劉文廣 江增輝 殷少華 石岳林

摘 要 近些年，隨著技術(shù)的發(fā)展，在口腔頜面外科領(lǐng)域借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造義齒呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在實(shí)際中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造制作制造義齒主要通過(guò)CNC和三維打印兩種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，三維打印作為一種數(shù)字控制的新技術(shù)，雖然技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，是未來(lái)義齒加工的趨勢(shì)，但是在實(shí)際中并沒(méi)有得到很好的普及和應(yīng)用。鑒于此，文章通過(guò)深度分析義齒加工工藝技術(shù)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，指出現(xiàn)有義齒加工工藝技術(shù)的區(qū)別和三維打印技術(shù)的發(fā)展前景，進(jìn)而探討三維打印技術(shù)在義齒加工中的具體應(yīng)用和注意事項(xiàng)，以此為相關(guān)從業(yè)人員的研究提供思考和幫助。

關(guān)鍵詞 義齒加工 工藝技術(shù) 三維打印

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）06-0013-03

三維打印是一種快速原型制作制造技術(shù)，通過(guò)三維打印機(jī)將沉積或融合材料（例如液體、塑料、粉末、金屬、陶瓷，甚至是活細(xì)胞）來(lái)生成三維對(duì)象。[1]隨著技術(shù)的不斷成熟，三維打印技術(shù)在推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括顱面手術(shù)、顱骨重建、顱骨修復(fù)綜合征、顱縫早閉、面部骨折、下頜骨、人體皮膚、組織工程、耳朵、軟骨的重建、心臟瓣膜、牙齒和牙周再生等臨床應(yīng)用。在本文中，將重點(diǎn)介紹三維打印技術(shù)在義齒加工中的應(yīng)用。

1 義齒加工工藝技術(shù)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 現(xiàn)有的義齒加工工藝技術(shù)

在實(shí)際中，由于多種原因，人們的牙齒或牙列會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性缺陷，進(jìn)而威脅到口腔健康，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)性缺陷是無(wú)法通過(guò)人體自我再生功能進(jìn)行修復(fù)。因此，需要“義齒”這種人工器具來(lái)修復(fù)受損、不美觀或功能失調(diào)的牙齒。[2]從這個(gè)角度來(lái)看，義齒加工的核心質(zhì)量屬性是高強(qiáng)度、邊緣配合和美觀。在現(xiàn)有的義齒加工工藝技術(shù)中，主要采取的是傳統(tǒng)失蠟法、CNC加工法和三維打印法。

傳統(tǒng)失蠟法的流程包括印模、蠟型、鑄道安裝、包埋、失蠟、鑄造、表面處理、飾面等。失蠟法雖然讓義齒的臨床應(yīng)用成為可能，并且在很長(zhǎng)一段歷史時(shí)期內(nèi)在義齒制造中占據(jù)主要地位。然而，傳統(tǒng)失蠟法制造義齒離不開(kāi)牙科技師們制作蠟?zāi)：丸T造牙冠的手工技能，這樣的制作方式導(dǎo)致了居高不下的義齒返工率，不僅降低了牙科技工所的工作效率，還降低了患者佩戴義齒的舒適度。[3]

CNC加工法的流程包括印模、掃描、建模、編程、CNC加工、飾面等。由此可見(jiàn)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)人工制造蠟型和失蠟鑄造牙冠的過(guò)程，取而代之的是數(shù)字化口腔模型掃描、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和自動(dòng)化的牙冠切削流程。在這一過(guò)程中，控制產(chǎn)品精度的任務(wù)將全部交給數(shù)字化的掃描、設(shè)計(jì)和加工設(shè)備，人工不需要做過(guò)多的判斷和考慮。由此，金屬牙冠的精度得到保障，讓患者擁有一顆高度定制的、舒適的烤瓷牙成為現(xiàn)實(shí)。

三維打印加工法的流程包括印模、掃描、建模、三維打印、飾面等。由此可見(jiàn)，三維打印的義齒加工流程是現(xiàn)階段三種義齒加工技術(shù)工藝中最少的。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)流程，三維打印將義齒加工制作從手工藝轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)化生產(chǎn)，并且三維打印的高精度加工，讓高性能陶瓷和鈦等新材料制造義齒成為可能，使得義齒的質(zhì)量得到顯著提高。不僅如此，三維打印還在CNC法基礎(chǔ)上進(jìn)一步地精簡(jiǎn)了加工流程，進(jìn)一步降低了義齒加工制造成本。

如上所述，相對(duì)于傳統(tǒng)失蠟法，CNC加工法和三維打印法這兩種義齒制造技術(shù)都提供了更加充足的優(yōu)勢(shì)，但兩者之間還存在著一定的區(qū)別：

首先，由于技術(shù)的成熟度，CNC加工法制作的義齒表現(xiàn)出更好的機(jī)械性能，如彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、屈服強(qiáng)度、韌性、表面特性等。然而，就真實(shí)性而言，三維打印法制作的義齒由于不依賴(lài)于銑削儀器的尺寸，而是通過(guò)三維打印機(jī)之間將液態(tài)樹(shù)脂噴涂成所需的形狀，所以?xún)?yōu)于CNC加工法，并且在保持力方面也優(yōu)于CNC加工法制作的義齒。

其次，在美學(xué)參數(shù)上，雖然CNC加工法由于編程的環(huán)節(jié)而優(yōu)于三維打印法，但是，隨著市場(chǎng)上出現(xiàn)更新的樹(shù)脂和更先進(jìn)的打印機(jī)，這個(gè)缺點(diǎn)可能很快就會(huì)被消除。并且由于三維打印義齒的制造成本很低，隨著樹(shù)脂和打印技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，三維打印實(shí)際上可能是制造義齒的更有效選擇。

最后，與CNC加工法相比，三維打印所需的樹(shù)脂更少，而且打印機(jī)的成本只是銑床成本的一小部分。

1.2 三維打印技術(shù)的發(fā)展前景

毋庸置疑，在現(xiàn)有的義齒加工技術(shù)中，三維打印技術(shù)的發(fā)展前景是最明朗的，這一點(diǎn)同三維打印技術(shù)的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)是分不開(kāi)的。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)用三維打印技術(shù)的義齒加工過(guò)程消除了裝配線和供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)了最終產(chǎn)品的單一流程制造而無(wú)需在全球范圍內(nèi)裝配和運(yùn)輸數(shù)千個(gè)零件，因此，實(shí)現(xiàn)了義齒的簡(jiǎn)單制造;在三維印技術(shù)的義齒加工過(guò)程中，一個(gè)“STL”設(shè)計(jì)文件可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)即時(shí)發(fā)送到地球的任何角落，進(jìn)而得到符合設(shè)計(jì)參數(shù)的義齒，實(shí)現(xiàn)了義齒加工的設(shè)計(jì)可移動(dòng)性;在三維印技術(shù)的義齒加工過(guò)程中，義齒可以按需印刷，無(wú)需建立新產(chǎn)品和備件的庫(kù)存，實(shí)現(xiàn)了義齒加工的無(wú)庫(kù)存，并且每次打印都可以定制而無(wú)需額外成本;在三維印技術(shù)的義齒加工過(guò)程中，運(yùn)輸和制造的碳足跡、制造過(guò)程中的整體能源使用和碳排放量可以大大減少，實(shí)現(xiàn)了義齒加工碳排放量的降低，大大提高了資源生產(chǎn)力。

總體而言，在三維打印中，義齒是逐層制造的，即加法制造，而不是通過(guò)從材料的更重要的部分中減去材料這種傳統(tǒng)的減法制造。

因此，可以說(shuō)三維打印加工技術(shù)已經(jīng)改變了義齒制作制造，并將越來(lái)越多地取代制造牙科修復(fù)體的傳統(tǒng)技術(shù)。

不僅如此，三維打印機(jī)的小尺寸使其易于運(yùn)輸，這使得牙醫(yī)能夠提供上門(mén)修復(fù)服務(wù)，不僅拓展了牙醫(yī)的市場(chǎng)范圍，而且提供了更加便捷和人道的服務(wù)。

此外，雖然CNC加工法和三維打印法都大幅降低了義齒的制造成本，從而增加貧困人口獲得修復(fù)護(hù)理的機(jī)會(huì)，但是，就設(shè)備和材料方面的制造成本而言，三維打印法通常比CNC加工法成本更低。0F336D1D-E1C6-4C50-A402-8A782E4ADE78

2 三維打印技術(shù)在義齒加工中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 三維打印技術(shù)在義齒加工中的應(yīng)用領(lǐng)域

如前所述，三維打印是用于精確和快速制造的尖端技術(shù)。在牙科和頜面外科中，能夠定制設(shè)計(jì)和打印手術(shù)鉆導(dǎo)板、臨時(shí)和永久牙冠和牙橋、正畸器具和矯形器、植入物、給藥用護(hù)齒器等。在義齒加工中，三維打印首先使用CAD軟件制作對(duì)象的3D CAD模型并保存為.stl文件;然后用Cura等切片軟件將模型分割成多個(gè)橫截面切片，以gcode文件的形式保存;最后該文件被發(fā)送到三維打印機(jī)，該打印機(jī)通過(guò)選擇性放置材料來(lái)擴(kuò)展每一層來(lái)制造對(duì)象。因此，所選擇的打印方法直接影響到最終得到的義齒的堅(jiān)固和美觀。

在現(xiàn)有三維打印技術(shù)中，粘合劑噴射法（BJ）使用改進(jìn)版的“噴墨技術(shù)”，在噴墨中使用2D打印機(jī)技術(shù)，并分層形成一個(gè)三維項(xiàng)目。在這個(gè)過(guò)程中，借助打印頭，在兩個(gè)軸上移動(dòng)，液體粘合劑被精確地沉積。此過(guò)程也像其他三維打印過(guò)程一樣開(kāi)始，即創(chuàng)建三維繪圖，然后將其導(dǎo)入打印機(jī)軟件。由于在打印過(guò)程中需要持續(xù)供應(yīng)，因此分配器通過(guò)將要使用的粉末放入其中來(lái)確保供應(yīng)。在應(yīng)用不同厚度的粉末片后，打印頭根據(jù)規(guī)格附上粘合劑;在繼續(xù)到下一層之前，使用熒光燈或電燈干燥含有粘合劑的溶劑;之后，粉末床被降級(jí)并應(yīng)用新的粉末片;然后在循環(huán)完成后將粘合劑放入熔爐中，所需的溫度和時(shí)間等因素取決于所用粘合劑的性質(zhì)。

因此，大多數(shù)金屬和樹(shù)脂材料不需要任何后處理，并且一旦從打印系統(tǒng)出來(lái)就可以立即使用，適用于金屬、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料等，所加工的產(chǎn)品具有低成本、高量產(chǎn)的特點(diǎn)，但是，產(chǎn)品的強(qiáng)度和表面光潔度不好，因此，多用在義齒框架的制作中。

定向能量沉積法（DED）與其他三維打印工藝不同，這種方可以更容易地通過(guò)在沉積時(shí)熔化材料來(lái)制造。用于DED工藝的設(shè)備由集成能源的沉積頭和兩個(gè)送粉噴嘴組成。在這個(gè)過(guò)程中，要制造的特定部件保持在平臺(tái)上，在某些情況下，惰性氣體管道也存在。DED 工藝使用集中供熱（電子束或激光），然后在凝固時(shí)將材料逐層粘貼，在現(xiàn)有產(chǎn)品上修復(fù)和制造新的材料對(duì)象。

因此，更適用于金屬、混合材料，具有高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)零件、多自由度噴嘴、可修復(fù)的特點(diǎn)，但是，高速打印時(shí)產(chǎn)品的表面光潔度較差，因此多用在口腔種植導(dǎo)板和后續(xù)義齒維修維護(hù)中。

立體光固化成型法（SL）中，系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)CAD文件，并將該文件轉(zhuǎn)換為STL文件類(lèi)型。此STL文件類(lèi)型提供三維打印機(jī)制造對(duì)象所需的幾何數(shù)據(jù)。讀取STL文件后，打印機(jī)開(kāi)始工作，將穿孔臺(tái)浸入液體罐中，液態(tài)聚合物通過(guò)穿孔接觸桌子。液體一接觸到桌子，紫外線激光就會(huì)擊中光液體聚合物的上表面，使其立即變硬。然后再次向下移動(dòng)，以創(chuàng)建逐層幾何結(jié)構(gòu)，并且從基礎(chǔ)層開(kāi)始融合每個(gè)連續(xù)層。最后一層完成后，將打印部件浸入另一種樹(shù)脂中，以便打印模型與液態(tài)聚合物分離。在此過(guò)程之后，所有層之間的粘合在該特定樹(shù)脂中變得牢固。因此，適用于光聚合物、陶瓷、ABS、半柔性材料，所加工的產(chǎn)品具有良好的表面光潔度和高精度的特點(diǎn)，但是，產(chǎn)品機(jī)械性能差、材料種類(lèi)有限且價(jià)格昂貴，因此多用在無(wú)托槽隱形矯治中。

2.2 三維打印技術(shù)在義齒加工中的注意事項(xiàng)

現(xiàn)階段，三維打印技術(shù)在義齒加工中遇到的困難主要與設(shè)計(jì)、安全、材料、認(rèn)證、技術(shù)分布問(wèn)題有關(guān)。具體來(lái)說(shuō)：設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)——當(dāng)首次使用三維打印技術(shù)加工義齒時(shí)，從業(yè)人員可能會(huì)面臨設(shè)計(jì)挑戰(zhàn);安全挑戰(zhàn)——用于直接人體接觸的三維打印部件需要滿(mǎn)足安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，義齒是對(duì)人體舒適度非常敏感的部件;基于材料的挑戰(zhàn)——用于義齒加工的三維打印的合適材料的可用性是一個(gè)潛在的挑戰(zhàn)。由于相關(guān)原材料的數(shù)據(jù)有限，選擇合適的材料對(duì)于遵守與健康和安全法規(guī)相關(guān)的限制至關(guān)重要;認(rèn)證挑戰(zhàn)——應(yīng)用三維打印進(jìn)行義齒加工時(shí)，為滿(mǎn)足監(jiān)管要求并消除牙科醫(yī)生的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)而獲得認(rèn)證的挑戰(zhàn)不容小覷;技術(shù)分布挑戰(zhàn)——由于昂貴的三維打印設(shè)備的能力不均衡以及對(duì)該技術(shù)的不熟悉，欠發(fā)達(dá)地區(qū)在應(yīng)用三維打印加工義齒的過(guò)程中存在潛在障礙。

為了有效地解決上述問(wèn)題，在應(yīng)用三維打印技術(shù)進(jìn)行義齒加工時(shí)需要注意制作的標(biāo)準(zhǔn)步驟。具體來(lái)說(shuō)，有以下幾點(diǎn)：

第一步，進(jìn)行病史、臨床檢查和診斷，包括無(wú)牙牙脊的初步不可逆水膠體印模以及用于無(wú)牙印模的甲基丙烯酸酯樹(shù)脂印模托盤(pán)。

第二步，檢查定制印模托盤(pán)是否合適，并在必要時(shí)修剪多余部分。使用ADA規(guī)范類(lèi)型的低熔印?；衔?，完成粘液動(dòng)態(tài)邊界成型和周邊追蹤，隨后使用氧化鋅印模材料進(jìn)行粘液靜電主印模，制作主鑄件并用于構(gòu)建咬合面樹(shù)脂記錄義齒基托上的邊緣。

第三步，確定美學(xué)參數(shù)，如唇部豐滿(mǎn)度、唇部支撐、唇線和微笑線，以及牙齒選擇。在記錄垂直和水平下頜關(guān)系之后進(jìn)行面弓轉(zhuǎn)移，通過(guò)口內(nèi)哥特式拱形追蹤進(jìn)行驗(yàn)證。記錄包括面弓在內(nèi)的臨床參數(shù)，并將模型安裝在半可調(diào)咬合架上進(jìn)行試穿。

第四步，進(jìn)行臨床試戴并將其導(dǎo)入專(zhuān)用三維打印機(jī)進(jìn)行打印。

在加工材料方面，三維打印技術(shù)通常使用丙烯酸樹(shù)脂基用于義齒的橋體材料。丙烯酸樹(shù)脂具有優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度，更高的耐磨性、更好的粘合性能和更高的美容美學(xué)價(jià)值，其咬合調(diào)整比陶瓷更容易。在實(shí)際中，為了提高樹(shù)脂義齒牙齒的強(qiáng)度和抗龜裂性，與直接制造的樹(shù)脂復(fù)合橋體相比，預(yù)制橋體實(shí)現(xiàn)橋體的正確成型和修整，并減少橋體周?chē)难谰叻e聚和牙齦刺激。此外，三維打印技術(shù)還可以使用納米填充樹(shù)脂復(fù)合材料制成義齒，提供最佳的光學(xué)和機(jī)械性能。這種義齒由聚氨酯二甲基丙烯酸酯樹(shù)脂基質(zhì)和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）簇的混合物制成，這些簇被封裝在結(jié)構(gòu)中，不僅看起來(lái)更美觀，而且還提供了良好的粘合性能。由于外層由高度交聯(lián)的 PMMA 制成，會(huì)有更高的美容價(jià)值和更高的耐磨性。

3 結(jié)論

綜上所述，如果說(shuō)CNC加工法讓義齒加工進(jìn)入數(shù)字化制造技術(shù)階段，那么三維打印技術(shù)則在CNC加工法的基礎(chǔ)上，成為義齒加工制作技術(shù)最后攻克的領(lǐng)域之一。與CNC加工法相比，三維打印技術(shù)雖然尚處于起步階段，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的普及和應(yīng)用，但是，三維打印固有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)還是讓其擁有更加明朗的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

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