案例 l 3D打印陶瓷牙冠的长期稳定性研究

陶瓷是一种美观度高的牙齿修复材料。由于不含金属内冠,陶瓷义齿的颜色通透性更好,是与天然牙外观最相似的牙冠修复材料,并且不会引起牙龈变色。

目前的全瓷冠(如氧化锆)CAM 铣削加工中,陶瓷零件是由预制毛坯在预烧结状态下加工而成的,由于陶瓷固有强度较低,铣削加工中薄边框可能会出现断裂,从而导致设计和制造出来的零件之间出现明显的差异。基于这个原因,薄边框和边缘通常需要在这些区域进行过度的轮廓设计,以防止加工过程中边缘断裂。然而,这也导致这些区域中大量的后处理工作。陶瓷3D打印技术为牙冠修复提供了新的设计自由度,同时有望克服标准陶瓷牙冠加工的技术限制。[1]

从3D打印在义齿加工领域的应用价值来看,金属3D打印技术在烤瓷牙金属内冠制造中的应用获得了快速发展。与其他工业领域将金属3D打印设备用于制造高附加值产品的情况不同,目前烤瓷牙内冠3D打印的应用已成为该领域一种基本的加工手段。虽然在产品性能和生物相容性方面有所提升,但仍无法改变烤瓷牙产品的本质。长期来看,3D打印技术的应用发力点应着眼于更高附加值的产品,例如,通过金属3D打印技术制造纯钛支架、种植体、个性化基台。除此之外,基于光固化工艺的3D打印技术,还有望在能够满足更高的美学和性能要求的陶瓷义齿修复产品的加工中成为常规方式。

齿科制造商Bego推出了一种用于光固化3D打印的陶瓷复合材料,该材料可用于制造永久性单冠、嵌体、高嵌体、贴面。近日,Bego 公开了通过这一材料制造的3D打印陶瓷牙冠的长期稳定性研究结果。通过这一研究结果,我们可以对3D打印陶瓷义齿的性能进行初步了解。

whitepaper_dental_cover5来源:《3D打印与牙科行业白皮书3.0》。来源:3D科学谷

block 稳定性与持久性研究

Bego 针对陶瓷填充混合材料3D打印牙冠,开展了长期稳定性研究。旨在类似应用条件下,提供有关胶结的长期稳定性、脱粘行为以及咀嚼复杂下微渗漏的趋势(形成边际间隙)。

Dental_Valley来源:3D科学谷

l 材料与方法

VarseoSmile Crown plus 材料3D打印的陶瓷复合材料牙冠被粘合在经过研磨的Trinia * 牙齿残端上,材料的弹性模量为18.8 GPa,可与天然牙本质相媲美。内表面没有进行喷砂预处理。

Bego 开展的研究设计基于临床用途,在50 N负荷下进行了120万次咀嚼循环(1.2 Hz)和10,000个热循环的咀嚼仿真,并进行了阶梯仿真[2],每次具有40万次咀嚼循环和10,000次热循环(5°C / 55°C)。

Dental_Bego_1µCT图像:冠边缘区域没有冲洗掉粘合剂。来源:Bego

仿真完成后,胶合冠被从残端移出,研究人员测量了完成移除所需的力,并分析了损坏情况。研究人员使用微型计算机断层扫描(µCT)检查边缘间隙,并使用基于计算机的有限元分析(FEA)最终验证了结果的有效性。

l 结果

确定的所有BEGO VarseoSmile Crown plus 3D打印牙冠的值都在非常高的范围内,这表明牙冠有较长的临床保留时间。

Dental_Bego可视化有限元分析:分析冠缘区域中很小的变形载荷。来源:Bego

  • 平均而言,没有进行咀嚼仿真的退出力大约为800 N,经过咀嚼仿真后约为1000N。这些高值是在50 N的咀嚼仿真之后和楼梯的咀嚼仿真之后确定的,这表明抽出力本身落在较高的范围内,甚至随着磨损时间的增加而增加。从临床的角度来看,施加如此高的力可能会由于粘合失败而导致牙齿拔出。
  • 检查的牙冠对骨折的抵抗力大于生理上的咀嚼力。
  • 在整个测试过程中未检测到脱粘。
  • 既没有观察到冠缘的抬起,也没有观察到复合材料从边缘间隙被冲刷掉。µCT表明,在任何一种测试情况下,边缘间隙都没有增加,键合区域没有受到破坏,并且胎冠也没有由于机械载荷而发生移动。

FEA分析表明,在VarseoSmile Crown plus 材料3D打印牙冠边缘区域,没有可检测到的或没有临床相关的张力或变形。这一结果保证了3D打印牙冠与残端之间稳定、持久的边缘闭合。

3D科学谷在《3D打印与牙科行业白皮书》中,对3D打印技术在义齿数字化加工中的应用进行了分析,并在最新《3D打印与陶瓷白皮书》中对陶瓷增材制造技术的挑战与发展进行了分析。敬请前往白皮书,进一步了解3D打印陶瓷义齿技术。

注释

[1] 参考来源:《陶瓷3D打印是牙科产品迈出的一步》,TCT 亚洲视角。

[2] 通过逐渐增加负荷力(随着负荷的增加显着提高了要求) 50 – 80 – 120 N负载。

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