CN106001591A - 一种3d打印牙冠用钛粉的制备方法及3d打印牙冠 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印牙冠用钛粉的制备方法及3D打印牙冠。用该方法制备出的3D打印牙冠用钛粉的含钛量≥99.7wt％，该制备方法包括：将原料钛制成直径为40‑60mm、长度为500‑600mm的钛棒；用清洗液对钛棒进行清洗，去除表面的油污和氧化层；对清洗后的钛棒进行干燥，去除水分；采用雾化法将干燥后的钛棒制成钛粉；将制得的钛粉依次过65目和270目筛，选取过270目筛的钛粉。采用该方法制备出的钛粉，颗粒小、粒度较均匀，形状为球形、流动性好，制备出的3D打印牙冠表面光滑、美观大方，而且生物相容性好，是一种优良的牙冠。

Description

一种3D打印牙冠用钛粉的制备方法及3D打印牙冠

技术领域

本发明属于3D打印牙冠领域，具体涉及一种3D打印牙冠用钛粉的制备方法及3D打印牙冠。

背景技术

牙冠也叫牙套，用于修复牙齿。根据制作材料的不同，牙冠可分为全金属冠、金属烤瓷冠、金沉积烤瓷冠、全瓷冠等。其中，全金属冠相对结实，磨牙少，没有崩瓷等的问题，由于其颜色不美观的因素，其主要用在不易暴露的后牙尤其是上颌后牙。在金属基底冠上烤瓷就变成金属烤瓷冠，解决了金属暴露的不美观问题，金属烤瓷冠主要用在前牙区和前磨牙区，但是磨牙量增加，有崩瓷的可能性。

通常使用的全金属冠和金属烤瓷冠材料中的金属成分是镍铬(Ni-Cr)合金、钴铬(Co-Cr)合金、金合金或不锈钢等。Co、Ni、Cr对人体有害，因此，Co-Cr合金和Ni-Cr合金逐渐被淘汰。金合金的生物安全性好，各种物理性能好，值得推荐，但是价格较贵，而且随着金价的上涨还会变化，故使用受到很大的限制。钛(Ti)资源丰富、价格较低、密度小，且Ti具有极好的生物相容性和耐腐蚀性；Ti的导热性能较其他金属材料较低，可以避免冷热刺激对人体的影响。

通过模具铸造的牙冠容易存在铸造组织缺陷，造成牙冠质量较差，影响使用寿命。与传统成型方法相比，3D打印加工成型能力强、加工周期短，因此特别适合用于制作形状复杂的结构。3D打印技术对原料的要求高，要求颗粒小且均匀，而且流动性好。

3D打印牙冠是一种新型的牙冠，精度高、造价低、生物相容性好。目前3D打印牙冠还处于研发阶段，要想制得高品质的3D打印牙冠，必须先有高品质的原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印牙冠用钛粉的制备方法及3D打印牙冠。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种3D打印牙冠用钛粉的制备方法，所述3D打印牙冠用钛粉的含钛量≥99.7wt％，所述制备方法包括如下步骤：

加工：将原料钛制成直径为40-60mm、长度为500-600mm的钛棒；

清洗：用清洗液对所述钛棒进行清洗，去除表面的油污和氧化层；

干燥：将清洗后的钛棒干燥，去除水分；

雾化制粉：采用雾化法将干燥后的钛棒制成钛粉；

筛粉：将制得的钛粉过270目筛，选取过筛钛粉。

进一步地，所述原料钛的含钛量≥99.7wt％。

进一步地，所述清洗步骤采用的设备为超声波清洗器；采用的清洗液为水基溶液，所述水基溶液的浓度为3-7wt％；清洗时间为15-30min。

进一步地，所述干燥步骤采用的设备为干燥箱，干燥温度为70-90℃，干燥时间为1-3h。

进一步地，所述雾化制粉步骤采用的设备为无坩埚感应熔炼惰性气体雾化制粉设备，所述设备的压力为20-30bar、进给速率为1200-1500mm/h、熔化功率为12-15kW。

进一步地，所述无坩埚感应熔炼惰性气体雾化制粉设备采用的惰性气体为氩气。

进一步地，所述筛粉步骤采用的设备为筛粉机，所述筛粉机设有两级筛网，第二级筛网为270目。

进一步地，所述筛粉步骤过程采用氩气保护。

进一步地，在所述雾化制粉后和所述筛粉前还包括混粉步骤：将制得的钛粉混合均匀；所述混粉步骤采用的设备为混粉机，所述混粉步骤采用惰性气体保护。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种3D打印牙冠，所述3D打印牙冠的原料为钛粉，所述钛粉由权利要求1-9中任一所述方法制得。

本发明提供的3D打印牙冠用钛粉的制备方法制备出的钛粉，颗粒小、粒度较均匀，形状为球形、流动性好；使用时能铺成薄层，不会堵塞3D打印设备的供粉系统；制备出的牙冠在溶液喷射冲击时不会产生凹陷、溅散和孔洞。制备出的牙冠表面光滑、美观大方，而且生物相容性好，是一种优良的牙冠。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种3D打印牙冠用钛粉的制备方法。

图2为本发明实施例1制得的钛粉的扫描电镜图。

图3为本发明实施例2制得的钛粉的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的实施例，以更明晰地阐述本发明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述权利要求中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例提供的用于制备3D打印牙冠的钛粉，其制备步骤如图1所示，具体如下：

进料检验：检查原料钛的钛含量、杂质含量；

加工：将原料钛制成直径为50mm、长度为550mm的钛棒；

清洗：用清洗液对钛棒进行清洗，去除表面的油污和氧化层；

干燥：对清洗后的钛棒进行干燥，去除水分；

雾化制粉：采用雾化法将干燥后的钛棒制成钛粉；

混粉：将制得的钛粉混合均匀；

筛粉：将混合均匀的钛粉依次过65目和270目筛，选取过270目筛的钛粉；

包装：将过270目筛的钛粉进行检验后标签、包装。

Ti粉的制备方法主要有等离子旋转电极、单辊快淬、雾化法等。其中，旋转电极法主要制备20目(830μm)左右的粗粉；单辊快淬法制备的粉末多为不规则形状、杂质含量高；雾化法制备的粉末具有氧及其他杂质含量低、球形度好、粒度可控、冷却速度快、细粉收得率高等优点。

发明人经过大量的实验发现，要想用钛粉制得质量优良的3D打印牙冠，钛粉的粒度最好小于65μm。筛网是无机粉体分级、筛分常用的工具，市售270目筛的网孔的直径约为53μm，过270目筛的物质的粒度大部分都≤53μm，因此本发明选用270目筛作为筛选钛粉的工具。

牙冠生物相容性越好，对人体的影响越小。为了使制备出的牙冠生物相容性更好，钛粉的含钛量越高越好，本发明要求制出的钛粉的含钛量≥99.7wt％。

原料钛的含钛量并不需要特别限定，但其含钛量越高越好。原料钛的含钛量≥99.7wt％是比较优选的。

本实施例采用原子发射光谱仪(ICP设备)对原料钛进行检验，本实施例采用的原料钛的含钛量为99.7wt％，含氧量为600ppm。

为了制得适宜用于3D打印牙冠的钛粉，由原料钛制得的钛棒的尺寸需要满足一定的要求。发明人经过大量实验发现，钛棒的直径在40-60mm、长度在500-600mm的范围时才能制得所需的钛粉。

清洗设备并不需要特别限定。超声波清洗器清洗速度快、清洗效果好、清洁度高，而且不会对清洗物的表面造成损伤。采用浓度为3-7wt％的水基溶液作为超声波清洗液，清洗15-30min就可以将钛棒清洗干净。

本实施例采用超声波清洗器作为清洗设备，采用浓度为5wt％的水基溶液作为超声波清洗液，清洗时间为15min。

干燥的温度和时间并不需要特别限定。钛在高温下会与许多元素和化合物发生反应，因此干燥的温度不能太高；但若干燥的温度太低，干燥耗时长。在温度为70-90℃时，1-3h即可将钛棒上的水除去，钛也不容易与干燥设备中的气体发生反应。

本实施例采用干燥箱作为干燥设备，干燥的温度为80℃、干燥时间为2h。

雾化法可以分为气体雾化法和液体雾化法，气体雾化法的工艺比较成熟。感应熔炼惰性气体雾化制粉设备投资省、运行费用低。感应熔炼惰性气体雾化制粉设备的压力为20-30bar、进给速率为1200-1500mm/h、熔化功率为12-15kW时，制备的钛粉质量较好。

本实施例采用无坩埚感应熔炼惰性气体雾化制粉设备(EIGA制粉机)制备钛粉，雾化压力为24bar，进给速率为1300mm/h，熔化功率为14kW。

雾化介质并不需要特别限定。气体雾化法的常用雾化介质为氮气、氩气或空气，但对于钛粉来说，氩气是最佳的雾化介质。

本实施例采用氩气作为雾化介质。

混粉步骤可要可不要，将钛粉混合均匀后再进行筛粉，能提高筛粉设备的工作效率。

混粉过程采用惰性气体保护能有效的防止钛被氧化，保证钛粉的纯度。

本实施例中，由于雾化制粉采用的雾化介质为氩气，因此混粉过程也采用氩气保护。采用混粉机混粉，时间为1h，每次混粉500kg。

筛粉步骤采用的设备并不需要特别限定，只要有目数为270目的筛网即可。

本实施例采用筛粉机，筛粉机设有两级筛网，第一级筛网为65目，第二级筛网为270目。

采用两级筛网，能提高筛粉机的工作效率，第一级筛网的目数并不需要特别限定。

同样，筛粉过程采用惰性气体保护能有效的防止钛被氧化，保证钛粉的纯度。

本实施例筛粉过程也采用氩气保护。

取包装好的钛粉分别用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜(SEM)和氧氮氢分析仪(ONH分析仪)进行检验，其粒度请见表1，SEM照片请见图2，化学成分请见表2。

实施例2

本实施例采用与实施例1一样的步骤制备钛粉。与实施例1不同的是，所用的清洗液的浓度为7％、清洗时间为30min，干燥的温度为85℃、时间为1.5h，雾化制粉时雾化压力为30bar、进给速率为1500mm/h，熔化功率为15kW。

取包装好的钛粉分别用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜(SEM)和氧氮氢分析仪(ONH分析仪)进行检验，其粒度请见表3，SEM照片请见图3，化学成分请见表4。

实施例3

将实施例1和实施例2制备出的钛粉分别制备3D打印牙冠。

在3D打印时，制得的钛粉都能铺成薄层，不会堵塞3D打印设备的供粉系统。制备出的牙冠在溶液喷射冲击时不会产生凹陷、溅散和孔洞。

制备出的牙冠表面光滑、美观大方，而且生物相容性好，是一种优良的牙冠。

表1实施例1制得的钛粉的粒度

表2实施例1制得的钛粉的化学成分(wt％)

元素	含量要求	实测含量
			Ti	余量	余量
Fe	≤0.3％	0.032％
			C	≤0.08％	0.014％
O	≤1300PPM	925PPM
			N	≤300PPM	167PPM

表3实施例2制得的钛粉的粒度

表4实施例2制得的钛粉的化学成分(wt％)

元素	含量要求	实测含量
			Ti	余量	余量
Fe	≤0.3％	0.035％
			C	≤0.08％	0.03％
O	≤1300PPM	1012PPM
			N	≤300PPM	201PPM
H	≤150PPM	21PPM

从表1可知，用激光粒度仪检测实施例1制得的钛粉的粒度，测得的D10、D50、D90分别为17μm、37μm、59μm。从表3可知，用激光粒度仪检测实施例2制得的钛粉的粒度，测得的D10、D50、D90分别为21μm、41μm、53μm。说明用本发明提供的技术方案制备出的钛粉的粒度小，粒度分布也比较均匀，满足制备优良的3D打印牙冠的要求。

从表2、表4可知，实施例1和实施例2制得的钛粉，杂质的含量少，含钛量均大于99.7wt％。

从图2、图3可以看出，制得的钛粉为球形，颗粒比较均匀。

综上，可以知道，按照本实施例提供制备方法制备出的用于制备3D打印牙冠的钛粉，颗粒小、粒度较均匀，形状为球形、流动性好；使用时能铺成薄层，不会堵塞3D打印设备的供粉系统；制备出的牙冠在溶液喷射冲击时不会产生凹陷、溅散和孔洞。制备出的牙冠表面光滑、美观大方，而且生物相容性好，是一种优良的牙冠。

再次说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印牙冠用钛粉的制备方法，其特征在于，所述3D打印牙冠用钛粉的含钛量≥99.7wt％，所述制备方法包括如下步骤：

加工：将原料钛制成直径为40-60mm、长度为500-600mm的钛棒；

清洗：用清洗液对所述钛棒进行清洗，去除表面的油污和氧化层；

干燥：对清洗后的钛棒进行干燥，去除水分；

雾化制粉：采用雾化法将干燥后的钛棒制成钛粉；

筛粉：将制得的钛粉过270目筛，选取过筛钛粉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料钛的含钛量≥99.7wt％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述清洗步骤采用的设备为超声波清洗器；采用的清洗液为水基溶液，所述水基溶液的浓度为3-7wt％；清洗时间为15-30min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥步骤的干燥温度为70-90℃，干燥时间为1-3h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述雾化制粉步骤采用的设备为无坩埚感应熔炼惰性气体雾化制粉设备，所述设备的压力为20-30bar、进给速率为1200-1500mm/h、熔化功率为12-15kW。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述无坩埚感应熔炼惰性气体雾化制粉设备采用的惰性气体为氩气。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述筛粉步骤采用的设备为筛粉机，所述筛粉机设有两级筛网，第二级筛网为270目。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述筛粉步骤采用氩气保护。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述雾化制粉后和所述筛粉前还包括混粉步骤：将制得的钛粉混合均匀；所述混粉步骤采用的设备为混粉机，所述混粉步骤采用惰性气体保护。

10.一种3D打印牙冠，其特征在于，所述3D打印牙冠的原料为钛粉，所述钛粉由权利要求1-9中任一所述方法制得。