CU Anschutz牙科研究人员塑造3D打印的未来

牙科3D打印的现状如何?

杰弗里·斯坦斯伯里博士3D打印技术在牙科行业正迅速发展。虽然它仍然是正在发生的一小部分，但它正在迅速建立，预计在不久的将来，它将取代数字衍生牙科设备制造的简化铣削方法。

目前，材料是最大的障碍，这意味着大部分打印出来的都是牙齿模型，比如病人牙齿的复制品。因此，虽然我们非常需要实现适用于长期临床功能的更高性能的3D打印聚合物，但我们正在尝试跨越标准的3D打印技术，并通过多材料喷墨打印生产功能齐全、坚固耐用的牙科设备。

凯尔·索伦森，25年DDS:在牙科(目前有3D打印)，我们可以做治疗计划，你也可以得到口腔的记录。然而，这些研究模型或模具并不用于直接的牙科应用-它只是病人口腔的快照。

您可以将这些铸件和模具用于各种应用，例如设计手术指南或创建防止磨牙的保护。但我们的项目正在推进的一件很酷的事情是创造口腔内设备的潜力，例如:假牙、桥或植入物，可以供患者日常使用。

牙科应用3D打印的好处是什么?

斯坦伯它在交货成本、交货速度、材料使用效率等方面都有很大的好处。

这是3D打印非常高分辨率的能力，患者特定的设计，这是非常适合3D打印的工作。大规模定制是3D打印所能完成的任务。这将是永久性的假牙——或可拆卸的或部分的——以及牙冠和桥。这些材料和3D打印这些材料的能力非常高的分辨率。

什么是3D喷墨打印?

斯坦:它就像一个喷墨彩色纸打印机，在那里你可以得到任何颜色的混合。我们所追求的是能够精确地喷射多种材料的液滴，以获得最终统一的聚合物，并对材料特性和美学外观进行局部控制，例如，复制牙龈和牙齿之间的差异。

这与牙科目前使用的传统3D打印不同——基于容器的打印——基本上是一层一层地创建一个对象，因为它被从容器中提出来。我们正在推出新材料，远远超过目前基于桶的打印，甚至更显著地推进可喷射材料。

你能解释一下这些新材料背后的科学原理，以及它们与现有3d打印材料的不同之处吗?

索伦森:现有的广泛应用于牙科的聚合物材料通常结合了化学结合的网络结构以及增加强度和韧性的二次相互作用。一个很好的例子是二甲基丙烯酸聚氨酯(UDMA)，其中甲基丙烯酸酯基团反应生成基本聚合物网络，聚氨酯基团的自缔合有助于整体性能。然而，UDMA并不适用于3D喷墨打印，因为聚氨酯基团之间的关联在聚合状态下是正的，在预固化状态下，必须发生控制良好的小液滴喷射，从而提高了墨水粘度。

一个简单的假牙按钮被打印出来，作为牙科医学院开发的新材料的原理证明。

我们的新cu专利材料是单氨基甲酸二甲基丙烯酸酯(MUDMAs)，在聚合前提供比UDMA低得多的粘度，但在最终聚合物中呈现相同的机械性能。然后，我们将我们的mudma与第二种单体相结合，该单体优先与聚氨酯基团相互作用，将油墨粘度降至可喷射范围，同时还增强了最终聚合物中的增强效果，以实现似乎非常适合牙科临床挑战的机械性能。

另一个有趣的结果是，我们的新材料比目前喷墨平台上的材料更耐温，所以当暴露在热的食物或液体中时，它不会变形。因此，除了能够更经得起正常的饮食活动之外，这些都是非常坚固和灵活的材料，可以使用多材料喷墨打印准确地构建。

未来如何确定这些设备的尺寸和适合度?

斯坦伯对于所需设备的必要数字设计，有两种方法可以采用。一种是你可以用成像工具做口腔内扫描。这不是一根魔杖，但你小心地在病人嘴里移动它就能捕捉到软硬组织的三维数字地图。

现在并没有很多团体在做这件事，但这对牙科来说是另一个未来的吸引力。现在所做的通常是做一个标准的牙齿印模然后做一个口腔模型然后你可以对这个模型进行数字扫描。

它增加了一个额外的步骤。这会增加时间。在这条道路上的每一步，都有某种程度的不确定性。所以当你复制一份又一份的时候你的精度会越来越低。但这就是你如何获得三维数字图像，允许本地或远程构建3D打印设备。

牙医擅长从积极和消极的角度思考——制作一个消极的模型，然后我可以填充它，它就变成了积极的。这总是增加了我对牙医工作的欣赏程度——能够从多维角度思考，甚至只是能够对着镜子工作，在正确的地方做正确的事情。

你对这个话题的下一步研究有什么打算?

索伦森:我认为下一步将是测试这些材料的生物相容性，并确保它们可以安全用于临床应用。然后还开发了更广泛的材料，不仅具有强大的机械性能，而且具有高度柔性，刚度较低。

你可能想要在口香糖表面更柔软更有弹性的材料。下一步将是为这些应用识别和开发材料。有趣的是，使用喷墨3D打印机，你实际上可以混合不同的材料，这些材料在性质上有更大的差异，以获得中间性质。

所以你可能会把一些非常坚硬的东西和一些更灵活的东西混合在一起。这是可以实现的，因为3D喷墨打印机提供的液滴大小为皮升。因此，你可以创造具有分级功能特性的材料，其行为更类似于生物组织。

斯坦伯是的，我看到的是在美学和机械方面以及各种不同的工程方面进行混合的能力。所以我们可以在一个方向上做出刚性的东西，在另一个方向上做出柔性的东西，这在目前的任何材料制造模式中都是不可能的。

这只是打开了许多门，设计工程，材料科学和3D打印处理都可以结合在一起，并为患者提供一些具有成本效益，快速开发并提供最佳材料和性能的设备。如果我们能做到这一点，那么我们就解决了很多问题。这很令人兴奋。