3D 打印制作固定義齒熔模的適合性研究

唐 勇

(安徽醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，安徽 合肥230061）

1 概述

3D 打印技術(shù)因其制作精度高，制作流程簡(jiǎn)便快捷等優(yōu)點(diǎn)逐漸應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)的普及和3D 打印技術(shù)發(fā)展，成本逐漸降低， 應(yīng)用愈加廣泛。 現(xiàn)已在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被越來(lái)越多的口腔醫(yī)學(xué)工作者接受和采用[1]。相比傳統(tǒng)修復(fù)工藝，3D 打印技術(shù)有工作效率高，工藝精度高，工藝環(huán)節(jié)簡(jiǎn)約，可重復(fù)性好，數(shù)據(jù)信息可量化、可傳遞、可存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代傳統(tǒng)口腔修復(fù)體制作工藝是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)[2]。

固定義齒是口腔修復(fù)學(xué)科中應(yīng)用最廣泛的一類修復(fù)體，兼具美觀和舒適兩大優(yōu)點(diǎn)。 目前大部分固定義齒的制作工藝還是手工制作蠟型熔模再進(jìn)行失蠟鑄造的傳統(tǒng)工藝。 傳統(tǒng)工藝技術(shù)成熟但工藝落后，對(duì)制作技師的技術(shù)水平高度依賴，而3D 打印技術(shù)精確度高、程序規(guī)范[3]，但缺乏相關(guān)的研究數(shù)據(jù)和資料。 本項(xiàng)目旨在研究基于3D 打印制作工藝制作的固定義齒熔模與傳統(tǒng)工藝制作的熔模，兩者鑄造出的最終產(chǎn)品的參數(shù)區(qū)別：包括軸面密合性，牙合面密合性等。 在數(shù)據(jù)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)并與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對(duì)比、 分析的基礎(chǔ)上探討3D 打印熔模在固定義齒制作工藝中的價(jià)值。

2 材料和方法

2.1 模型準(zhǔn)備

選取標(biāo)準(zhǔn)牙列缺損模型，包括預(yù)備好的金屬單冠基牙，經(jīng)過代型修整后進(jìn)行硅橡膠翻模， 復(fù)制出60 個(gè)相同的超硬石膏代型。隨機(jī)分為三組每組20 個(gè)。其中兩組為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，剩余一組備用。

2.2 材料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)組采用杭州先臨齒科三維掃描儀采集數(shù)據(jù)，Exocad DentalCAD 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行固定義齒設(shè)計(jì)，Asiga 光敏樹脂打印機(jī)。 對(duì)照組用MR.COLOR 間隙劑涂布，牙科嵌體蠟制作熔模。 Bresser GmgH 體視顯微鏡測(cè)量樣本數(shù)據(jù)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)組模型用三維掃描儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并編號(hào)。 用Exocad DentalCAD 軟件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)完成金屬單冠、基底冠的設(shè)計(jì)，設(shè)置粘結(jié)間隙為0.1mm,距離頸緣1mm。 完成后用Asiga光敏樹脂打印機(jī)進(jìn)行3D 樹脂蠟熔模打印。 熔模制作完成后包埋鑄造，常規(guī)噴砂、打磨處理。 將制作完成的金屬冠戴入石膏模型，在固定義齒與基牙間用硅橡膠輕體取得粘固劑空間，待硅橡膠聚合完成后取下固定義齒，再用硅橡膠重體覆蓋以固定輕體形態(tài)，最后整體取下再用重體填滿組織面，充分固定輕體。 對(duì)照組代型先用MR.COLOR 間隙劑均勻涂布1-2 次，避免形成局部堆積，待硬固后涂石蠟油分離劑，用嵌體蠟制作熔模，常規(guī)包埋鑄造打磨拋光，最后將金屬冠戴入沒有間隙涂料的備用組模型，同樣用用硅橡膠取得粘結(jié)劑間隙。 將得到的兩組硅橡膠樣本切片在顯微鏡下分別采集軸面、牙合面的樣本數(shù)據(jù)。 計(jì)算分析數(shù)據(jù)， 得到立體光固化成型法3D 打印熔模最終成品的適合性評(píng)價(jià)。 本實(shí)驗(yàn)樣本均采用較大的粘結(jié)劑空間，CAD 設(shè)計(jì)采用0.1mm 的虛擬粘結(jié)間隙， 手工制作由技師掌握間隙劑的粘稠度也盡量達(dá)到0.08mm,預(yù)留部分分離劑空間。 采用此操作主要是方便后期硅橡膠切片和測(cè)量，減小實(shí)驗(yàn)樣本損壞幾率和操作難度， 降低實(shí)驗(yàn)誤差。 粘結(jié)間隙雖然不是臨床普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)40um，但并未超出臨床實(shí)際操作所允許的正常范圍[4]。

3 結(jié)果

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

實(shí)驗(yàn)組粘結(jié)劑間隙設(shè)置為0.1mm, 最終修復(fù)體樣本測(cè)量平均值為0.1013mm，對(duì)照組間隙涂料按標(biāo)準(zhǔn)操作調(diào)拌、涂布2 遍，最終修復(fù)體樣本測(cè)量平均值為0.1055mm。 兩組數(shù)據(jù)平均值接近，但離散度差距較大，具體見表1。

表1 兩種制作工藝下粘結(jié)劑間隙數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.2 數(shù)據(jù)分析

兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：修復(fù)體與基牙間隙的平均值相近，且接近本實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的0.1mm,說明本實(shí)驗(yàn)樣本制作成功、質(zhì)量可靠。兩組數(shù)據(jù)t 檢驗(yàn)p＞0.05 可見兩組數(shù)據(jù)均值差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組均為同樣合格、有效的義齒制作工藝。但從兩組數(shù)據(jù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看， 實(shí)驗(yàn)組明顯小于對(duì)照組，說明實(shí)驗(yàn)組的數(shù)據(jù)離散程度更小， 各樣本的間隙數(shù)據(jù)更均勻、連續(xù)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 而對(duì)照組樣本數(shù)據(jù)離散度大，顯示各樣本的數(shù)據(jù)誤差波動(dòng)大，質(zhì)量不穩(wěn)定。 另外，對(duì)照組牙合面間隙數(shù)據(jù)離散度較大，提示對(duì)照組內(nèi)部各部位間隙也存在較大差異。 而實(shí)驗(yàn)組牙合面數(shù)據(jù)與軸面數(shù)據(jù)接近，說明實(shí)驗(yàn)組內(nèi)部各部位間隙較均勻。

4 討論

3D 打印從數(shù)據(jù)采集到熔模產(chǎn)品完成均為數(shù)字化，義齒與基牙的粘結(jié)劑空間為虛擬空間，不受材料和操作影響，因此本例中的實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差很小，主要是由后續(xù)的包埋、鑄造、打磨和片切等操作引起。 傳統(tǒng)手工制作工藝在軸面和牙合面產(chǎn)生了兩組差別較明顯的數(shù)據(jù)，可能是因?yàn)檠篮厦嫱坎奸g隙涂料更困難，尖窩嵴結(jié)構(gòu)也會(huì)導(dǎo)致間隙液的流失和局部堆積；另外手工制作蠟型時(shí)，融蠟冷卻時(shí)引起的內(nèi)部應(yīng)力不均也有可能導(dǎo)致蠟型蠕變。 固定義齒從固位原理到臨床制作都要求預(yù)備空間和粘結(jié)劑空間均勻而連續(xù)，因此手工制作法不管是間隙劑涂布不均引起的波動(dòng)還是蠟型內(nèi)部張力引起的變形，理論上都不利于固定義齒的固位和穩(wěn)定。 總之， 從尺寸精密度和產(chǎn)品穩(wěn)定性上，3D 打印技術(shù)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)失蠟鑄造法[5]。但是傳統(tǒng)的失蠟鑄造工藝也有著歷史悠久、技藝成熟、人力成本低，資金投入小等優(yōu)點(diǎn)。 本實(shí)驗(yàn)過程中熟練技師制作一顆固定義齒熔模大約只需要15 分鐘，3D 打印機(jī)打印時(shí)間為3-4 小時(shí)，如果訂單量較小則人工制作有明顯優(yōu)勢(shì)。 因此，要在臨床廣泛推廣3D 打印技術(shù)，需要各設(shè)備廠商共同努力，在縮短打印時(shí)間，降低打印設(shè)備與耗材成本上進(jìn)一步提升。