摘要
近年来,三维打印技术在口腔修复领域得到广泛应用。多材料一体化快速成型为发展趋势,但现有如双色树脂盘切削方案仍存在成本高、效率低等问题。光固化成型因其可快速打印分辨率高、复杂度高的结构的特性成为义齿打印的不二之选,但其单材料打印的局限制约了优势发挥。因此,研发一种可多材料一体化成型,高效、精准的全口义齿光固化打印方法,具有重要意义和临床价值。
研究目的:(1)提出并验证一种基于表面微结构引导的多材料一体化光固化打印流程,实现软硬/色泽材料在牙龈乳头与龈缘线附近的空间选择性沉积;(2)利用可控浸润与钉扎效应,建立“结构—润湿—成形”设计准则,降低加工成本、提升打印效率与成形精度。
将全口义齿的龈乳头腔隙抽象为“由部分圆锥壁与底部平台围成的近三角形腔隙”。在腔口两侧锐边存在钉扎效应的前提下,以浸润液滴为探针:先依据 Gibbs 边缘判据定义几何量化指标,把“最大接触角”的提升映射为液滴轮廓的可观测位移(高度 H(u)、球冠半径 R(u)、或侧向箭高/最凹点位移 s(u) 等,钉扎段内底半径 a 近似恒定)。实验上,通过改变底边的边缘角 u,其余条件(材质、表面处理、成滴与成像条件)保持一致;并对龈乳头三角坑进行姿态扫描(竖直、口向上 45度、完全水平),每一姿态下均采用“浸入—缓慢提出”的准静态流程获得稳定轮廓,侧视量测并换算上述指标,得到“最凹点位移—u”曲线。
打印流程为首先在CAD中设计全口义齿上下颌模型,并在上、下颌合适位置各布置一参照平面,使其尽量贴近大部分龈缘,使平面之上主要包含牙龈乳头及部分龈缘;在该平面之上的基托区域内,根据润湿与积存需求设计仿生表面超结构(用于定向浸润与储液)。将模型导入切片软件,使参照平面与设备水平面严格平行,并设置先打印人工牙部分;完成切片后记录目标横截面对应的层数。打印时先安装装有人工牙树脂的树脂槽开始光固化,运行至预定层暂停,用气枪吹除超结构内残留的牙体树脂,随后更换为装有基托树脂的树脂槽并继续打印直至完成。打印结束后去除支撑,擦拭表面游离树脂,对沟槽/超结构内未充分固化的基托树脂进行补充后固化,再用乙醇冲洗并干燥,获得一体化多材料全口义齿样件。
在固定姿态下,随 u 增大,腔口钉扎使液面曲率受控,所定义的“最凹点位移—u”关系呈近似线性;据此可将“钉扎设计”直接用作龈乳头饱满度的线性调节手段。进一步在三角坑中做姿态扫描时,背面粘附/毛细牵引与重力投影共同约束曲率:在相同的 u 扫描窗口内,线性段范围明显宽于单纯球冠情形;同时,留存体积与最凹点位移随洞口法向与重力夹角 的正弦单调增大,水平放置时达到最满。总体上,钉扎并非“改变液面形态”的单一因素,而是在粘附与重力的共同作用下,赋予液面一种受限而可线性调控的几何响应,由此实现对龈乳头饱满度的可预期、近线性设计。多材料 DLP 打印单副样件用时约 30–50 分钟,并可并行打印多副,整体制作周期显著缩短;后固化与清洗后,界面结合稳定,未见渗色或脱层。
本研究提出“几何—润湿—固化”的一体化成形范式,突破了光固化单材料限制:仅需更换一次树脂槽,即可实现基托与牙体一体化、多材料DLP打印,并在龈缘处获得清晰分界的全口义齿。通过引入“拓扑润湿态”概念,对第一材料界面进行几何—拓扑设计并利用三相线钉扎与毛细作用,显著调控表观接触角与弯液面形态,进而对腔隙内的界面曲率和过渡形貌实现可编程控制,保证第二材料与底侧面的连贯性与成形精度。该方法无需对打印设备做复杂改装,工艺易于规模化推广;与传统切削及其他3D打印流程相比,可将制作时间缩短至30–50 分钟,且可并行打印多副,显著提升效率并支撑即刻佩戴的全口义齿临床应用。
