论文部分内容阅读
研究背景
可摘局部义齿(Removable partial denture，RPD)支架的制作通常沿用传统的失蜡铸造制作工艺，包括制备蜡型、包埋、铸造等过程。蜡型的变形、收缩，包埋材料的选择，铸道的的位置和角度设计等都会影响支架的精度。制作工序较繁琐、制作时间较长，并且对口腔技师的技能要求也较高。
3D打印(Threedimensionalprinting)是一种快速成型技术，利用三维数字模型，将粉状、条状、液态等不同形态的材料通过分层制造，再逐层叠加，从而快速制作出三维实体。选择性激光熔融(Selectedlasermelting，SLM)是常用的3D打印技术，适合于打印金属粉末，其粉末状材料在加热后可完全熔化，且制造过程无需间接粘接剂，最终打印件的致密度可接近100%，制作工序简单、制作时间短，在口腔医学领域中已经被广泛地应用。
使用选择性激光熔融制作可摘局部义齿支架时需对支架的悬空结构添加足量的支撑，以利于成形及传热，防止倒凹处结构塌陷或热集中导致悬空部分卷曲变形。支撑与RPD支架之间角度的选择，不仅影响打印完成的时间和材料成本，也影响到RPD支架的适合性以及其力学性能。目前，打印时支撑角度的选择往往根据工作人员的经验所设定。支撑角度的选择如何影响所打印RPD支架的适合性、精确性、力学性能等，如何选择一个适合的打印支撑角度，还有待进一步研究。
目的
本研究旨在评价选择性激光熔融技术制作可摘局部义齿支架过程中支撑角度对支架适合性的影响；探讨支撑角度对选择性激光熔融技术制作钛合金标准打印件力学性能的影响。
方法
1)以下颌双侧游离端牙列缺损石膏模型为原始模型，通过DS-EX三维扫描仪扫描原始模型建立三维数字模型，将模型数据导入exocadDentalCAD软件设计RPD支架。设置不试戴支架的石膏模型为空白对照组，以排除扫描过程中的系统误差。
2)用MaterialiseMagics20软件为RPD支架的三维数字模型添加0°(水平组)、45°和90°(垂直组)的支撑。用钛合金(Ti-6Al-4V)粉末SLM技术打印(DigiMaker2250)三组不同支撑角度的RPD支架(每组6个样本)。对打印完成的支架行退火，去除支撑、喷砂、酸洗及少量抛光。
3)通过硅橡胶制取戴入支架的原始模型的阴模后。将支架于阴模内复位并灌入超硬石膏，获得具备支架组织面形态的复模石膏模型。使用DS-EX三维扫描仪分别扫描原始模型和复模石膏模型，并将其建立的三维数字模型数据导入GeomagicQualify软件。分析支架组织面、卡环、牙合支托及舌杆等部位的组织面与模型的间隙，以评价支架的适合性。
4)使用Rhinocerosv6.9软件按照ISO22674:2016标准，设计标准打印件的三维模型。使用Ti-6Al-4V钛合金粉末，SLM打印支撑角度分别为0°(水平组)、45°和90°(垂直组)的钛合金标准打印件(每组6个样本)。使用QJ211S-10KN电子万能试验机测试打印件的力学性能
结果
1)三组可摘局部义齿支架与石膏模型贴合紧密，无翘动。水平组，45°组和垂直组支架与模型间的平均偏差分别为(0.146±0.017)mm，(0.182±0.015)和(0.185±0.022)mm。其中，水平组支架与模型间的平均偏差显著小于45°组和垂直组(P＜0.05)，45°组与垂直组间差异无统计学意义(P＞0.05)。
2)水平组牙合支托处偏差显著小于45°组(P＜0.05)，垂直组牙合支托处偏差与水平组、45°组间差异均无统计学意义(P＞0.05)；
3)水平组卡环处偏差均显著小于45°和垂直组(P＜0.05)，45°组与垂直组卡环处偏差差异无统计学意义(P＞0.05)；三组支架舌杆处偏差差异无统计学意义(P＞0.05)。
4)屈服强度、抗拉强度、断面延伸率和杨氏模量在水平组分别为(1007.3±2.6)N/mm2，(1029.0±3.4)N/mm2，(12.3±0.3)%，[(84.3±0.3)x103]N/mm2；在45°组分别为(990.3±4.3)N/mm2，(1019.5±4.2)N/mm2，(12.6±0.2)%，[(86.9±0.5)x103]N/mm2；在垂直组分别为(982.5±10.2)N/mm2，(1010.5±9.3)N/mm2，(12.8±0.3)%，[(90.8±1.2)x103]N/mm2;。
5)平组屈服强度显著大于45°组和垂直组(P＜0.05)，而45°组与垂直组的屈服强度差异无统计学意义(P＞0.05)；水平组抗拉强度显著大于垂直组(P＜0.05)，而45°组与水平组、垂直组抗拉强度的差异均无统计学意义(P＞0.05)；水平组杨氏模量显著小于45°组和垂直组(P＜0.05)，同时45°组杨氏模量显著小于垂直组(P＜0.05)。
6)三组钛合金标准打印件的断面延伸率的差异无统计学意义(P＞0.05)。三组钛合金标准打印件的力学性能均高于《医疗器械产品技术要求》中对金属支架可摘局部义齿的要求。
结论
1)通过三种支撑角度选择性激光熔融技术制作的双侧游离端牙列缺损可摘局部义齿支架的适合性均可满足临床要求，从打印精度考虑，可优先选择水平向支撑角度制作义齿支架。
2)通过三种支撑角度选择性激光熔融技术制作的钛合金标准打印件的力学性能均可满足临床要求，因标准件与实际支架形态存在差异，从材料力学角度考虑，应根据临床支架形态特点来选择支撑角度。
可摘局部义齿(Removable partial denture，RPD)支架的制作通常沿用传统的失蜡铸造制作工艺，包括制备蜡型、包埋、铸造等过程。蜡型的变形、收缩，包埋材料的选择，铸道的的位置和角度设计等都会影响支架的精度。制作工序较繁琐、制作时间较长，并且对口腔技师的技能要求也较高。
3D打印(Threedimensionalprinting)是一种快速成型技术，利用三维数字模型，将粉状、条状、液态等不同形态的材料通过分层制造，再逐层叠加，从而快速制作出三维实体。选择性激光熔融(Selectedlasermelting，SLM)是常用的3D打印技术，适合于打印金属粉末，其粉末状材料在加热后可完全熔化，且制造过程无需间接粘接剂，最终打印件的致密度可接近100%，制作工序简单、制作时间短，在口腔医学领域中已经被广泛地应用。
使用选择性激光熔融制作可摘局部义齿支架时需对支架的悬空结构添加足量的支撑，以利于成形及传热，防止倒凹处结构塌陷或热集中导致悬空部分卷曲变形。支撑与RPD支架之间角度的选择，不仅影响打印完成的时间和材料成本，也影响到RPD支架的适合性以及其力学性能。目前，打印时支撑角度的选择往往根据工作人员的经验所设定。支撑角度的选择如何影响所打印RPD支架的适合性、精确性、力学性能等，如何选择一个适合的打印支撑角度，还有待进一步研究。
目的
本研究旨在评价选择性激光熔融技术制作可摘局部义齿支架过程中支撑角度对支架适合性的影响；探讨支撑角度对选择性激光熔融技术制作钛合金标准打印件力学性能的影响。
方法
1)以下颌双侧游离端牙列缺损石膏模型为原始模型，通过DS-EX三维扫描仪扫描原始模型建立三维数字模型，将模型数据导入exocadDentalCAD软件设计RPD支架。设置不试戴支架的石膏模型为空白对照组，以排除扫描过程中的系统误差。
2)用MaterialiseMagics20软件为RPD支架的三维数字模型添加0°(水平组)、45°和90°(垂直组)的支撑。用钛合金(Ti-6Al-4V)粉末SLM技术打印(DigiMaker2250)三组不同支撑角度的RPD支架(每组6个样本)。对打印完成的支架行退火，去除支撑、喷砂、酸洗及少量抛光。
3)通过硅橡胶制取戴入支架的原始模型的阴模后。将支架于阴模内复位并灌入超硬石膏，获得具备支架组织面形态的复模石膏模型。使用DS-EX三维扫描仪分别扫描原始模型和复模石膏模型，并将其建立的三维数字模型数据导入GeomagicQualify软件。分析支架组织面、卡环、牙合支托及舌杆等部位的组织面与模型的间隙，以评价支架的适合性。
4)使用Rhinocerosv6.9软件按照ISO22674:2016标准，设计标准打印件的三维模型。使用Ti-6Al-4V钛合金粉末，SLM打印支撑角度分别为0°(水平组)、45°和90°(垂直组)的钛合金标准打印件(每组6个样本)。使用QJ211S-10KN电子万能试验机测试打印件的力学性能
结果
1)三组可摘局部义齿支架与石膏模型贴合紧密，无翘动。水平组，45°组和垂直组支架与模型间的平均偏差分别为(0.146±0.017)mm，(0.182±0.015)和(0.185±0.022)mm。其中，水平组支架与模型间的平均偏差显著小于45°组和垂直组(P＜0.05)，45°组与垂直组间差异无统计学意义(P＞0.05)。
2)水平组牙合支托处偏差显著小于45°组(P＜0.05)，垂直组牙合支托处偏差与水平组、45°组间差异均无统计学意义(P＞0.05)；
3)水平组卡环处偏差均显著小于45°和垂直组(P＜0.05)，45°组与垂直组卡环处偏差差异无统计学意义(P＞0.05)；三组支架舌杆处偏差差异无统计学意义(P＞0.05)。
4)屈服强度、抗拉强度、断面延伸率和杨氏模量在水平组分别为(1007.3±2.6)N/mm2，(1029.0±3.4)N/mm2，(12.3±0.3)%，[(84.3±0.3)x103]N/mm2；在45°组分别为(990.3±4.3)N/mm2，(1019.5±4.2)N/mm2，(12.6±0.2)%，[(86.9±0.5)x103]N/mm2；在垂直组分别为(982.5±10.2)N/mm2，(1010.5±9.3)N/mm2，(12.8±0.3)%，[(90.8±1.2)x103]N/mm2;。
5)平组屈服强度显著大于45°组和垂直组(P＜0.05)，而45°组与垂直组的屈服强度差异无统计学意义(P＞0.05)；水平组抗拉强度显著大于垂直组(P＜0.05)，而45°组与水平组、垂直组抗拉强度的差异均无统计学意义(P＞0.05)；水平组杨氏模量显著小于45°组和垂直组(P＜0.05)，同时45°组杨氏模量显著小于垂直组(P＜0.05)。
6)三组钛合金标准打印件的断面延伸率的差异无统计学意义(P＞0.05)。三组钛合金标准打印件的力学性能均高于《医疗器械产品技术要求》中对金属支架可摘局部义齿的要求。
结论
1)通过三种支撑角度选择性激光熔融技术制作的双侧游离端牙列缺损可摘局部义齿支架的适合性均可满足临床要求，从打印精度考虑，可优先选择水平向支撑角度制作义齿支架。
2)通过三种支撑角度选择性激光熔融技术制作的钛合金标准打印件的力学性能均可满足临床要求，因标准件与实际支架形态存在差异，从材料力学角度考虑，应根据临床支架形态特点来选择支撑角度。