CN115500974B - 一种功能梯度全瓷义齿及其增材制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功能梯度全瓷义齿及其增材制备方法，属于口腔修复材料技术领域。所述功能梯度全瓷义齿由高强度陶瓷与微晶玻璃陶瓷复合而成，沿牙龈到咬合方向分为多层，且各层中高强度陶瓷与微晶玻璃质量比不同，使义齿产生力学和美学特性的梯度变化，在保证强度的前提下减少对颌牙的磨损，改善义齿美观性，延长使用寿命。该义齿的制备方法为：按每层材料的成分比例将高强度陶瓷粉末与微晶玻璃粉末混合，经浸泡染色、3D打印成型，成型之后进行清洗、脱脂、烧结。采用该义齿增材制备方法不但实现了传统工艺很难制备的梯度义齿结构，而且提高了义齿制备过程中的自动化水平，简化制备工艺，降低人力成本，促进固定义齿的数字化和智能化制备升级。

Description

一种功能梯度全瓷义齿及其增材制备方法

技术领域

本发明涉及口腔修复材料技术领域，具体涉及一种功能梯度全瓷义齿及其增材制备方法。

背景技术

陶瓷材料由于具有良好的生物相容性而逐渐替代金属材料，被广泛用于固定义齿修复。目前常用的陶瓷固定义齿主要有氧化锆义齿、微晶玻璃义齿、氧化锆-微晶玻璃双层义齿等。氧化锆义齿具有较高的强度和韧性，然而氧化锆硬度过高，远大于天然牙釉质，在临床使用中出现过度磨耗对颌牙的问题；微晶玻璃与牙釉质具有相似的成分和光学半透性，但其强度和韧性较低，多用于前牙修复；氧化锆-微晶玻璃双层全瓷义齿综合了氧化锆高承载力和微晶玻璃摩擦学相容性高的优点，然而氧化锆-微晶玻璃双层全瓷固定义齿通常的工艺为：对氧化锆预烧结体铣削成形底冠，烧结底冠，将饰面瓷涂覆于底冠并烧结饰面瓷。该工艺生产的氧化锆-微晶玻璃双层义齿，由于在氧化锆完全烧结之后再涂覆微晶玻璃，氧化锆与微晶玻璃之间的结合强度较低，容易出现界面缺陷和裂纹，从而引起崩瓷，而人体牙齿组织具有一定的梯度变化。

目前的生产方式大多仍然是依赖工匠制作经验和技术技能的单件、低效作坊式生产方式。如微晶玻璃义齿的制备工艺多为热压铸，工序较多；氧化锆-微晶玻璃义齿的制作工艺为切削氧化锆底冠后，多次人工涂覆微晶玻璃并烧结。上述传统的义齿制备工艺复杂。因此，需要一种工艺简便、适用性好的义齿生产方法，生产出具备功能梯度的义齿，以备更好地满足牙科临床需求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种功能梯度全瓷义齿及其增材制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供了一种功能梯度全瓷义齿，所述功能梯度全瓷义齿由高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷复合而成，沿牙龈到咬合面方向分为6-20层；各层中高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷的质量比不同，且沿牙龈到咬合面方向每层高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷的质量比逐渐降低。

优选的，所述高强度陶瓷为氧化锆、氧化铝中的一种或多种。

优选的，所述微晶玻璃为含有氟磷灰石晶相的微晶玻璃。

本发明的第二方面，提供了所述功能梯度全瓷义齿的增材制备方法，包括以下步骤：

（1）根据患者牙齿情况设计义齿数字化三维模型；

（2）将上述义齿数字化三维模型沿牙龈到咬合面方向进行分层，每层材料中高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷质量比不同；

（3）按照各层材料中的高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷质量比，将高强度陶瓷粉末与微晶玻璃粉末进行充分混合，得各层的混合粉末，将各层混合粉末浸泡入染色液中进行染色；

（4）通过3D打印得成型义齿坯体，打印过程中按照分层顺序进行供料；

（5）将成型义齿坯体进行清洗、脱脂、烧结，即得功能梯度全瓷义齿。

优选的，步骤（2）中，根据患者天然牙的光学特性，将义齿数字化三维模型沿牙龈到咬合面方向分为6-20层。

当沿牙龈到咬合面方向分层少于6层时，层间成分差距较大，造成层间强度、透光率差异较大，影响义齿的整体强度和美观度；当沿牙龈到咬合面方向分层多于20层时，各层配置材料组分较多，使义齿的成本显著增加。

优选的，步骤（2）中，最下层牙龈端材料中高强度陶瓷质量占比为80%-100%，最上层咬合面端高强度陶瓷质量占比为0-20%，中间各层高强度陶瓷质量占比按照最下层和最上层的数值进行等差选取。

优选的，高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷为粉末料或浆料。

优选的，根据3D打印方式的不同，打印原料为高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷混合粉末，或高强度陶瓷、微晶玻璃陶瓷混合粉末与光敏树脂预混液混合而成的粉末浆料。

优选的，步骤（3）中，3D打印方法为立体光固化、数字光处理技术、喷墨打印技术、直写自由成型、三维打印成型、激光选区烧结/熔融中的一种。

进一步优选的，步骤（3）中打印方法为立体光固化或数字光处理技术。

当采用立体光固化法或数字光处理技术进行3D打印，得到成型义齿坯体具有较高的成型精度。

本发明的有益效果：

本发明提供的功能梯度全瓷义齿原料为非金属材料，且采用的高强度陶瓷、微晶玻璃材料均具有良好的生物相容性。通过高强度陶瓷与微晶玻璃成分比例的梯度渐变使义齿具有力学和美学上的梯度变化。高强度陶瓷具有高强度、高硬度、高断裂韧性、高弹性模量的特点；微晶玻璃具有较低强度、硬度、断裂韧性和弹性模量，但透光性好，与天然牙近似。本发明中的义齿下层高强度陶瓷成分较多，使义齿具有较高的承载力；上层微晶玻璃成分较多，有较高的透光性和较低的硬度，减少对颌牙的磨损。

本发明中的义齿通过将微晶玻璃粉末与氧化锆粉末充分混合之后再共同烧结，成分为从牙龈端到咬合面端的渐变，使两种材料之间的结合强度显著增大，避免了双层义齿中出现的双材料界面，显著降低了界面引起的崩瓷概率。

由于微晶玻璃与氧化锆的力学性能、透光性相差较大，因此不同质量比例微晶玻璃与高强度陶瓷的混合会产生较大的力学性能、透光性变化范围，使梯度性能更具有可控性。牙龈端力学性能较高保证义齿承载能力；咬合面端微晶玻璃含量较高。因此，本发明中的义齿具有透光性梯度渐变的特性，美观性好，更加符合人体天然牙的仿生特征，具有承载力高、减少对颌牙磨损、降低崩瓷率，改善义齿使役性能，延长使用寿命等显著有益效果。

本发明提出的功能梯度全瓷义齿的增材制备方法不但实现了传统工艺很难制备的梯度义齿结构，而且提高了义齿制备过程中的自动化水平，简化制备工艺，降低人力成本，促进固定义齿的数字化和智能化制备升级。

附图说明

图1：实施例1中提供的功能梯度全瓷义齿结构截面示意图；

图2：本发明提供的功能梯度全瓷义齿制备方法流程图；

图3：氧化锆与氟磷灰石微晶玻璃混合粉末打印并烧结后的微观形貌；

图中所示：1-义齿牙龈端，2-义齿咬合端。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所述，现有技术中，氧化锆义齿在临床应用过程中会出现过度磨耗对颌牙的问题，氧化锆-微晶玻璃双层全瓷义齿容易出现界面缺陷和裂纹，引起崩瓷的问题，且现有生产方法大多为定制式个性化工艺，基于此，本申请提供了一种功能梯度全瓷义齿及其增材制备方法。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例1

（1）根据患者需要修补的牙齿设计义齿数字化三维模型。

（2）根据患者天然牙的光学特性，将义齿数字化三维模型沿牙龈到咬合面方向分为6层，每层赋予不同的高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷的质量比，

具体的，从牙龈端到咬合面端，各层氧化锆在复合材料中的质量比分别为90%、74%、58%、42%、26%、10%；

（3）按步骤（2）中不同质量比的氧化锆粉末、氟磷灰石晶相微晶玻璃粉末进行混合；得各层混合粉末，将各层混合粉末浸泡入染色液中进行浸泡染色并烘干，将染色后的混合粉末加入到光敏树脂预混液中进行充分混合球磨，制得6组混合粉末浆料；

其中，氟磷灰石晶相的微晶玻璃的化学成分如表1所示，

表1 氟磷灰石微晶玻璃的化学成分

（4）采用立体光固化工艺制备成型义齿，将步骤（1）中的义齿数字化三维模型导入立体光固化3D打印机排版软件中，设计支撑结构，调整打印参数，采用立体光固化法将步骤（3）中的混合粉末浆料成型为义齿素坯，按照设计模型中6层位置，在打印至每一层时，进行相应组陶瓷浆料更换，对不同组陶瓷浆料采用适合的打印参数进行成型，得成型义齿坯体；

（5）清洗成型义齿坯体表面残余的浆料，对清洗后的成型义齿坯体脱脂，得到不含有机物的坯体，对不含有机物的坯体进行高温烧结，得到功能梯度的全瓷义齿。如图1所示。

实施例2

（1）根据患者需要修补的牙齿设计义齿数字化三维模型；

（2）根据患者天然牙的光学特性，将义齿数字化三维模型沿牙龈到咬合面方向分为13层，每层赋予不同的高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷质量比，

具体的，最下层牙龈端中氧化铝在复合材料中的质量比为100%，最上层咬合面端中氧化铝在复合材料中的质量比为0%，中间各层中氧化铝在复合材料中的质量比按照最下层和最上层的数值进行等差选取；

（3）按步骤（2）中的不同质量比的氧化铝浆料、氟磷灰石晶相的微晶玻璃浆料进行混合，得13组混合粉末，将各层混合粉末浸泡入染色液中进行浸泡染色并烘干，将染色后的混合粉末加入到光敏树脂预混液中进行充分混合球磨，制得13组混合粉末浆料；

（4）采用立体光固化工艺制备成型义齿，将步骤（1）中的义齿数字化三维模型导入立体光固化3D打印机排版软件中，设计支撑结构，调整打印参数，采用立体光固化法将步骤（3）中的混合粉末浆料成型为义齿素坯，按照设计模型中13层位置，在打印至每一层时，进行相应组陶瓷浆料更换，对不同组陶瓷浆料采用适合的打印参数进行成型，得成型义齿坯体；

（5）清洗成型义齿坯体表面残余的浆料，对清洗后的成型义齿坯体脱脂，得到不含有机物的坯体，对不含有机物的坯体进行高温烧结，得到功能梯度的全瓷义齿。

实施例3

（1）根据患者需要修补的牙齿设计义齿数字化三维模型。

（2）根据患者天然牙的光学特性，将义齿数字化三维模型沿牙龈到咬合面方向分为20层，每层赋予不同的材料质量比，

具体的，最下层牙龈端中氧化锆在复合材料中的质量比为80%，最上层咬合面端中氧化锆在复合材料中的质量比为20%，中间各层中氧化锆在复合材料中的质量比按照最下层和最上层的数值进行等差选取。

（3）按步骤（2）中不同质量比的氧化锆粉末、氟磷灰石晶相微晶玻璃粉末进行混合；得各层混合粉末，将各层混合粉末浸泡入染色液中进行浸泡染色并烘干，将染色后的混合粉末加入到光敏树脂预混液中进行充分混合球磨，制得20组混合粉末浆料；

（4）采用立体光固化工艺制备成型义齿，将步骤（1）中的义齿数字化三维模型导入立体光固化3D打印机排版软件中，设计支撑结构，调整打印参数，采用立体光固化法将步骤（3）中的混合粉末浆料成型为义齿素坯，按照设计模型中20层位置，在打印至每一层时，进行相应组陶瓷浆料更换，对不同组陶瓷浆料采用适合的打印参数进行成型，得成型义齿坯体；

（5）清洗成型义齿坯体表面残余的浆料，对清洗后的成型义齿坯体脱脂，得到不含有机物的坯体，对不含有机物的坯体进行高温烧结，得到功能梯度的全瓷义齿。

对比例1：氧化锆义齿的制备

将氧化锆粉末在模具中压制成块，进行低温烧结形成预烧结体，然后用切削机床进行切削加工获得氧化锆义齿坯体，经完全烧结后，得氧化锆义齿。

对比例2：二硅酸锂晶相微晶玻璃义齿的制备

以二硅酸锂晶相微晶玻璃为原料，采用热压铸工艺制备二硅酸锂晶相微晶玻璃义齿。

其中，所述热压铸工艺主要包括包埋、压铸、去除包埋料、切除铸道、打磨抛光等工序。

对比例3：氧化锆-微晶玻璃双层义齿的制备

先通过切削加工的方式获得氧化锆底冠坯体，完全烧结后；然后在底冠外侧人工涂覆微晶玻璃粉浆，再进行烧结，得氧化锆-微晶玻璃双层义齿。

试验例1

测定实施例1、对比例1-3的义齿强度、透光率。

测定强度的方法为：

实施例1按照不同的微晶玻璃含量比分别制备成28mm×3mm×2mm试样，采用三点弯曲法测量强度；对比例1-3按照所述工艺和所述材料制备成28mm×3mm×2mm试样，采用三点弯曲法测量强度。

光透过率的测试方法为：按照所述工艺和所述材料制备成20mm×20mm×2mm试样，用紫外-可见分光光度计测试样品在600nm可见光下的透过率。

表2 对比例1-3义齿强度和透光率

表3 实施例1不同比例混合粉末试样的性能参数

从表2中可以看出，氧化锆义齿强度高，过高的强度和硬度会使对颌天然牙过度磨损，且透光率低，美观性差；微晶玻璃义齿透光率高，但是强度低，用于后牙时易出现断裂；氧化锆-微晶玻璃义齿具有适中的强度和透光率，但是没有透光率梯度变化，内冠为氧化锆，与牙本质的粘结强度较低。

从表3中可以看出随着氧化锆和微晶玻璃质量比的变化，烧结后零件的强度和透光率两个重要性能指标均出现较大范围的梯度变化。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种功能梯度全瓷义齿，其特征在于，所述功能梯度全瓷义齿由高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷复合而成；

所述功能梯度全瓷义齿沿牙龈到咬合面方向分为6-20层；

所述功能梯度全瓷义齿最下层牙龈端材料中高强度陶瓷质量占比为80%-100%，最上层咬合面端材料中高强度陶瓷质量占比为0-20%，中间各层材料中高强度陶瓷质量占比按照最下层和最上层的数值进行等差选取；

所述高强度陶瓷为氧化锆、氧化铝中的一种或多种；

所述微晶玻璃为含有氟磷灰石晶相的微晶玻璃。

2.权利要求1所述的功能梯度全瓷义齿的增材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据患者牙齿情况设计义齿数字化三维模型；

（2）将义齿数字化三维模型沿牙龈到咬合面方向进行分层，每层材料中高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷质量比不同；

（3）按照各层材料中的高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷质量比，将高强度陶瓷粉末与微晶玻璃粉末混合，得各层混合粉末，将各层混合粉末浸泡入染色液中进行染色；

（4）通过3D打印得成型义齿坯体，打印过程中按照分层顺序进行供料；

（5）将成型义齿坯体进行清洗、脱脂、烧结，即得功能梯度全瓷义齿；

高强度陶瓷和微晶玻璃陶瓷为粉末料或浆料。

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