綜述：3D打印在齒科應(yīng)用中的幾種工藝

導讀：三維（3D）打印技術(shù)是基于計算機輔助設(shè)計數(shù)字模型來自動創(chuàng)建個性化的三維物體的先進制造技術(shù),。近30年來，它們已被廣泛應(yīng)用于工業(yè),、設(shè)計,、工程和制造領(lǐng)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(yīng)用包括 在牙科的應(yīng)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(guān)于3D打印技術(shù)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(shù)，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(yīng)用進行了總結(jié),，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(lǐng)域的主要應(yīng)用,。三維打印技術(shù)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(shù)的開發(fā)將是3D打印在牙科領(lǐng)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(shù),，包括粉末床熔合（powder bed fusion,，PBF）, 聚合成型技術(shù)（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(zhì)、精度等,；

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

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

根據(jù)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(shù)(光固化),、熔融沉積成型FDM。

表1：3D打印技術(shù)的材料和主要優(yōu)勢,。該表顯示了三種3D打印技術(shù)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(jié)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(jié)或熔融技術(shù),。根據(jù)能量源和粉末材料,，PBF可分為下列打印技術(shù)：selective laser melting(SLM),selective laser sintering (SLS), electron beam melting (EBM), directmetal laser sintering (DMLS)。所有這些技術(shù)都是利用熱來融化粉末材料,。在齒科,，PBF技術(shù)用來制作所有種類的金屬產(chǎn)品。而且,，PBF技術(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)都是在純化的惰性氣體氬氣中徹底融化金屬材料,。

PBF技術(shù)流程：首先利用滾筒將粉末基材從材料池帶到構(gòu)建平臺上；然后,，激光或電子束根據(jù)CAD文件定義的橫截面構(gòu)造選擇性地融化粉末粒子,；構(gòu)建平臺依據(jù)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(shù)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(gòu)建平臺,、樹脂填充。

SLA技術(shù)中,，構(gòu)建平臺有2種控制方式：platform-top-down 和 platform-bottom-upapproach.

第一種是top-down,，構(gòu)建平臺在樹脂池里浸濕，一層樹脂覆蓋構(gòu)建平臺,，當激光掃描第一層樹脂后,，構(gòu)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(gòu)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(shù)字光處理技術(shù)在五個不同的結(jié)構(gòu)角度下制作牙冠,，以研究結(jié)構(gòu)角度對產(chǎn)品的影響。施工角度對產(chǎn)品精度的影響

DLP技術(shù)微系統(tǒng)中,，包含矩形排列的鏡子,，稱為數(shù)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(shù)量,。微反射器的角度可以獨立調(diào)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(gòu)建。每一層可以獨立于各自層的形狀或軸的數(shù)量而構(gòu)建,，構(gòu)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(gòu)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(shè)備重復構(gòu)建循環(huán)，直到完成打印,。

這一技術(shù)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(zhì)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(shù),。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(shè)計（CAD）/計算機輔助制造（CAM）技術(shù)的不同精度。計算機輔助設(shè)計（CAD）/計算機輔助制造（CAM）技術(shù)的不同精度,。(a) 冠修復體是用三維打印技術(shù)制作的,。(b)使用減法制造技術(shù)制作的牙冠修復體,。

圖：數(shù)字設(shè)計過程和下頜骨定制托盤的構(gòu)建。(a) 標準的下頜骨無牙頜模型,。(b) 掃描石膏后的三維（3D）數(shù)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(guān)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