CN109464205A - 一种3d打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，通过激光扫描辅助构造个性化义齿模型，在3D打印技术下，由二氧化锆粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后制成义齿主体，由钴铬合金粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后制成孔隙由细到粗的义齿底座，并在义齿底座上进行镀膜处理，克服了纯金属材料不美观、纯陶瓷材料太脆和植入后恢复周期长的问题，使人感到义齿与牙龈长在一起，最终获得高精准度、高耐磨、高耐酸碱性、高机械强度及高生物相容性的个性化义齿。
Description
技术领域
本发明涉及牙齿制备领域，特别是一种3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，制造出个性化义齿，应用于牙齿缺损修复，恢复牙齿功能。
背景技术
3D打印以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
二氧化锆是一种优秀的生物材料，生物相容性好，优于各种金属合金，包括黄金。二氧化锆对牙龈无刺激、无过敏反应，很适合应用于口腔，避免了金属在口腔内产生的过敏、刺激、腐蚀等不良反应，并且二氧化锆导热性能极低，质量轻，患者佩戴更舒适。
二氧化锆烤瓷牙独特美学性，对光线通透性良好，与真牙接近，不像其它烤瓷牙对光线有阻射效果。二氧化锆陶瓷的基底冠颜色是牙白色，所以颈部不会变黑变暗发青，解决了金属烤瓷冠最难解决的问题。二氧化锆全瓷牙以高机械强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优点，突破了传统烤瓷牙的限制，牙冠不再要丝毫金属支撑，完全生物瓷制作，远离生活中各种电磁波干扰，不留隐患。
在非贵金属方面，钴铬合金与镍铬烤瓷牙相比，其不含对人体有害的镍元素与铍元素，与钛合金相比，价格较低，故安全可靠且价格合理的钴铬合金烤瓷牙已成为非贵金属烤瓷的首选。钴铬合金适合大多数牙齿的修复，尤其适合后牙固定桥等固定修复，有着美观，自然，牢固，耐磨，经济，耐久等优点，具有较强的金属稳定性，耐腐蚀性较高，生物融合性好，牙齿的密合性较高，重量轻，并且一般情况下是不会出现黑色牙龈或者牙龈出血的现象。
现阶段传统制备义齿的方法通常是高温融化后热压成型，该法常常涉及手动口腔印模术，而从患者口内取出托盘时，可能会产生精度误差，从而导致制作的牙齿修复体不密合，影响患者的舒适度以及义齿的耐磨性、机械强度与使用寿命，通过激光扫描与义齿相咬合的牙齿的形貌特征，再经3D打印出所需义齿表面特征，不仅能增强义齿的咬合度，还能加工出紧密贴合人体牙床的义齿，提高义齿的耐磨、耐酸碱性及机械强度。
石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，羧基离子的植入可使石墨烯材料表面具有活性功能团，从而大幅度提高材料的细胞和生物反应活性。石墨烯呈薄纱状更易于被掺杂以及化学改性，更易于接受功能团。
碳纳米管具有良好的力学性能，抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
羟基磷灰石是人体骨骼组织的主要无机组成成分，植入体内后，钙和磷会游离出材料表面被身体组织吸收，并生长出新的组织，并且这种材料健康亮白，能够去除牙菌斑，防止蛀牙，清新口气，改善牙龈问题，同时有研究证明羟磷灰石的晶粒越细，生物活性越高，所以纳米羟基磷灰石材料具有比传统羟基磷灰石材料更均匀一致的结构，以及互为交通的多孔隙，在动物体内能够较好地降解，同时又引导细胞修复骨缺失。
生物材料必须满足宏观结构，微观结构和化学成分方面的特殊要求才能具有骨诱导性，相互连接的多孔结构中的孔隙是一个重要的特征，能够提供了一个没有强烈流体运动的保护区域，从而使细胞有足够的空间沿着多孔通道生成新骨，表面上镀羟基磷灰石膜后的多孔通道能表现出更好的骨诱导性，并且相比于传统的大小均匀孔隙结构，底座由细到粗的孔隙结构表现出更好的骨诱导性。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，在加工上克服了传统牙齿的高能耗、加工时间长、咬合不紧密的问题，在选材上克服了纯金属材料不美观和纯陶瓷材料太脆的问题，在效果上使人感到义齿与牙龈长在一起。
本发明的技术方案为：一种3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿，它包括义齿主体和义齿底座。
所述义齿主体是通过3D打印机将二氧化锆粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后致密的一体打印成型。义齿主体材料化学成分及重量百分比为：石墨烯：0.1%～0.4%，碳纳米管：0.1%～0.6%，其余为二氧化锆：99%～99.8%。
所述义齿底座是通过3D打印机将钴铬合金粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后以由细至粗的阶梯多孔形式一体打印成型。义齿底座材料化学成分及重量百分比为：石墨烯：0.1%～0.6%，碳纳米管：0.1%～0.6%，羟基磷灰石：2%～3%,铬：30%～40%，其余为钴：56%～67.8%。
一种3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，包括以下步骤：
首先要对病人口腔进行修复，对余留的牙齿、牙龈黏膜、唇颊部、系带、舌、齿槽骨、颌骨及颞下颌关节进行全面检查。
其次，使用激光扫描装置对口腔内与义齿相咬合的牙齿进行扫描，不断的完善义齿表面形貌的三维数据信息，在计算机中生成三维模型。
然后将计算机中生成的三维模型转换为STL文件导入3D打印机控制软件中，利用3D打印机将二氧化锆粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后打印出致密的义齿主体。
同理根据激光扫描装置对口腔内的扫描结果，不断完善与牙床相贴合的牙齿底座的三维数据信息，在计算机中生成三维模型。
然后将计算机中生成的三维模型转换为STL文件导入3D打印机控制软件中，利用3D打印机在已经打印好的义齿主体基础上将钴铬合金粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后以由细至粗的阶梯状多孔形式打印出义齿底座。
采用化学气相沉积法制备纳米羟基磷灰石薄膜，制备高质量的纳米羟基磷灰石薄膜，在沉积初期具有很高且均匀的成核密度，对钴铬合金底座表面采取大功率激光处理方法来增强表面粗糙度促进成核：先用粒度为0.5μm的羟基磷灰石微粉对钴铬合金底座表面进行手工研磨，再用混有粒度为40μm羟基磷灰石粉的乙醇悬浮液超声研磨处理20min，最后用无水乙醇清洗，吹干后放入CVD反应室中。
反应室抽真空后通入反应气体（氢气和丙酮），调整反应室压力后开始CVD沉积羟基磷灰石涂层，经过4h沉积后，模孔表面沉积得到8um左右的常规羟基磷灰石涂层，表面光洁度Ra≤0.05μm。
最后义齿制作完成之后，进行调整和抛光。
与现有技术相比，本发明提供了一种3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，具备以下有益效果：
1、该3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的新方法是通过激光扫描牙床，采集制作义齿所需的三维数据，然后利用3D打印技术制作义齿，可以快速的完成义齿的制作，能够节省大量的时间，尺寸更加标准，提高了患者咬合的精度，可以减轻医生的工作量，从而能够有效的提高工作效率，可避免牙龈出血及黑色牙龈等症状，使用年限极长。
2、义齿在植入口腔后，义齿底座中相互连接的多孔结构中的孔隙能够提供一个没有强烈流体运动的保护区域，使细胞有足够的空间沿着多孔通道生成新骨，并且从细到粗的阶梯多孔结构以及羟基磷灰石薄膜能够快速诱导新骨形成，快速促进义齿与牙龈、牙床间的结合，大大缩短康复所需时间，使患者佩戴更舒适。
附图说明
图1为组合牙齿整体剖面图，图2为多孔微观结构示意图。
图1中：1义齿底座细孔结构、2义齿底座粗孔结构、3义齿主体。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
本实施例的3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，它包括如下步骤：
(1)获取义齿尺寸信息：使用激光扫描装置对与义齿相咬合的牙齿进行形貌扫描，获取义齿表面形貌的三维数据信息，然后导入计算机三维软件UG中不断完善义齿表面的三维数据信息，然后将计算机中生成的三维模型转换为STL文件导入3D打印机控制软件中。
(2)3D打印义齿主体：选取二氧化锆粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度小于100um，充入保护气体并升温至900℃，根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿主体，采用激光进行热处理，所用激光功率为150W，光斑直径100um，激光热处理时间为0.5s。
(3)3D打印义齿底座：选取钴铬合金粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度达到微米级别，充入保护气体并升温至1600℃，在打印好的义齿主体基础上根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿底座，与义齿主体不同的是义齿底座为多孔结构，孔隙直径设定在0.5mm,采用激光进行热处理，所用激光功率为150W，光斑直径100um，激光热处理时间为0.5s。、
(4)制备羟基磷灰石薄膜：先用粒度为0.5μm的羟基磷灰石微粉对钴铬合金底座表面进行手工研磨，再用混有粒度为40μm羟基磷灰石粉的乙醇悬浮液超声研磨处理20min，最后用无水乙醇清洗，吹干后放入CVD反应室中。
(5) 沉积羟基磷灰石涂层：反应室抽真空后通入反应气体（氢气和丙酮），调整反应室压力后开始CVD沉积羟基磷灰石涂层，经过4h沉积后，模孔表面沉积得到8um左右的常规羟基磷灰石涂层，表面光洁度Ra≤0.05μm。
(6)调整与抛光：对最后得到的组合牙齿进行调整和抛光即得3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿。
实施例2
本实施例的3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，它包括如下步骤：
(1)获取义齿尺寸信息：使用激光扫描装置对与义齿相咬合的牙齿进行形貌扫描，获取义齿表面形貌的三维数据信息，然后导入计算机三维软件UG中不断完善义齿表面的三维数据信息，然后将计算机中生成的三维模型转换为STL文件导入3D打印机控制软件中。
(2)3D打印义齿主体：选取二氧化锆粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度小于100um，充入保护气体并升温至1000℃，根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿主体，采用激光进行热处理，所用激光功率为200W，光斑直径150um，激光热处理时间为0.8s。
(3)3D打印义齿底座：选取钴铬合金粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度达到微米级别，充入保护气体并升温至1600℃，在打印好的义齿主体基础上根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿底座，与义齿主体不同的是义齿底座为多孔结构，孔隙直径设定在0.8mm,采用激光进行热处理，所用激光功率为200W，光斑直径150um，激光热处理时间为0.8s。
(4)制备羟基磷灰石薄膜：先用粒度为0.5μm的羟基磷灰石微粉对钴铬合金底座表面进行手工研磨，再用混有粒度为40μm羟基磷灰石粉的乙醇悬浮液超声研磨处理20min，最后用无水乙醇清洗，吹干后放入CVD反应室中。
(5) 沉积羟基磷灰石涂层：反应室抽真空后通入反应气体（氢气和丙酮），调整反应室压力后开始CVD沉积羟基磷灰石涂层，经过4h沉积后，模孔表面沉积得到8um左右的常规羟基磷灰石涂层，表面光洁度Ra≤0.05μm。
(6)调整与抛光：对最后得到的组合牙齿进行调整和抛光即得3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿。
实施例3
本实施例的3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，它包括如下步骤：
(1)获取义齿尺寸信息：使用激光扫描装置对与义齿相咬合的牙齿进行形貌扫描，获取义齿表面形貌的三维数据信息，然后导入计算机三维软件UG中不断完善义齿表面的三维数据信息，然后将计算机中生成的三维模型转换为STL文件导入3D打印机控制软件中。
(2)3D打印义齿主体：选取二氧化锆粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度小于100um，充入保护气体并升温至1100℃，根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿主体，采用激光进行热处理，所用激光功率为250W，光斑直径200um，激光热处理时间为1s。
(3)3D打印义齿底座：选取钴铬合金粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度达到微米级别，充入保护气体并升温至1600℃，在打印好的义齿主体基础上根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿底座，与义齿主体不同的是义齿底座为多孔结构，孔隙直径设定在1.2mm,采用激光进行热处理，所用激光功率为250W，光斑直径200um，激光热处理时间为1s。
(4)制备羟基磷灰石薄膜：先用粒度为0.5μm的羟基磷灰石微粉对钴铬合金底座表面进行手工研磨，再用混有粒度为40μm羟基磷灰石粉的乙醇悬浮液超声研磨处理20min，最后用无水乙醇清洗，吹干后放入CVD反应室中。
(5) 沉积羟基磷灰石涂层：反应室抽真空后通入反应气体（氢气和丙酮），调整反应室压力后开始CVD沉积羟基磷灰石涂层，经过4h沉积后，模孔表面沉积得到8um左右的常规羟基磷灰石涂层，表面光洁度Ra≤0.05μm。
(6)调整与抛光：对最后得到的组合牙齿进行调整和抛光即得3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿的方法，制造工艺特征在于一种3D打印孔隙由细到粗的镀膜组合牙齿，该组合牙齿包括义齿主体和义齿底座；它包括如下步骤：(1)获取义齿尺寸信息：使用激光扫描装置对与义齿相咬合的牙齿进行形貌扫描，获取义齿表面形貌的三维数据信息，然后导入计算机三维软件UG中不断完善义齿表面的三维数据信息，然后将计算机中生成的三维模型转换为STL文件导入3D打印机控制软件中；(2)3D打印义齿主体：义齿主体材料化学成分及重量百分比为：石墨烯：0.1%～0.4%，碳纳米管：0.1%～0.6%，其余为二氧化锆：99%～99.8%；选取二氧化锆粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度小于100um，充入保护气体并升温至900～1200℃，根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿主体，采用激光进行热处理，所用激光功率为150～250W，光斑直径100～200um，激光热处理时间为0.5～1s；(3)3D打印义齿底座：义齿底座材料化学成分及重量百分比为：石墨烯：0.1%～0.4%，碳纳米管：0.1%～0.6%，羟基磷灰石：2%～3%,铬：30%～40%，其余为钴：56%～67.8%；选取钴铬合金粉末与少量石墨烯及碳纳米管粉末掺杂后，经球磨机研磨至粉体粒度达到微米级别，充入保护气体升温至1600~1650℃，在打印好的义齿主体的基础上根据导入的三维模型通过3D打印机3D打印义齿底座，与义齿主体不同的是义齿底座为多孔结构，孔隙直径设定在0.3～1.5mm,采用激光进行热处理，所用激光功率为150～250W，光斑直径100～200um，激光热处理时间为0.5～1s；(4)制备羟基磷灰石薄膜：先用粒度为0.5μm的羟基磷灰石微粉对钴铬合金底座表面进行手工研磨，再用混有粒度为40μm羟基磷灰石粉的乙醇悬浮液超声研磨处理20min，最后用无水乙醇清洗，吹干后放入CVD反应室中；(5)沉积羟基磷灰石涂层：反应室抽真空后通入反应气体（氢气和丙酮），调整反应室压力后开始CVD沉积羟基磷灰石涂层，经过4h沉积后，模孔表面沉积得到8um左右的常规羟基磷灰石涂层，表面光洁度Ra≤0.05μm；(6)调整与抛光：对最后得到的组合牙齿进行调整和抛光即得3D打印快速可再生钴铬合金镀膜牙齿。
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