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国内陶瓷义齿3D打印技术发展情况

时间:2017-12-24 20:38 来源:未知 作者:中国3D打印机网 阅读:

     在义齿牙冠直接制造中应用的3D打印技术目前以粉末床选区激光熔融金属3D打印技术为主,主要应用产品为烤瓷牙金属冠。金属牙冠在经过去除支撑、抛光等后处理之后,再经过烤瓷处理即完成烤瓷牙的制作。3D打印技术在牙冠加工领域中的另一类应用-全瓷牙冠制造,正在快速的发展当中。本期,3D科学谷将通过国内部分企业、医疗机构所研发的氧化锆陶瓷义齿3D打印设备、材料或技术解决方案,与谷友共同来了解一下国内全瓷牙冠3D打印技术的发展情况。

基于光固化的陶瓷牙冠3D打印技术

     1970年代,德国著名的VITA公司发明了In-Ceram技术,全瓷冠的强度得到了很大的提高,并很快应用于临床,全瓷冠逼真的美学效果令牙医们震惊。全瓷烤瓷牙根据材料的不同,也可分为氧化铝全瓷牙、铸造全瓷牙以及二氧化锆全瓷牙。氧化锆(即二氧化锆)全瓷牙是全瓷烤瓷牙的一种,因其内部结构材料为氧化锆陶瓷而被称为氧化锆全瓷牙。

全瓷冠3D打印生产线

      博力迈科技自主研发了高性能陶瓷3D打印机,并推出3D打印氧化锆陶瓷义齿生产线,由患者牙模数字化扫描与建模、义齿三维设计、3D打印义齿生坯、脱脂与高温烧结、上釉等工序组成。

porimy ceramics crown 3D printing

图片来源:博力迈科技

      博力迈公司表示,氧化锆陶瓷义齿的强度、形貌、尺寸精度和通透性要求很高,通常用CNC切削技术进行制作,但在切削加工时很多材料被切除掉,导致全瓷冠的价格昂贵,而且还可能在义齿中有切削力造成的内裂纹。3D打印氧化锆陶瓷义齿的材料利用率可达90%以上,无内裂纹,成本较低。

     博力迈公司研发的3D打印氧化锆陶瓷义齿,目前已顺利地通过了我国食品药品监督局的机械性能和生物检验,并于今年10月获得了我国医疗器械注册证,从而可正式上市销售。

带有浆料搅拌和配色装置的全瓷冠3D打印设备

      联泰科技研发了一种光固化成型的3D 打印陶瓷义齿的方法和设备。设备具有业化装置,设备中的搅拌机构,能实现高粘度陶瓷浆料材料的充分混合,且保证混合均匀,避免树脂槽的底部形成材料沉淀。

      此外,这种陶瓷义齿打印设备带有色剂配置功能,通过色剂与基料的搭配比例,能够调配混合所得液体材料的颜色,实现带个性化颜色的义齿加工,搅拌机构能够保证调色的均匀,这项配置有助于提升全瓷冠的美学效果。

    在完成陶瓷义齿在打印之后,需对3D打印件进行烧结及等静压处理。对打印出来的义齿,进行二次固化处理来保证固化充分,进行等静压处理来保证陶瓷材料的致密度,从而保证所得义齿的强度。

兼容多种生物陶瓷浆料的3D打印设备

    深圳奇遇科技拥有自主研发的陶瓷3D打印机,可兼容羟基磷灰石、TCP、氧化铝、氧化锆、二氧化钛等生物陶瓷粉体材料所配制的陶瓷浆料。

奇遇科技与南京医科大学附属口腔医院研发了一种陶瓷义齿3D打印材料,材料由氧化锆陶瓷粉与粘结剂均匀混合在溶剂中,调配成一种适配于挤出型3D打印机的成型浆料。

      该浆料能够通过3D打印机制造个性化义齿的陶瓷胚。义齿陶瓷胚在干燥后,经过高温烧结,再打磨处理得到氧化锆义齿。

从设计到加工全瓷义齿生产系统

       迅实科技在2016年推出了自主研发的陶瓷光固化3D打印机,并花费2个多小时,打印出一个有40%陶瓷固含量的硬币大小的陶瓷齿轮工件。随后,迅实科技成功突破陶瓷烧结等多项技术,且不断提高陶瓷固含量。

    针对义齿加工行业,讯实科技推出了完整的数字化口腔解决方案,从三维扫描到CAD设计到3D打印的流程化的解决方案。将前期扫描、设计、打印及后续包埋铸造每个环节打通,为义齿加工企业提供行之有效的数字化齿科解决方案,帮助企业提高义齿制作的质量和精度,缩短制作周期,提升义齿生产产能。

      珠海新茂义齿科技有限公司研发了一种全瓷义齿生产系统,包括口腔内三维扫描仪、与口腔内三维扫描仪信号连接的数据处理模块、数据接收模块、数据接收模块相连接的3D打印模块与义齿制作模块。义齿制作模块包括义齿设计模块、排版模块、车销模块、烧结模块以及修整模块,数据二次处理模块与义齿设计模块连接。

     通过口腔内三维扫描仪、数据处理模块、数据接收模块、3D打印模块以及义齿制作模块,义齿的设计与制造过程可以实现全数字化,避免义齿加工厂与医生进行多次的来回产品传递,使得医生与加工厂之间能快速进行产品的传递,缩短治疗周期,提高工作效率。

SLA 陶瓷义齿3D打印设备及材料
      上海应用技术大学材料科学与工程学院赵喆教授团队,研发出基于立体光固化技术(SLA)的高精度工业级陶瓷材料3D打印机,以及与之相配套的高纯氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅和石膏树脂等打印材料。

      该技术适用于对打印精度有高要求的全瓷义齿和首饰加工行业。目前该团队已与上海市第九人民医院等多家国内一流医疗机构和大型义齿加工单位开展合作。相关技术目前正在申请相关医疗许可证书,预计在2018年上半年可以将这一陶瓷义齿3D打印技术真正落地。

赵喆教授曾表示,这项技术的优势不仅仅在全瓷牙的加工领域,其材料强度、工艺精度上的优势,有望在更多医学领域发挥作用,比如应用于骨科的硬组织修复、大尺寸特殊结构骨骼部件的制备等。

     在国际上,基于光固化3D打印技术进行陶瓷加工的典型企业包括Lithoz, 3D CERAM,ADMATEC。在陶瓷3D打印领域还有另一种与众不同的打印技术-纳米射流技术。以纳米金属射流技术著称的Xjet公司,将金属3D打印技术“复制”到了陶瓷领域,其中一个重要应用方向也是陶瓷牙冠制造。

Xjet的直接3D金属喷射系统核心技术来自于其专利的纳米金属射流技术,利用纳米粒子来创建特殊的液态金属,从而快速打印出金属零件,该技术将金属3D打印的速度和打印量都提升到一个新的水平,并且可以制造出高精度和高表面光洁度的产品。Xjet将金属打印的技术“复制”到了陶瓷材料的打印工艺中,纳米级别的陶瓷颗粒均匀的“悬浮”在打印“油墨”中,在高温下粘结在一起,经过后期的烧结处理,达到紧致的内部结构和光洁的表面质量。

      目前,氧化锆等全瓷牙冠的加工制造技术以CNC 加工技术为主,该技术在产品精度和加工效率方面占有优势。但同时由于加工时是由切削刀具在锆盘上进行材料去除,材料的浪费使得全瓷牙冠价格居高不下。而与之相比,3D打印技术在材料利用率上更占优势。总体来讲,3D打印陶瓷义齿加工技术的应用尚属于早期,未来的全瓷义齿加工市场将由哪一项技术主导,只能等待市场验证的结果。

     值得一提的是,目前金属烤瓷牙冠并没有被全瓷冠产品所取代,两种产品是并存的。全瓷冠产品成为对美学效果要求高,并且对于价格不敏感的用户的主要选择。金属烤瓷牙冠在价格上占有优势,也受到一部分消费群体的欢迎。金属3D打印技术最广泛的应用是批量定制化制造钴铬合金牙冠,基于这类金属材料的烤瓷牙,凭借在价格上的优势,仍具有广泛的市场空间。

(责任编辑:中国3D打印机网)