綜述：3D打印在齒科應用中的幾種工藝

導讀：三維（3D）打印技術是基于計算機輔助設計數字模型來自動創(chuàng)建個性化的三維物體的先進制造技術。近30年來，它們已被廣泛應用于工業(yè)、設計、工程和制造領域。三維打印在工藝工程方面有很多優(yōu)勢，在牙科方面的應用包括 在牙科的應用范圍從修復學、口腔和頜面外科、口腔種植學到正畸學、牙髓學和牙周病學。

近日，南極熊獲悉，來自山東第一醫(yī)科大學的田樂一等人發(fā)表了一篇關于3D打印技術的實用和科學概述，它較為全面地介紹了當前的3D打印技術，包括粉末床熔融、光聚合成型和熔融沉積建模等。此外，它還介紹了影響3D打印指標的各種因素，如機械性能和精度。性能和精度。最后一節(jié)對3D打印在牙科的臨床應用進行了總結，包括 制造工作模型以及在修復學、口腔頜面外科和口腔種植學領域的主要應用。三維打印技術具有材料利用率高和能夠制造單一復雜幾何形狀的優(yōu)勢。然而，它們也有成本高和后期處理費時的缺點。新材料和新技術的開發(fā)將是3D打印在牙科領域的未來趨勢，但不可否認的是 3D打印將有一個光明的未來。

論文要點

1）介紹了目前的3D打印技術，包括粉末床熔合（powder bed fusion，PBF）, 聚合成型技術（photopolymerizationmolding), 熔融沉積成型（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）

2）介紹了影響3D打印指標的不同因素：例如機械性質、精度等；

3）3D打印在齒科中的臨床應用總結，包括工作模型制作、在假牙修復、口腔、頜鼻甲骨手術、口腔移植等領域的主要應用。

圖：三維（3D）技術的示意圖。(a) 數字光處理。(b) 立體光刻技術。(c) 熔融沉積建模。

根據不同的工作原理，3D打印可以分為3類：粉末床熔合PBF、聚合成型技術(光固化)、熔融沉積成型FDM。

表1：3D打印技術的材料和主要優(yōu)勢。該表顯示了三種3D打印技術及其分類、材料和主要優(yōu)勢

2.1 粉末床熔融 (PBF)

任何可以被激光輻射燒結或熔融并且能冷卻固體化的的粉末材料，都適合于激光燒結或熔融技術。根據能量源和粉末材料，PBF可分為下列打印技術：selective laser melting(SLM),selective laser sintering (SLS), electron beam melting (EBM), directmetal laser sintering (DMLS)。所有這些技術都是利用熱來融化粉末材料。在齒科，PBF技術用來制作所有種類的金屬產品。而且，PBF技術可以用來制作陶瓷修復體.

SLS和DMLS的操作環(huán)境溫度并沒有達到材料的熔點, 金屬粉末是部分融化的，這就導致形成多孔結構和粗糙的表面。而在SLM過程中，粉末材料在熔點溫度下直接融化。不同于SLM，EBM是利用電子束來融化材料。而且，這兩項技術都是在純化的惰性氣體氬氣中徹底融化金屬材料。

PBF技術流程：首先利用滾筒將粉末基材從材料池帶到構建平臺上；然后，激光或電子束根據CAD文件定義的橫截面構造選擇性地融化粉末粒子；構建平臺依據打印層的厚度大小下降。依此循環(huán)，直到最終物體成型。

2.2 光固化

光固化技術包括主要3種SLA, DLP(digital light processing), 和PJ (photo jet). SLA和DLP的打印過程可分為3個獨立的過程，曝光、構建平臺、樹脂填充。

SLA技術中，構建平臺有2種控制方式：platform-top-down 和 platform-bottom-upapproach.

第一種是top-down，構建平臺在樹脂池里浸濕，一層樹脂覆蓋構建平臺，當激光掃描第一層樹脂后，構建平臺向下移動，用輥輪滾刷新的一層樹脂添加到上一層上。一直循環(huán)，直到目標物體打印完成。

第二種是bottom-up，構建平臺浸沒在樹脂池底部，平臺和底部的間隙只有單層樹脂的厚度，光源放在樹脂池的底部，固化后，平臺向上增加一層的距離，樹脂材料由于重力作用能夠完全地填充平臺與底部的間隙。

bottom-up比top-down有幾個優(yōu)點：1. 第二種方法樹脂不直接接觸氧氣，固化時避免氧阻聚的問題；2. 光源放在底部，減少對操作者的潛在傷害；3. 由于重力作用，樹脂可以自動填充。

圖：用數字光處理技術在五個不同的結構角度下制作牙冠，以研究結構角度對產品的影響。施工角度對產品精度的影響

DLP技術微系統(tǒng)中，包含矩形排列的鏡子，稱為數字微反射器，每一片反射鏡代表一個軸，投影圖像的分辨率取決于反射鏡的數量。微反射器的角度可以獨立調整。光源發(fā)射的光被反射器反射，作為單軸投影到待打印的表面。DLP的優(yōu)點是，整個一層可以通過單個光源輻射構建。每一層可以獨立于各自層的形狀或軸的數量而構建，構建的時間可以縮短。

PJ的原理是可聚合噴墨打印。在打印過程中，打印頭沿著X/Y軸移動，“墨水”（光聚合物）噴灑在平臺上，紫外光沿著打印頭移動的方向在構建表面固化“墨水”，從而完成一層的打印。然后，桌子沿著Z軸下降一層。設備重復構建循環(huán)，直到完成打印。

這一技術最大的特點就是，材料選擇廣泛，熱塑性樹脂、陶瓷、氧化鋯膏狀物等。而且，噴墨3D打印可以在同一位置打印不同的材料，從而形成不同性質的物體。

2.3 熔融沉積成型 FDM

FDM在齒科行業(yè)是最流行、最便宜的3D打印技術。絲狀的熱塑性材料在噴嘴處加熱熔化，在計算機的控制下，噴嘴和工作臺在X-和Y-方向各自移動，熔化狀態(tài)的材料從噴嘴處擠出，一層一層堆積，冷卻固化成型。

圖：牙冠修復體的不同表面光滑度反映了三維（3D）打印和計算機輔助設計（CAD）/計算機輔助制造（CAM）技術的不同精度。計算機輔助設計（CAD）/計算機輔助制造（CAM）技術的不同精度。(a) 冠修復體是用三維打印技術制作的。(b)使用減法制造技術制作的牙冠修復體。

圖：數字設計過程和下頜骨定制托盤的構建。(a) 標準的下頜骨無牙頜模型。(b) 掃描石膏后的三維（3D）數字模型。(c) 修剪模型的邊緣區(qū)域。(d) 在模型上添加把手，形成一個 托盤。(e) 使用熔融沉積模型打印定制的托盤。(f) 托盤和原始石膏高度兼容。

相關論文信息：Yueyi Tian, ChunXu Chen, XiaotongXu, Jiayin Wang, Xingyu Hou, Kelun Li, Xinyue Lu, HaoYu Shi, Eui-Seok Lee, HengBo Jiang, "A Review of 3D Printing in Dentistry: Technologies, AffectingFactors, and Applications", 2021.

DOI: https://doi.org/10.1155/2021/9950131