)致打印失敗。層厚設(shè)置過大,激光無法融化對應(yīng)層底部打印金屬球形粉末顆粒,造成未徹底熔融現(xiàn)象,在后期打印過程中形成球化,導(dǎo)致縮孔、縮松,使義齒機(jī)械強(qiáng)度降低,甚至不達(dá)標(biāo)。激光光斑指激光照射在粉層表面所形成的照射面積,光斑過小,激光功率集中能量密度高,會導(dǎo)致粉層過燒。掃描間距指兩次掃描之間的搭接率。搭接率高,使熔融反復(fù)發(fā)生,提高致密度,但表面粗糙度值相應(yīng)增大。搭接率低,使義齒的機(jī)械強(qiáng)度有所下降。因此,適當(dāng)?shù)膾呙栝g距是提高義齒加工質(zhì)量的保證。針對打印好的義齒,應(yīng)檢查貼合度,如圖3所示。

▲圖3 義齒貼合度檢查

5 結(jié)束語

隨著激光三維打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,軟件和設(shè)備能力的進(jìn)步,生產(chǎn)智能化程度將更高,打印設(shè)備將更完善,并將更適合義齒個性化生產(chǎn)。有理由相信,激光三維打印技術(shù)未來將成為義齒加工的主流技術(shù)。