陈永亮;史翠平;刘伟才;苏俭生;李家
【摘 要】目的:比较光固化成型技术(stereo lithography apparatus,SLA)与熔融堆积成型技术(fused deposition modeling,FDM)制作上颌无牙颌3D打印个别托盘的精确度,并与传统手工方法进行对比.方法:采用同一个标准上颌无牙颌石膏模型灌注5个超硬石膏模型.利用3D扫描仪将模型组织面数据扫描导入计算机中,在Geomagic软件中设计个别托盘CAD数据,以STL格式保存,将数据分别导入采用SLA及FDM的3D打印机中,制作3D打印个别托盘.对照组采用传统手工方法制作个别托盘.在Geomagic及Imageware软件中分析不同方法制作的个别托盘给印模材料的预留空间大小,在SPSS中利用两独立样本t检验的统计学方法比较其精确度.结果:个别托盘预留空间为:(SLA组)0.98-1.06mm±0.05-0.14mm,(FDM组)0.98-1.03mm±0.13-0.19mm,(手工组)1.04-1.16mm±0.31-0.41mm.3D打印制作的个别托盘相较于手工制作的个别托盘,预留空间分布更接近于1 mm,精确度更高(P＜0.01).SLA比FDM制作的个别托盘预留空间分布更接近于1mm,精确度更高,差别有统计学意义(P＜0.01).结论:两种3D打印技术制作的个别托盘精确度均优于手工制作的个别托盘,且光固化成型技术比熔融堆积成型技术制作的个别托盘精确度更高,采用光固化成型技术3D打印机制作个别托盘值得临床推广. 【期刊名称】《口腔颌面修复学杂志》
【年(卷),期】2018(019)003
【总页数】5页(P151-155)
【关键词】3D打印;个别托盘;光固化成型;熔融堆积成型
【作 者】陈永亮;史翠平;刘伟才;苏俭生;李家
【作者单位】上海牙组织修复与再生工程技术研究中心 上海 200072;同济大学附属口腔医院口腔技工中心 上海牙组织修复与再生工程技术研究中心 上海 200072;同济大学附属口腔医院数字化口腔诊疗中心 上海牙组织修复与再生工程技术研究中心 上海 200072;同济大学附属口腔医院口腔修复科 上海牙组织修复与再生工程技术研究中心 上海 200072;同济大学附属口腔医院口腔修复科 上海牙组织修复与再生工程技术研究中心 上海 200072
【正文语种】中 文
【中图分类】R783.1
由于我国社会老龄化进程不断加快以及人口数目持续增长，牙列缺失患者数目庞大，临床上对于全口义齿需求较大。如何快速、准确地制作全口义齿是口腔修复亟需解决的临床问题[1]。相比于传统全口义齿修复，数字化全口义齿修复可提高全口义齿制造精度；减少患者就诊次数；使义齿制作标准化等[2]。准确的无牙颌印模是保证全口义齿长期稳定行使功能的基础。因此，全口义齿数字化印模及个别托盘的精确完成是实现全口义齿数字化修复的重要前提[3]。与手工制作相比，借助3D打印技术制作个别托盘具有临床操作时间短、精度高等优势[1]。3D打印是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，得到三维物理实体模型的制造方法[4]，具有制造过程数字化、简化制作工艺、节省制作时间等特点。目前，3D打印的制造工艺主要以熔融堆积成型、光固化成型、选择性激光烧结、叠层实体制造、三维喷涂粘结为主[5]。目前，应用3D打印技术制作全口义齿个别托盘及其精确度的研究较少[6-8]。
本研究将利用光固化成型技术、熔融堆积成型技术以及传统手工分别制作上颌无牙颌个别托盘，通过3D扫描以将个别托盘模型数据导入计算机分析其预留空间的大小分布，由预留空间精确度比较两种制作工艺的适用性。将3D打印出的个别托盘通过3D扫描仪将模型数据扫描入计算机中，与Geomagic软件中设计的个别托盘数据进行比较，分析不同3D打印机
打印个别托盘过程中产生的误差及稳定性。本研究将为数字化技术制作个别托盘的临床应用提供基础。
1.材料与方法
电机转速传感器
1.1 材料与仪器 3D扫描仪(Auto Scan-DS100+，先临三维)、逆向工程软件(Geomagic Studio 12，Raindrop，美 国)、SLA 3D 打 印 机(SLA300，上海印梦园)、FDM3D打印机(Replicator 2X，MakerBot，美国)、逆向工程软件(Imageware 13，EDS，美国)，光固化树脂片(MEGADENTA，德国)。
热流道热电偶
1.2 石膏模型准备及3D数据获取 用同一个标准无牙颌上颌石膏模型灌注5个相同的超硬石膏模型，分别编号为1-5，将模型置于3D扫描仪中，在计算机中的配套软件上单击扫描，即可得到扫描出的组织面数据，以STL格式保存。
1.3 个别托盘CAD数据制作 将扫描的石膏模型数据导入Geomagic 12进行边缘修整；使用偏移命令，沿模型表面法向偏移1mm，形成个别托盘内表面；使用抽壳命令，将形成的个别托盘内表面沿模型表面法向偏移2mm，形成个别托盘外表面并得到2mm厚的个别托盘实体；将设计好的手柄添加到个别托盘上，设计好的个别托盘数据以STL格式保存。
1.4 3D打印制作个别托盘 将设计好的个别托盘数据分别导入SLA及FDM 3D打印机。分别以光敏树脂及聚乳酸(PLA)为原料，制作SLA个别托盘及FDM个别托盘，如图1。
图1 3D打印制作的成品个别托盘A：3D打印个别托盘与石膏模型匹配；B：SLA-3D打印个别托盘；C：FDM-3D打印个别托盘
1.5 手工制作个别托盘 首先将1mm厚的蜡片烤软，平铺在石膏模型组织面上，冷却后，将2mm厚的光固化树脂片平铺在蜡片上，并修整至合适的形态(由进行数字化个别托盘边缘确定的同一名医师完成该过程)。利用多余的树脂片制成手柄并粘接到托盘上，用光固化灯照射10min，使其充分固化，得到个别托盘，如图2。
图2 手工制作个别托盘A：无牙颌上颌石膏模型；B：铺蜡片；C：手工个别托盘制作完成
1.6 测定个别托盘预留空间的分布 分别将两种工艺制作的3D打印个别托盘及手工制作个别托盘的组织面数据扫描入计算机中，无需对个别托盘进行打磨抛光，在Geomagic 12中，利用最佳拟合对齐命令，将实物的扫描数据与原始个别托盘设计数据进行对齐；将对齐后的扫描数据与原始石膏模型数据一起导入Imageware 13中，在Imageware 13中由计算机
随机选取两个模型上约1000个对应的样本点，计算个别托盘组织面与石膏模型组织面之间对应样本点的距离分布情况，即预留空间的大小分布，如图3。
图3 在Imageware 13软件中计算个别托盘预留空间分布A：手工个别托盘；B：FDM-3D打印个别托盘；C：SLA-3D打印个别托盘无取向硅钢
1.7 3D打印误差分析 将3D打印个别托盘的扫描数据与设计数据导入Geomagic 12中，利用最佳拟合对齐命令对齐以后，通过偏差命令比较两种不同制作工艺的3D打印误差。再将数据导入Imageware 13件中，选取约1000个样本点，得到每一组数据的打印误差，比较不同制作工艺的3D打印误差，如图4。
图4 3D打印过程误差分析A：手工个别托盘与石膏模型扫描数据相匹配；B：3D打印个别托盘成品与误差分析
1.8 统计学分析 所有数据均用平均值±标准差(Mean±SD)表示。利用SPSS 22.0进行统计分析，通过t检验及方差分析对各组数据进行比较，P＜0.05差异有统计学意义。
年代1vH1
2.结果
本研究通过预留空间的大小分布来比较不同工艺制作个别托盘的精确性。理想的预留空间分布为个别托盘组织面与石膏模型之间各样本点之间的距离均为1mm。对于预留空间的大小分布，如表1，表2，3D打印制作的个别托盘相比于手工制作的个别托盘，预留空间更接近于1mm，且手工制作的个别托盘预留空间明显偏大。
表1 FDM3D打印个别托盘与HM(手工制作个别托盘)预留空间比较(mm)?
将两种工艺制作的3D打印个别托盘预留空间进行比较，如表3，差别有统计学意义(P＜0.01)。虽然预留空间的均值无明显差别，但可以发现SLA工艺制作的个别托盘预留空间大小更加稳定。对于3D打印的误差分析如图4，可发现个别托盘中央部分的误差较小，边缘部分误差较大。分析两种3D打印机打印过程的误差是否有统计学差异，如表4，差别有统计学意义(P＜0.05)，说明总体上看，SLA工艺的3D打印误差(0.003-0.021mm±0.045-0.065mm)比FDM工艺(0.007-0.031mm±0.13-0.15mm)小。如表4，分别对两种工艺的各组数据进行方差分析发现两种3D打印机打印过程产生的各组误差，无统计学差异，表明两种3D打印机产生的误差均较稳定(P＞0.05)。
表2 SLA3D打印个别托盘与HM(手工制作个别托盘)预留空间比较(mm)组别 预留空间 Mea
条纹码n±SD(N)SLA HM t P 1 2 3 4 5 1.06±0.14(1004)0.98±0.06(1005)1.01±0.06(1004)1.01±0.06(1006)1.00±0.05(1004)1.16±0.36(1004)1.05±0.41(1005)1.08±0.31(1004)1.05±0.31(1006)1.04±0.39(1004)8.23 5.23 7.79 3.52 3.75＜0.01＜0.01＜0.01＜0.01＜0.01
表3 SLA3D打印个别托盘与FDM3D打印个别托盘预留空间比较(mm)组别 预留空间 Mean±SD(N)SLA FDM t P 1 2 3 4 5 1.06±0.14(1004)0.98±0.06(1005)1.01±0.06(1004)1.01±0.06(1006)1.00±0.05(1004)0.99±0.19(1004)1.01±0.13(1005)1.03±0.13(1004)0.98±0.15(1006)0.99±0.13(1004)9.12 6.01 5.24 7.44 3.33＜0.01＜0.01＜0.01＜0.01＜0.01
表4 3D打印成品与CAD数据的误差分析(mm)2 3 4 5 0.003±0.045(1005)0.013±0.13(1005)2.26＜0.05 0.004±0.055(1005)0.010±0.060(1003)0.021±0.048(1004)0.015±0.13(1003)0.031±0.15(1004)0.009±0.14(1004)2.42 4.17 2.52＜0.05＜0.05＜0.05
3.讨论
本研究通过对预留空间大小分布来评价不同方法制作个别托盘的精确性。实验结果表明，
弹簧绳SLA 3D打印个别托盘比FDM 3D打印个别托盘预留空间大小分布更接近1mm，且两种3D打印工艺制作的个别托盘相较于传统手工方法均有更好的精确度。临床上制取无牙颌印模一般采用二次印模法[9]，操作较为繁琐，流程复杂，且制取的初印模型难以长期保存，不能反复利用。因此，传统手工方法制作个别托盘的精确度与医师经验、蜡片在制作过程中厚度的改变、个别托盘在制作过程中产生形变、蜡片本身厚度不均等因素有关。而两种3D打印技术由于采用数字化设计，在软件中设计个别托盘，可根据不同印模材料的需要设置预留空间的大小，消除了蜡片本身因素对预留空间大小的影响。
