3D打印在牙科义齿基托的应用及发展

张春裕　韩聪　赵卓

摘要 三维立体打印技术，简称3D打印（Three Dimension Printing），又称积层制造（AdditiveManufactur ing，AM），属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础直接制造几乎任意三维实体的技术。其中3D激光成型技术是其中一种成型方式，其常用的材料是PMMA。由于其具有良好的化学稳定性，耐腐蚀，耐溶解等优点，被广泛应用于医疗行业。本文介绍了3D打印在牙科义齿基托的应用，同时还综述了近年来开发用于牙科义齿基托的材料的研究进展。

关键词 3D打印技术；3D激光成型技术；PMMA材料

中图分类号TP2 文献标识码A 文章编号2095—6363（2016）04—0005—03

牙齿，是我们日常生活不可或缺的重要组成部分。在我们的学习、生活、工作中，会由于交通事故、牙科疾病或者年纪变大等因素造成牙齿脱落或者缺失。根据相关报道，中国人口的牙齿发病率为34%，即每人约龋齿2.26颗，如果按照14亿人口统计，全国大概有4.8亿牙病患者，牙齿病变总数达九亿颗左右。在成年人中，牙病患者约78%，这些会使得牙齿的脱落大大提高。60岁以上的老年人牙齿缺失约10颗左右。这些人群都需要进行口腔诊疗，为了使牙齿缺失得到治疗，患者就需要佩戴“假牙”。

“假牙”（即人工义齿）一般分为以下几类。固定义齿、全口义齿、可摘除义齿和种植义齿。其中构成全口义齿的是人工假牙和义齿基托两个部分。可摘除义齿的构成主要包括人工假牙、义齿基托以及一些金属或者非金属连接件。由于制备全口义齿和可摘除义齿的材料相对易得、价格适中、制备工艺简单，因此这2种义齿比较受欢迎。

1牙科义齿基托材料的演变

应用在空腔修复方面的材料主要有两大类，第一类是天然材料，第二类是人工材料。据资料显示，人们最初是使用兽骨、象牙等作为修复材料的。而树脂型义齿基托由于具有易加工成型、色泽好、成本低等一直被广泛应用。1855年，牙齿医生开始将义齿基托的制备工艺由雕刻向模型翻转发展，即采用硫化橡胶来生产义齿基托。与雕刻的兽骨和象牙等相比，显然硫化橡胶不是理想的义齿基托制备材料，但是这意味着高分子材料开始在牙科领域得到应用。1885年，科学家以硝化纤维和樟脑等为原料，合成出了世界上第一款塑料材料赛璐璐。1869年，赛璐璐取代了硫化橡胶，被由于义齿基托的制备。1937年，可热固化聚甲基丙烯酸甲酯的出现，使得义齿基托的制备进入了崭新的阶段，并预示着天然材料已经被人工材料逐步取代。80年代可见光固化义齿基托已初步临床试用，使得义齿基托的制作简便、加工简单及成本低廉。

随着科学技术的发展，科学家对聚甲基丙烯酸酯类的材料的改性越来越成熟，使得其在口腔环境中，具有优异的化学及物理性能。除此之外，聚甲基丙烯酸类树脂还具有透明性，良好的生物安全性、制备工艺简单，原料来源广泛、价格适中等优点。因此受到了广大患者的欢迎。目前，义齿基托的制作方法主要有传统热凝填塞法制作义齿基托、传统灌注法制作义齿基托和新型注塑法制作义齿基托。以上工艺均具有操作复杂，精度较低和耗时长等缺点，而3D打印技术由于其具有精度高，效率高及操作方便等优点，正好弥补了上述工艺的不足。因此，研究3D打印技术在口腔修复中的应用具有重要的价值。

2 3D激光成型技术在牙科义齿基托的应用

PMMA不仅可以采用多种方式固化，如化学固化、热固化、光固化和微波固化等，而且性能优异，是目前制作义齿基托的主要材料。根据PNdA的固化方式的不同，其制备义齿基托的加工方法主要有3种。第一是热凝填塞法，即将牙模型盒的蜡清除干净之后，再将热固性的聚甲基丙烯酸甲酯压入牙模型盒中，然后进行热固化，最后需要将预固化的模型盒放入60℃的水中慢慢加热。在65℃～75～C的水中，恒温0.5h～1h，然后慢慢加热至100℃，再保持半个小时。最后将固化后的牙模型盒放入热水中，并冷却至室温待用。利用热凝填塞法制作的PMMA义齿基托具有良好的生物性能和机械性能，因此被广泛用于制备义齿基托。但是热凝填塞法也有很多缺点，比如：义齿基托制备工艺复杂、热固化的时间比较长、制备出来的模型咬合增高较多、PMMA的热膨胀系数与石膏的热膨胀系数不匹配，导致固化时令到模型变形等。第二是注塑法制作义齿基托，即在制备时将注塑树脂按配比调好，然后加入稀释剂将其稀释，并稍加压将其慢慢注入义齿基托的模具中，最后放入引发剂并放入到聚合器中，直到聚合完成，该方法不仅具有变形小、咬合不增高、基托内部致密等优点，通过对比热凝法和液态注塑法，我们发现患者佩戴这2种义齿之后均没有出现明显的差异性，而且义齿基托的组织面的菌斑也没发现有明显的不同。但是经过4年的使用，我们发现采用注塑法制备的义齿基托机械性能差，容易折断，且接触面有明显的磨损。第三是微波法制作义齿基托，其原理是甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一种极性材料，加入固化剂之后并吸收微波提供的能量，分子被激发，互相碰撞摩擦产生大量的热量，使材料内部的温度迅速上升而发生聚合反应。

由此可见，用此方法制作义齿基托需要特制的玻璃钢模型盒，而且制备的义齿基托不能含有金属构件，如金属丝、金属网、金属连接件等，因为这些会对微波有屏蔽的作用，减弱树脂对微波的吸收，从而影响树脂聚合。其制作步骤如下：将灌好胶的牙科模型盒用特制的玻璃钢螺丝钉加固，然后将其放入微波反应器中反应，反应的时间取决于微波反应器的功率和照射强度，先照射义齿基托的组织面，然后将义齿基托模型盒反转，用微波辐射另一面。Loh PL等人通过实验发现：利用微波法制备出来的义齿基托的物理和化学性能及成色与热凝填法制备的基本一致，但是微波法的其单体转化率、参与单体量明显少于热凝填法。Rodrigues RC等人研究表明：利用微波法制备义齿基托具有明显的优势，如：反应时间短、效率高、所制备出来的义齿基托的精密性更好、产品更加稳定，患者的舒适性更强等。但是由于微波法需要特制的玻璃钢型盒，使得其成本较热凝填塞法和注塑法高，从而使其应用受到一定的限制。基于上述原因可以看出，只有寻找新的加工工艺才能弥补现有义齿基托制作工艺的缺陷。

目前，3D打印技术由于其具有精度高、设计方便、适应性好及效率高等优点已被广泛用于各行各业，如食品行业、汽车制造业、建筑设计、科学研究等。随着3D打印技术的发展，3D打印技术在医疗行业的应用也越来越多，如：世界上首次成功将3D打印机“打印”出来的下颚骨用于治疗骨头感染；L A Hochadey等使用3D打印技术“打印”主动脉瓣支架，不仅精度可控而且还适合组织和细胞存活；Alaadien Khalyfa等采用四磷酸钙（tetracalcium phosphate）

和β-磷酸三钙（β-tricalcium phosphate）为原料“打印”出的陶瓷骨骼具有相当优异的性能。但是将3D打印技术应用于义齿基托的制作鲜有报道。基于3D打印技术的特点，如果将其应用于义齿基托的制作，不仅可以制备精度高、适应好的义齿基托，还能大大提高制作效率、简化制作工艺和降低制作的成本。因此，以聚甲基丙烯酸酯类树脂为原料，通过调整配方，以激光打印的方式制作义齿基托，从而改善现有的义齿基托制作工艺，以期得到生物相容性好，机械性能优异、精度高、适应性好和价格低的义齿基托将是该行业的以后的发展方向。

3总结与展望

3D打印由于具有精度高、设计灵活、个性化定制和快速便捷等优点，其所使用的材料是以PMMA为基础的树脂，该材料不仅来源广泛、种类多样、具有良好的生物相容性，还具有加工简便和制备工艺简单，价格适中等诸多优点。所以将两者有机的结合起来，应该是未来改行业的发展趋势。