应用快速成形技术辅助制作全口义齿的实验研究

关键词： 全冠 口腔医学 成形 技术

1 快速成形技术在口腔医学领域中的应用

快速成形技术在口腔医学中的应用早期主要集中于颌面修复外科。Nadine等[1]利用快速成形技术可直接批量制作金属全冠和基底冠。吕培军等[2]利用SLA技术进行了可摘局部义齿支架铸型的计算机辅助设计与制作。由此可见, 快速成形技术在口腔修复体的制作方面有着广泛的应用和发展空间。

3DP工艺采用粉末材料成形, 如树脂粉末、石膏粉末、金属粉末等。材料粉末通过喷头用粘接剂 (如硅胶) 将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。具体工艺为:上一层粘结完毕后, 成型缸下降一个距离 (等于层厚:0.013～0.1mm) , 供粉缸上升一高度, 推出若干粉末, 并被铺粉辊推到成型缸, 铺平并被压实。喷头在计算机控制下, 按照建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂, 最终完成一个三维粉体的粘结成形。未被喷射粘结剂的地方为干粉, 在成形过程中起支撑作用, 且成形结束后, 比较容易去除, 该工艺的特点是成形速度快, 成形材料价格低, 并且可以在粘结剂中添加颜料, 制作彩色原型。

本研究将利用3DP技术制作全口义齿装胶前的石膏阴模, 手工插入人工牙后完成全口义齿的制作。

2 标准无牙颌模型三维重建及全口义齿数字化排牙

选择牙槽嵴丰满、颌间关系正常的无牙颌患者一名, 用二次印模法制取无牙颌印模, 灌制石膏模型, 确定并用牙合蜡记录颌间关系。

利用D.02-L三维点激光扫描仪分次扫描上、下无牙颌牙槽嵴石膏模型及由口腔医生临床制取的个性化牙合堤, 用模型关系定位器记录颌间关系数据。利用逆向软件Imageware 11, 应用预先记录的颌间关系数据, 定量平移和旋转单颌扫描数据, 获得具有个性化颌间关系的上、下无牙颌牙槽嵴及牙合堤三维数字模型。

基于数字化口腔修复理论[3]进行全口义齿数字化排牙。首先在无牙颌三维数字模型上建立牙合平面和全局坐标系, 可通过捕捉牙合堤切缘线与面部中线的交点创建与牙合堤平行的平面来实现。然后创建排牙线, 可通过提取患者牙列的曲率特征、上下牙合牙列间的覆合覆盖关系及牙列与牙合平面的空间关系获得。最后进行数字化排牙, 可根据牙齿结构和排列的差异, 以上牙合前牙、下牙合前牙、上牙合后牙、下牙合后牙顺序实现数字化排牙。

3 全口义齿装胶前阴模CAD

基于之前完成的全口义齿数字模型, 以全口义齿磨光面和组织面分别作为装胶前阴模的上下功能面。阴模的上功能面包括基托磨光面和人工牙“龈上”部分表面数据, 下功能面包括无牙颌牙槽嵴表面、基托边缘面和人工牙“龈下”部分表面数据。应用空间等比缩放工具等比放大基托外边界线约5mm, 创建与牙合平面垂直的轴面和与牙合平面平行的底平面。可获得上颌上下、下颌上下全口义齿装胶前阴模, 如图1所示。

4 装胶前石膏阴模的快速成形加工

应用Z-Printer 310 Plus三维立体打印机以Z corp公司提供的白色石膏粉为成型材料制作全口义齿装胶前石膏阴模[4]。为满足后期装胶后加压成型时对石膏阴模机械强度的要求, 同时确保能将其放入普通型盒中, 石膏阴模应具有适合的厚度。经过反复试验发现, 在装胶前阴模的设计中, 将阴模的厚度设计为大于等于5mm, 并且在加工完成后进行结构加强处理后可以满足强度要求并且在装入普通型盒中时打磨量最小。此外, 3DP工艺制作出来的石膏阴模会有一定比例的收缩, 需要在设计时进行软件预补偿。

将装胶前阴模CAD数字模型以STL文件格式导入Z-Printer 310 plus控制软件中, 利用软件检测模型三角面片法向是否一致, 是否有漏洞、是否有间隙等问题, 然后自动修复。如果问题比较严重, 可进行手动修复, 直至模型成为没有干涉、间隙、漏洞的封闭实体。沿牙合平面的法向分层, 层厚设为0.1mm, 由此将3D模型转换成一系列的2D图层。准备材料箱和成形箱。最后连接控制软件和打印设备, 逐层进行成形。单个石膏阴模的加工时间约20分钟, 加工完成的实物存在7%的收缩率。利用技工室用模型白石膏将石膏阴模固定在传统型盒中, 手工逐一插入设计所用型号的人工牙如图2所示, 常规装胶、压盒、煮盒、开盒、打磨及抛光完成全口义齿的制作。

将制作完成的全口义齿在无牙颌石膏模型上试戴, 修复体就位顺利, 边缘密贴, 咬合关系符合设计要求。

5 结语

利用3DP工艺制作全口义齿石膏阴模有多方面的优势。石膏是全口义齿装盒的固定材料, 应用同种材质可以使结合部的强度达到要求;制作出来的石膏阴模在开盒时较容易去除, 避免了对全口义齿的过度打磨和损伤, 使制作出来的全口义齿与CAD设计结果保持一致;此外, 石膏价格低廉, 适合于今后在临床的推广使用。

摘要：本研究将三维印刷工艺 (3DP) 这一高新技术引入全口义齿制作领域, 通过标准无牙颌模型的数据扫描、三维重建, 装胶前虚拟型盒的生成, 以及石膏阴模的快速成形加工, 建立一种基于数字化模型和快速成形技术的全口义齿新型加工方法。

关键词：快速成形,全口义齿,计算机辅助制造

参考文献

[1] Nadine Coulon, Pascal Aubry, PatrickTeulet, New trends in laser sintering:analysis of the process and newapplications.Laser Materials ProcessingConference, 2005:286～295.

[2] 吴琳, 吕培军, 王勇, 等.可摘局部义齿支架铸型的计算机辅助设计与制作[J].中华口腔医学杂志, 2006, 41 (7) :432～435.

[3] 韩景云, 孙玉春.全口义齿数字化设计系统[J].北京工业大学学报, 2009, 35 (5) :587～591.

[4] 孙玉春.全口义齿CAD/RP辅助制造系统的研究与开发[D].北京大学, 2007:54～58.