[摘要]快速成型技术是一种由计算机辅助设计三维模型，快速制作工件实体模型的原型制造技术。该技术无需任何传统工模具或机械加工，以快速灵活以及高度柔韧性、高度集成化等优点应用于工业制造领域。其目前已广泛应用于口腔医学，从以前制作模型，转变为制作可直接应用的生理性功能组件。特别是在口腔修复中的应用已经成为一个热点，通过各种快速成型方法和手段可以直接成型所需的各种修复体，开辟了口腔修复的一个崭新的数字化制作领域。本文主要介绍快速成型技术在口腔修复体、口腔颌面部赝复体、功能梯度材料等方面的设计和制作，并对其进行总结和展望。
[关键词]快速成型技术；口腔修复；模型；赝复体
[中图分类号]R 78[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.03.029
Application of rapid prototyping technology in prosthodonticsQian Chao, Sun Jian.（Dept. of Prosthodon－tics, The Ninth People’s Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200011, China; Shanghai Key Laboratory of Stomatology, Shanghai 200011, China）
[Abstract]Rapid prototyping technology is a technology which designs three-dimensional models by the computer aided and rapidly manufactures production parts. As its advantages of the work without any additional tooling or machining, fast, flexible and highly integrated, the technology has been used in industrial manufacturing. Now it has taken a wide application in dentistry, from the previous model production, to being applied directly into the physiological functions of components. Especially the application in prosthodontics has become a hot spot. Different kinds of dental restorations can be fabricated by a variety of rapid prototyping methods and tools directly, which is opening up a new digital production field in prosthodontics. The paper describes the summary and prospect of rapid prototyping technology using in design and production aspects of the dental prosthesis, oral and maxillofacial prosthesis and functional gradient materials.
[Key words]rapid prototyping technology；prosthodontics；model；prosthesis
快速成型技术是20世纪80年代发展起来的一种原型制造技术，它能根据计算机辅助设计（computer aided design，CAD）设计工件的三维模型，并快速制作其实体模型，而无需任何附加的传统工模具或机械加工。快速成型技术具有快速、灵活以及适合任何形状、高度柔韧性、高度集成化等优点而广泛应用于工业制造领域。快速成型技术彻底摆脱了传统的去除成型法（去除大于工件毛坯上的材料而得到工件），而采用全新的添加成型法（用一层层的毛坯薄片逐步叠加成工件），将复杂的三维加工分解成简单的二维加工组合，因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，就能直接制造出产品样品或模具。快速成型技术包括通过扫描获取患者有关器官的影像信息、数据处理与建模、前处理、分层叠加自由成型和后处理等几个主要步骤[1]。
1990年，快速成型技术开始应用于医学领域，在医学界被用来制作诊断模型和进行手术模拟。近年来，快速成型技术在成型材料和成型工艺上发展很快，制作完成的器件不仅是供参考和研究的模型，更可以是直接应用的功能组件，以恢复患者正常的生理功能。因此，目前快速成型技术在口腔修复中的应用研究成为了一个热点，越来越多的学者将这种技术应用到金属冠、全瓷冠、可摘局部义齿、全口义齿以及口腔颌面部赝复体等的设计和制作方面。本文就这几方面进行总结和展望。
1快速成型技术在口腔修复体制作中的应用
1.1蜡型的快速成型制作
活动和固定修复体都需要进行蜡型的制作。目前，快速成型技术已经被引入制作可摘义齿支架的树脂模型。吴琳等[2]应用CAD和激光固化快速成型技术制作出了活动义齿支架的树脂模型。Williams等[3]运用激光固化快速成型技术制作树脂模型后再进行铸造，最终形成金属基托铸件。其研究论证了快速成型技术制作活动义齿支架的可行性。
树脂气化不均匀，铸造时会导致结构缺陷。目前，已有学者开始研究蜡型的快速成型制作。Wu等[4]用三维打印快速成型法进行蜡型的快速成型，进而铸造完成钛金属冠的制作。研究结果表明：快速成型技术制作的金属冠有良好的功能外形和光滑的表面，可用于临床修复。Azari等[5]利用快速成型技术制作出了固定修复体的蜡型，缩短了制作时间，增加了制作的精确度。
快速成型技术应用于口腔修复体蜡型制作至今，相关的文献报道较少，还有待进一步的研究。如今，在临床上已经出现了专门利用快速成型设备制作固定修复体蜡型的技工室。但是在成型工艺上，例如控制温度、成型速度等，还有待进一步的改进。同时，对于专用蜡的性能和成型特性的深入探索以及相应的临床评价将是今后研究的趋势。
1.2口腔金属修复体的直接快速成型
目前，有学者采用快速成型技术与激光烧结相结合，直接对各种金属粉末进行成型和烧结，制作出了口腔金属修复体。
Williams等[6]利用激光烧结快速成型技术对金属粉末直接进行成型，成功制作了局部可摘义齿的金属基托。表明快速成型技术用于制作局部可摘义齿拥有巨大的潜力。吴江等[7]在激光快速成型系统上，对钛粉直接成型烧结，制造了全口义齿钛基托。成型后的全口义齿钛基托外形良好，为该技术在口腔修复领域的应用提供了依据。激光烧结快速成型技术基本满足了口腔临床对金属修复体快速、高效、精确加工的要求，但是仍需要在成型精度上进一步的改进。
胡江等[8]应用激光快速成型技术制作镍铬合金基底冠，检测面边缘、轴面中点和肩台边缘处与冠内表面的间隙值分别为（82.60±13.58）μm、（45.80±16.12）μm和（57.90±9.04）μm，均小于临床标准120μm。韩彦峰等[9]运用快速成型系统加工了10个纯钛基底冠，并进行边缘适合性检测和精度评估，结果显示：基底冠各点间隙均显著小于120μm的临床可接受标准，达到了制作的要求。
应用激光快速成型技术制作口腔修复体是可行的，这种技术可以直接烧结金属，简化了修复体制作过程中的模型转移。但同时出现的问题是：制作成本较高和金属粉末的选择范围有限。现阶段研究的方向是成型精度的改进和成型材料的研究。
1.3陶瓷修复体的快速成型
随着计算机辅助设计和计算机辅助制造（computer aided design and computer aided manu -facturing，CAD/CAM）系统的引入，数控切削制作陶瓷修复体已经广泛用于口腔修复中。CAD/CAM系统在一定程度上克服了传统方法的缺点，但由于其采用数控切削的加工方式，修复体制作种类受限且浪费材料，制作成本较高。而以叠加方法为原理的快速成型技术，将三维CAD模型转换为简单的二维轮廓信息，其材料利用率高、成本低，不受工件的复杂程度影响。目前，其已在工业上被用来制作各种陶瓷试件。Lewis等[10]运用微滴喷射成型法对氧化锆陶瓷粉快速成型，制作出了陶瓷工件，并对其结构和性能进行了初步的研究。Yin等[11]采用快速成型方法完成陶瓷试件的成型，然后烧结出成品，并对其微观结构和强度进行测试，得到了满意的研究结果。
现在已有学者将此方法应用于口腔陶瓷修复体的制作。Ebert等[12]在微滴喷射成型技术的帮助下制作出了全瓷冠的样品，其强度和抗压强度都能满足临床修复的要求，显示出了巨大的潜力。Su等[13]对快速成型技术制作的陶瓷工件进行强度、微观结构等的检测，并直接烧结氧化铝瓷粉制作出了全瓷冠。Wang等[14]应用微滴喷射法制作了陶瓷修复体的模型，最后将其模型烧结成型，最终修复体的外观、强度和微观结构均符合临床的要求。
陶瓷修复体的快速成型主要涉及到氧化锆陶瓷悬浮液的配置（包括分散剂的应用，固相比例的控制等）和成型工艺的控制，这些方面还需要进一步的研究。
1.4口腔修复体模腔的直接成型
快速成型技术在工业上也被用来制作工件模腔，然后充填金属等材料，完成所需的成品制作。目前，这项技术也被应用于医学界。Curodeau等[15]运用三维打印快速成型法制作出陶瓷模型，并铸造出了骨科关节的金属假体，然后对其强度和微观结构进行检测，取得了满意的结果。Sun等[16]应用CAD/快速成型的方法制作出全口义齿石膏阴模，并充填人工牙、压铸基托树脂，制作出了全口义齿。Ciocca等[17]在计算机的辅助下，设计并运用三维打印快速成型法制作了耳赝复体模型的模腔，最终注入硅橡胶完成耳赝复体的制作，为颜面赝复体模腔的自动化加工提供了新的思路和方法。
2快速成型技术在颌面赝复体制作中的应用
2.1颜面赝复体的制作
目前，国内外应用快速成型技术制作赝复体的方法有熔融挤压法、激光固化快速成型、激光烧结法等。熊耀阳等[18]应用熔融挤压法进行鼻赝复体的制作，经临床检验符合修复学标准。周冰等[19]进行选区激光烧结，制作出了鼻赝复体的蜡型。蜡型达到了临床应用的制作要求，翻制成最终的硅橡胶赝复体，获得了满意的临床效果。李风兰等[20]利用选取激光烧结法制作了耳赝复体，表明了选区性激光烧结技术可以用于制备复杂形态的耳赝复体蜡模型，为该技术在颌面赝复体制作中的应用提供了依据。Al Mardini等[21]通过CAD技术，利用激光固化快速成型的方法将流动蜡直接成型为耳赝复体模型。潘景光等[22]运用快速成型技术制作缺损区表面形态的蜡型，最终完成硅橡胶眶赝复体的制作。Feng等[23]运用激光烧结法制作颌面部修复体的蜡型，再使用浸蜡法进行细微结构的美化，最终完成了赝复体的制作。
2.2阻塞器的制作
佟岱等[24]将12例上颌骨缺损患者头部CT数据经CAD软件处理后，得到了缺损部位三维影像的数据，利用快速成型技术获得了缺损部位的树脂模型。根据树脂模型制作阻塞器，利用缺损部位的组织倒凹固位，然后将阻塞器和可摘义齿用磁件附着体连接。结果显示：阻塞器和可摘局部义齿可分段戴入患者的口内，两者固位、稳定等临床效果均较好，这就说明利用快速成型技术制取上颌骨缺损部位的模型是一种可行的方法。
3功能梯度材料的快速成型
功能梯度材料现已在口腔领域内被应用于种植体和桩的成型制备等。快速成型技术的介入，通过多个喷头定量、定点喷射多种材料，可精确装配成可控组分分布的材料和功能梯度材料。
Pei等[25]运用微滴喷射成型技术制备了Sicp/ Ti6Al4V功能梯度材料层，并对其微观结构进行了观察。Liu等[26]提出了用快速成型技术制作功能梯度种植体的方法。越来越多的研究已经涉及其在口腔修复中应用的新领域。Kieback等[27]运用数字微滴喷射成型技术制作了SiC-TiC功能梯度工件，为快速成型技术在功能梯度方面的应用提供了依据。功能梯度材料的快速成型还处于起步阶段，材料和工艺方面还有很大的发展空间。
4展望
快速成型技术从提出到现在已经经过了20多年，其范围也从最早的机械制造领域逐渐延伸到医学领域，极大地推动了医学的发展。不同的快速成型技术制作的功能性修复体，大幅度提高了制作的精度、节省了时间，被越来越多的医生认可和采用。快速成型技术在口腔修复中的应用有着广阔、美好的前景；但是，其在材料的选择、技术的选用、成型工艺的成熟度等方面还处于起步阶段，需要研究者进一步的深入思考和探索。
5参考文献
[1]张富强,王运赣.快速成形在生物医学工程中的应用[M].北京：人民军医出版社, 2009：2-6.
[2]吴琳,吕培军,王勇,等.可摘局部义齿支架铸型的计算机辅助设计与制作[J].中华口腔医学杂志, 2006, 41（7）：432-435.
[3]Williams RJ, Bibb R, Rafik T. A technique for fabricating patterns for removable partial denture frameworks using digitized casts and electronic surveying[J]. J Prosthet Dent, 2004, 91（1）：85-88.
[4]Wu M, Tinschert J, Augthun M, et al. Application of laser measuring, numerical simulation and rapid prototyping to titanium dental castings[J]. Dent Mater, 2001, 17（2）：102-108.
[5]Azari A, Nikzad S. The evolution of rapid prototyping in dentistry：A review[J]. Rap Proto J, 2009, 15（3）：216-225.
[6]Williams RJ, Bibb R, Eggbeer D, et al. Use of CAD/ CAM technology to fabricate a removable partial denture framework[J]. J Prosthet Dent, 2006, 96（2）：96-99.
[7]吴江,高勃,谭华,等.激光快速成形技术制造全口义齿钛基托[J].中国激光, 2006, 33（8）：1139-1142.
[8]胡江,高勃,韩彦峰.激光快速成形技术制作镍铬合金基底冠的实验研究[J].中华口腔医学杂志, 2008, 43（2）：107-110.
[9]韩彦峰,高勃,胡江,等.激光快速成形技术制作纯钛基底冠[J].中国激光, 2007, 34（6）：876-880.
[10]Lewis JA, Smay JE, Stuecker J, et al. Direct ink writing of three-dimensional ceramic structures[J]. J Am Ceram Soc, 2006, 89（12）：3599-3609.
[11]Yin L, Peng HX, Yang L, et al. Fabrication of three-dimensional inter-connective porous ceramics via ceramic green machining and bonding[J]. J Eur Ceram Soc, 2008, 28（3）：531-537
[12]Ebert J, Ozkol E, Zeichner A, et al. Direct inkjet printing of dental prostheses made of zirconia[J]. J Dent Res, 2009, 88（7）：673-676.
[13]Su B, Dhara S, Wang L. Green ceramic machining：A top-down approach for the rapid fabrication of complexshaped ceramics[J]. J Eur Ceram Soc, 2008, 28（11）：2109-2115.
[14]Wang JW, Shaw LL. Solid freeform fabrication of permanent dental restorations via slurry micro-extrusion[J]. J Am Ceram Soc, 2006, 89（1）：346-349.
[15]Curodeau A, Sachs E, Caldarise S. Design and fabrication of cast orthopedic implants with freeform surface textures from 3-D printed ceramic shell[J]. J Biomed Mater Res, 2000, 53（5）：525-535.
[16]Sun Y, LüP, Wang Y. Study on CAD&RP for removable complete denture[J]. Comput Methods Programs Biomed, 2009, 93（3）：266-272.
[17]Ciocca L, Mingucci R, Gassino G, et al. CAD/CAM ear model and virtual construction of the mold[J]. J Prosthet Dent, 2007, 98（5）：339-343.
[18]熊耀阳,陈晓波,焦婷,等.快速成型技术在鼻赝复体制作过程中的应用[J].上海交通大学学报：医学版, 2008, 28（4）：417-419, 430.
[19]周冰,赵铱民,吴国锋,等.选区激光烧结成型技术在鼻赝复体制作中的应用[J].中国激光, 2008, 35（10）：1644-1648.
[20]李风兰,赵铱民.选择性激光烧结法烧结复合蜡粉制作耳赝复体[J].中国激光, 2009, 36（10）：2712-2716.
[21]Al Mardini M, Ercoli C, Graser GN. A technique to produce a mirror-image wax pattern of an ear using rapid prototyping technology[J]. J Prosthet Dent, 2005, 94（2）：195-198.
[22]潘景光,赵铱民,苏方.单侧眶缺损的三维仿真设计与快速制作[J].中国组织工程研究与临床康复, 2009, 13（43）：8496-8498.
[23]Feng Z, Dong Y, Zhao Y, et al. Computer-assisted technique for the design and manufacture of realistic facial prostheses[J]. Br J Oral Maxillofac Surg, 2010, 48（2）：105-109.
[24]佟岱,冯海兰,李彦生,等.计算机辅助设计与快速成形技术制作上颌骨缺损模型的临床应用初探[J].中华口腔医学杂志, 2007, 42（6）：333-336.
[25]Pei YT, Ocelik V, De Hosson JM. SiCP/Ti6Al4V functionally graded materials produced by laser melt injection[J]. Acta Mater, 2002, 50（8）：2035-2051.
[26]Liu QB, Leu MC, Schmitt SM. Rapid prototyping in dentistry：Technology and application[J]. Int J Adv Manuf Technol, 2006, 29（3）：317-335.
[27]Kieback B, Neubrand A, Riedel H. Processing techniques for functionally graded materials[J]. Mater Sci Eng, 2003, 362（1）：81-105.