口腔數(shù)字化論文-口腔數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用思索

1、口腔數(shù)字化論文:口腔數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用思索 本文作者：趙一嬌 王勇 單位：北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院 去除式加工技術(shù) 去除式加工技術(shù)（也稱減法加工技術(shù)）在工業(yè)上是指用車、銑、磨、削等方式將已成型好的材料固體坯料加工成所需形狀的方法?？谇挥脭?shù)控加工設(shè)備考慮到其加工對(duì)象為專用牙科材料，針對(duì)牙科材料特性和制作精度的要求，常采用銑和磨的加工方式3-4。數(shù)控加工（numericalcontrolmachining，簡(jiǎn)稱nc加工）是指用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機(jī)械加工方法?，F(xiàn)有商品化的牙科數(shù)控設(shè)備，根據(jù)其切削主軸的運(yùn)動(dòng)特性，可進(jìn)一步分為三軸、四軸、五軸等設(shè)備。這里軸的概念是指切削主軸的自由度數(shù)，主軸的自由度越多，

2、靈活性越好，可加工模型的復(fù)雜程度也就越高。三軸數(shù)控設(shè)備適合批量加工倒凹面積小、形態(tài)相對(duì)規(guī)整的牙科模型（如基底冠橋）；四軸與五軸設(shè)備更適合加工精度要求高的復(fù)雜形態(tài)牙科模型（如解剖形態(tài)冠橋、種植基臺(tái)、正畸托槽等）。典型的牙科多軸設(shè)備有cerec3d（sirona公司）、everest（kavo公司）、t1（wieland公司）、lava（3m公司）等。近些年，數(shù)控加工中心這種在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的主流數(shù)控機(jī)床也逐漸引入到口腔領(lǐng)域，它是一種功能較全面、綜合加工能力較強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控加工中心的特點(diǎn)是：機(jī)床設(shè)置有刀庫(kù)，刀庫(kù)中存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具；坯料一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同的工序自

3、動(dòng)選擇和更換刀具、檢具；機(jī)床可自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其它輔助功能，連續(xù)對(duì)工件各表面進(jìn)行多道工序的加工。整個(gè)加工過程，最大限度的降低了人手工操作的干預(yù)，大大提高了口腔假體的制造精度和生產(chǎn)效率?，F(xiàn)有數(shù)控加工技術(shù)可加工的牙科材料包括牙科金屬（貴金屬、非貴金屬合金、純鈦）、玻璃陶瓷和臨時(shí)性復(fù)合樹脂材料，特別是一些傳統(tǒng)工藝很難加工或是無法加工的材料，比如氧化鋯陶瓷材料，數(shù)控加工技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)。在金屬及其合金材料的加工應(yīng)用方面，數(shù)控加工技術(shù)可用來制造金屬基底冠橋、覆蓋義齒連接桿、正畸用個(gè)性化托槽等；在陶瓷材料方面，近年來應(yīng)用廣泛的二次燒結(jié)軟質(zhì)氧化鋯材料是其主要的應(yīng)用領(lǐng)域，可制造

4、氧化鋯基底冠橋、個(gè)性化種植基臺(tái)、一體化樁核等；針對(duì)cad/cam椅旁系統(tǒng)的配套材料玻璃陶瓷，數(shù)控加工一直是其惟一加工方式，工藝上則以磨削為主，有別于其他材料的銑削工藝，可制造嵌體、瓷貼面以及解剖式全瓷冠；另外，應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)生產(chǎn)暫時(shí)性或永久性的牙科復(fù)合樹脂材料，可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的即刻修復(fù)體制作。 增量式加工技術(shù) 相對(duì)數(shù)控加工的減法加工技術(shù)，快速成型（rapidprototyping，rp）技術(shù)被稱為加法加工技術(shù)，即增量式加工技術(shù)。其原理是通過離散化將三維數(shù)字模型轉(zhuǎn)變?yōu)槎S數(shù)字模型的連續(xù)疊加，然后由程序控制按預(yù)先確定的順序?qū)⒊尚筒牧弦粚右粚佣逊e成型5。rp技術(shù)首先被應(yīng)用于航天工業(yè)，用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最早

5、始于20世紀(jì)90年代初。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)就是克服了傳統(tǒng)去除式加工技術(shù)的局限性，能夠在較短時(shí)間內(nèi)批量制造出各種復(fù)雜形態(tài)的工件，特別是對(duì)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)nc加工無法制造的工件，rp技術(shù)是較好的解決方案。rp技術(shù)的特性很好地適應(yīng)了口腔醫(yī)學(xué)假體及模型的復(fù)雜形態(tài)特征，加上其在加工速度、可靠性和成本等方面的優(yōu)勢(shì)，該類設(shè)備正在成為目前口腔假體及輔助裝置制造技術(shù)的強(qiáng)力手段6-13。目前，應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)的rp技術(shù)主要有以下幾種：粉末材料選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（selectivelasersintering，sls）、粉末材料選擇性激光熔融制造技術(shù)（selectivelasermelting，slm）、液態(tài)光敏

6、樹脂選擇性固化技術(shù)（也稱立體印刷技術(shù)，stereolithographyapparatus，sla）、熔融沉積制造（fuseddepositionmodeling，fdm）、三維打印技術(shù)（3dprinting，3dp）、激光近形成型技術(shù)（laserengineerednetshaping，lens）等。 sls和slm技術(shù)sls和slm技術(shù)的成型原理相似，都是在工作臺(tái)上逐層鋪粉，激光束在計(jì)算機(jī)的控制下按照分層截面輪廓信息對(duì)實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)行熔融固化，逐漸形成各層輪廓，從而堆積成實(shí)體。sls和slm技術(shù)主要針對(duì)金屬及其合金材料，裝備有惰性氣體保護(hù)倉(cāng)的設(shè)備還可熔融燒結(jié)純鈦粉末，成型出致密度較高

7、的純鈦工件，很好的解決了純鈦鑄造缺陷的問題。現(xiàn)有口腔sls和slm設(shè)備的成型精度比初期產(chǎn)品已有很大提高，成型精度可達(dá)到20μm左右，完全可以滿足口腔臨床對(duì)制造精度的要求。但對(duì)于成型大尺寸修復(fù)體（如多單位基底橋），由于加工過程缺乏足夠的外周剛性約束，金屬成型過程中的殘余應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致形變，影響精度。往往通過增加支撐分散應(yīng)力、分段成形和軟件預(yù)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)加以改善。此外，sls和slm設(shè)備的可成型空間往往較大，適合于批量化的大規(guī)模生產(chǎn)，制造效率也較數(shù)控加工好。sls和slm技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括：金屬（包括純鈦及鈦合金）基底冠橋、cad設(shè)計(jì)的可摘局部義齒支架、外科手術(shù)用鈦板以及正畸個(gè)性

8、化托槽的數(shù)字化制造。典型的設(shè)備有eosm270（德國(guó)eos公司），國(guó)內(nèi)在此方面也有初步的研發(fā)成果。sla技術(shù)sla技術(shù)成型原理是使用光源（激光或可見光）投射，分層選擇性地固化液槽中的液態(tài)光敏樹脂，使逐層固化堆積成型。sla技術(shù)主要針對(duì)復(fù)合樹脂類材料的特性而研制，現(xiàn)有技術(shù)的成型精度往往比sls和slm技術(shù)略高，可達(dá)到1020μm的精度，但現(xiàn)有應(yīng)用于口腔材料的設(shè)備成型尺寸沒有sls和slm設(shè)備寬裕，適合制造小批量小尺寸的口腔假體和模型。另外，現(xiàn)有sla設(shè)備中配備有口腔生物性材料的還為數(shù)不多。 sla技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括：鑄造用基底冠橋蠟型、贗復(fù)體蠟型的制造；外科、種植手術(shù)用導(dǎo)板的

9、制造；外科手術(shù)三維診斷及術(shù)前規(guī)劃設(shè)計(jì)模型的制造；牙周夾板、可摘義齒樹脂基托部分的快速制造。3dp技術(shù)3dp工作原理類似于噴墨式打印機(jī)的工作方式，采用逐點(diǎn)噴灑黏接劑來黏接粉末材料，或逐點(diǎn)噴灑樹脂液滴并同步光固化的方式，最后逐層堆積成型。其打印噴頭可以有2個(gè)或多個(gè)，可同時(shí)噴射1種或多種材料，因此有較高的成型速度。這種技術(shù)的成型精度與sla技術(shù)相近，最高可達(dá)到15μm左右，成型空間尺寸也與sla設(shè)備近似，同樣適用于小批量小型工件的制造。3dp技術(shù)可成型的粉末材料包括石膏粉末、部分金屬粉末，可用于打印牙科診斷用牙頜模型或用于制造cad全口義齒陰型；可成型的液態(tài)樹脂光敏材料與sla的材料近似，同樣

10、可用于牙科鑄造用蠟型、頜骨支架功能性替代體、顏面部贗復(fù)體（義耳、義鼻、義眼）、隱形正畸矯治器、手術(shù)導(dǎo)板等治療輔助裝置的制造。此外，3dp技術(shù)目前也正在用于三維生物打印，選擇與機(jī)器相適應(yīng)的生物支架材料以及細(xì)胞，要同步打印形態(tài)具有一定空間形態(tài)和細(xì)胞分布的三維生物體，可用于組織工程（如頜骨、牙齒）的重建或再生。#p#分頁標(biāo)題#e# 其他數(shù)字化制造技術(shù) 機(jī)器人技術(shù)機(jī)器人技術(shù)是醫(yī)療自動(dòng)化技術(shù)的又一種表現(xiàn)形式。我國(guó)在口腔機(jī)器人領(lǐng)域的研究起步較早，2001年北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院建立了一套完整的機(jī)器人輔助全口義齒人工牙排牙制作系統(tǒng)，最后用crs-4506自由度機(jī)器人首次實(shí)現(xiàn)了由機(jī)器人輔助排列全口義齒人工牙列14

11、-16。同年，美國(guó)orametrix公司發(fā)明了suresmile系統(tǒng)，通過口腔正畸矯正弓絲彎制機(jī)器人，使弓絲彎制這一復(fù)雜的過程簡(jiǎn)單化、程序化，可精確穩(wěn)定控制和移動(dòng)牙齒，大大提高了工作效率，縮短了療程17-18。可見，機(jī)器人技術(shù)作為數(shù)字化制造技術(shù)的又一亮點(diǎn)，已成為未來制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。短脈沖激光技術(shù)激光是20世紀(jì)人類偉大的科學(xué)發(fā)明之一，激光技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在當(dāng)今世界的科研、生產(chǎn)和生活之中。在眼科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光切削技術(shù)在眼角膜切削方面的研究應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展，并被廣泛應(yīng)用和推廣。在牙科領(lǐng)域，高功率脈沖激光由于在切割牙體硬組織方面具有微爆破和微蒸發(fā)的特效，常被應(yīng)用于齲齒的治療；另外，激光牙齒

12、漂白，俗稱為鐳射美白也是其在牙科領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)之一。激光技術(shù)在牙科領(lǐng)域的應(yīng)用目前在國(guó)外已成為一門最新的熱門的牙科應(yīng)用研究領(lǐng)域19-20。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有學(xué)者針對(duì)短脈沖激光器的牙科應(yīng)用開展相關(guān)研究，旨在利用短脈沖激光器高光束質(zhì)量和高峰值功率的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)超精密牙體切削預(yù)備的目的?？梢?，擺脫傳統(tǒng)激光技術(shù)二維切割的約束，向三維空間精密切削拓展，是牙科數(shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 小結(jié) 概括口腔數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，有如下特點(diǎn)。設(shè)備體積的兩極化：小型化方向以椅旁系統(tǒng)、桌面系統(tǒng)為發(fā)展趨勢(shì)，主要應(yīng)用于口腔臨床診室，可由口腔醫(yī)生親自操作完成；大型化方向則向多功能加工中心發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)批量化、大規(guī)模制造，主要應(yīng)用于義齒加工中心，通常由專業(yè)技師操作完成。加工質(zhì)量的