3D金屬打印義齒工藝控制風險點初探

譚煥淳

摘要：隨著經濟水平的不斷提高，各大領域的生產及相關技術均得到了完善，并取得了良的應用效果，對我國社會的健康及持久性發展均起到了積極的推動作用，醫療領域也在該形勢下得到了進步，并衍生出很多先進的醫療技術，3D金屬打義齒工藝便是其中一種，已經在實際義齒打印臨床中得到了應用，最大限度的滿足了義齒打印者們的需求。3D金屬打印在某些方面還有些不足，與CNC加工相比還選擇一些風險，所以在使用前需要找到相應的義齒工藝控制風險點，以避免和減少3D義齒打印中各種風險的發生，從而影響使用者的體驗效果。對此，本文根據自己對3D金屬打印義齒工藝的了解，詳細分析了3D金屬打印義齒工藝控制風險點，希望能夠對相關工作者提供一定的參考價值。

關鍵詞：3D金屬打印；義齒工藝；控制風險

3D金屬打印就是像打印機一樣打印三維金屬物體.比如齒輪等等.3D打印金屬的性能在某些領域已經接近甚至超越傳統的常規加工。從材料角度講，傳統常規工藝采用原始的液體、固體、粉末等材料，材料本身無特殊處理；而3D打印使用的金屬粉末材料，是經過特殊處理的，加入了更多成分元素，已經具有了屈伸強度、拉伸強度、延伸率、楊氏模量、硬度、斷裂拉伸界點、熱膨脹系數、彈性模數、熔度范圍、耐腐蝕性、粘合強度等幾十項指標。而此類材料的性能是經過研究、測試、引用，已經證明是符合結構件的需求，但實際的3D金屬打印中要注意3D金屬打印義齒工藝控制風險點，以保證3D金屬打印的高效性。

1、3D金屬打印義齒工藝形成、應用及控制

首先是第一個層次，指塑料以及陶瓷等材料的應用，這中材料在當前的應用是相對較為廣泛的，正如模型的快速成型、零部件的快速構造以及光固化樹脂的廣泛使用等。

其次是第二層次，也是我們常見的金屬材料使用，因為有先進的3D打印制造工藝，能夠適應多種不同且復雜的結構，所以在這里，可以實現傳統技術中無法制造或者成功率比較低的復雜結構金屬，從金屬材料的整體發展情況來看，已經大致完成了全涵蓋，其中包括有純鈦、 TiAl64V、鈷鉻合金、不銹鋼等金屬材料，除此之外，傳統技術中根本無法實現的不同合金粉熔煉技術，也在這里實現，可說是開創了一個新的里程碑[1]。

最后也是第三層次，生物材料的利用，借助生物墨水技術，可以實現低溫環境，在水凝膠的基層處打印適合培養的組織細胞，然后通過反復打印，最終得出需要的組織器官，這種先進的生物技術，當前最成熟的應該是美國的oganovo 公司，他們成功研制出了生物肝臟器官，目前也已經試用在了商業藥物臨床測試方面[2]。

但是當前的組織微循壞技術的大難題一直沒有得到有效解決，所以生物技術一直不能使用在人體組織的臨床試驗。雖然當前的技術存在局限，但是這項技術本身的優越性以及未來的發展前景都是極為可觀的。 當前環境，先進的3D打印方式已經改變的原本的少品種、大批量的短板，現在的市場已經轉向了多品種、小批量、定制化的特點，與當前的社會需求相對應，符合定制義齒的特點高度。

當3D打印技術早定制化義齒領域發展的時候，將會給這一領域帶去巨大的推進作用?，F如今的，定制義齒的工序繁多，需要大量的人工去滿足，比如從一個病人得到需要的膠膜后，很多患者在使用這一材料時會產生過敏現象，這種情況的產生就會降低患者的體驗，取膜的過程也哦是復雜的，消毒，石育取模，種釘等有著一整套工序，但是工序眾多，人工成本達，造成的影響也深遠，人工操作容易出現精度不足的缺陷。再加上當前人工成本的顯著提升，患者對產品精準化要求也在不斷提高，這種態勢下，定制義齒的出現正好適應了市場的需求[3]。

現下3D打印金屬工藝有以下幾種方式：激光選區熔化 SLS、激光粉末熔覆 SLM；材料有鈷鉻合金粉未， tial64v，純鈦粉；整個過程也完全數字化。

2、3D金屬打印義齒工藝——工藝原理、圖像處理、生產制造

2.1 激光選區熔融的工藝原理

利用大功率激光器的高溫特性，瞬時加熱金屬粉未顆粒，使顆粒熔化，然后極速冷卻，從而達到快速成型目的

2.2 圖像處理

第一，傳統方法：使用口嚼蠟取模，但有些患者在取模過程中對蠟過敏，嘔吐，帶有很強的不適應性，用戶體驗不好；第二，數字化口腔掃描方法：具有便捷和迅速的特點，即使用口腔CT掃描在2-3 分鐘內完成掃描[4]。

2.3 生產制造

生產制造時要注意各種參數的調整、驗證及確認，主要包括以下幾個參數：

①激光參數：主要包括了激光功率（首層和第二層）、光束質量和光斑直徑等；②機械運動參數：主要包括了鋪粉平穩度、加工層厚、鋪粉層厚、升降臺下降精度、鋪粉機構回轉偏心量等；③掃描參數：主要包括掃描速度（首層和第二層）、掃描間距和搭接率等；④粉末特性：主要包括粉末粒徑分布、流動性和松裝密度等；⑤成型環境：主要包括粉床預熱溫度、濕度和含氧量等；⑥不同結構產品及其參數：產品主要包括純多孔結構和有懸垂結構等產品，參數包括孔隙率、表面粗糙度和切片厚度等；⑦后處理參數：后期處理內容包括清洗和熱處理，參數包括拋光參數和上瓷參數等[5]。

3、3D金屬打印義齒工藝過程的驗證確認流程及風險控制

3.1確認流程

安裝驗證確認→運行確認→性能確認，其中安裝驗證確認的主要內容包括激光、電子束源、機械運動等參數；運行確認包括掃描參數和粉末特性兩項內容；性能確認則是義齒打印功能。此外，還需要對以下幾點內容進行確認：

第一，產品金相組織結構確認：主要確認激光加工工藝冷卻快、熔覆道樣塊是否達標和相互連續等；第二，力學性能確認：主要包括拉伸、抗拉強度、屈服強度、延伸率、致密度等確認內容；第三，尺寸性能確認：主要通過彎曲試驗，對尺寸等進行確認[6]。

3.2失效風險分析

主要對3D金屬打印義齒工藝操作中的球化、粉末潰散、熱應力變形和裂紋等進行風險分析，以找出產品的缺陷，然后根據相應的工藝參數對風險點進行控制及預防，最后進行再驗證確認，具體驗證確及控制措施如下：

第一，工藝過程再驗證確認：相關技術人員要對3D金屬打印義齒工藝操作中的參數變化進行驗證，以確認功率衰權減和機構磨損等變化情況，相應的風險控制措施是：每一年都對義齒工藝進行再驗證確認。第二，工藝日常監測：主要是指對3D金屬打印義齒工藝日常操作中的生產參數進行監測，監測的內容包括激光、機械運動、掃描等參數。第三，設備維護：要定期對3D金屬打印義齒工藝操作中所使用的各種設備進行定期檢查和維護，諸如壓縮空氣過濾系統、粉床等設備，并根據實際需要制定相應的設備批號管理制度，以保證設備得到科學性管理。第四，留樣管理：即要按照國家相關標準對每一爐都進行爐樣塊留樣保存，為以后義齒工藝的改進提供重要的實驗樣本[7]。

4、結語

總而言之，3D打印是目前較為先進的現代乎技術，在各大領域中均得到了應用，其中應用最為廣泛的便是醫療領域，被很多國家成為當代偉大發明之一，與著名的“互聯網”、“蒸汽機”等時代性發明的影響力一樣大，已經引來起來一股時代潮流。3D金屬打印義齒工藝是3D打印技術在醫療領域中的應用體現，具有制造過程復雜、打印效果好、工藝類型多樣化及生產材料多樣化等特點，故在醫療等領域均得到了重視及關注。應用3D金屬打印義齒工藝技術時不僅要掌握最基本的3D打印技術，還需要熟練掌握各種義齒工藝，并對3D金屬打印義齒工藝控制風險點進行了解，以保證3D金屬打印義齒的有效性。所以上文先對3D金屬打印義齒工藝的形成及應用進行了詳細分析，然后分析了3D金屬打印義齒工藝——工藝原理、圖像處理、生產制造，最后探討了3D金屬打印義齒工藝過程的驗證確認流程及風險控制。

參考文獻：

[1]孫世杰.以色列XJet有限公司展示首創的可噴射納米顆粒的3D金屬打印系統[J].粉末冶金工業，2017，27（01）：74.

[2].3D Systems發布新型高精度，高效金屬打印設備 ProX～（TM） DMP 320[J].模具制造，2016，16（02）：34-35.

[3]譚麗斌，余心宏.3D打印技術在金屬成形領域的應用和展望[J].精密成形工程，2015，7（06）：58-64.

[4]本刊輯.可重復使用的3D金屬打印基板助力成本降低[J].廣東印刷，2015（04）：11.

[5]科苑.中科院液態3D金屬打印及功能器件制造技術獲進展[J].軍民兩用技術與產品，2014（18）：25.