3D金属打印义齿工艺控制风险点初探

谭焕淳

摘要：随着经济水平的不断提高，各大领域的生产及相关技术均得到了完善，并取得了良的应用效果，对我国社会的健康及持久性发展均起到了积极的推动作用，医疗领域也在该形势下得到了进步，并衍生出很多先进的医疗技术，3D金属打义齿工艺便是其中一种，已经在实际义齿打印临床中得到了应用，最大限度的满足了义齿打印者们的需求。3D金属打印在某些方面还有些不足，与CNC加工相比还选择一些风险，所以在使用前需要找到相应的义齿工艺控制风险点，以避免和减少3D义齿打印中各种风险的发生，从而影响使用者的体验效果。对此，本文根据自己对3D金属打印义齿工艺的了解，详细分析了3D金属打印义齿工艺控制风险点，希望能够对相关工作者提供一定的参考价值。

关键词：3D金属打印；义齿工艺；控制风险

3D金属打印就是像打印机一样打印三维金属物体.比如齿轮等等.3D打印金属的性能在某些领域已经接近甚至超越传统的常规加工。从材料角度讲，传统常规工艺采用原始的液体、固体、粉末等材料，材料本身无特殊处理；而3D打印使用的金属粉末材料，是经过特殊处理的，加入了更多成分元素，已经具有了屈伸强度、拉伸强度、延伸率、杨氏模量、硬度、断裂拉伸界点、热膨胀系数、弹性模数、熔度范围、耐腐蚀性、粘合强度等几十项指标。而此类材料的性能是经过研究、测试、引用，已经证明是符合结构件的需求，但实际的3D金属打印中要注意3D金属打印义齿工艺控制风险点，以保证3D金属打印的高效性。

1、3D金属打印义齿工艺形成、应用及控制

首先是第一个层次，指塑料以及陶瓷等材料的应用，这中材料在当前的应用是相对较为广泛的，正如模型的快速成型、零部件的快速构造以及光固化树脂的广泛使用等。

其次是第二层次，也是我们常见的金属材料使用，因为有先进的3D打印制造工艺，能够适应多种不同且复杂的结构，所以在这里，可以实现传统技术中无法制造或者成功率比较低的复杂结构金属，从金属材料的整体发展情况来看，已经大致完成了全涵盖，其中包括有纯钛、 TiAl64V、钴铬合金、不锈钢等金属材料，除此之外，传统技术中根本无法实现的不同合金粉熔炼技术，也在这里实现，可说是开创了一个新的里程碑[1]。

最后也是第三层次，生物材料的利用，借助生物墨水技术，可以实现低温环境，在水凝胶的基层处打印适合培养的组织细胞，然后通过反复打印，最终得出需要的组织器官，这种先进的生物技术，当前最成熟的应该是美国的oganovo 公司，他们成功研制出了生物肝脏器官，目前也已经试用在了商业药物临床测试方面[2]。

但是当前的组织微循坏技术的大难题一直没有得到有效解决，所以生物技术一直不能使用在人体组织的临床试验。虽然当前的技术存在局限，但是这项技术本身的优越性以及未来的发展前景都是极为可观的。 当前环境，先进的3D打印方式已经改变的原本的少品种、大批量的短板，现在的市场已经转向了多品种、小批量、定制化的特点，与当前的社会需求相对应，符合定制义齿的特点高度。

当3D打印技术早定制化义齿领域发展的时候，将会给这一领域带去巨大的推进作用。现如今的，定制义齿的工序繁多，需要大量的人工去满足，比如从一个病人得到需要的胶膜后，很多患者在使用这一材料时会产生过敏现象，这種情况的产生就会降低患者的体验，取膜的过程也哦是复杂的，消毒，石育取模，种钉等有着一整套工序，但是工序众多，人工成本达，造成的影响也深远，人工操作容易出现精度不足的缺陷。再加上当前人工成本的显著提升，患者对产品精准化要求也在不断提高，这种态势下，定制义齿的出现正好适应了市场的需求[3]。

现下3D打印金属工艺有以下几种方式：激光选区熔化 SLS、激光粉末熔覆 SLM；材料有钴铬合金粉未， tial64v，纯钛粉；整个过程也完全数字化。

2、3D金属打印义齿工艺——工艺原理、图像处理、生产制造

2.1 激光选区熔融的工艺原理

利用大功率激光器的高温特性，瞬时加热金属粉未颗粒，使颗粒熔化，然后极速冷却，从而达到快速成型目的

2.2 图像处理

第一，传统方法：使用口嚼蜡取模，但有些患者在取模过程中对蜡过敏，呕吐，带有很强的不适应性，用户体验不好；第二，数字化口腔扫描方法：具有便捷和迅速的特点，即使用口腔CT扫描在2-3 分钟内完成扫描[4]。

2.3 生产制造

生产制造时要注意各种参数的调整、验证及确认，主要包括以下几个参数：

①激光参数：主要包括了激光功率（首层和第二层）、光束质量和光斑直径等；②机械运动参数：主要包括了铺粉平稳度、加工层厚、铺粉层厚、升降台下降精度、铺粉机构回转偏心量等；③扫描参数：主要包括扫描速度（首层和第二层）、扫描间距和搭接率等；④粉末特性：主要包括粉末粒径分布、流动性和松装密度等；⑤成型环境：主要包括粉床预热温度、湿度和含氧量等；⑥不同结构产品及其参数：产品主要包括纯多孔结构和有悬垂结构等产品，参数包括孔隙率、表面粗糙度和切片厚度等；⑦后处理参数：后期处理内容包括清洗和热处理，参数包括抛光参数和上瓷参数等[5]。

3、3D金属打印义齿工艺过程的验证确认流程及风险控制

3.1确认流程

安装验证确认→运行确认→性能确认，其中安装验证确认的主要内容包括激光、电子束源、机械运动等参数；运行确认包括扫描参数和粉末特性两项内容；性能确认则是义齿打印功能。此外，还需要对以下几点内容进行确认：

第一，产品金相组织结构确认：主要确认激光加工工艺冷却快、熔覆道样块是否达标和相互连续等；第二，力学性能确认：主要包括拉伸、抗拉强度、屈服强度、延伸率、致密度等确认内容；第三，尺寸性能确认：主要通过弯曲试验，对尺寸等进行确认[6]。

3.2失效风险分析

主要对3D金属打印义齿工艺操作中的球化、粉末溃散、热应力变形和裂纹等进行风险分析，以找出产品的缺陷，然后根据相应的工艺参数对风险点进行控制及预防，最后进行再验证确认，具体验证确及控制措施如下：

第一，工艺过程再验证确认：相关技术人员要对3D金属打印义齿工艺操作中的参数变化进行验证，以确认功率衰权减和机构磨损等变化情况，相应的风险控制措施是：每一年都对义齿工艺进行再验证确认。第二，工艺日常监测：主要是指对3D金属打印义齿工艺日常操作中的生产参数进行监测，监测的内容包括激光、机械运动、扫描等参数。第三，设备维护：要定期对3D金属打印义齿工艺操作中所使用的各种设备进行定期检查和维护，诸如压缩空气过滤系统、粉床等设备，并根据实际需要制定相应的设备批号管理制度，以保证设备得到科学性管理。第四，留样管理：即要按照国家相关标准对每一炉都进行炉样块留样保存，为以后义齿工艺的改进提供重要的实验样本[7]。

4、结语

总而言之，3D打印是目前较为先进的现代乎技术，在各大领域中均得到了应用，其中应用最为广泛的便是医疗领域，被很多国家成为当代伟大发明之一，与著名的“互联网”、“蒸汽机”等时代性发明的影响力一样大，已经引来起来一股时代潮流。3D金属打印义齿工艺是3D打印技术在医疗领域中的应用体现，具有制造过程复杂、打印效果好、工艺类型多样化及生产材料多样化等特点，故在医疗等领域均得到了重视及关注。应用3D金属打印义齿工艺技术时不仅要掌握最基本的3D打印技术，还需要熟练掌握各种义齿工艺，并对3D金属打印义齿工艺控制风险点进行了解，以保证3D金属打印义齿的有效性。所以上文先对3D金属打印义齿工艺的形成及应用进行了详细分析，然后分析了3D金属打印义齿工艺——工艺原理、图像处理、生产制造，最后探讨了3D金属打印义齿工艺过程的验证确认流程及风险控制。

参考文献：

[1]孙世杰.以色列XJet有限公司展示首創的可喷射纳米颗粒的3D金属打印系统[J].粉末冶金工业，2017，27（01）：74.

[2].3D Systems发布新型高精度，高效金属打印设备 ProX～（TM） DMP 320[J].模具制造，2016，16（02）：34-35.

[3]谭丽斌，余心宏.3D打印技术在金属成形领域的应用和展望[J].精密成形工程，2015，7（06）：58-64.

[4]本刊辑.可重复使用的3D金属打印基板助力成本降低[J].广东印刷，2015（04）：11.

[5]科苑.中科院液态3D金属打印及功能器件制造技术获进展[J].军民两用技术与产品，2014（18）：25.