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<div class="chapter" num="7">
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<h1 class="firstTitle-l mb-70 pt-70">项目五 数控加工与制作工艺</h1>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0120-01.jpg" style="width:30%" alt=""
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active="true" /></div>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0017-02.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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<p class="center"><span class="bold">素质目标</span></p>
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<p class="content">（1）具备社会责任感，注重综合素质的提升，结合义齿设计理念在义齿数控加工方面注重形态和功能的有效结合。</p>
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<p class="content">（2）具备严谨扎实的工作态度，关注义齿打印的细节，减少打印的失败概率，使材料最大限度得到应用，避免浪费，注重环保。</p>
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<p class="center">........................</p>
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<p class="center"><span class="bold">知识目标</span></p>
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<p class="content">（1）掌握：数控加工技术原理；数字化义齿加工的工艺流程。</p>
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<p class="content">（2）熟悉：三维打印技术原理；排版软件的操作。</p>
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<p class="center">........................</p>
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<p class="content"><span class="bold">能力目标</span></p>
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<p class="content">（1）能按照设计具体要求，打印树脂模型。</p>
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<p class="content">（2）能正确使用和维护口腔工艺设备与器械，具备一定的口腔修复工艺流程管理能力。</p>
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<p class="content">（3）能用思维导图的方式总结金属打印的步骤。</p>
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<p class="content">数字化制造技术按原理可分为数控加工（numerical control
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processing，NC）技术（又称减法加工技术）和三维打印（three-dimensional
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printing，3DP）技术（又称加法加工技术）。在数字化制造领域中，广义上的CAM技术应包括NC技术与3DP技术，但在口腔医学早期的CAD/CAM介绍中，因当时3DP技术还未成熟，故习惯上将NC技术称为CAM。
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</p>
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<p class="content">本项目将详细介绍各种口腔数字化制造技术的原理，分析其技术特点，并对几种典型的技工室义齿加工设备及其软硬件操作工艺流程进行详细介绍。</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">1．数字化扫描原理分析</span> 口内扫描仪多采用光学测量技术，如三角测量法或共聚焦显微镜技术。三角测量法通过发射光线到物体表面，再接收反射光线，根据光线的角度变化计算物体表面的三维坐标。共聚焦显微镜技术利用点光源照射物体，通过小孔过滤掉非焦平面的光线，提高图像的清晰度和分辨率。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">2．数字化设计原理分析</span> 基于CAD软件来进行设计，软件内包含口腔解剖数据库和设计规则。在设计过程中，要依据患者的口腔情况、修复或治疗需求，调用数据库中的牙体形态、咬合曲线等信息进行个性化设计。同时，设计软件要考虑材料的性能和加工工艺的要求，保证设计的可制造性。
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</p>
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</div>
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content"><span
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class="bold">3．数字化加工原理分析</span> 数控加工中心对于口腔修复体的加工，主要是通过精确控制刀具的路径来切削材料。根据设计数据生成刀具路径程序，控制刀具在X、Y、Z轴方向的运动。3D打印技术，如光固化3D打印，是利用液态光敏树脂在紫外光照射下逐层固化，通过控制打印平台的升降和紫外光的照射区域来堆积成型。熔融沉积制造则是将丝状材料加热熔化后挤出堆积。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">4．口腔数字化制造技术</span> CAD软件设计的修复体通过CAM设备进行制造。这些设备通常分为两种类型：数控加工技术和三维打印技术。其中数控加工技术更为常用，它以传统的电脑数控切削为基础，但是通常受到复杂几何形态的限制，不适合生产所有形状。而三维打印技术可以制作更多复杂的器官形态。
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</p>
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<p class="content">（1）数控加工技术</p>
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<p class="content">
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1）概念：数控加工技术是指在口腔修复领域，依据数字化模型所提供的精确数据，通过计算机数字控制机床，自动完成对修复体原材料的切削、打磨等加工操作，将原材料转化为符合设计要求的口腔修复体的技术。
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</p>
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<p class="content">
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2）原理：首先，通过口腔内扫描或模型扫描获取患者口腔的三维数据，生成数字化模型。CAD软件依据该模型设计出修复体的三维形状。随后，CAM系统将设计好的三维模型转化为数控代码，控制加工机床的电机运动。机床的刀具按照数控代码规定的路径和参数，对块状的修复材料（如金属、陶瓷、树脂等）进行精确切削，去除多余部分，最终加工出与设计一致的口腔修复体。
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</p>
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<p class="content">
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3）特点：①高精度：能够达到微米级别的加工精度，确保修复体与患者口腔的贴合度，减少误差，提高修复效果。②可重复性：相同的数控程序可加工出多个一致的修复体，保证产品质量的稳定性。③加工复杂结构的能力：可以加工具有复杂外形和内部结构的修复体，如个性化的牙冠、桥体等。
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</p>
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<p class="content">
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4）实际运用：①优点：加工精度高，修复体质量稳定；加工过程自动化，效率相对较高；可加工多种材料，适用范围广。②缺点：设备成本高，初期投资大；加工过程会浪费较多材料；对操作人员的技术要求较高。
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</p>
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<p class="content">
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5）主要应用修复体：①金属牙冠与桥体：用于单个牙齿缺失或多个连续牙齿缺失的修复，具有良好的强度和耐用性。②全瓷牙冠与桥体：美观性好，生物相容性高，常用于前牙修复，满足患者对美观的高要求。③种植体上部结构：与种植体连接，为患者提供功能和美观的修复；精确的加工保证种植修复的成功率。
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</p>
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<p class="content">（2）三维打印技术</p>
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<p class="content">1）概念：三维打印技术，是在口腔数字化制造中，基于三维数字模型，通过将材料逐层堆积的方式来制造口腔修复体的技术。</p>
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<p class="content">
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2）原理：先通过口腔扫描获取患者口腔结构的三维数据，利用CAD软件设计修复体模型。然后将模型数据切片处理成一系列的二维截面信息。三维打印机根据这些二维信息，将液态、粉末状或丝状的材料按照顺序逐层堆积，在特定的固化方式（如光固化、烧结等）作用下，使每层材料固化并与下层牢固结合，最终堆积形成三维的口腔修复体。
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</p>
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<p class="content">
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3）特点：①高度个性化定制：能够轻松实现复杂、个性化的设计，满足每位患者独特的口腔解剖结构需求。②材料利用率高：仅使用构建修复体所需的材料，几乎无浪费。③快速制造：尤其对于复杂结构修复体，相比传统加工方式可显著缩短制造周期。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">105</div>
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</div>
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<div class="header-txt">
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数字化口腔修复技术
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">
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4）实际运用：①优点：个性化程度高，可制造复杂结构；材料利用率高，环保节能；生产周期短，能快速交付修复体。②缺点：打印精度在某些方面略逊于数控加工；部分打印材料性能有待提升，如强度、耐磨性等；设备和材料成本在一些情况下较高。
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</p>
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<p class="content">
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5）主要应用修复体：①隐形矫治器：利用三维打印技术精确制造贴合患者牙齿的隐形牙套，实现牙齿矫治的目的，美观且佩戴舒适。②个性化基台：针对种植修复，为不同患者定制与种植体和牙龈形态适配的个性化基台，提高种植修复的美学和功能效果。③树脂牙冠和桥体：适用于对美观要求较高且受力相对较小的部位的修复，成本较低且制作快速。
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</p>
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<h2 class="secondTitle">任务一 数控加工工艺</h2>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0022-02.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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<p class="content"><span class="bold">【案例】</span></p>
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<p class="content">义齿设计完成后，对数颗单冠和固定桥进行数字化排版制作。</p>
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<p class="content"><span class="bold">【问题】</span></p>
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<p class="content">1．数控加工的基础原理是什么？对材料有无要求？口腔科常用材料有哪些？</p>
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<p class="content">2．数控加工流程的操作步骤是什么？</p>
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<p class="content">3．加工完成后的打磨抛光需要注意什么？哪些特殊材料需要二次烧结？</p>
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<p class="titleQuot-1">【任务分析】</p>
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<p class="content">
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随着材料学、力学、工程学及电子学等自然科学和工程技术的不断创新和发展，生物医学工程及生物制造领域越来越受到研究人员的重视。生物医学与材料学的结合，促进了如人工器官制备或仿生制造等多方面领域的新的发展和突破。
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</p>
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<p class="content">
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数控加工编程是生成供数控机床进行口腔修复体加工的数控程序的过程。数控加工编程是实现数控加工的重要环节，它在很大程度上决定了数控切削加工效率、表面加工精度和工作安全性。目前，编程软件开发的程序编制内容包括导入数据、毛坯设计、确定加工工艺路线、检查数值、计算程序输入等环节。用户只需点击鼠标，经过几个步骤的软件操作，就可以完成加工编程。下面使用hyperDENT软件，以种植螺丝固位桥加工为例，介绍修复体数控加工编程的实现过程，以及数控加工的工艺流程。
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</p>
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<h3 class="thirdTitle">一、数控加工编程</h3>
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<p class="content"><span class="bold">1．导入模型数据CAD软件</span> 设计修复体的数据格式有很多种，hyperDENT软件可支持导入的数据类型为STL。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-left">106</div>
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</div>
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</div>
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content"><span class="bold">2．毛坯布局设计</span></p>
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<p class="content">
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（1）选择毛坯类型：根据被加工修复体的形状特征选择合适的加工毛坯。检查修复体在毛坯材料中的位置，确保毛坯的高度必须大于修复体的高度，否则无法加工。修复体距离毛坯上、下表面和边界的最佳距离为1mm。
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</p>
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<p class="content">
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（2）调整修复体布局：使用软件的“3D调整功能”对修复体的位置进行排列和摆放。将倾斜的修复体摆放平整。多个修复体同时调入时，可手动排列调整其在坯料上的摆放位置。修复体位置、姿态的摆放应考虑到修复体是否有足够强的支撑，从而保证加工质量，并节约毛坯材料。
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</p>
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<p class="content">
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（3）识别修复体边缘线：边缘线是加工工艺软件识别修复体组织面和磨光面分界的标志线。边缘线的识别有助于软件编制针对性工艺，以确保加工完成的修复体边缘与基牙密切吻合。因此，边缘线的识别是需重点检查并确认的步骤。软件的“识别边缘线”功能，可自动识别边缘线。对于自动识别不满意的情况（如边缘线不连续），可对自动识别的结果进行手动校正。
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</p>
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<p class="content">（4）连接柱的设置和调整：连接柱的作用是将修复体与坯料连接固定，保证修复体在切削过程中不会发生掉落和变形。添加连接柱时应注意其位置和直径的设置。</p>
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<p class="content">自动添加连接柱的功能最为便捷常用，软件会基于经验，自动给修复体添加连接柱。但其位置、布局往往需要进一步的手工调整。手动添加、调整连接柱时应注意以下几点。</p>
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<p class="content">1）连接柱的最小直径不应小于1mm，因为太细起不到固位作用。</p>
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<p class="content">2）因为刀具无法进入金属边与连接柱之间的缝隙，所以修复体上有金属边的位置不能放置连接柱，否则无法加工。</p>
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<p class="content">3）全冠近远中位置不能放置连接柱，以保证近远中与邻牙的接触关系。</p>
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<p class="content">4）修复体组织面不能放置连接柱，以保证组织面与基牙的密合性。</p>
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<p class="content">5）连接柱应与修复体的轴面垂直。</p>
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<p class="content">
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（5）支撑柱的设置：加工氧化锆修复体时，考虑到后期还需进行二次烧结，切削的修复体会在烧结炉内发生线性体积收缩，因此在加工氧化锆修复体时一般需要添加支撑柱，用于烧结时支撑修复体，防止因体积收缩时重力作用引起的变形。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">3．规划加工工艺</span> 完成毛坯设计后，还需确定修复体的加工方法、加工路线及切削用量等工艺参数，即规划加工工艺。义齿数控机床生产厂家一般为了简便操作，对不同类型与材质的修复体预先设定出适用的工艺模块可供选择，如氧化锆基底冠、纯钛全冠、瓷嵌体、基牙模型等。一般推荐使用工艺软件中根据修复体的类型及材质设置的预成工艺模板，对于机床加工经验丰富的技师或工程师，也可根据具体需要自行调整和修改工艺参数（软件提供相关参数设置功能）。确定加工工艺后，可运行模拟刀具路径功能，即在计算机中模拟完整的刀具切削过程，以全面检查加工设置并避免碰撞，做到结果的可视化控制。
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</p>
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<p class="content"><span
|
class="bold">4．最终检查</span> 再次检查所排列的修复体位置和设置是否正确，有无牙冠重叠或超出边界的情况。如果出现排列和设置上的错误，可能会导致毛坯材料中全部修复体的加工失败。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">5．机床程序代码</span> 根据归化加工工艺步骤所确定的坯料用量，加工工艺软件自动计算数控机床所需的刀具运动轨迹、坐标值和切削量以及辅助动作。工件轮廓的基点和节点坐标将所需加工的修复体转换成机床所能识别的程序代码。程序代码编译完成后，需要通过一定的方法将其输入机床的数控系统中，通常可通过与机床通信接口电缆直连的方式或网络传输的方式实现。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">107</div>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">
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数字化口腔修复技术
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<h3 class="thirdTitle">二、切削加工</h3>
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<p class="content">
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数控机床是执行切削程序的载体。目前市场上机床的种类和规格繁多，按照机床的加工能力可分为大型切削机床（图5-1-1）和小型切削机床（图5-1-2）。各类机床的使用都应严格依照厂家的要求执行。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0124-01.jpg" style="width:50%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript">图5-1-1 大型切削机床</p>
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</div>
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0124-02.jpg" style="width:50%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript">图5-1-2 小型切削机床</p>
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</div>
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<p class="content"><span
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class="bold">1．夹具与刀具</span> 夹具是机床上与专用坯料配套的夹持工具，在机械加工过程中用来固定加工对象，使之保持稳定不动，以便接受加工或检测。坯料一般需要通过螺丝装夹固定于机床夹具上，夹具则与机床的某一运动轴连接完成坯料的装载。根据所需夹持的坯料形状不同，需要不同形状的夹具与之配套。
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</p>
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<p class="content">
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刀具为切削工具，常用的刀具主要是铣刀。根据加工工艺的要求，在修复体加工的不同步骤需要不同直径和形状（锥状、柱状、阶梯状等）的刀具执行切削任务。例如，粗加工时需要大直径铣刀完成，以提高效率；精加工时，如表面形态的精细雕刻，往往需要小直径锥形铣刀完成。一个完整的切削过程往往需要多次更换刀具，因此数控机床一般配套有刀库或刀座来储备多把不同型号的备选刀具，以便加工时可在程序控制下自动更换刀具，提高加工效率。
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</p>
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<p class="content">机床刀具的寿命是有限的，切削一定数量的修复体后，刀具的磨损会加重，影响切削效率和质量，需要及时更换刀具以保证加工质量。</p>
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<p class="content"><span class="bold">2．加工</span> 坯料夹持到位、刀具装载完成、程序代码导入机床后，即可开始对修复体进行切削加工（图5-1-3）。
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</p>
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<h3 class="thirdTitle">三、后处理</h3>
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<p class="content"><span class="bold">1．去支撑</span> 严格按各种修复体材料出厂时的要求规范去除连接柱和连接杆等支撑结构，避免破坏修复体的完整形态。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">2．烧结或再结晶</span> 氧化锆材料的修复体在数控切削时为密度疏松的软质石膏状材料，切削成形后需进行二次烧结。烧结过程会导致氧化锆修复体产生一定的收缩量，此收缩量在修复体CAD阶段已经完成了参数矫正。烧结之后的氧化锆修复体呈现高强度、高密度的最终形态，抗压强度提升到1000MPa左右，对其进行打磨、抛光处理，最终完成制作。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-left">108</div>
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</div>
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</div>
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0125-01.jpg" style="width:50%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript">图5-1-3 车床切削</p>
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</div>
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<p class="content">数控切削的二硅酸锂玻璃陶瓷[以义获嘉（IPS
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e.max）CAD瓷块为代表]，切削阶段为蓝紫色未结晶坯料，强度较低，便于研磨。切削完成后，在烤瓷炉中经过850℃、30分钟的简单结晶处理，修复体便能达到约400MPa的强度。此后仍需使用配套的染色剂进行染色和上釉等处理（图5-1-4）。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0125-02.jpg" style="width:80%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript-l-b">图5-1-4 玻璃陶瓷全冠切削、烧结、上釉</p>
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<p class="imgdescript-l">A．切削后形态；B．烧结后形态；C．上釉后形态。</p>
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</div>
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<p class="content"><span
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class="bold">3．研磨抛光</span> 金属修复体切削加工完成后，进行常规研磨抛光。切削加工并烧结完成的氧化锆修复体（一般针对解剖形氧化锆全冠），需使用白胶轮进行初步抛光，然后使用鬃刷配合抛光膏进行高度抛光。
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</p>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0026-01.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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<p class="center"><span class="bold">关于氧化锆，你知道多少？</span></p>
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<p class="quotation">氧化锆陶瓷（zirconia
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ceramics）是由高纯氧化锆构成的一种近于惰性的生物陶瓷，将含有少量稳定剂的高纯氧化锆通过高温烧结而制得的。氧化锆陶瓷的弯曲强度可达1000MPa以上，临床适用范围较为广泛。氧化锆多晶陶瓷由氧化锆、稳定剂、加工助剂、颜色等组成。氧化锆陶瓷根据稳定剂种类的不同和晶体相组成的不同，具体分类如下。①根据稳定剂的种类，可分为氧化钇稳定的氧化锆、氧化铈稳定的氧化锆、氧化镁稳定的氧化锆、氧化钙稳定的氧化锆等。②根据晶体相组成，可分为四方相氧化锆（tetragonal
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zirconia polycrystals，TZP）、部分稳定氧化锆（partially stabilized zirconia，PSZ）和全稳定氧化锆（fully stabili-zed
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zirconia，FSZ）。</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">109</div>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">
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数字化口腔修复技术
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="quotation">
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四方相氧化锆：主要由细晶粒的四方相组成的致密氧化锆陶瓷，一般氧化钇的含量在2～3mol%。口腔氧化锆陶瓷以3mol%氧化钇稳定的四方氧化锆最为常用，又称3Y-TZP，是氧化钇稳定氧化锆陶瓷中强度最高的一种，其完全强度为900～1200Mpa，断裂韧性8～12MPa·m<span
|
class="super">1/2</span>，主要用于基台、前后牙单冠、固定桥及多单位固定桥基底的制作。</p>
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<p class="quotation">
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部分稳定氧化锆陶瓷：当氧化锆加入适量的稳定剂时（如氧化钇含量在3～6mol%），形成由四方相和立方相混合组成的部分稳定氧化锆陶瓷，其中立方相是稳定的，四方相是亚稳定的，在外力作用下可能诱发四方相向单斜相的马氏体相变，从而起到增韧的作用。部分稳定氧化锆又根据氧化钇稳定剂含量的不同分为4mol%氧化钇稳定的部分稳定氧化锆（4Y-PSZ）和5mol%氧化钇稳定的部分稳定氧化锆（5Y-PSZ）等。随着氧化钇含量的增加，立方相含量增高，四方相含量降低，材料的强度降低，透光率增加。
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</p>
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<p class="quotation">
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近年来，氧化锆陶瓷材料的透光性能和美学性能都有明显改进，而且目前很多氧化锆全瓷系统都可提供多种不同颜色的瓷块供选择，甚至是颜色渐变的多层氧化锆瓷块；或者通过染色获得与修复体目标颜色相协调的基底冠或修复体。根据氧化锆陶瓷材料透度的不同，可分为传统氧化锆、高透氧化锆和超透氧化锆。传统氧化锆主要为3mol%氧化钇稳定四方相氧化锆（3Y-TZP），1mm厚度的氧化锆材料的透光率为35%左右。高透和超透氧化锆主要是通过增加稳定剂（氧化钇）的含量，提高立方相氧化锆晶体含量来实现透光性，但是强度也相应降低。一般情况下，高透氧化锆的透光率在40%左右，超透氧化锆的透光率可高达50%。
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</p>
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<p class="titleQuot-1">【任务评价】</p>
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<p class="content">数控加工工艺任务评价标准见表5-1-1。</p>
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<p class="imgtitle">表5-1-1 数控加工工艺任务评价标准</p>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0126-01.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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</div>
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<div class="page-bottom-left">110</div>
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</div>
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</div>
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<div class="page-box" page="117">
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<div v-if="showPageList.indexOf(117) > -1">
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<div class="page-header-right">
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<h2 class="secondTitle">任务二 金属三维打印工艺</h2>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0022-02.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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<p class="content"><span class="bold">【案例】</span></p>
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<p class="content">某门诊完成种植手术二期愈合基台的安装，数字化扫描后进行数据传输，接收数据后，要求技工室完成后期修复体制作。患者口内黏膜正常，缺牙区与对颌的修复空间为4mm。
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</p>
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<p class="content"><span class="bold">【问题】</span></p>
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<p class="content">1．数字化光学印模采集完成后，后期修复体制作需要先完成哪些步骤？</p>
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<p class="content">2．本病例患者的修复空间是否满足修复要求？如果修复空间咬合面不够，有什么修复建议？</p>
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<p class="content">3．若采用纯钛金属冠修复，三维打印流程和注意事项是什么？</p>
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<p class="titleQuot-1">【任务分析】</p>
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<p class="content">口腔领域的金属三维打印技术常采用选择性激光熔融（selective laser
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melting，SLM）技术，该技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化经冷却凝固而成形的一种技术。为了完全熔化金属粉末，要求激光能量密度超过106W/cm<span
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class="super">2</span>。目前用SLM技术的激光器主要有Nd-YAG激光器、CO<span
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class="sub">2</span>激光器和光纤激光器。这些激光器产生的激光波长分别为1064nm、10640nm和1090nm。在高激光能量密度的作用下，金属粉末完全熔化，经散热冷却后可实现与固体金属冶金焊合成形。SLM技术正是通过此过程层层累积形成三维实体。目前这项技术可采用加工口腔义齿用的钴铬合金、钛合金和纯钛金属材料，制作出致密度较高的金属修复体，有效解决了纯钛的铸造缺陷问题。SLM技术的口腔医学应用包括金属基底冠桥、可摘局部义齿支架、髁突关节替代体、个性化种植体等成形制作。
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</p>
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<p class="content">下面以金属基底冠和基底桥加工为例，介绍技工室金属3D打印的工艺流程。</p>
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<h3 class="thirdTitle">一、编程</h3>
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<p class="content">
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与NC技术CAM编程的目的相似，3D打印机的CAM编程也是为了给加工设备（3D打印机）提供加工控制代码。正如3D打印原理所述，CAM软件就是要将修复体的CAD三维数据进行分层切片，获得各截面形状的二维信息，并最终将各层二维信息转换成3D打印机的激光轨迹路径。这个过程直接决定金属3D打印成形的工艺质量，故各关键控制参数的设定至关重要。可为3D打印机设备提供编程服务的CAM软件有很多种，一般情况下，各厂家都会提供针对设备定制的排版编程软件。下面以Cambridge软件为例进行介绍。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">1．导入模型数据</span> 将需要打印的修复体数据导入Cambridge软件，可支持的数据格式为STL及3Shape公司的DCM格式。可同时导入一次打印所需的多个数据进行排版。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">111</div>
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数字化口腔修复技术
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content"><span
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class="bold">2．排版</span> 把单冠和固定桥的数据进行分组，分别摆放在分开的区域，以便后续打印完成后把不需要进行应力释放的单冠单独切割下来。根据单冠和桥架数据选用相应的支承模板进行排版。按照排版打印完成的模型如图5-2-1所示。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0128-01.jpg" style="width:50%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript-l">图5-2-1 按照排版打印完成的模型</p>
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</div>
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<p class="content"><span class="bold">3．修复体位姿调整</span> 为了保证修复体的最优打印质量，需要使用3D旋转调节工具对每个修复体进行位姿调整，要求如下。
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</p>
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<p class="content">（1）同一版上各修复体底面到打印基板的高度尽量保持一致。</p>
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<p class="content">（2）冠桥模型应组织面朝上、磨光面朝下摆放。</p>
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<p class="content">（3）前牙基底冠（单冠）尽量呈V字形摆放，考虑后续添加打印支撑的需要，要保证冠边缘都可以放置支撑，颊侧和舌侧壁的倾斜角度尽量均匀。</p>
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<p class="content">（4）尽量将后牙基底冠（单冠）就位道方向垂直于打印基板摆放。</p>
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<p class="content">（5）桥架整体应尽量保持同一水平高度，颊侧和舌侧的倾斜角度设置应综合考虑各组件形态。</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">4．添加支撑</span> Cambridge软件具备自动计算并生成支撑的功能，极大简化了操作者的手动添加过程。给模型添加支撑的目的是要把修复体牢固地固定在打印基板的一定位置，且要保证结构支撑的稳定和均衡，防止打印过程中因缺少支点而产生结构坍塌，或是因激光烧结产生收缩力而发生变形。
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</p>
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<p class="content">
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软件自动生成支撑的前提是需要预先设定好相关的支撑控制参数（如支撑类型厚度、排列密度、接触面积、悬边角度等）。这如同NC加工中的工艺规划步骤一样，一般专用软件会提供针对不同材料和修复体的推荐支撑参数，技师也可借助通用CAM软件的功能修改和自定义支撑参数进行个性化布局。自动添加的支撑往往不能完全满足修复体打印的需要，一般都需要进行手动修改。修改支撑需要注意以下几点。
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</p>
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<p class="content">（1）自动添加支撑往往不够均匀，需要手动在支撑稀疏的地方增加支撑点，在支撑过度密集的地方减少支撑点，从而保证修复体表面支撑分布均匀。</p>
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<p class="content">（2）桥体较多时应适当加粗支撑，使桥架具有更稳定的固位力，确保不发生变形。</p>
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<p class="content">（3）小于60°的悬边，建议手动适当添加支撑。</p>
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<p class="content">（4）模型自身高度差较大时（如垂直摆放可摘局部义齿支架模型），建议在支撑底端增加加强筋结构。</p>
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<p class="content">（5）仔细检查模型上的细节结构（如RPD的卡环臂），确保有足够的支撑结构。</p>
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</div>
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content"><span
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class="bold">5．检查支撑</span> 设置完成后，使用软件分层功能把三维数据转换成二维断层数据（一般为SLI格式），二维数据直接决定牙冠在激光成形时的工艺质量。确认无误后，将数据传输到三维打印机，即可开始进行激光烧结。
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</p>
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<h3 class="thirdTitle">二、打印成形</h3>
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<p class="content"><span class="bold">1．打印机准备</span></p>
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<p class="content">（1）打印机检查：检查并清理干净打印机工作舱内的粉尘和烟雾等杂质，以防止在加工过程中污染新添加的粉末导致加工修复体的质量下降。</p>
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<p class="content">
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（2）调节基板：放入打印基板，检查基板与刮刀X、Y和Z向的平行度，误差控制在打印机要求的公差范围内。如果基板与刮刀的平行度欠佳，会导致加工过程中支撑结构断裂，使打印模型出现变形现象。</p>
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<p class="content">（3）调节刮刀：调节刮刀使其与基板间的间隙在第一次铺粉时控制在机床要求的公差范围内。间隙太大将会导致支撑与平台的连接欠佳，致使接下来的打印失败。</p>
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<p class="content">
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（4）惰性气体保护：钴铬合金打印时，因其化学活性较弱，一般需要在工作舱内充入氮气进行保护；打印钛合金及纯钛金属时，因其化学活性较强，容易被氧化，一般需要在工作舱内充入浓度99%以上的氩气进行保护。
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</p>
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<p class="content">通过使用机床上的工作舱气体成分检测功能，确保技工室内氧气浓度降低到材料要求的指定值（一般为0.8%）以下，方可开始打印进程。</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">2．模型打印</span> 完成机床的准备工作后，将编程好的工艺文件传送至金属打印机（图5-2-2），通过拉动垂直工具条，逐层预览检查各层切片图像，确保各层之间的材料叠加增长、关系正确、无断层。
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</p>
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<p class="content">
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金属3D打印过程为激光发出的光束在计算机控制下，根据几何形体各层截面的坐标数据有选择地对金属粉末层进行扫描，金属微粒在激光作用的位置上烧结在一起，烧结完，层基板下沉一层，补充铺粉后进行下一层扫描烧结，新的一层和前一层在烧结时自然熔融，最终生成所需的三维实体模型。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0129-01.jpg" style="width:50%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript">图5-2-2 金属打印机</p>
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</div>
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<p class="content">加工完毕后升起基板并取出粉末舱中未烧结的剩余材料，经过筛粉器筛分后，过滤掉过程产生的杂质后，倒回储存容器中，以备下次使用。</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">3．模型检查</span> 检查基板上的修复体与基板连接是否完整，有无断裂现象。若单颗牙冠支撑柱有1～2根断裂，为正常现象；若出现整排断裂，则牙冠形态的准确性不能保证，发生变形的可能性很高，需分析打印失败的原因后调整打印工艺，重新加工。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">113</div>
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数字化口腔修复技术
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<h3 class="thirdTitle">三、后处理</h3>
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<p class="content">后处理的步骤包括喷砂、应力释放、第二次喷砂和去支撑，顺序不可颠倒，否则会引起金属修复体的变形。</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">1．喷砂</span> 修复体从基板上切割下来之前需要先进行表面喷砂处理，去除残留在修复体表面的金属粉末，使表面光滑。喷砂完成后，按照金属粉末厂家对于该材料应力释放的要求，可以把不需要应力释放的修复体从基板上切下来。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">2．应力释放</span> 应力释放的目的是要去除修复体中的内应力。在激光烧结成形时，金属粉末在激光束的能量作用下发生熔融。由于存在冷却收缩现象，修复体内部会产生一定应力，但由于支撑结构的存在，内应力无法有效地释放出来。在多单位修复体特别是长桥中，内应力问题尤为突出，如不进行应力释放就切割支撑修复体，则修复体会因内应力的释放而产生变形。一般通过加热处理，使金属内在的原子结构重新排列，从而消除内应力，防止变形现象。不同品牌金属材料的后处理温度略有不同，建议按金属粉末厂家提供的后处理温度进行操作，操作过程如下。
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</p>
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<p class="content">（1）把需要释放应力的修复体连同金属基板一起放入应力释放炉中，平台在炉中应稳定放置，防止加热变形。</p>
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<p class="content">（2）应力释放炉中充入惰性气体进行保护，一般采用氩气保护。</p>
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<p class="content">（3）使用与加工材料相符合的加热程序及温度设置进行应力释放。</p>
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<p class="content">（4）加热完成后自然冷却，取出基板。</p>
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<p class="content"><span class="bold">3．第二次喷砂</span> 平台从应力释放炉中取出后，可放入喷砂机内进行第二次喷砂，去掉加热过程中修复体表面产生的氧化物。
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</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">4．去支撑</span> 可先使用线切割机沿着基板平面切断大面积的支撑结构，取下修复体，之后再用技工车针仔细磨除表面的支撑（图5-2-3）。打印后的基板需要进行研磨处理，将附着的支撑去除干净并使基板表面光洁平整，之后对基板进行表面喷砂，留待下次使用。
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</p>
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0130-01.jpg" style="width:80%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript-b">图5-2-3 去支撑前和去支撑后</p>
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<p class="imgdescript">A．去支撑前；B．去支撑后</p>
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</div>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0026-01.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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<p class="center"><span class="bold">种植体表面技术研究进展</span></p>
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<p class="quotation">
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口腔种植技术因其良好的修复效果和极高的成功率，在临床应用中备受推崇。为了取得更好的种植效果，需要对种植体进行各方面的改良，包括种植体的设计、材料的选择及处理等。其中对种植体材料的处理，即种植体表面改性技术的研究，是当前种植体研究领域的热点。一个真正符合临床要求的种植体需要满足如下条件：对人体无刺激、无害、无毒，并应有一定的生物活性和抗菌能力，还能刺激新骨形成，与种植体表面形成骨结合。
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</p>
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<p class="quotation">一、种植体表面改性的方法</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-left">114</div>
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</div>
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</div>
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="quotation">1．化学方法 通过改变种植体表面的化学特性，使之产生与细胞表面分子之间的特异相互作用。例如，酸蚀处理法、碱热处理法、阳极氧化法、微弧氧化法。</p>
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<p class="quotation">2．物理方法 主要指种植体超微结构的改变。例如，等离子喷涂、离子注入法、激光熔覆。</p>
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<p class="quotation">3．生物化学方法 通过将特定的蛋白、酶、肽固定于种植体表面，来诱导骨细胞增殖分化，促进骨结合。该方法主要包括吸附、复合涂层、键结合3种。</p>
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<p class="quotation">二、种植体表面改性的研究</p>
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<p class="quotation">
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种植体表面改性的研究大多是围绕以下两个方面展开：一是增强种植体与骨组织的骨性结合，获得种植体的初期稳定性，增加植入的成功率；二是对抗种植体周围炎症的发生。感染是失败的一个重要因素，钛种植体表面持续的抗菌性也是种植体表面改性的一个重点方向。
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</p>
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<p class="quotation">随着钛种植体表面物理结构及化学涂层的完善，以及种植体表面生物结合能力和抗菌能力的提高，种植体在保证完美的初期稳定性的同时，也必将追求长期的稳定性。</p>
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<p class="titleQuot-1">【任务评价】</p>
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<p class="content">金属三维打印工艺任务评价标准见表5-2-1。</p>
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<p class="imgtitle">表5-2-1 金属三维打印工艺任务评价标准</p>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0131-01.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">115</div>
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</div>
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<div class="header-txt">
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数字化口腔修复技术
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<h2 class="secondTitle">任务三 树脂三维打印工艺</h2>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0022-02.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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<p class="content"><span class="bold">【案例】</span></p>
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<p class="content">某门诊完成种植手术二期愈合基台的安装，进行数字化扫描后进行数据传输，接收数据后，要求技工室完成后期修复体制作。</p>
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<p class="content"><span class="bold">【问题】</span></p>
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<p class="content">树脂三维打印的核心步骤是什么？</p>
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<p class="titleQuot-1">【任务分析】</p>
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<p class="content">
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树脂三维打印工艺在种植、牙周、正畸、修复等领域广泛应用。树脂三维打印的具体操作步骤与金属打印有何不同？有何联系？本任务将对比两者之间的差异和相似之处，为临床修复体的制作提供更多数字化支持。
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</p>
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<p class="content">树脂三维打印原理包括立体光固化技术（stereo lithography apparatus，SLA）、数字光处理固化技术（digital light
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processing，DLP）、熔融沉积制造技术（fused deposition
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modeling，FDM）、聚合物喷射技术（PolyJet）等。这类打印机的应用广泛主要包括基底冠桥蜡型、赝复体蜡型、修复工作模型及代型、临时修复体、种植导板、牙周夹板、正畸诊断模型、树脂<img
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class="s-pic" src="../../assets/images/0026_02.png" alt="" />垫、正畸托槽粘接导板等制作。</p>
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<p class="content">下面以制作修复工作模型为例，介绍Objet树脂三维打印机的工艺流程。</p>
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<h3 class="thirdTitle">一、数据排版</h3>
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<p class="content"><span class="bold">1．导入模型数据</span> 打开Objet打印机配套的Objet
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Studio排版工艺软件，导入设计好的STL格式模型数据。多个数据可同时导入，最终一次打印。</p>
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<p class="content"><span class="bold">2．模型排版</span> 可使用软件的自动排版功能将所有模型自动排列到虚拟成形托盘上，排列过程的注意事项如下。</p>
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<p class="content">（1）模型排列应尽量集中，以缩短打印喷头的移动路径，提高打印效率。</p>
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<p class="content">（2）模型不能超出成形托盘边界，如果超出边界将以红色提示位置错误。</p>
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<p class="content">（3）在多视角视图下观察模型摆放姿态，使模型底部尽量放平，以降低打印高度，节约打印时间。</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">3．设置打印表面光洁度</span> Objet打印机装载有模型材料和支撑材料。模型材料用于成形实物模型；支撑材料用于支撑模型底部和悬空部位，并填充模型空腔部位。通过设置支撑材料的包裹模式可控制打印模型的表面光洁度。软件提供了两种模式，可根据实际应用进行选择。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-left">116</div>
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</div>
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</div>
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<div class="page-header-right">
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="content">（1）光洁表面：支撑将包裹模型摆放角度下外形高点轮廓线以下的区域，轮廓线以上没有支撑的部分为高度光洁表面，轮廓线以下包裹支撑的部分为磨砂面效果。</p>
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<p class="content">（2）磨砂表面：支撑将包裹模型的全部表面，模型表面全部为磨砂面效果。</p>
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<p class="content"><span class="bold">4．设置打印品质</span> 根据打印精度和时间期限的具体条件，可选择高速（HS）或高质量（HQ）模式。</p>
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<p class="content"><span
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class="bold">5．预估打印时间和材料消耗</span> 为了了解打印材料消耗情况以便评估打印成本，软件可根据设置完成的数据，初步预估出模型材料消耗、支撑材料消耗及打印所需要的时间。
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</p>
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<p class="content"><span class="bold">6．检查</span> 全部设置完成后，核对检查各个环节的设置，确保无误后开始打印，将排版结果发送给打印机。</p>
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<h3 class="thirdTitle">二、模型打印</h3>
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<p class="content">以Objet
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Eden260打印机为例，其工作原理是PolyJet技术。Objet打印机的自动化程度较高，操作比较简便，可在软件中监控整个打印过程。PolyJet技术的原理：打印设备的打印喷头具有一组密集排列的打印喷嘴，每层打印时，打印喷头沿X轴方向移动，同时在精密控制下令所有喷嘴协调运作，同步向成形托盘的相应轮廓位置射出一层大约0.016mm的超薄光敏树脂。喷头架上的紫外线灯在树脂喷射的同时发射相应波长的紫外线光，快速固化当前层的光敏树脂，这种同步固化的方案大大提高了打印效率。每次打印完成后，系统内的成形托盘将下降0.016mm（一层），反复进行直到模型打印完成。具体操作步骤如下。
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</p>
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<p class="content">（1）打印开始前检查成形托盘的复位情况，确保托盘清洁、无残余的打印材料或异物。</p>
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<p class="content">（2）打开储料仓，检查模型材料和支撑材料就位，通过软件中的剩余材料评估功能，检测储料仓中的材料盒中是否有足够材料剩余。</p>
|
<p class="content">（3）建议每次打印前进行一次喷嘴检测和喷头清洁操作。喷嘴检测可及时发现堵塞的喷嘴；通过进行喷头清洁，可在一定程度上疏通堵塞的喷嘴，确保最终打印质量。</p>
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<p class="content">（4）点击开始按钮，打印机开始预热，静待喷头升温至工作温度，打印机自动开始打印工作。如果打印过程中出现升温差异过大或单侧不升温，应及时检查并调整（图5-3-1）。
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</p>
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<p class="content">（5）打印完成后，使用平铲子将模型（图5-3-2）和支撑铲下，将成形托盘表面用无水酒精清洁干净，以备下次打印。</p>
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<h3 class="thirdTitle">三、后处理</h3>
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<p class="content">
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Objet打印机的支撑材料为水溶性，可通过清水清洗（辅助高压水枪）与主体模型大致分离，之后将模型浸泡在专用清洗液中浸泡，去除残余支撑材料，最终完成模型后处理。树脂三维打印机需要进行定期校准保养，打印前对喷头、管道、废液池等进行清理并检查。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-right">117</div>
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</div>
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</div>
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<div class="header-txt">
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数字化口腔修复技术
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</div>
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0134-01.jpg" style="width:80%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript">图5-3-1 打印中的模型</p>
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</div>
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<div class="qrbodyPic">
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<img src="../../assets/images/0134-02.jpg" style="width:80%" alt="" active="true" />
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<p class="imgdescript-b">图5-3-2 打印完成的树脂模型</p>
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<p class="imgdescript-l">A．标记牙龈的模型打印完成；B．普通模型打印完成。</p>
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</div>
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<div class="bodyPic"><img src="../../assets/images/0026-01.jpg" style="width:80%" alt=""
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active="true" /></div>
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<p class="center"><span class="bold">3D打印材料的研究进展</span></p>
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<p class="quotation">
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目前生物3D打印在口腔医学主要对应快速制造层面和快速成型层面，包括模型、导板、修复体、正畸附件等非植入物的制作，以及不可降解金属的植入物的制作。主要的3D打印材料有光固化树脂、钴铬合金、纯钛及其合金等。这些材料虽能满足临床应用的需求，但也有相应的问题。例如，目前大多数商业化种植体均以纯钛或钛合金为原材料加工制造而成，此种种植体与人体组织有良好的生物相容性，但是在种植体与牙龈交界处往往存在金属颜色的暴露，尤其是在出现不同程度的种植体周围炎症的情况下，美观问题更是显著；同时钛金属引起的宿主免疫反应、铝和钒等金属元素的释放等问题也令人担忧。
|
</p>
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<p class="quotation">
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陶瓷材料具有优秀的美观效果和生物相容性，但在激光直接快速烧结时液相表面张力大，在快速凝固过程中会产生较大的热应力，从而形成较多微裂纹。目前，陶瓷直接快速成型工艺尚未成熟，国内外正处于研究阶段，还没有实现商品化。
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</p>
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<p class="quotation">
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钛锆合金作为一种新型钛合金材料，弥补了传统钛种植体机械强度方面的不足，且抗腐蚀性和生物相容性更佳，不含可能对人体有害的铝和钒等成分，在口腔种植领域具有广阔的应用前景。目前钛锆合金窄直径种植体已初步应用于临床，但可用于3D打印的商品化的钛锆合金粉末材料却尚未上市。
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</p>
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</div>
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<div class="page-bottom-left">118</div>
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</div>
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</div>
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<div class="page-header-right">
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<span class="header-title">项目五 数控加工与制作工艺</span>
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<img class="header-img" src="../../assets/images/pageHeader.png" alt="" />
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</div>
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<div class="bodystyle">
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<p class="quotation">可降解材料和活体细胞的3D打印，也是日后3D打印在口腔医学领域应用探索的一个重要方向。</p>
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<p class="titleQuot-1">【任务评价】</p>
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<p class="content">树脂三维打印工艺任务评价标准见表5-3-1。</p>
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<p class="imgtitle">表5-3-1 树脂三维打印工艺任务评价标准</p>
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<p class="right-info">（黄碧坤 黄蓉 吕秋菊）</p>
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