综述：3D打印在齿科应用中的几种工艺
时间:2021-09-17 08:20 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
导读：三维（3D）打印技术是基于计算机辅助设计数字模型来自动创建个性化的三维物体的先进制造技术。近30年来，它们已被广泛应用于工业、设计、工程和制造领域。三维打印在工艺工程方面有很多优势，在牙科方面的应用包括 在牙科的应用范围从修复学、口腔和颌面外科、口腔种植学到正畸学、牙髓学和牙周病学。
近日，来自山东第一医科大学的田乐一等人发表了一篇关于3D打印技术的实用和科学概述，它较为全面地介绍了当前的3D打印技术，包括粉末床熔融、光聚合成型和熔融沉积建模等。此外，它还介绍了影响3D打印指标的各种因素，如机械性能和精度。性能和精度。最后一节对3D打印在牙科的临床应用进行了总结，包括
制造工作模型以及在修复学、口腔颌面外科和口腔种植学领域的主要应用。三维打印技术具有材料利用率高和能够制造单一复杂几何形状的优势。然而，它们也有成本高和后期处理费时的缺点。新材料和新技术的开发将是3D打印在牙科领域的未来趋势，但不可否认的是
3D打印将有一个光明的未来。
论文要点
1）介绍了目前的3D打印技术，包括粉末床熔合（powder bed fusion，PBF）, 聚合成型技术（photopolymerizationmolding), 熔融沉积成型（fused deposition modeling，FDM）
2）介绍了影响3D打印指标的不同因素：例如机械性质、精度等；
3）3D打印在齿科中的临床应用总结，包括工作模型制作、在假牙修复、口腔、颌鼻甲骨手术、口腔移植等领域的主要应用。
图：三维（3D）技术的示意图。(a) 数字光处理。(b) 立体光刻技术。(c) 熔融沉积建模。
根据不同的工作原理，3D打印可以分为3类：粉末床熔合PBF、聚合成型技术(光固化)、熔融沉积成型FDM。
表1：3D打印技术的材料和主要优势。该表显示了三种3D打印技术及其分类、材料和主要优势
2.1 粉末床熔融 (PBF)
任何可以被激光辐射烧结或熔融并且能冷却固体化的的粉末材料，都适合于激光烧结或熔融技术。根据能量源和粉末材料，PBF可分为下列打印技术：selective
laser melting(SLM),selective laser sintering (SLS), electron beam
melting (EBM), directmetal laser sintering
(DMLS)。所有这些技术都是利用热来融化粉末材料。在齿科，PBF技术用来制作所有种类的金属产品。而且，PBF技术可以用来制作陶瓷修复体.SLS和DMLS的操作环境温度并没有达到材料的熔点, 金属粉末是部分融化的，这就导致形成多孔结构和粗糙的表面。而在SLM过程中，粉末材料在熔点温度下直接融化。不同于SLM，EBM是利用电子束来融化材料。而且，这两项技术都是在纯化的惰性气体氩气中彻底融化金属材料。
PBF技术流程：首先利用滚筒将粉末基材从材料池带到构建平台上；然后，激光或电子束根据CAD文件定义的横截面构造选择性地融化粉末粒子；构建平台依据打印层的厚度大小下降。依此循环，直到最终物体成型。
2.2 光固化
光固化技术包括主要3种SLA, DLP(digital light processing), 和PJ (photo jet). SLA和DLP的打印过程可分为3个独立的过程，曝光、构建平台、树脂填充。SLA技术中，构建平台有2种控制方式：platform-top-down 和 platform-bottom-upapproach.
第一种是top-down，构建平台在树脂池里浸湿，一层树脂覆盖构建平台，当激光扫描第一层树脂后，构建平台向下移动，用辊轮滚刷新的一层树脂添加到上一层上。一直循环，直到目标物体打印完成。
第二种是bottom-up，构建平台浸没在树脂池底部，平台和底部的间隙只有单层树脂的厚度，光源放在树脂池的底部，固化后，平台向上增加一层的距离，树脂材料由于重力作用能够完全地填充平台与底部的间隙。
bottom-up比top-down有几个优点：1. 第二种方法树脂不直接接触氧气，固化时避免氧阻聚的问题；2. 光源放在底部，减少对操作者的潜在伤害；3. 由于重力作用，树脂可以自动填充。
图：用数字光处理技术在五个不同的结构角度下制作牙冠，以研究结构角度对产品的影响。施工角度对产品精度的影响
DLP技术微系统中，包含矩形排列的镜子，称为数字微反射器，每一片反射镜代表一个轴，投影图像的分辨率取决于反射镜的数量。微反射器的角度可以独立调整。光源发射的光被反射器反射，作为单轴投影到待打印的表面。DLP的优点是，整个一层可以通过单个光源辐射构建。每一层可以独立于各自层的形状或轴的数量而构建，构建的时间可以缩短。
PJ的原理是可聚合喷墨打印。在打印过程中，打印头沿着X/Y轴移动，“墨水”（光聚合物）喷洒在平台上，紫外光沿着打印头移动的方向在构建表面固化“墨水”，从而完成一层的打印。然后，桌子沿着Z轴下降一层。设备重复构建循环，直到完成打印。
这一技术最大的特点就是，材料选择广泛，热塑性树脂、陶瓷、氧化锆膏状物等。而且，喷墨3D打印可以在同一位置打印不同的材料，从而形成不同性质的物体。
2.3 熔融沉积成型 FDM
FDM在齿科行业是最流行、最便宜的3D打印技术。丝状的热塑性材料在喷嘴处加热熔化，在计算机的控制下，喷嘴和工作台在X-和Y-方向各自移动，熔化状态的材料从喷嘴处挤出，一层一层堆积，冷却固化成型。
图：牙冠修复体的不同表面光滑度反映了三维（3D）打印和计算机辅助设计（CAD）/计算机辅助制造（CAM）技术的不同精度。计算机辅助设计（CAD）/计算机辅助制造（CAM）技术的不同精度。(a)
冠修复体是用三维打印技术制作的。(b)使用减法制造技术制作的牙冠修复体。
图：数字设计过程和下颌骨定制托盘的构建。(a) 标准的下颌骨无牙颌模型。(b) 扫描石膏后的三维（3D）数字模型。(c) 修剪模型的边缘区域。(d) 在模型上添加把手，形成一个 托盘。(e) 使用熔融沉积模型打印定制的托盘。(f) 托盘和原始石膏高度兼容。
相关论文信息：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
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