一種口腔陶瓷牙3d凝膠打印制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種口腔陶瓷牙3D凝膠打印制備方法，屬于精密陶瓷復(fù)合材料快速成型技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先利用醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)獲得患者口腔牙齒的精確三維虛擬模型，經(jīng)醫(yī)用模型分析處理軟件的處理后生成3D打印所需的格式文件；其次，配制所需的無(wú)毒生物醫(yī)用陶瓷料漿，通過(guò)計(jì)算機(jī)3D打印軟件控制3D打印機(jī)將料漿沿特定尺寸的噴頭擠出后層層堆積形成口腔陶瓷牙的三維坯體；最后，將坯體干燥后高溫?zé)Y(jié)成最終產(chǎn)品。該方法可快速高精度地生產(chǎn)口腔陶瓷牙，具有較高的材料利用率而且打印出的陶瓷牙安全、無(wú)毒，生物相容性較好，力學(xué)性能上也能較好的匹配牙齒。同時(shí)，該方法降低了的生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)的工藝流程，可操作性強(qiáng)，易實(shí)現(xiàn)私人定制。
【專利說(shuō)明】
一種口腔陶瓷牙3D凝膠打印制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種口腔陶瓷牙的最新制備技術(shù)，屬于精密陶瓷復(fù)合材料快速成型技術(shù)領(lǐng)域。具體為將醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)與無(wú)毒料漿的3D凝膠打印制備方法相結(jié)合制備口腔陶瓷牙。
【背景技術(shù)】
[0002]牙體、牙列缺損和牙列缺失是人類的常見(jiàn)病、多發(fā)病，世界衛(wèi)生組織公布，口腔疾病己被列為繼癌癥和心腦血管疾病之后的第三大疾病。目前常用的口腔修復(fù)醫(yī)用材料有合金、陶瓷和復(fù)合樹(shù)脂材料，其中陶瓷材料的認(rèn)可度最高。首先，由于陶瓷材料是熱的絕緣體，熱膨脹系數(shù)與牙體接近，而且硬度較高;其次，口腔陶瓷材料又是口腔材料中化學(xué)性能最穩(wěn)定的材料，均可耐受許多化學(xué)物質(zhì)的作用而不發(fā)生變化;最后，口腔陶瓷材料具有較好的生物相容性，著色性能較好，表面光澤度高，具有半透明和透明性，能恢復(fù)牙體組織的天然色彩。所以口腔陶瓷材料在牙齒的植入與修復(fù)方面應(yīng)用較為廣泛，具有重要的研究意義。
[0003]目前比較先進(jìn)的口腔陶瓷牙的制備方法是由計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床按照牙齒數(shù)字模型對(duì)陶瓷塊進(jìn)行切割成型。首先，在印模材料上留下自己牙列的位置和形態(tài)，然后灌注精細(xì)的石膏翻制牙印模，石膏模型灌注之后經(jīng)過(guò)技師的修理，將需要制作的陶瓷牙分離出來(lái)放置于模型掃描儀進(jìn)行模型掃描獲得牙齒的數(shù)字型；其次，計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床按照數(shù)字模型對(duì)陶瓷塊切割成型，成型后需要對(duì)陶瓷牙進(jìn)行表層修飾;最后，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成最終成品。但是這種方法存在許多不足。第一，翻制牙印模的過(guò)程存在由人為因素所導(dǎo)致的誤差，復(fù)制精度有限。第二，生產(chǎn)成本較高。第三，切削時(shí)容易產(chǎn)生廢料，材料利用率低。
[0004]3D凝膠打印技術(shù)是一種增材成型技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件和機(jī)械的控制將材料逐層添加來(lái)制造三維實(shí)體。3D凝膠打印技術(shù)具有傳統(tǒng)制造業(yè)無(wú)法企及的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)可以精確地復(fù)制實(shí)體，制造復(fù)雜物品不增加成本，并且可實(shí)現(xiàn)零技能制造、零時(shí)間交付以及材料的無(wú)限組合。料漿3D凝膠打印制備方法是通過(guò)計(jì)算機(jī)3D打印軟件控制3D打印機(jī)將料漿沿特定尺寸的噴頭擠出，然后層層堆積形成三維實(shí)體的過(guò)程。料漿3D凝膠打印制備方法可快速精確地打印復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，并根據(jù)自身需要配置不同種類的料漿，打印的材料種類較為廣泛，材料利用率高。利用瓊脂糖凝膠大分子在水溶液中加熱時(shí)溶解，冷卻時(shí)形成一定強(qiáng)度的凝膠這一性質(zhì)，向陶瓷料漿中加入一定量的瓊脂糖大分子可實(shí)現(xiàn)陶瓷料漿的原位凝固成型。相比于傳統(tǒng)的有機(jī)基和水基陶瓷料漿，無(wú)毒的陶瓷料漿在更大程度上保證了操作過(guò)程和最終成品的安全性，具有更加廣闊的發(fā)展空間，安全無(wú)毒符合生物醫(yī)用材料的標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于快速高精度制備陶瓷牙的方法，即將無(wú)毒料漿3D凝膠打印制備方法與醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)獲得口腔牙齒精確模型，然后經(jīng)過(guò)3D凝膠打印制備方法將掃描模型精確的打印出來(lái)，最后經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)制得到最終產(chǎn)品。該方法具有精度高、成本低、工藝流程簡(jiǎn)單，材料利用率高、安全性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
[0006]本發(fā)明的具體工藝如下:
[0007](I) 口腔牙齒模型的獲取:采用醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)獲取所需口腔牙齒的三維虛擬模型，然后運(yùn)用醫(yī)用模型分析軟件對(duì)掃描后的模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砩?D打印所需的三維數(shù)字模型文件。
[0008](2) 口腔陶瓷材料無(wú)毒料漿的配制:向去離子水中加入0.1?3?七％的分散劑，用氨水調(diào)節(jié)pH為8?12后加入平均粒度為0.1?30μπι的生物醫(yī)用陶瓷粉體，球磨I?24h混合均勻后加入0.0I?5wt %的瓊脂糖并將料漿加熱到60?90 °C之間的某一溫度，保持此溫度并強(qiáng)力攪拌10?60min，最終形成固相含量為30?80vol %，粘度為0.1?1.0Pa.s的無(wú)毒陶瓷料漿。
[0009](3) 口腔陶瓷牙的3D凝膠打印制備及燒結(jié)成型:將處理后的口腔牙齒模型文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)3D打印軟件，然后將配制好的料漿加入到溫度恒定的料筒內(nèi)，合理設(shè)置打印機(jī)底板溫度，由計(jì)算機(jī)3D打印軟件控制3D打印機(jī)將料漿沿特定尺寸的噴頭擠出并層層堆積凝固形成口腔陶瓷牙三維坯體，對(duì)坯體干燥后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)形成最終產(chǎn)品。
[0010]所述的生物醫(yī)用陶瓷粉體為氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、羥基磷灰石等生物醫(yī)用陶瓷粉體以及復(fù)合粉體。
[0011]所述的分散劑為油酸、聚乙烯吡咯烷酮、羧酸鈉、檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、六偏磷酸鈉、聚乙二醇、聚乙烯亞胺等其中一種。
[0012]所述的噴頭尺寸為0.1mm?1.5mm。
[0013]所述的打印機(jī)底板溫度為10?50°C。
[0014]本發(fā)明的有益效果:與傳統(tǒng)的口腔陶瓷牙制備工藝相比，本發(fā)明將現(xiàn)代先進(jìn)的醫(yī)療掃描技術(shù)與無(wú)毒料漿的3D凝膠打印制備方法結(jié)合在一起生產(chǎn)口腔陶瓷牙，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)的流程，降低了生產(chǎn)的成本，生產(chǎn)出的口腔陶瓷牙相比于傳統(tǒng)制備工藝具有較高的復(fù)制精度，性能上也較好的滿足使用要求。同時(shí)無(wú)毒料漿3D打印制備方法材料利用率高，可操作性和安全性強(qiáng)，與醫(yī)用數(shù)字掃描技術(shù)結(jié)合起來(lái)易實(shí)現(xiàn)私人定制，具有廣闊的發(fā)展前景。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施實(shí)例1:3D凝膠打印制備氧化鋯陶瓷牙
[0016](I) 口腔牙齒模型的獲取:通過(guò)醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)對(duì)患者口腔進(jìn)行掃描，獲取患者口腔牙齒的精確模型，經(jīng)醫(yī)用模型分析軟件對(duì)患者口腔牙齒模型進(jìn)行適當(dāng)處理后生成3D凝膠打印所需的三維數(shù)字模型文件。
[0017](2)氧化鋯無(wú)毒陶瓷料漿的配制:向50g去離子水中加入0.4的％的分散劑聚丙烯酸錢，用氨水調(diào)節(jié)pH為9后加入平均粒度為1ym的氧化錯(cuò)陶瓷粉體，球磨12h混合均勻后加入lwt%的瓊脂糖并將料漿加熱到85°C，保持溫度為85°C強(qiáng)力攪拌30min后形成固相含量為57vol%，粘度為0.53Pa.s的無(wú)毒氧化鋯陶瓷料漿。
[0018](3)氧化鋯陶瓷牙的3D凝膠打印制備及燒結(jié)成型:將步驟(I)中生成的患者口腔牙齒模型文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)3D打印軟件中，將步驟(2)配制好的氧化鋯無(wú)毒陶瓷料漿加入到溫度為85°C的料筒中，設(shè)置打印機(jī)底板溫度為30°C幫助坯體凝固，由計(jì)算機(jī)3D打印軟件控制3D打印機(jī)將料漿沿直徑為0.2mm的噴頭擠出，層層堆積最終完成氧化鋯陶瓷牙坯體的打印。將打印出的氧化鋯陶瓷牙坯體干燥后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，經(jīng)過(guò)冷卻即可得到氧化鋯陶瓷牙。
[0019]實(shí)施實(shí)例2:3D凝膠打印制備氧化鋁陶瓷牙
[0020](I) 口腔牙齒模型的獲取:通過(guò)醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)對(duì)患者口腔進(jìn)行掃描，獲取患者口腔牙齒的精確模型，經(jīng)醫(yī)用模型分析軟件對(duì)患者口腔牙齒模型進(jìn)行適當(dāng)處理后生成3D凝膠打印所需的三維數(shù)字模型文件。
[0021](2)氧化鋁陶瓷料漿的配制:向50g去離子水中加入lwt%的分散劑檸檬酸銨，用氨水調(diào)節(jié)pH為10后加入平均粒徑為20μπι的氧化鋁陶瓷粉體，球磨6h混合均勻后加入0.7wt%的瓊脂糖并將料漿加熱到75°C，保持溫度為75°C強(qiáng)力攪拌15min后形成固含量為54vol%，粘度為0.52Pa.s的無(wú)毒氧化鋁陶瓷料漿。
[0022](3)氧化鋁陶瓷牙的3D凝膠打印制備及燒結(jié)成型:將步驟(I)中生成的患者口腔牙齒模型文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)3D打印軟件中，將步驟(2)配制好的氧化鋁陶瓷料漿加入到溫度為75°C的料筒中，設(shè)置打印機(jī)底板溫度為35°C，由計(jì)算機(jī)3D打印軟件控制3D打印機(jī)將料漿沿直徑為0.5mm的噴頭擠出成型。將打印出的氧化鋁陶瓷牙坯體干燥后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，經(jīng)冷卻即可得到氧化鋁陶瓷牙。
[0023]實(shí)施實(shí)例3:3D凝膠打印制備3Y-TZP(3mol%氧化釔穩(wěn)定的四方多晶氧化鋯)陶瓷牙
[0024](I) 口腔牙齒模型的獲取:通過(guò)醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)對(duì)患者口腔進(jìn)行掃描，獲取患者口腔牙齒的精確模型，經(jīng)醫(yī)用模型分析軟件對(duì)患者口腔牙齒模型進(jìn)行適當(dāng)處理后生成3D打印所需的三維數(shù)字模型文件。
[0025](2)3Y-TZP陶瓷料漿的配制:向50g去離子水中加入0.8wt %的分散劑聚丙烯酸銨，用氨水調(diào)節(jié)pH為9后加入平均粒徑為15μπι的3Y-TZP陶瓷粉體，球磨24h后加入2wt%的瓊脂糖并將料漿加熱到87°C，保持溫度為87°C強(qiáng)力攪拌20min后形成固相含量為60vol%，粘度為0.5Pa.s的3Y-TZP陶瓷料漿。
[0026](3)3Υ_ΤΖΡ陶瓷牙的3D凝膠打印制備及燒結(jié)成型:將步驟(I)中生成的患者口腔牙齒模型文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)3D打印軟件中，將步驟(2)配制好的3Υ-ΤΖΡ陶瓷料漿加入溫度為870C的料筒中，由計(jì)算機(jī)3D打印軟件控制3D打印機(jī)將料漿沿直徑為0.3mm的噴頭擠出成型。將3D打印出的3Y-TZP陶瓷牙坯體干燥后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，經(jīng)過(guò)冷卻即可得到3Y-TZP陶瓷牙。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種口腔陶瓷牙3D凝膠打印制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)口腔牙齒模型的獲取:首先采用醫(yī)用數(shù)字化掃描技術(shù)獲取所需口腔牙齒的三維虛擬模型，然后運(yùn)用醫(yī)用模型分析軟件對(duì)掃描后的模型進(jìn)行處理生成3D凝膠打印所需的三維數(shù)字模型文件； (2)無(wú)毒料漿的配制:向去離子水中加入0.1?3^%的分散劑，用氨水調(diào)節(jié)PH為8?12后加入平均粒度為0.1?30μπι的生物醫(yī)用陶瓷粉體，球磨I?24h混合均勻后加入0.01?5wt%的瓊脂糖并將料漿加熱到60?90°C之間的某一溫度，保持此溫度并強(qiáng)力攪拌10?60min，最終形成固相含量為30?80vol %，粘度為0.1?1.0Pa.s的無(wú)毒陶瓷料漿； (3)口腔陶瓷牙的3D凝膠打印制備及燒結(jié)成型:將處理后的口腔牙齒模型文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)3D打印軟件，然后將配制好的料漿加入到溫度恒定的料筒內(nèi)，合理設(shè)置打印機(jī)底板溫度，由計(jì)算機(jī)3D打印軟件控制3D打印機(jī)將料漿沿特定尺寸的噴頭擠出并層層堆積凝固形成口腔陶瓷牙三維坯體，對(duì)坯體干燥后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)形成最終產(chǎn)品。2.如權(quán)利要求1所述的一種口腔陶瓷牙3D凝膠打印制備方法，其特征在于:所述的分散劑為油酸、聚乙烯吡咯烷酮、羧酸鈉、檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、六偏磷酸鈉、聚乙二醇、聚乙烯亞胺其中的一種或幾種組合。3.如權(quán)利要求1所述的一種口腔陶瓷牙3D凝膠打印制備方法，其特征在于:所述的生物醫(yī)用陶瓷粉體為氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、羥基磷灰石物陶瓷粉體以及復(fù)合粉體。4.如權(quán)利要求1所述的一種口腔陶瓷牙3D凝膠打印制備方法，其特征在于:所述的噴頭尺寸為0.1mm?1.5mmο5.如權(quán)利要求1所述的一種口腔陶瓷牙3D凝膠打印制備方法，其特征在于:所述的打印機(jī)底板溫度為10?50°C。
【文檔編號(hào)】B28B1/00GK106045503SQ201610364939
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】邵慧萍, 趙德超, 林濤, 任向遠(yuǎn), 張樂(lè), 戚江聰
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)