德州大學達拉斯分校的研究人員開發出一項技術，可能讓牙醫在一天內就製作出永久性的 3D 列印氧化鋯修復體。氧化鋯因其強度和耐用性，被認為是永久性牙科修復的黃金標準材料。
在國家科學基金會（NSF）的支持下，研究人員正致力於將這項技術商業化，用於製作牙冠、牙橋、貼片和其他牙科修復體。
「我們很高興能推進椅旁 3D 列印全陶瓷氧化鋯永久性牙科修復體的商業化，」機械工程學教授 Majid Minary 博士表示。「由於牙冠可以為每位患者在同一天內客製化列印，這種方法提供了更高的個人化、更快的治療速度，以及在單次就診中獲得永久性修復體的便利性。」
為何氧化鋯牙冠難以快速 3D 列印
牙冠是覆蓋在受損或蛀牙牙齒上的保護帽。牙冠也可用於支撐用來取代缺牙的牙橋。
3D 列印牙科修復體已成為越來越具吸引力的選擇，因為它們可以更精確地客製化，並與患者的牙齒顏色相匹配。製造過程也可能更有效率，有潛力降低成本和材料浪費。然而，目前可用的當日 3D 列印牙冠通常由陶瓷樹脂製成，其強度不如氧化鋯。
一些牙科診所已提供當日氧化鋯牙冠，但它們通常是透過研磨而非 3D 列印生產。研磨需要從實心氧化鋯塊中雕刻修復體。這種方法可能會限制設計的複雜性，並帶有研磨或燒結過程中產生微裂紋的風險。
德州大學達拉斯分校的研究人員及其合作者現已解決了透過 3D 列印生產氧化鋯修復體的最大障礙之一。他們的方法顯著縮短了修復體從印表機出來後的後製處理時間。
研究人員在《陶瓷國際》（Ceramics International）期刊上描述了這項技術。在商業化之前，該方法仍需要臨床驗證和監管批准。
將 20 至 100 小時的製程縮短至數分鐘
一旦氧化鋯牙冠透過 3D 列印完成，它必須經過兩個重要階段：脫脂和燒結。
在脫脂過程中，牙冠會被緩慢加熱，以去除列印過程中將氧化鋯顆粒結合在一起的樹脂。傳統上，這個步驟可能需要 20 到 100 小時。在樹脂被清除後，牙冠會被燒結。這個高溫烘烤過程有點像在窯爐中烘烤黏土，使氧化鋯顆粒熔合在一起，形成緻密、硬化的材料。
「脫脂一直是製程中的瓶頸，」該文章的通訊作者 Minary 表示。「它必須非常緩慢地進行。如果你加速它，燃燒的聚合物會變成氣體，如果氣體無法逸出，牙冠可能會破裂或斷裂。20 到 100 小時的脫脂時間對於當日牙科服務來說是不切實際的。因此，3D 列印的永久性氧化鋯修復體尚未商業化。」
德州大學達拉斯分校的新技術將脫脂階段縮短至不到 30 分鐘，可能消除了當日永久性 3D 列印牙科修復體的主要障礙之一。
該系統結合了改良的熱傳導與多孔石墨氈，其溫度可超過華氏 2,550 度。石墨氈包圍著 3D 列印的修復體，並為樹脂釋放的氣體提供逸出口。同時，真空系統將這些氣體從周圍區域移除。
「所有這些特點的結合造就了它的成功，」Minary 說。「透過我們的技術，如果牙醫想在椅旁提供 3D 列印氧化鋯牙冠，他們可以在短短幾個小時內就提供給患者。」
邁向當日商業牙科
Minary 領導的德州大學達拉斯分校團隊目前正與 Pan-AM 牙科實驗室合作，推動該技術的商業化。該合作最近透過 NSF 的創新夥伴關係—技術轉移計畫獲得了 55 萬美元的獎勵（補助金 2431684）。
商業化計畫還包括密西根州 Grand Ledge 的 3DCeram Sinto 公司；以及德州 Arlington 的修復牙醫、德州農工大學牙醫學院前副教授 Amirali Zandinejad 博士。