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3D打印技术在口颌面治疗中的应用进展

时间:2017-05-22 10:41 来源:口腔颌面修复学杂志 作者:中国3D打印网 阅读:

     3D打印(3D Printing)是20世纪80年代末产生和发展起来的一种新型制造技术,3D打印技术利用三维的计算机辅助设计数据,通过3D打印机,将材料一层层堆积,最终成为实体原型的技术,可直接、精确、自动、快速地将设计的虚拟物打印成为具有一定功能的原型或制造零件。3D打印技术避免了传统工艺在利用去除法成型过程中出现的材料浪费问题,可节约成本。另外,数字化的打印制造过程,可提高产品的精确性。研究表明经3D打印出来的产品,其精度可控制在与原物体的±200μm左右。充分将3D打印的以上优点运用于口腔临床操作,可真正实现口腔个性化制作服务。


 1.3D打印技术成型的种类

       3D打印技术的成型方式主要有熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)、立体光固化成型(Stereo Lithography Appearance,SLA)、选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering,SLS)、选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)、分层实体制造技术(laminated object manufacturing,LOM)、立体喷墨印刷技术(Ink jet based system)、直接金属烧结成型(Direct Metal Laser Sintering,DMLS)技术等。FDM又叫熔融挤出成型,在1988年首次由美国学者提出,其基本原理是将丝状的热熔性材料加热熔化,使材料层层堆积然后成型,这种成型方法的优点在于成本低,速度较快,机器的使用和维护简单,模型可根据不同需求选择不同的色区,缺点主要是精度低,复杂构件不易制造,需要支撑,所制作模型表面质量差,可用于种植手术中导板的制作、各种血管管腔的成型、骨和软组织重塑、成型包埋铸造蜡型等。

 

SLA成型法也被叫做立体光刻成型,其利用光敏树脂在紫外光的影响下会固化的原理得到实体原型或零件。这项技术的主要优点是方便、快捷和高度自动化,主要的缺点是光固化成型设备结构复杂,机器的维护成本较高,且使用材料的成本昂贵,此技术被广泛应用于医学和工业设计等领域。

    SLS成型法利用离散和堆积成型的原理打印数字化设计的三维模型,该技术具有材料选择范围广、材料价格便宜、成本低、制造工艺简单、柔性度高、材料利用效率高、成型速度快等优点,主要缺点是产品的精度不高,目前,这项打印技术已被广泛应用于机械模具设计、航空航天、医学器材等领域。

    SLM成型法是利用三维数字模型的分层切片数据,打印成依据数字模型所得的最终产品,此技术的优点是对各种材料的适应性较强,且能实现精密金属零构件高精密度制造,并且高质、高效,主要的缺点是设备价格昂贵,后期的处理繁琐且设备维护成品高。该技术目前已成功运用于航空航天领域及电子军事领域,另外,此技术被广泛应用于口腔领域,用于制作镍铬合金及纯钛金属冠、固定桥、可摘局部义齿支架等。

 2.常用的3D打印材料

    塑料是最常用的3D打印材料,常用的种类是工程塑料,包括ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PLA(聚乳酸)、尼龙、PC(聚碳酸酯)等,这类材料常常被用做外壳材料和工业材料,运用这种材料打印的产物具有高强度、耐冲击、耐热、硬度强、抗氧化的优点,工程塑料是当前应用最为广泛的一类3D打印材料;金属材料,包括钛合金、钴铬合金、镍铬合金,不锈钢材料等,因金属易设计物体外形、力学强度及导电性强等优点,其在3D打印材料中应用前景最为广阔,由于各种金属材料的化学成分、物理性质不同,对金属粉末的性能要求也更为严苛;光敏树脂,常见的有Somos Next材料、Somos11122材料、Somos19120材料和环氧树脂,光敏树脂一般为液态,可用于制作高强度、耐高温、防水的材料;另外常被运用的3D打印材料包括陶瓷材料、橡胶类材料、彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料等。

 3.3D打印的设备

    1988年,世界上第一家3D打印机研发生产公司3DSystems推出了第一台3D打印机,型号为SLA250,之后3D打印设备经历了多次革新,令其性能更高,使用范围更广,且价格也更低。如今市场上各具特点的3D打印机玲琅满目,3D打印机可打印的产品也日趋增多,如康奈尔大学成功研制了食物打印机;以色列的ziv-Av Engineering公司用SD300pm打印出了折叠自行车等,可根据打印需求选购到各种适合打印特定产品的3D打印机。

(责任编辑:中国3D打印网)