【新方法】2-增材制造在口腔医学中的准确性

作者

Yao Tang,^{1 ,}^{2 ,}^‡Yunfan Zhang,^{1 ,}^{2 ,}^‡Zhaoqiang Meng,^{3 ,}^‡Qiannan Sun,^{1 ,}²Liying Peng,^{1 ,}²Lingyun Zhang,^{1 ,}²Wenhsuan Lu,^{1 ,}²Wei Liang,^{1 ,}^{2 ,}^*^†Gui Chen,^{1 ,}^{2 ,}^*^†and Yan Wei

¹北京大学口腔医学院暨口腔医院颅面生长发育中心正畸科，北京大学口腔医学院

²国家口腔医学中心、国家口腔医学临床医学研究中心、国家口腔疾病临床医学研究中心、口腔生物材料与数字化医疗器械国家工程技术研究中心、卫生部口腔计算机化工程技术研究中心，国家口腔材料重点实验室，北京

³北京大学口腔医学院·口腔医院老年口腔医学系，北京

综述

近几十年来，随着三维（3D）打印技术的快速发展，逐步实现了精确化和个性化的制造，为生物医学应用，尤其是口腔医学临床实践带来了好处。到目前为止，3D打印已广泛应用于口腔修复学、牙齿矫正学和颌面外科手术，实现了准确、高效的手术过程和可喜的治疗效果。虽然打印精度有所提高，但仍需进一步探索。在此，我们总结了各种增材制造技术及其在牙科中的应用，同时强调了准确性（精度和真实度）的重要性。

关键词：三维（3D）打印、数字化制造、牙科、颌面外科、精度、真实度

1 引言

三维（3D）打印，也称为增材制造（AM）（Gebhardt等人，2019a），是过去几十年中发展起来的一项新技术。该技术基于分层制造原理，其中打印机从计算机辅助设计（CAD）中读取数据，并且材料（液体、粉末或片状）逐层重叠以形成致密的三维物体。1981年，儿玉秀夫（Hideo Kodama）在名古屋工业研究所（Kodama，1981）首次描述了3D打印在3D塑料模型制造中的过程。从那时起，3D打印工艺逐渐成熟。如今，涉及聚合物、陶瓷、金属和复合材料的各种材料已在 3D 打印中得到应用（Ladd 等人，2013 年;Sun 等人，2013 年;Scheithauer 等人，2015 年;Ligon等人，2017年），这为空间工程、建筑业以及包括外科和牙科在内的各种医疗应用等领域带来了好处（Tay等人，2017年;Anupama 和 Rachel，2018 年;Kelly 等人，2018 年;Contessi Negrini 等人，2020 年）。

与传统的制造工艺相比，3D打印在生物医学领域受到广泛关注，主要有两个原因：一是该技术的固有优势，如通用性、易用性、制造过程的精确控制、更高的材料利用率，其次，定制产品因其形状和结构特性符合生物医学应用前景而备受青睐（Murphy和Atala， 2014年;Kim 等人，2016 年）。近年来，3D打印在医疗领域的应用逐渐扩大。3D 打印行业在医疗设备、植入材料和细胞打印方面取得了长足的进步，因为它降低了制造成本，但提高了打印精度和速度。3D打印也被应用于病理器官模型中，以协助术前计划和手术治疗分析，永久性植入物的个性化制造，制备制造局部生物活性和可生物降解的支架，甚至直接打印具有完整生命功能的组织和器官（Gross et al.， 2014;Yan et al.， 2018;Nguyen 等人，2019 年）。

与人体其他组织和器官不同，牙齿和颅面骨骼还具有独特的美学特性。由于它们体积小且高度不规则，因此临床操作和设备应始终在微尺度上获得精确匹配，以实现出色的治疗效果。此外，丰富的重要血管和神经网络聚集在颌面部区域，这使得医疗程序极具风险。因此，作为一门涉及口腔软组织和硬组织特定复杂结构的学科，对精度和准确度的要求特别高，口腔医学可以从3D打印中获得极大的便利，用于个性化和精确的诊断和治疗。通过3D打印技术，基于患者的磁共振成像（MRI）或计算机断层扫描（CT）等成像数据，可以完成个性化支架的快速制造、器官模型的制备或缺陷的直接打印（Gross et al.， 2014;Murphy 和 Atala，2014 年;Nguyen 等人，2019 年）。因此，这篇综述旨在将各种 3D 打印技术与其在牙科中的应用联系起来，并讨论 3D 打印中准确性的重要性、当前面临的挑战以及进一步的观点。

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2 3D打印工艺

3D打印主要分为三个步骤：数据采集、数据处理和打印（如图图1).目前，在3D打印过程中使用了多种3D建模和扫描成像方法，包括磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描（CT）、3D扫描仪、CAD和计算机辅助工程（CAE）（Bilgin et al.， 2015;Cantín 等人，2015 年;Jung 等人，2016 年;Yahata 等人，2017 年）。将获得的数据被导入到重建软件应用程序中，以指导打印机打印目标部件。基于不同的工作原理，出现了许多3D打印方法，包括立体光刻设备（SLA）、熔融沉积建模（FDM）、选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、层压物体制造（LOM）和数字激光加工（DLP）（Ligon等人，2017;Gebhardt 等人，2019b;Hernandez 等人，2019 年;Shakor 等人，2019 年;周等， 2020) (表1)

图1

增材制造的基本原理。（A） 数据采集;（二）数据处理;（C）印刷（来源：Ligon等人，2017年)

表1

可用的 3D 打印工艺。

3D工艺	材料	机制	在此过程中需要支持吗？	层厚	优点（Lin et al.， 2019）	弊
SLA服务协议	光敏	聚合	是的	0.02–0.2 mm Melchels 等人（2010）;Zakeri等人（2020）	快速且精度高	材料有限
PolyJet 系列	光敏	聚合	是的	0.016毫米Kasparova等人（2013）;Lee等人（2015）;Park和Shin（2018）;Liu等人（2020）	表面光滑，精度高	成本高，使用寿命短
SLS/SLM	粉末：蜡、塑料、金属和陶瓷	烧结/熔化	是/否	0.05-0.15毫米（Torres等人（2011）;Tan 等人（2017 年）;Awad 等人（2020 年）	良好的机械性能和增加可加工材料	精度低、效率低、质量有限、成本高
FDM的	热塑性的	挤压	是的	0.1–0.3 毫米特纳和金（2015）;Ozbolat 和 Hospodiuk （2016）;Blok等人（2018）	高效、环保、便宜	精度低、表面粗糙、工艺高温

在单独的窗口中打开

2.1 SLA 和 DLP

激光立体光刻，又称立体光刻设备，是目前研究最广泛、最成熟、乃至今天被广泛使用的3D打印技术。在紫外激光束的帮助下，液态单体通过聚合转化为固态，可以生产出具有出色表面质量和精细细节的零件（Kim等人，2017a）。在计算机的控制下，光刻机将树脂涂布在零件表面（x-y方向），激光扫描仪根据CAD模型的分层轮廓数据，控制激光束在截面轮廓内逐点移动和扫描;一旦光束穿透树脂表面，就通过聚合实现瞬时凝固，然后，平台将降低特定层厚度的量，以提供每一层的固化并与前一层的连接。

SLA 显示出许多优点，例如高度自动化的打印过程、高尺寸精度以及 0.02-0.2 毫米的最小细节（Melchels 等人，2010 年;Zakeri 等人，2020 年），非凡的速度、出色的表面质量和高分辨率，可生产复杂零件。但由于材料的限制，零件很容易弯曲和变形;因此，构建过程需要支撑，这限制了零件方向的选择，因为支撑在移除后会在零件表面留下痕迹。然后，可以使用较小范围的材料，尤其是树脂，现在还包含由碳或陶瓷材料制成的纳米颗粒。该技术最常用于打印牙科或骨骼模型以进行诊断和治疗设计，也用于制造透明矫正器、咬合贴面、假牙和定制的手术导板（Mavili 等人，2007 年;Jindal 等人，2019 年;Cha 等人，2020 年;Ioannidis 等人，2020 年）。

DLP技术与SLA技术类似，也利用光敏材料的特性，在紫外光照射下聚合固化（Quan et al.， 2020）（如图图2).但它的速度比 SLA 快得多，因为 DLP 技术使用数字光投影仪投射紫外线，这可以直接允许整个 x-y 工作空间的任何选定部分同时曝光并加快层之间的循环时间（Stansbury 和 Idacavage，2016 年;Revilla-León 等人，2018 年）。

图2

数字光处理（DLP）由 （A） 装满光敏聚合物树脂的大桶、（B） 光源、（C） 微镜阵列、（D） 垂直移动的建筑平台和 （E） 倾斜装置组成，用于补充未固化的底层（来源：Ligon 等人，2017 年）。

2.2 SLS 和 SLM

它是一种常用于加工粉末材料的制造技术（Hussain 等人，2019 年）。该技术在振镜的控制下，以激光束为热源，在计算机辅助设计数据的引导下，逐层熔化粉末的选择性区域。随着光束继续移动，熔化的部分由于导热系数向周围粉末的热传递而凝固产生固体层，然后，下一层烧结，实现层与层之间的结合（如图图3).由于充分利用金属材料，SLS/SLM在制造定制托槽、可摘局部义齿和种植牙方面具有优势（Wiechmann，1999;江等，2019;Yang 等人，2019 年）。

图3

选择性激光烧结工艺，包括 （A） 垂直移动构建平台，（B） 具有嵌入式烧结模型层的粉末床，（C） 激光源和 （D） 激光光学器件，（E） 粉末原料和沉积料斗，以及 （F） 用于粉末分布和流平的刀片（来源：Ligon 等人，2017 年）。

与传统的加工工艺相比，SLS的工艺强烈显示出操作简单的优点，生产出硬度高的模具。在没有支撑的情况下，未烧结的粉末在加工过程中起支撑作用。但还是存在一些不足之处：1）材料需要预热和冷却，后处理麻烦;2）烧结材料有许多空隙，导致密度和机械性能差;3）零件表面粗糙多孔，层厚为0.05-0.15 mm，可以通过后处理来改善（Murr等，2009;Torres 等人，2011 年;Tan 等人，2017 年;Awad 等人，2020 年）;4）在加工室中填充氮气以确保烧结安全需要花费一大笔钱。

SLM是在SLS的基础上开发的，用于制造密度非常精确的金属零件，SLM产品的机械性能与传统产品相当（Gebhardt等人，2019b）。激光熔化与上述激光烧结工艺非常相似，不同之处在于在打印过程中，粉末材料被激光完全熔化，产生局部（选择性）熔池，从而产生凝固后具有良好机械性能的完整致密零件。然而，由于材料的重量和印刷过程的限制，周围的粉末无法提供足够的支撑;因此，在SLM过程中需要支持。

2.3 FDM的

该工艺适用于热塑性材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）和聚乳酸（PLA）（Rocha等人，2014），这些材料可以通过使用尺寸精度通常为0.1毫米量级的彩色材料来生产彩色部件（Turner和Gold，2015;Ozbolat 和 Hospodiuk，2016 年）。从技术角度来看，FDM是由单层轮廓叠加形成的挤出工艺。在3D打印技术中，FDM的设计是最简单的，目前应用广泛。FDM 机器可以在没有激光器的情况下工作，由一个密封和加热的结构空间（ABS 约为 80°C）组成，配备一个挤出头和一个构建平台。丝状热塑性材料被送入挤出头后，通过电加热部分熔化，然后通过喷嘴挤出。在轮廓信息的指导下，喷嘴沿 x-y 方向移动，而构建平台沿 z 方向移动。随着熔融材料的冷却，层与层之间的结合得以实现，直到零件完成。构建过程需要添加支撑物，这些支撑物是通过第二个喷嘴产生的，并且可以与使用不同塑料材料的模塑材料同时添加。然而，对材料放置和空隙产生的有限控制会对其准确性产生不利影响，尤其是在打印更复杂的形状时（Blok 等人，2018 年）。

FDM的主要优点如下（Lin et al.， 2019）：1）原理和操作简单，成本低;2）使用彩色材料;3）独特的可溶性载体技术，可实现复杂的几何形状和内腔;4）无毒环保材料;5）更快的成型速度;6）简单的后处理。缺点包括：1）精度低;2）由于印刷工艺的限制，零件的成型表面形成条纹;3）由于需要设计和生产支撑物，打印时间更长;4）印刷过程中的高温控制要求;如果温度太低，材料将不会完全熔化，而材料在温度过高时将不易成型。因此，它允许打印粗糙的解剖模型，而不会有太多的复杂性。

2.4 PolyJet

PolyJet 通过液体单体的紫外线固化来生成零件，原则上更多地代表了 SLA 过程（Cohen 等人，2009 年）。该机器的设计类似于 2D 办公室打印机（如图所示图4），通过多喷嘴压电打印头将材料直接施加到构建平台上，紫外线灯移动以固化材料。该层的中间厚度仅为 0.016 毫米（Liu 等人，2020 年），产品细节精确，提供了非常光滑的表面。因此，PolyJet 可以制造比 SLA 更精确的模型和定制指南（Hazeveld 等人，2014 年）。PolyJet 由于具有多个打印头，因此可以使用具有多种颜色和不同邵氏硬度范围的材料，从而实现全彩数字印刷（Hofmann，2014）。同时，由于使用多个洒水器，零件可以用水溶性或热熔材料打印以添加支撑物，这些支撑物可以在自动整理过程中进行清洗，而不会在零件上留下痕迹（Murugesan et al.， 2012）。

图4

PolyJet 工艺包括 （A） 垂直移动的建筑平台、（B） 多喷嘴喷墨头、（C） 支撑材料层、（D） 建筑材料层和 （E） 连接到喷墨头的 UV 源（来源：Ligon 等人，2017 年）。

与其他3D打印技术相比，PolyJet表现出几个优势（Salmi等，2013）：1）它可以同时打印不同的材料，可以满足不同的颜色、透明度和刚度要求;2）加工精度高，打印层厚度低至16微米。相比之下，缺点如下：1）产品通常适用于较短的使用寿命;2）加工精度昂贵;3）成品强度低，4）需要专门开发的光敏树脂来增加强度。

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3 3D打印在口腔临床中的应用

3.1 3D打印牙科模型

与传统的石膏模型相比，3D打印模型具有更高的精度和真实度，并且不易磨损。同时，更方便存储和查看。扫描技术的应用减少了时间和患者在取模时造成的不适（Yuzbasioglu 等人，2014 年）。如今，在各种口腔诊所中，通过打印 3D 模型来模拟和分析颅面结构越来越普遍，计算机辅助手术现在经常用于提高对颌面外科手术结果的预测。Mavili et al. （2007）已经证明，使用真人大小的 3D 打印模型可以提高正颌手术的准确性并防止髁突脱位和下垂。

此外，正畸临床医生需要根据不同治疗阶段的牙齿和咬合状况的排列情况，做出判断，并进一步制定和修改治疗方案。随着数字化技术的应用，可以将石膏模型或印模直接转换为3D数字模型，但数字化模型并不能完全取代物理模型在后续器具的制造和处理效果分析中的作用。Park和Shin（2018）和Kasparova等人（2013）对3D打印的牙科模型与传统的石膏牙科模型进行了比较研究，发现3D打印的牙科模型的综合性能优于传统的石膏牙科模型，3D打印模型可以替代传统的石膏模型用于正畸诊所。一些学者甚至认为石膏模型对于正畸治疗可能是多余的，因为 3D 数字模型可以在整个正畸工作流程的所有阶段使用（van der Meer 等人，20161939）。

但是，要将3D打印的牙科模型用于临床目的，打印结果的准确性必须达到规定的公差。在此过程中的每一步都可能发生并积累错误：扫描、分割、CAD 建模、3D 打印和后处理（Szymor 等人，2016 年）。即使打印相同的模型，所得零件的精度也取决于所使用的 3D 打印机技术和机器。以前的研究（Hazeveld et al.， 2014;Brown 等人，2018 年;Kim 等人，2018 年）测量了不同3D打印技术制作的牙科模型，得出的结论是DLP和PolyJet比SLA和FDM更精确，都能满足临床要求。各层的厚度差异（FDM：0.330 mm、DLP：0.050 mm和PolyJet：0.016 mm）可能影响了结果。Lee等人（2015）的研究显示了类似的结果;FDM 和 PolyJet 组最佳拟合对齐的平均偏差测量值为 0.047 和 0.038 mm，受控 STL 文件的尺寸更接近 PolyJet 副本而不是 FDM 副本。但是，应根据特定正畸矫治器所需的真实性和精度来选择 3D 打印机;隐适美矫正器（Align Technology，加利福尼亚州圣克拉拉）由多个矫正器组成，每个矫正器的最大牙齿移动量为 0.25 至 0.3 毫米（Wang 等人，2019 年）。因此，牙科模型的精度必须小于 0.25-0.3 毫米，才能使制造的矫正器对牙齿产生正畸力;PolyJet 在准确性方面可能具有更多优势。

3.2 定制支架

近年来，包括金属唇部或舌部托槽和透明矫正器在内的定制正畸矫治器发展迅速，受到越来越多的关注，这对传统托槽造成了巨大的威胁（Fujiyama et al.， 2014）。Yang等（2019）使用高分辨率快速数字光处理（DLP）技术打印机将虚拟托槽模型转换为蜡像，并基于它们制作聚晶氧化铝陶瓷托槽，从而实现陶瓷正畸托槽的大规模定制成为可能。但增材制造在尺寸精度、表面质量和机械性能方面仍需要进一步改进，以便能够直接制造定制陶瓷支架。

自 1970 年代提出以来，舌侧正畸技术在正畸治疗中引起了越来越多的关注（Fujita，1979;McCrostie，2006 年）。由于精度要求高，3D打印技术的出现无疑对牙齿矫正的发展有很大的帮助。Wiechmann（1999）利用SLM技术结合CAD/CAM技术，于1999年打印出第一台个性化舌侧托槽，开启了舌侧正畸学的新篇章。传统的舌侧托槽粗糙且不准确，托槽与牙齿之间缺乏紧密接触，使牙周组织更容易受到刺激。同时，患者可感觉到明显的异物感，由于托槽厚度大，更容易出现舌肿痛、发音障碍等并发症（Miyawaki et al.， 1999）。然而，通过3D打印技术生产的舌侧托槽通常采用较薄的材料，与患者舌侧牙面吻合度高，粘附定位准确，胶粘剂使用量少，操作简单，临床效果更好（Yang et al.， 2019）。而且，从长期临床可行性来看，支架不易脱落。舌侧托槽位于牙齿的舌面上;由于口腔环境和牙齿的形状，很难直接粘合托槽。通过精确定位支架和转移夹具，可以大大简化处理程序。Fillion（2018）使用3D打印技术在模型上制作转移夹具，并以良好的位置精度放置舌侧支架。

3.3 矫正器

本世纪初，商用隐形电器在国内外已成功开发出来。日益成熟的系统得到正畸医生的认可，其带来的美学和舒适体验也受到成年患者的青睐（Rosvall et al.， 2009;Bai，2010）。传统的隐形矫治器是基于患者的石膏模型或3D打印模型的印象，采用热压技术（Brown et al.， 2018）制作而成，其中存在较大的几何误差，并且由于材料的热塑性，矫治器的抗压强度较弱，容易发生不可逆变形。因此，患者需要在进食、咀嚼和活动的不同时期反复取下和佩戴它。就像通过3D打印技术设计和生产保持器一样（Nasef等人，2014），现在可以消除所有影响准确性的中间步骤并直接打印设备，这对个性化，准确性，美观和隐形治疗的舒适性做出了重大贡献。Jindal et al. （2019）和 Jindal et al. （2020）基于牙科长期（LT）树脂，打印出的隐形矫治器与传统的热成型 Duran 矫治器相比，具有优异的几何精度、抗负载性、屈服性、刚度和抗变形性。除了生物相容性和足够的机械强度外，牙科 LT 树脂还具有卓越的准确性和节省时间的特性，是制造透明牙齿矫正器的传统材料的绝佳替代品。

3.4 颌面外科

在颌面外科领域，3D打印已广泛应用于下颌重建、面部重建、颅骨手术、正颌手术、颞下颌关节重建等诸多方面（Steinbacher，2015;Ritschl 等人，2016 年;Louvrier 等人，2017 年;Roos 等人，2020 年）。除了前面提到的解剖模型外，3D物体越来越多地用作手术（切割、钻孔和定位）导向器、咬合夹板、个性化植入物（骨板、骨重建组件等）和面部上皮（Louvrier et al.， 2017）。Ritschl et al. （2016）通过 3D 打印 NAM 导板对唇裂和腭裂患者进行鼻-牙槽骨成型（NAM）;术后效果与传统技术没有显着差异，尽管它节省了时间和劳动力。3D打印技术可应用于上颌肿瘤的治疗;医生可以使用定制的手术导板准确切除病变组织，并使用定制的 3D 打印假体修复广泛的缺陷，事实证明这在功能和美容上都是成功的（Roos 等人，2020 年）。Steinbacher（2015）报道了多例病例，包括通过3D打印钛网实现额叶缺损的颅骨重建，3D打印切割导板协助下颌骨重建与游离腓骨瓣，个性化夹板辅助正畸手术;都取得了令人满意的成绩。可以看出，3D打印和虚拟手术对提高颅面手术的效率、准确性、创造力和可重复性做出了重大贡献。

3.4.1 个性化根部植入物

目前，插入种植牙是修复缺失牙齿的一种普遍方法。然而，与拔牙槽形状不匹配的锥形或柱状种植体多用于口腔诊所，这导致种植体在植入牙槽骨后的主要稳定性失败。此外，传统的纯钛植入物普遍存在弹性模量过大导致的应力屏蔽和生物活性低下的问题，大大降低了植入成功率（Chrcanovic et al.， 2015）。近年来，个性化根部种植体已被提出;由于其优异的抗旋转性能、瞬间植入、良好的生物相容性等优点，它们被认为可以很好地模拟天然牙齿的力传递特性和牙根应力分布特性，确实达到预期的临床效果（Chen et al.， 2014;Ritter等人，2014）。随着3D打印的应用，在口腔诊所实现个性化即刻种植成为可能，利用3D打印技术制备种植牙并改善种植体材料成分和结构，以实现更好的骨诱导，骨整合效应已成为口腔医学领域的研究热点。既往研究（Guo et al.， 2019;Zhao et al.， 2021）已经表明，氧化锆（ZrO₂）采用DLP 3D打印技术制备的陶瓷种植牙基台可以满足种植牙材料的要求。具有相互连接的孔隙结构的金属植入物具有促进骨骼内生生长的潜力，并减少植入物与骨骼之间刚度不匹配的可能性，从而消除应力屏蔽效应，并在多孔植入物表面（与固体植入物表面相比）实现更好的骨愈合效果（Shah et al.， 2016）。

3.4.2 手术导板

当将虚拟植入物位置转移到模型情境时，导向手术甚至为经验丰富的外科医生提供了比徒手手术更高的可预测性和准确性（Vermeulen，2017）。早在1987年，Edge（1987）就曾提出，利用真空热压技术制作的种植体导向器实现精确种植体，这在多颗缺失牙齿的情况下具有一定的局限性（Cristache和Gurbanescu，20172017）。作为种植体手术中常用的静态导航方法，个性化种植体导板可以将术前设计准确地转移到手术中，提高种植体的存活率（D’haese等，2017）。研究（Reyes et al.， 2015）表明，与传统的种植体导板相比，3D打印的种植体导板在协助缺失牙齿的种植方面更准确。Van Assche等人（2010）发现，利用CT数据构建3D打印的个性化种植导板，可以实现无需皮瓣手术的微创手术，术后种植体植入精度可以满足临床要求。江等（2019）的研究表明，3D打印的个性化种植导板为前牙缺失的患者提供了准确、科学的种植牙，但由于使用了光聚合树脂材料，模型无法模拟粘膜组织的弹性;临床医生需要在手术前准确评估患者的粘膜和颌骨状况。Bilhan等人（2015）也认为，树脂导板存在精度低、线束不足、渗透性差、价格相对昂贵、在生产过程中或高温下容易变形、在植入操作过程中容易变形甚至断裂等很大的不足。基于此，3D打印复合种植体导板在保证治疗效果和患者满意度的基础上，可以减少种植体偏移，表明其在种植体修复中具有更高的应用价值，PolyJet系统具有更好的精度和减少的打印时间（3D CAD模型与打印部件的差异为0.03±0.08 mm）（Kim等，在Keßler et al. （2021）中，所有手术导板的层厚均为50 μm，通过3D打印或铣削装置制造的手术导板在精度上没有发现显著差异;使用3D打印手术导板时植入物的位移似乎在安全范围内。

但是，在3D打印复合种植体导板的实施中，存在一些不可克服的缺点，这些缺陷还有待克服。例如，在导轨生产过程的各个环节中，都存在一些不可避免的个人错误和系统性错误。此外，种植机体积的增加，增加了在应用于张口受限患者的应用中操作的难度，在一定程度上放大了种植体定位的精度误差。因此，该指南需要进一步完善和完善。

3.5 牙齿修复

口腔数字印模技术与3D打印技术的联合应用是目前牙科修复领域的热点。两者的结合已成功应用于氧化锆全陶瓷修复体、金属修复体、蜡修复体、可摘局部义齿金属架、颌面假体和全口义齿（Torabi et al.， 2015）。

虽然口腔内的解剖结构复杂细腻，采用传统印模法和修复技术制作的义齿在松紧度方面仍然不足，但在临床上，特别是治疗口腔严重受限的患者时，通过传统方法制作义齿很难获得精确的印模。现在，口内扫描、计算机辅助设计和 3D 打印为制造假牙提供了替代方法。前人研究（Janeva et al.， 2018）证实，采用CAD/CAM技术制备的支架比传统铸造方法能获得相对理想的位置，精度更高。一些学者还评估了3D打印的钴铬合金可摘支架的力学性能，证实其伸长率、抗拉强度和屈服强度可以满足可摘局部义齿的要求（Hassan等，2017）。同时，3D打印树脂义齿的耐磨性与传统的预制树脂义齿相当（Cha et al.， 2020）。Wu等（20171939）通过融合口内扫描、计算机辅助设计和3D打印技术，成功地为张口困难的患者设计并制作了可摘局部义齿。然而，尽管技术和牙科材料取得了进步，但传统的铸造局部义齿仍然是通过打蜡技术而不是 3D 打印制造的;使用 3D 打印技术来恢复牙齿、功能和美学充满了障碍，因为需要知识、技能和技术（Fathi 等人，2016 年）。利用CAD/CAM和3D打印技术生产义齿的研究大多刚刚起步，通过对照研究报告或长期随访的病例较少，而临床病例大多在临床试验阶段结束。

在铣削和 3D 打印的准确性方面，对确定性全口义齿的研究报告了相互矛盾的结果，一些研究发现铣削的全口义齿优于 3D 打印的全口义齿（Kalberer 等人，2019 年;Hsu et al.， 2020），一些人得出了相反的结论（Hwang et al.， 2019），有些人发现了两者的可比结果（Yoon et al.， 2018）。然而，这些研究的结论来自于仅使用一种3D打印程序的铣削比较。Herpel等人（2021）考虑了不同制造工艺的多样性;就完全义齿而言，3D打印的真实性低于铣削17-89μm，精度低于8-66μm，这在临床可接受的范围内。

在固定假体领域，牙冠的边缘适配度与修复体的使用寿命密切相关。牙冠边缘不良容易导致牙菌斑堆积和微渗漏，从而引起过敏反应、龋齿复发、牙周病、牙髓病变、牙缘变色等，进而由于胶粘剂的加速分解和牙冠内部间隙的增加导致牙冠断裂韧性降低，从而降低了修复体的使用寿命（Contrepois等，与传统技术制作的牙冠相比，通过3D打印制作的牙冠对准备好的牙齿具有更高的适配度，因为它更准确（Onoral，2020）。Lee等人（2017）和Mai等人（2017）表明，3D打印在牙冠边缘和内部的适用性方面明显优于CAD/CAM切割。与CAD/CAM加工相比，3D打印技术可以节省材料，在临床可接受的范围内生产出尺寸精度高、边际适应性强的牙冠，具有临床应用的可能性，将成为制作陶瓷修复体的潜在候选技术（Kim et al.， 2017b;Wang 和 Sun，2021 年）。对于部分磨损的牙齿，贴面修复比完全牙冠修复更合适，但对承载能力要求更高。Ioannidis等人（2020）表明，与热压二硅酸锂或CAD/CAM切割氧化锆咬合贴面相比，3D打印的超薄氧化锆咬合贴面表现出相似或更高的承载能力，可用于修复磨损的牙齿。

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4 讨论

3D打印的生物医学应用与3D打印技术的创新密不可分。3D打印的精度是使其在口腔医学领域备受追捧的重要因素之一，但精度问题将不可避免地成为其推广和发展的瓶颈。准确性涉及两个方面：精度和真实性;精度是指一种打印技术在不同复制品下最接近的结果，而真实度是指3D打印模型和参考模型最接近的结果。Msallem et al. （2020）评估了使用五种常见打印技术打印的 50 个下颌复制品的尺寸精度，发现熔丝制造打印机具有最高的整体精度，而 SLS 打印机具有最高的整体真实度。

由3D打印的分层处理机制引起的“阶跃效应”对物体的精度有影响。目前，主流的3D打印层厚度约为0.1 mm，因此通过减小层厚来降低台阶来提高精度是当前的研究方向。但一些研究表明，减少层厚并不一定会导致更精确的打印，但肯定会导致更长的打印时间，这可能导致错误率增加，从而增加打印失败的可能性。层厚度改善了对角线上的过渡，但对垂直和水平边缘几乎没有影响。因此，需要对要打印的几何形状进行精确的规划阶段（Hatz 等人，2020 年）。DLP设备使用385 nm的波长，SLA打印设备使用405 nm;由于波长不同，聚合效率可能会受到影响，从而增加模板内的尺寸误差。同时，对于SLA和SLM等一些3D打印技术的逐层处理，无论额外的支撑是否合理，都需要支撑，并且支撑的移除都会隐含地影响精度。因此，目前需要改进附加支持的算法。

尽管所研究的所有 3D 打印技术之间的准确性差异存在统计学意义，但当单独考虑时，所有技术都是微小的，并且能够用于临床应用（Gottsauner 等人，2021 年）。然而，所使用的印刷材料限制了应用领域。在选择3D打印机时，一种趋势是更多地关注与所需应用和可用总预算相关的打印材料，而不是打印技术。目前，口腔临床常用的3D打印材料包括金属、高分子材料和陶瓷，而临床工作需要更多样化的材料。钛合金、镍钴合金等金属合金在热处理过程中的变质体征、高分子材料的生物相容性、陶瓷材料的内应力、体积收缩等都会影响材料的性能和应用，而大多数新材料由于理化性质的原因，仍处于体外试验阶段，未投入临床实践，生物相容性仍需进一步研究。就人造牙齿而言，目前还没有一种材料能够匹配人类牙齿的所有特性。此外，对于由不同材料和人造牙齿制成的可摘局部义齿，3D打印过程不能一次进行。如果我们能通过成分比例和加工技术的优化，找到一种适合3D打印的材料，并且与牙齿更完美地匹配，那么对3D打印的发展将是一个巨大的推动力。

作为高成本的新技术之一，在将其引入医疗实践时，成本问题通常是一个问题。以前，由于昂贵的3D打印成本的限制，只有专业和私人制造商才能在最佳条件下以合理的成本生产3D打印的医疗设备。同时，由于我国3D打印起步较晚，各种材料和仪器大多采用进口，这对3D技术在口腔医学甚至医学领域的发展产生了一定的制约作用。但随着更便宜的 3D 打印机和用户友好的 3D 软件的出现，这种情况发生了变化，使越来越多的医疗机构能够生产 3D 对象。在笔者看来，通过医疗团队之间共享硬件、软件和材料来降低成本，是3D打印技术在医疗领域快速推广的最佳方式。但是，有必要考虑在法律法规方面对3D打印进行更严格的监管。

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5 结论

经过几十年的发展，3D打印技术已成为口腔医学中越来越重要的技术。目前，3D打印数字印模技术、导向技术、植骨技术等在口腔医学的各个领域都取得了令人满意的成果。随着精度的不断提高，在不久的将来，用3D打印取代传统制造方式将成为现实。

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作者于2022年8月16日发布于https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9424550/

迪吉医疗科技翻译，文章有删节，侵删。

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【新方法】2-增材制造在口腔医学中的准确性

作者

综述

1 引言

2 3D打印工艺