【解析】電子束熔融（EBM）技術3D打印純鈦冠的適合性研究

全冠修復體的適合性是臨床評價修復體質量及其修復效果的重要指標，它反映了修復體制作的精密程度和就位情況 。良好的適合性是判斷新技術或新材料能否應用于臨床的客觀指標。其中邊緣適合性是影響 修復體成敗的關鍵，不僅直接影響到修復體的固位、美 觀，減少繼發(fā)齲和牙周病的發(fā)生，保護基牙及牙周組織 的健康。電子束熔融技術（EBM）是近年來一種新興的先進金屬快速成型制造技術，尚未見到關于EBM打印純鈦冠的相關研究報道。因此，本研究通過比較EBM、選擇性激光熔覆（SLM）、CAD/CAM、失蠟鑄造法制作的純鈦單冠的邊緣及內部適合性，探討EBM技術3D打印純鈦冠的可行性。

1 材料與方法
1．1主要材料和設備
1．1．1EBM所需材料與設備
電子束熔融快速成型打印機（EBMA2，Arcam公司，瑞典），純鈦粉末（Ar-cam公司，瑞典），光學掃描系統(tǒng)（DentalWings，Wie-land公司，德國）。

1．1．2 SLM所需材料與設備選擇性激光熔覆機 （EOSINTM280，EOS公司，德國），純鈦粉末（EOS公 司，德國），光學掃描系統(tǒng)（DentalWings， Wieland公司，德國）。

1．1．3CAD/CAM切削所需材料與設備 CAD/CAM 系統(tǒng)1（Ultrasonic20linear，DMG公司，德國）， CAD/CAM系統(tǒng)2（OrganicalMulti，Ｒ+K公司，德國），切削純鈦預成塊（南京寶泰特種材料股份有限公司）。

1．1．4鑄造所需材料與設備鑄造蠟（Ｒenfert，德國），鑄鈦機（XJ-Ⅱ，山西西京醫(yī)療設備有限公司），純 鈦包埋料（SYMBIONTC，株式會社日進，日本），噴砂機（BasicMaster，Ｒenfert，德國），氧化鋁砂粒（80目， Ｒenfert，德國）。

1．1．5 其他材料與設備尼康SMZ-1500體式顯微 鏡（尼康公司，日本），康特 “水魔方”硅橡膠印模材（康特齒科集團，瑞士），超硬石膏（湖北貝諾齒科材料有 限公司）。

1．2試件制備
1．2．1 標準模型的制作采用AutoCAD2004軟件設 計標準基牙數字模型，規(guī)格為：高5mm，頸部直徑4mm，聚合度5°，內線角圓鈍的90°肩臺，肩臺寬1mm， 底座高3mm，在牙面與軸面轉角處制作面積約4mm2的小斜面以引導基底冠準確就位。并設計有6個模擬上頜前牙牙弓排列的插孔，通過數控切削機床、線切割機等設備加工6個40Cr材質的標準基牙數字模型，及一塊排列基牙的金屬板（圖1）。將標準基牙排好固定后，用康特硅橡膠翻制高質量印模31個，并灌注超硬石膏模型31個，將每個模型切割成代型（圖2）。將其中1個模型進行光學掃描，剩余的個石膏模型隨機分為6組，每組5個，選擇其中一組用于鑄造純鈦單冠5個（11牙單冠），其余5組分別用于EBM組、SLM組、DMG切削組，Ｒ+K切削組及鑄造組純鈦冠制備硅橡膠間隙印模。

1．2．2 EBM組、SLM組、DMG切削組及Ｒ+K切削組 修復體的制作隨機選取1個模型采用DentalWings 的掃描系統(tǒng)DWOS軟件進行掃描設計，修復體厚度設計為1mm，隙料厚度為40μm，分別采用電子束熔融快速成型打印機、切削設備Ultrasonic20linear（DMG）、OrganicalMulti（Ｒ+K）各制作5個純鈦單冠。采用EOSM280制作純鈦冠時補償參數設置為100μm，制作純鈦單冠5個。試戴，無需噴砂，高壓蒸汽清洗20s后備用。

1．2．3 鑄造組修復體的制作將5個模型涂布2層 間隙劑（每層約厚20μm），距肩臺1．5mm范圍內不涂布間隙劑。熔蠟器熔蠟，采用浸蠟法+滴蠟法，制作修復體蠟型，要求蠟型內外表面光滑清晰，厚度均勻為1mm，完成的蠟型用純鈦包埋料包埋，鑄鈦機鑄造純鈦冠，按照此方法制作純鈦單冠5個。在0．2MPa壓力下，噴嘴距離冠內面2cm，采用Al2O3砂粒（直徑80μm）對冠內面噴砂30s，高壓蒸汽清洗20s，試戴合適后備用。

1．2．4 硅橡膠試件制備將EBM組、 SLM組、DMG切削組， Ｒ+K切削組及鑄造組純鈦單冠（25個）就位于5組隨機分配的基牙石膏模型上，在冠內注入硅橡 膠輕體，加載50N壓力，制取修復體與預備體之間的 粘接間隙（圖3）。待輕體完全凝固后，小心去除冠外緣多余的輕體及金屬冠，得到代表粘接間隙的輕體薄膜。用重體將輕體薄膜固定，形成三明治結構，待硅橡膠凝固后整體片切，切成1mm厚的薄片試件（圖4），共制備硅橡膠間隙印模試件25個。

1．3試件測量將硅橡膠間隙印模試件在尼康SMZ-1500體視顯

微鏡下放大100倍，使用NikonACT-2U軟件測量冠內面與代型表面間的垂直間隙。測量點如圖4所示，A1、A2點代表邊緣垂直間隙；B1、B2點代表肩臺中央垂直間隙；C1、 C2點代表軸面中央垂直間隙；D點代表面中央垂直間隙。A1、A2點代表邊緣適合性，其余點代表內部適合性。每點分別在2個半側面上測量3 次，取平均值。

1．4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS17．0軟件對5組不同部位的測量結果進行單因素方差分析，檢驗水準雙側α=0．05。

2 結 果

5組純鈦單冠邊緣及內部間隙測量結果見表1，各組面中央垂直間隙最大，邊緣間隙最小。5組純鈦冠的邊緣間隙有統(tǒng)計學差異（P＜0．05），其中間隙最小、適合性最好的是切削組，其次是EBM和SLM3D打印組，鑄造組邊緣間隙最大；EBM與SLM組、DMG與Ｒ+K組冠的邊緣適合性并無統(tǒng)計學差異（P＞0．05）。

EBM與SLM組肩臺中央適合性優(yōu)于DMG組、 Ｒ+K組和鑄造組（P＜0．05）；EBM組與SLM組、DMG組與Ｒ+K組、切削組與鑄造組肩臺中央適合性無統(tǒng)計學差異（P＞0．05）。EBM與SLM組軸面中央垂直間隙較DMG、Ｒ+K、鑄造組大，Ｒ+K組較鑄造組大（P＜0．05）；EBM與SLM組軸面中央適合性無統(tǒng)計學 差異（P＞0．05），DMG組軸面中央適合性優(yōu)于Ｒ+K組（P＜0．05）。EBM組 面中央適合性優(yōu)于SLM、DMG、 鑄造組比較，P＜0．05 鑄造組，SLM組面中央適合性較DMG、Ｒ+K、鑄造組差，Ｒ+K組優(yōu)于DMG組、鑄造組（P＜0．05）；5組純鈦冠的內部整體適合性無統(tǒng)計學差異（P＞0．05）。

3 討 論

修復體良好的邊緣和內部適合性是臨床醫(yī)生關注的重點， 也是修復體獲得長期壽命的前提。適合 性是一個廣義的概念，通常是指牙預備體表面與修復體組織面之間間隙的大小，即修復體粘固于牙預備體以后粘固劑的厚度 。美國牙醫(yī)協(xié)會（ADA）認為理 想的粘接層厚度為25～40μm，但在臨床應用中很 難達到這一要求。目前， 冠邊緣適合性通常采用Mclean和VanFraunhofer的研究結果：全冠邊緣垂直 間隙的臨床最大可接受范圍是120μm，該觀點被大多數學者們所公認  。對于冠內部適合性，Mou等研 究者認為粘接后，臨床上可以接受的內部適合性范圍在200～300μm之間。為了研究不同制作方法對冠適合性的影響，本實驗將純鈦冠的厚度設置為1mm，標準基牙的向聚合度設置為5°， 肩臺以上隙料厚度設置為40μm，均符合臨床標準 。

3．1適合性檢查方法的選擇

常見的適合性測定方法主要有以下幾種：肉眼觀 察及探針探查法，顯微鏡測量法，印模技術法，片切法和MicroCT法。肉眼觀察及探針探查法用于觀察，無量化指標，受觀察者主觀影響大；片切法對修復體及代型具有破壞性，在臨床上患者無法將修復體戴走；顯微鏡直接測量法及MicroCT法無法在口腔內操作，故目 前，臨床上較為常用的方法是用硅橡膠輕體復制出粘接間隙后，再用重體固定輕體薄膜，待重體完全凝固后再將該復合結構切成片狀，在體式顯微鏡下觀察并測量間隙印模的厚度，該方法是將印模法與切片法聯合應用，不僅操作簡便易行，而且不破壞修復體和代型，測量數據全面（包含邊緣間隙及內部間隙）且較為準 確可靠，可以重復測量。

3．2 制作工藝

實驗結果顯示EBM組、 SLM組制作的純鈦單冠的邊緣適合性優(yōu)于鑄造組，這是因為純鈦在高溫條件下極易氧化，在鑄造過程中容易產生氣孔，影響修復體質量；傳統(tǒng)的模料是蠟料，因其較軟，在制作和包埋中易出現變形及收縮問題，影響修復體的精密度，進而影響修復體邊緣的密合性；在鑄造過程中，包埋材料膨脹系數、金屬冷卻收縮以及操作者技術熟練程度等因素，均使純鈦冠很難達到滿意的適合性。而EBM、SLM作為3D打印重要的一部分，金屬修復體制作的每個步驟均由計算機精確控制，避免了蠟型變形，包埋料的影響。

在實驗中CAD/CAM組純鈦冠的邊緣適合性最好，這是因為數控切削技術與EBM3D打印技術相比，其為冷加工并在計算機控制下提高了修復體的精度，避免了溫度對修復體的影響；與鑄造技術相比，避免了手工制作的隨機性，避免了在蠟型取戴和包埋過程中產生的變形，從而保證了更好的適合性。本研究中EBM與SLM3D打印組、DMG與Ｒ+K切削組的邊緣適合性無統(tǒng)計學差異。

研究結果表明5組純鈦單冠的內部整體適合性無 明顯差異， EBM與SLM3D打印組肩臺中央適合性優(yōu)于DMG、Ｒ+K切削組和鑄造組，可能因為EBM、 SLM為熱加工，加工過程中金屬修復體會有所膨脹；而EBM組與SLM組、DMG組與Ｒ+K組、切削組與鑄造組肩臺中央適合性無統(tǒng)計學差異。EBM與SLM組軸 面中央垂直間隙較DMG、Ｒ+K、鑄造組大，原因在于EBM打印的單冠內表面光滑度較差，需稍拋光才能使其完全就位，使得EBM組軸面中央垂直間隙增大； SLM打印單冠時由于高溫對修復體的影響使其無法就位而設置了補償參數，進而影響了其內部適合性。實驗中EBM與SLM組軸面中央適合性無統(tǒng)計學差異，DMG組軸面中央適合性優(yōu)于Ｒ+K組，可能因為2 種切削系統(tǒng)不同。

對于面中央適合性， EBM組優(yōu)于DMG組，原因在于EBM冠面內表面較DMG組粗 糙，縮短了與基牙面中央的距離；SLM組較EBM、切削、鑄造組差，可能因為補償系數影響其內部適合性； 鑄造組較EBM組及Ｒ+K組 面中央適合性差的原 因是鑄造單冠的制作涉及隙料涂布、蠟型制作、包埋等 多個步驟，存在無法估計的人工誤差及包埋鑄造的膨脹收縮誤差，從而影響鑄造冠的內部適合性。口腔純鈦修復體的加工方法主要有失蠟精密鑄造 技術、 CAD/CAM切削加工、3D打印技術等。

目前，EBM技術在口腔冠修復體方面的研究尚未報道，SLM在口腔純鈦冠修復體方面的研究也未見報道，但在鈷鉻 合金方面的研究較多，如Xu等研究了SLM鈷鉻合金單冠的邊緣適合性，其結果為（102．86±40．54）μm；李國強等  在掃描電鏡下觀察了鈷鉻合金單冠粘接面 各測量點粘接劑的厚度，牙冠頸緣、試件下1/3區(qū)、軸面角處和面中央點間隙分別為（36．51±2．94）μm、 （49．36±3．31）μm、（56．48±3．35）μm和（42．20±3．60）μm；黨 玉琪等 研究了SLM制作鈷鉻合金冠的適合性，其邊緣平均間隙、肩臺中央、軸面中央、面中央平均間隙分別為（46．54±8．4）μm、（112．78±13．80）μm、（108．63±21．68）μm、（203．29±34．61）μm。本實驗中SLM純鈦單冠的邊緣平均間隙、肩臺中央、軸面中央、面中央平均間隙分別為（38．63±6．82）μm、 （73．43±15．09）μm、（108．05±11．72）μm、（210．19±10．93）μm，其邊緣和內部適合性均在臨床可接受的范圍內。

本實驗中邊緣適合性最好的是切削組，這說明CAD/CAM切削技術仍然是加工精度最高的修復體加工工藝，但是其在加工過程中會不可避免的造成材料的巨大浪費，且切割硬質金屬時會使鉆頭磨損嚴重，需要頻繁更換鉆頭，也會增加成本。而EBM、SLM技術雖然加工精度不如切削技術，但其邊緣間隙遠小于臨床可接受的120μm，且比傳統(tǒng)的失蠟鑄造法制作的修復體邊緣適合性更好，完全可以滿足臨床要求。此外，EBM、SLM技術比CAD/CAM切削技術節(jié)約材料，降低成本，比鑄造法的工序簡單，精確度高，故EBM、SLM技術憑借其獨特的優(yōu)勢有希望成為新興的牙科修復體制作新技術

編輯：南極熊

作者：毛菁紅 陳克南 高勃