牙齒模型的案例
牙齒正畸改善突面畸形的數(shù)值仿真
本案例三維重建了人臉及牙齒三維數(shù)值模型，牙齒模型中包含了牙冠、牙根、牙周膜、牙槽骨，數(shù)值仿真計算得到了牙齒移動過程中人臉臉型的變化情況，如下圖所示：
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4D打印形狀記憶牙齒矯正器來了，1副4D牙套=10副3D牙套
圖 1：定制的錯字牙 (T) 第21顆為錯位牙、4D 打印的矯正器 (A) 和灰色夾板 (S)用于調(diào)整矯正器
研究材料、方法和結(jié)果
首先，研究人員使用樹脂和丙烯酸牙齒制作了一個定制的牙齒模型。左上中切牙（第 21 顆牙齒）為錯位牙，總錯位為 3 mm，并通過嵌入模型中的粉色蠟中可以實現(xiàn)活動，而其他牙齒則由樹脂固定（圖 1）。
然后，研究小組利用一臺標準的Asiga Max 3D打印機和ClearX樹脂，這種樹脂號稱是 "變型矯正器 "的理想材料，制造了六副4D打印矯正器。
這些矯正器被應用于帶有錯位牙齒的模型上，并浸泡在熱水中。在這個過程中，錯位牙齒周圍的蠟變軟了，允許它被矯正器塑形，之后被冷卻以捕捉數(shù)據(jù)結(jié)果。（具體的流程更加復雜，感興趣請閱讀論文原文。）
結(jié)果表明，形狀記憶矯正器成功地實現(xiàn)了牙齒 21 的顯著移動，并且在正畸測量和模擬系統(tǒng) （ OMSS ）中也測量了一致的移動。但沒有達到3.00mm的移動對齊目標，僅實現(xiàn)了 2.06-2.82 毫米。盡管如此，結(jié)果還是令人滿意的，一個形狀記憶矯正器實現(xiàn)的錯牙移動量幾乎等于 10 個傳統(tǒng)矯正器可以實現(xiàn)的移動量。
目前，4D打印矯正器還處于科研階段，尚未進行臨床試驗，期待早日被商業(yè)化應用。
△用于評估該團隊4D矯正器療效的正畸測量和模擬系統(tǒng)（OMSS）
商業(yè)化的牙科3D打印正在爆發(fā)
在過去的幾個月里，3D打印在牙科行業(yè)的日益普及，促使一大批制造商推出新的材料和機器，每一種都是為了高產(chǎn)量的矯正器生產(chǎn)，因為他們都希望在這個高利潤的市場中開辟出一片天地。
本月，3D打印機制造商Desktop Metal的醫(yī)療業(yè)務部門Desktop Health發(fā)布了新的‘Einstein’ 系列牙科系統(tǒng)。
展開 東華大學朱美芳院士、張耀鵬教授 Adv. Sci.：3D打印仿生高強度、多尺度、高精度的生物活性牙冠
目前3D打印牙齒從最初的簡單材料打印牙齒模型的階段，到性能優(yōu)化打印階段，到進一步混合活性細胞、抗菌材料、生長因子等功能打印階段，其打印精度和效果在不斷地提高，但也并未復刻天然牙齒的各項性能，離臨床應用還有較遠的距離。
圖1. 多尺度、高精度牙冠的3D打印
東華大學纖維材料改性國家重點實驗室朱美芳院士、張耀鵬教授受到天然牙齒中牙釉質(zhì)多階段生長的啟發(fā)，基于單分散的“超重力+”HAp基齒科修復樹脂材料，采用擠出成型3D打印技術，開發(fā)了一種自下而上的逐步組裝策略，利用剪切誘導構(gòu)建了多尺度高度有序HAp結(jié)構(gòu)的高精度仿生牙冠（圖1），實現(xiàn)了天然牙的成分（HAp）、結(jié)構(gòu)（緊密有序）以及性能（力學及再礦化）仿生。相關成果以題為3D Printed Strong Dental Crown with Multi-Scale Ordered Architecture, High-Precision, and Bioactivity發(fā)表在Advanced Science上，博士生趙夢露為第一作者，北京化工大學博士生楊丹蕾、范蘇娜博士、姚響副教授和北京化工大學王潔欣教授為共同作者，張耀鵬教授和朱美芳院士為共同通訊作者。部分實驗完成于上海光源BL19U2線站，北京化工大學合作制備“超重力+”羥基磷灰石。
圖2. 基于高度有序HAp基復合樹脂牙冠的3D打印流程示意圖
圖3. 3D打印牙冠的個性化修復
本工作制備了單分散的“超重力+”HAp基齒科修復樹脂材料，使HAp納米棒均勻且穩(wěn)定地分散在樹脂基體中。
展開 齒科3D打印百花齊放，已成數(shù)字化口腔工藝重要環(huán)節(jié)
南極熊導讀：口腔是一個數(shù)千億近萬億元的大市場，3D打印技術憑借個性化快速生產(chǎn)的能力，滿足患者個人每顆不同牙齒/牙冠/牙橋等方面的定制需求，已經(jīng)顯示出強大的應用潛力。一批3D打印廠商紛紛瞄準這個領域，推出相應的設備、材料解決方案，滿足口腔醫(yī)院診所醫(yī)生的需求。
2021年6月10日，南極熊參觀了2021北京國際口腔展，發(fā)現(xiàn)了近30款齒科3D打印機。多數(shù)為DLP/LCD光固化3D打印機（生產(chǎn)牙齒模型甚至直接生產(chǎn)透明牙套），也有SLM 金屬3D打印機（生產(chǎn)牙齒金屬內(nèi)冠、牙橋等）。齒科行業(yè)，應該算得上3D打印技術最民用的領域之一，在齒科工藝流程中成為重要一環(huán)。
△牙齒橋冠工作流程，需要用到3D打印
△數(shù)字化牙齒種植中，需要用到3D打印
齒科光固化3D打印
在不少口腔領域大廠的展位上，南極熊看到了各式各樣的光固化3D打印機，一般價格都在8萬左右一臺，低的也有1.5萬；國外進口的貴點，20多萬一臺。國產(chǎn)光固化齒科3D打印機遠遠多于國外產(chǎn)品。另外，其中不少機器都是貼牌，口腔行業(yè)大公司把3D打印機廠商生產(chǎn)的設備，貼上自己的牌子。
△中國齒科三維數(shù)字化領先廠商先臨三維，好幾年前已經(jīng)布局了齒科3D掃描儀產(chǎn)品，并且取得相當?shù)氖袌稣加新省?/span>
展開 
以光固化3D打印之名解決你的牙齒問題
3D打印 VS 傳統(tǒng)（鑄造）方式
每個人的牙齒狀況都不盡相同，所遇到的牙齒問題更是形色各異，因此，傳統(tǒng)的醫(yī)療手段很難針對每一位患者進行量身定制的治療。而3D打印與生俱來的個性化、小批量優(yōu)勢則恰恰解決了這一問題，并且能為患者帶來了遠超傳統(tǒng)的治療效果和體驗。
就比如3D打印技術應用于時下流行的隱形矯正牙齒中，正畸醫(yī)生可以利用根據(jù)每個人的實際牙況設計定制化的矯正軌跡和方案，并用3D打印機打印出不同階段的牙齒模型制成隱形牙套，以此幫助患者將牙齒逐步矯正到理想位置。通過3D打印的私人定制服務，不僅提升了患者佩戴的舒適度，也能縮短治療周期，保證最佳的治療效果！
成本低廉，質(zhì)量更優(yōu)！
展開 東華大學朱美芳院士、張耀鵬教授：3D打印高強度低收縮齒科雜化修復材料
如果粘接面無法承受這個應力產(chǎn)生的形變，將會導致修復體與牙齒組織間形成邊緣裂縫，形成牙菌斑腐蝕牙體和修復材料使修復失敗。因此，如何減少聚合性收縮又能提高強度，一直是牙科材料中迫切解決的問題。
3D打印又稱增材制造技術，與傳統(tǒng)的加工過程（例如鑄造，沖壓和機加工）不同，可以根據(jù)預設的數(shù)字程序?qū)⒉牧贤ㄟ^逐層添加生成3D對象。
流動型齒科修復樹脂可通過光固化3D打印技術實現(xiàn)超精準、有效地打印牙齒模型，但由于其打印方式對材料的局限性，此類材料粘度較低，因此其力學強度達不到對修復樹脂彎曲強度 80 MPa的最低要求。
而高粘度半流動狀態(tài)的光敏復合樹脂可通過直接墨水書寫技術進行3D打印，但由于其成型與固化方式，其打印針頭的直徑會直接影響其打印精度，因此其打印精度有待進一步提高。
東華大學
纖維材料改性國家重點實驗室
朱美芳院士、張耀鵬教授
以高粘度的雙酚a甘油二甲基丙烯酸酯和多尺度硅基無機粒子的混合漿料為原料，通過直接墨水書寫3D打印技術，對硅基雜化樹脂復合材料的3D打印條件以及固化方式進行調(diào)控，制備了
聚合收縮率低
、
力學性能優(yōu)異
、
生物相容性好
及
精度高
的齒科修復材料，如圖1所示
。相關成果以題為3D-Printed Strong HybridMaterials with Low Shrinkage for Dental Restoration發(fā)表在CompositeScience and Technology上，博士生趙夢露為第一作者，碩士生耿亞楠、范蘇娜博士和姚響副教授為共同作者，張耀鵬教授和朱美芳教授為共同通訊作者。
展開 專訪國產(chǎn)DLP光固化黑馬：3D打印導板成本只有幾十元，卻能撬動上萬元齒科業(yè)務
南極熊導讀：口腔是一個數(shù)千億近萬億元的大市場，3D打印技術憑借個性化快速生產(chǎn)的能力，滿足患者個人每顆不同牙齒/牙冠/牙橋等方面的定制需求，已經(jīng)顯示出強大的應用潛力。最近南極熊參觀了2021北京國際口腔展，發(fā)現(xiàn)了近30款齒科3D打印機。多數(shù)為DLP/LCD光固化3D打印機（生產(chǎn)牙齒模型甚至直接生產(chǎn)透明牙套），也有SLM 金屬3D打印機（生產(chǎn)牙齒金屬內(nèi)冠、牙橋等）。齒科行業(yè)，應該算得上3D打印技術最民用的領域之一，在齒科工藝流程中成為重要一環(huán)。
△視頻：2021北京國際口腔展上， 南極熊專訪國內(nèi)DLP 光固化3D打印機黑馬初創(chuàng)企業(yè)蘇州錸賽Rayshape 創(chuàng)始人 劉震
在展會上，南極熊看到了蘇州錸賽Rayshape的齒科3D打印方案，并且采訪了其創(chuàng)始人劉震。Rayshape是國內(nèi)DLP 光固化3D打印領域的黑馬，得到國內(nèi)一批知名口腔診所的青睞。
南極熊：錸賽是DLP 3D打印機里最近兩年新崛起來的黑馬，為什么發(fā)展這么猛？
Rayshape劉震：現(xiàn)在錸賽Rayshape的主要產(chǎn)品是DLP設備，一個主要的切入點就是齒科，而且我們齒科非常精準地定位在門診的應用，通過總體的解決方案，真的讓門診客戶能夠用起來，大概介紹以下這幾個案例。
第一個就是種植，包括導板和臨時牙。其中導板是目前做齒科種植里面所必須用到的一個工具。以前如果沒有導板，就要靠資深醫(yī)生的自由手去操作，對于醫(yī)生的經(jīng)驗要求要特別高，因為在種牙的時候，位置、深度、角度都特別的重要，任何小小的偏差就有可能導致手術失敗。
展開 牙齒牙模壓膜過程仿真
牙模壓膜是用于牙齒矯治器生產(chǎn)的重要組成部分。它是制作牙齒矯治器的模具，通過準確復制患者牙齒的形狀和位置，為制作個性化矯治器提供精確的參考。
本案例對牙齒牙模模型進行壓膜荷載工況下的力學分析，并通過自動壓膜算法生成矯治器模型。仿真結(jié)果如圖所示：
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上頜第一磨牙的三維有限元模型的建立
建立上頜第一磨牙的三維有限元模型 ,為分析上頜第一磨牙的生物力學性質(zhì)提供一個數(shù)字模型。方法 :采正常的頭顱骨 ,通過螺旋CT掃描的方法得到上頜第一磨牙的 2 6副斷層圖像 ,將這些圖像描繪在坐標紙上得到 2 6副牙齒平面圖 ,將這些牙齒平面圖在PentiumⅡ 35 0的計算機上用Super SAP93的程序進行處理得到上頜第一磨牙的三維有限元模型。結(jié)果 :建立的有限元模型包括牙齒、牙槽骨、牙周膜在內(nèi) ,共 4983個節(jié)點 ,42 81個單元。結(jié)論 :該模型所包含的數(shù)據(jù)量大 ,可以滿足對該牙在正畸作用下的各種力學分析。
上頜第一磨牙的三維有限元模型的建立.pdf
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