【解析】電子束熔融（EBM）技術(shù)3D打印純鈦冠的適合性研究

全冠修復(fù)體的適合性是臨床評(píng)價(jià)修復(fù)體質(zhì)量及其修復(fù)效果的重要指標(biāo)，它反映了修復(fù)體制作的精密程度和就位情況 ,。良好的適合性是判斷新技術(shù)或新材料能否應(yīng)用于臨床的客觀指標(biāo)。其中邊緣適合性是影響 修復(fù)體成敗的關(guān)鍵,，不僅直接影響到修復(fù)體的固位,、美 觀，減少繼發(fā)齲和牙周病的發(fā)生,，保護(hù)基牙及牙周組織 的健康,。電子束熔融技術(shù)（EBM）是近年來(lái)一種新興的先進(jìn)金屬快速成型制造技術(shù)，尚未見(jiàn)到關(guān)于EBM打印純鈦冠的相關(guān)研究報(bào)道,。因此,，本研究通過(guò)比較EBM、選擇性激光熔覆（SLM）,、CAD/CAM,、失蠟鑄造法制作的純鈦單冠的邊緣及內(nèi)部適合性，探討EBM技術(shù)3D打印純鈦冠的可行性,。

1 材料與方法
1．1主要材料和設(shè)備
1．1．1EBM所需材料與設(shè)備
電子束熔融快速成型打印機(jī)（EBMA2,，Arcam公司，瑞典）,，純鈦粉末（Ar-cam公司,，瑞典），光學(xué)掃描系統(tǒng)（DentalWings,，Wie-land公司,，德國(guó)）,。

1．1．2 SLM所需材料與設(shè)備選擇性激光熔覆機(jī) （EOSINTM280，EOS公司,，德國(guó)）,，純鈦粉末（EOS公 司，德國(guó)）,，光學(xué)掃描系統(tǒng)（DentalWings,， Wieland公司，德國(guó)）,。

1．1．3CAD/CAM切削所需材料與設(shè)備 CAD/CAM 系統(tǒng)1（Ultrasonic20linear,，DMG公司，德國(guó)）,， CAD/CAM系統(tǒng)2（OrganicalMulti,，Ｒ+K公司，德國(guó)）,，切削純鈦預(yù)成塊（南京寶泰特種材料股份有限公司）,。

1．1．4鑄造所需材料與設(shè)備鑄造蠟（Ｒenfert，德國(guó)）,，鑄鈦機(jī)（XJ-Ⅱ,，山西西京醫(yī)療設(shè)備有限公司），純 鈦包埋料（SYMBIONTC,，株式會(huì)社日進(jìn),，日本），噴砂機(jī)（BasicMaster,，Ｒenfert,，德國(guó)），氧化鋁砂粒（80目,， Ｒenfert,，德國(guó)）。

1．1．5 其他材料與設(shè)備尼康SMZ-1500體式顯微 鏡（尼康公司,，日本）,，康特 “水魔方”硅橡膠印模材（康特齒科集團(tuán)，瑞士）,，超硬石膏（湖北貝諾齒科材料有 限公司）,。

1．2試件制備
1．2．1 標(biāo)準(zhǔn)模型的制作采用AutoCAD2004軟件設(shè) 計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基牙數(shù)字模型，規(guī)格為：高5mm,，頸部直徑4mm,，聚合度5°，內(nèi)線角圓鈍的90°肩臺(tái),，肩臺(tái)寬1mm,， 底座高3mm,，在牙面與軸面轉(zhuǎn)角處制作面積約4mm2的小斜面以引導(dǎo)基底冠準(zhǔn)確就位。并設(shè)計(jì)有6個(gè)模擬上頜前牙牙弓排列的插孔,，通過(guò)數(shù)控切削機(jī)床,、線切割機(jī)等設(shè)備加工6個(gè)40Cr材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)基牙數(shù)字模型，及一塊排列基牙的金屬板（圖1）,。將標(biāo)準(zhǔn)基牙排好固定后,，用康特硅橡膠翻制高質(zhì)量印模31個(gè)，并灌注超硬石膏模型31個(gè),，將每個(gè)模型切割成代型（圖2）,。將其中1個(gè)模型進(jìn)行光學(xué)掃描，剩余的個(gè)石膏模型隨機(jī)分為6組,，每組5個(gè),，選擇其中一組用于鑄造純鈦單冠5個(gè)（11牙單冠），其余5組分別用于EBM組,、SLM組,、DMG切削組，Ｒ+K切削組及鑄造組純鈦冠制備硅橡膠間隙印模,。

1．2．2 EBM組,、SLM組、DMG切削組及Ｒ+K切削組 修復(fù)體的制作隨機(jī)選取1個(gè)模型采用DentalWings 的掃描系統(tǒng)DWOS軟件進(jìn)行掃描設(shè)計(jì),，修復(fù)體厚度設(shè)計(jì)為1mm,，隙料厚度為40μm，分別采用電子束熔融快速成型打印機(jī),、切削設(shè)備Ultrasonic20linear（DMG）、OrganicalMulti（Ｒ+K）各制作5個(gè)純鈦單冠,。采用EOSM280制作純鈦冠時(shí)補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置為100μm,，制作純鈦單冠5個(gè)。試戴,，無(wú)需噴砂,，高壓蒸汽清洗20s后備用。

1．2．3 鑄造組修復(fù)體的制作將5個(gè)模型涂布2層 間隙劑（每層約厚20μm）,，距肩臺(tái)1．5mm范圍內(nèi)不涂布間隙劑,。熔蠟器熔蠟，采用浸蠟法+滴蠟法,，制作修復(fù)體蠟型,，要求蠟型內(nèi)外表面光滑清晰，厚度均勻?yàn)?mm,，完成的蠟型用純鈦包埋料包埋,，鑄鈦機(jī)鑄造純鈦冠,，按照此方法制作純鈦單冠5個(gè)。在0．2MPa壓力下,，噴嘴距離冠內(nèi)面2cm,，采用Al2O3砂粒（直徑80μm）對(duì)冠內(nèi)面噴砂30s，高壓蒸汽清洗20s,，試戴合適后備用,。

1．2．4 硅橡膠試件制備將EBM組、 SLM組,、DMG切削組,， Ｒ+K切削組及鑄造組純鈦單冠（25個(gè)）就位于5組隨機(jī)分配的基牙石膏模型上，在冠內(nèi)注入硅橡 膠輕體,，加載50N壓力,，制取修復(fù)體與預(yù)備體之間的 粘接間隙（圖3）。待輕體完全凝固后,，小心去除冠外緣多余的輕體及金屬冠,，得到代表粘接間隙的輕體薄膜。用重體將輕體薄膜固定,，形成三明治結(jié)構(gòu),，待硅橡膠凝固后整體片切，切成1mm厚的薄片試件（圖4）,，共制備硅橡膠間隙印模試件25個(gè),。

1．3試件測(cè)量將硅橡膠間隙印模試件在尼康SMZ-1500體視顯

微鏡下放大100倍，使用NikonACT-2U軟件測(cè)量冠內(nèi)面與代型表面間的垂直間隙,。測(cè)量點(diǎn)如圖4所示,，A1、A2點(diǎn)代表邊緣垂直間隙,；B1,、B2點(diǎn)代表肩臺(tái)中央垂直間隙；C1,、 C2點(diǎn)代表軸面中央垂直間隙,；D點(diǎn)代表面中央垂直間隙。A1,、A2點(diǎn)代表邊緣適合性,，其余點(diǎn)代表內(nèi)部適合性。每點(diǎn)分別在2個(gè)半側(cè)面上測(cè)量3 次,，取平均值,。

1．4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS17．0軟件對(duì)5組不同部位的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)雙側(cè)α=0．05。

2 結(jié) 果

5組純鈦單冠邊緣及內(nèi)部間隙測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1,，各組面中央垂直間隙最大,，邊緣間隙最小。5組純鈦冠的邊緣間隙有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0．05）,，其中間隙最小,、適合性最好的是切削組，其次是EBM和SLM3D打印組,，鑄造組邊緣間隙最大,；EBM與SLM組、DMG與Ｒ+K組冠的邊緣適合性并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0．05）,。

EBM與SLM組肩臺(tái)中央適合性優(yōu)于DMG組,、 Ｒ+K組和鑄造組（P＜0．05）；EBM組與SLM組,、DMG組與Ｒ+K組,、切削組與鑄造組肩臺(tái)中央適合性無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0．05）。EBM與SLM組軸面中央垂直間隙較DMG,、Ｒ+K,、鑄造組大，Ｒ+K組較鑄造組大（P＜0．05）,；EBM與SLM組軸面中央適合性無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué) 差異（P＞0．05）,，DMG組軸面中央適合性優(yōu)于Ｒ+K組（P＜0．05）。EBM組 面中央適合性優(yōu)于SLM,、DMG,、 鑄造組比較，P＜0．05 鑄造組,，SLM組面中央適合性較DMG,、Ｒ+K、鑄造組差,，Ｒ+K組優(yōu)于DMG組,、鑄造組（P＜0．05）；5組純鈦冠的內(nèi)部整體適合性無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0．05）,。

3 討 論

修復(fù)體良好的邊緣和內(nèi)部適合性是臨床醫(yī)生關(guān)注的重點(diǎn)， 也是修復(fù)體獲得長(zhǎng)期壽命的前提,。適合 性是一個(gè)廣義的概念,，通常是指牙預(yù)備體表面與修復(fù)體組織面之間間隙的大小，即修復(fù)體粘固于牙預(yù)備體以后粘固劑的厚度 ,。美國(guó)牙醫(yī)協(xié)會(huì)（ADA）認(rèn)為理 想的粘接層厚度為25～40μm,，但在臨床應(yīng)用中很 難達(dá)到這一要求。目前， 冠邊緣適合性通常采用Mclean和VanFraunhofer的研究結(jié)果：全冠邊緣垂直 間隙的臨床最大可接受范圍是120μm,，該觀點(diǎn)被大多數(shù)學(xué)者們所公認(rèn)  ,。對(duì)于冠內(nèi)部適合性，Mou等研 究者認(rèn)為粘接后,，臨床上可以接受的內(nèi)部適合性范圍在200～300μm之間,。為了研究不同制作方法對(duì)冠適合性的影響，本實(shí)驗(yàn)將純鈦冠的厚度設(shè)置為1mm,，標(biāo)準(zhǔn)基牙的向聚合度設(shè)置為5°,， 肩臺(tái)以上隙料厚度設(shè)置為40μm，均符合臨床標(biāo)準(zhǔn) ,。

3．1適合性檢查方法的選擇

常見(jiàn)的適合性測(cè)定方法主要有以下幾種：肉眼觀 察及探針探查法,，顯微鏡測(cè)量法，印模技術(shù)法,，片切法和MicroCT法,。肉眼觀察及探針探查法用于觀察，無(wú)量化指標(biāo),，受觀察者主觀影響大,；片切法對(duì)修復(fù)體及代型具有破壞性，在臨床上患者無(wú)法將修復(fù)體戴走,；顯微鏡直接測(cè)量法及MicroCT法無(wú)法在口腔內(nèi)操作,，故目 前，臨床上較為常用的方法是用硅橡膠輕體復(fù)制出粘接間隙后,，再用重體固定輕體薄膜,，待重體完全凝固后再將該復(fù)合結(jié)構(gòu)切成片狀，在體式顯微鏡下觀察并測(cè)量間隙印模的厚度,，該方法是將印模法與切片法聯(lián)合應(yīng)用,，不僅操作簡(jiǎn)便易行，而且不破壞修復(fù)體和代型,，測(cè)量數(shù)據(jù)全面（包含邊緣間隙及內(nèi)部間隙）且較為準(zhǔn) 確可靠,，可以重復(fù)測(cè)量。

3．2 制作工藝

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示EBM組,、 SLM組制作的純鈦單冠的邊緣適合性優(yōu)于鑄造組,，這是因?yàn)榧冣佋诟邷貤l件下極易氧化，在鑄造過(guò)程中容易產(chǎn)生氣孔,，影響修復(fù)體質(zhì)量,；傳統(tǒng)的模料是蠟料，因其較軟,，在制作和包埋中易出現(xiàn)變形及收縮問(wèn)題,，影響修復(fù)體的精密度，進(jìn)而影響修復(fù)體邊緣的密合性；在鑄造過(guò)程中,，包埋材料膨脹系數(shù),、金屬冷卻收縮以及操作者技術(shù)熟練程度等因素，均使純鈦冠很難達(dá)到滿意的適合性,。而EBM,、SLM作為3D打印重要的一部分，金屬修復(fù)體制作的每個(gè)步驟均由計(jì)算機(jī)精確控制,，避免了蠟型變形,，包埋料的影響。

在實(shí)驗(yàn)中CAD/CAM組純鈦冠的邊緣適合性最好,，這是因?yàn)閿?shù)控切削技術(shù)與EBM3D打印技術(shù)相比,，其為冷加工并在計(jì)算機(jī)控制下提高了修復(fù)體的精度，避免了溫度對(duì)修復(fù)體的影響,；與鑄造技術(shù)相比,，避免了手工制作的隨機(jī)性，避免了在蠟型取戴和包埋過(guò)程中產(chǎn)生的變形,，從而保證了更好的適合性,。本研究中EBM與SLM3D打印組、DMG與Ｒ+K切削組的邊緣適合性無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,。

研究結(jié)果表明5組純鈦單冠的內(nèi)部整體適合性無(wú) 明顯差異,， EBM與SLM3D打印組肩臺(tái)中央適合性優(yōu)于DMG、Ｒ+K切削組和鑄造組,，可能因?yàn)镋BM,、 SLM為熱加工，加工過(guò)程中金屬修復(fù)體會(huì)有所膨脹,；而EBM組與SLM組,、DMG組與Ｒ+K組、切削組與鑄造組肩臺(tái)中央適合性無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,。EBM與SLM組軸 面中央垂直間隙較DMG,、Ｒ+K、鑄造組大,，原因在于EBM打印的單冠內(nèi)表面光滑度較差,，需稍拋光才能使其完全就位，使得EBM組軸面中央垂直間隙增大,； SLM打印單冠時(shí)由于高溫對(duì)修復(fù)體的影響使其無(wú)法就位而設(shè)置了補(bǔ)償參數(shù),，進(jìn)而影響了其內(nèi)部適合性。實(shí)驗(yàn)中EBM與SLM組軸面中央適合性無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,，DMG組軸面中央適合性優(yōu)于Ｒ+K組，可能因?yàn)? 種切削系統(tǒng)不同。

對(duì)于面中央適合性,， EBM組優(yōu)于DMG組,，原因在于EBM冠面內(nèi)表面較DMG組粗 糙，縮短了與基牙面中央的距離,；SLM組較EBM,、切削、鑄造組差,，可能因?yàn)檠a(bǔ)償系數(shù)影響其內(nèi)部適合性,； 鑄造組較EBM組及Ｒ+K組 面中央適合性差的原 因是鑄造單冠的制作涉及隙料涂布、蠟型制作,、包埋等 多個(gè)步驟,，存在無(wú)法估計(jì)的人工誤差及包埋鑄造的膨脹收縮誤差，從而影響鑄造冠的內(nèi)部適合性,�,？谇患冣佇迯�(fù)體的加工方法主要有失蠟精密鑄造 技術(shù)、 CAD/CAM切削加工,、3D打印技術(shù)等,。

目前，EBM技術(shù)在口腔冠修復(fù)體方面的研究尚未報(bào)道,，SLM在口腔純鈦冠修復(fù)體方面的研究也未見(jiàn)報(bào)道,，但在鈷鉻 合金方面的研究較多，如Xu等研究了SLM鈷鉻合金單冠的邊緣適合性,，其結(jié)果為（102．86±40．54）μm,；李國(guó)強(qiáng)等  在掃描電鏡下觀察了鈷鉻合金單冠粘接面 各測(cè)量點(diǎn)粘接劑的厚度，牙冠頸緣,、試件下1/3區(qū),、軸面角處和面中央點(diǎn)間隙分別為（36．51±2．94）μm、 （49．36±3．31）μm,、（56．48±3．35）μm和（42．20±3．60）μm,；黨 玉琪等 研究了SLM制作鈷鉻合金冠的適合性，其邊緣平均間隙,、肩臺(tái)中央,、軸面中央、面中央平均間隙分別為（46．54±8．4）μm,、（112．78±13．80）μm,、（108．63±21．68）μm、（203．29±34．61）μm,。本實(shí)驗(yàn)中SLM純鈦單冠的邊緣平均間隙,、肩臺(tái)中央,、軸面中央、面中央平均間隙分別為（38．63±6．82）μm,、 （73．43±15．09）μm,、（108．05±11．72）μm、（210．19±10．93）μm,，其邊緣和內(nèi)部適合性均在臨床可接受的范圍內(nèi),。

本實(shí)驗(yàn)中邊緣適合性最好的是切削組，這說(shuō)明CAD/CAM切削技術(shù)仍然是加工精度最高的修復(fù)體加工工藝,，但是其在加工過(guò)程中會(huì)不可避免的造成材料的巨大浪費(fèi),，且切割硬質(zhì)金屬時(shí)會(huì)使鉆頭磨損嚴(yán)重，需要頻繁更換鉆頭,，也會(huì)增加成本,。而EBM、SLM技術(shù)雖然加工精度不如切削技術(shù),，但其邊緣間隙遠(yuǎn)小于臨床可接受的120μm,，且比傳統(tǒng)的失蠟鑄造法制作的修復(fù)體邊緣適合性更好，完全可以滿足臨床要求,。此外,，EBM、SLM技術(shù)比CAD/CAM切削技術(shù)節(jié)約材料,，降低成本,，比鑄造法的工序簡(jiǎn)單，精確度高,，故EBM,、SLM技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)有希望成為新興的牙科修復(fù)體制作新技術(shù)

編輯：南極熊

作者：毛菁紅 陳克南 高勃