一种高精度墨水直写3D打印陶瓷牙齿的方法及应用

本发明属于生物口腔制造，尤其涉及一种高精度墨水直写3d打印陶瓷牙齿的方法及应用。

背景技术：

1、在传统牙科制造领域主要分为两种加工方式。对于“硬加工”，修复体是从烧结整体中铣削出来的，而“软加工”则是牙齿形状先被铣削从软质整体上，然后进行烧结。这两种方法的缺点是原材料浪费量很大，因为材料未使用部分必须在铣削后丢弃，并且回收多余的陶瓷材料是困难的。通过“硬加工”生产的修复体的优点是精确的形状和精确的尺寸。然而，烧结高强度陶瓷的模具成本高且耗时。这些工具会受到严重磨损，因此只能承受较短的运行周期。此外，由于脆性材料的加工过程，陶瓷表面存在相当大的微观裂纹风险。在“软加工”过程中不会发生表面损伤，因为成型是在烧结之前进行的。此外，牙齿整体的铣削可缩短加工时间，延长刀具的使用寿命。然而，与“硬加工”部件相比，“软加工”修复体的轮廓和形状精度更为关键，因为后续烧结过程中的收缩率必须加以考虑和控制。

2、因此为了克服上述缺陷。通过墨水直写3d打印得方法可以有效实现保持牙齿精度的同时解决脆性材料加工过程中碎裂的问题。墨水直写打印提供了以高分辨率和复杂形状生成致密生坯的性。

3、原材料浪费量很大，并且回收多余的陶瓷材料是困难的。

4、最接近的现有技术于本发明实施例相关的是使用传统的3d打印技术制造陶瓷牙齿，这种方法通常包括以下步骤：

5、1.使用三维建模软件设计牙齿模型。

6、2.使用基于粉末烧结或光固化的3d打印技术制造牙齿。

7、3.对打印出的牙齿进行后处理，如清洁、研磨和烧结等。

8、现有技术存在的技术问题：

9、1)精度问题：传统3d打印技术，特别是粉末烧结技术，在打印过程中存在精度问题。这导致打印出的牙齿需要额外的修整工作，增加了制造复杂度和成本。

10、2)材料限制：现有的3d打印技术在使用的材料种类上有限制。尤其是在打印高强度、高硬度的陶瓷材料时，技术上存在难度，影响最终产品的质量和性能。

11、3)表面光洁度：传统3d打印技术打印出的牙齿表面不够光滑，需要额外的后处理步骤如打磨和抛光。这不仅增加了制造时间和成本，也影响最终产品的外观和质感。

12、4)打印效率和速度：使用传统3d打印技术，特别是在需要高精度和细致结构的应用中，打印速度较慢，影响生产效率。

13、5)后处理复杂度：传统3d打印出的牙齿往往需要多个后处理步骤，如清洁、研磨和烧结等。这些步骤不仅增加了制作时间，还引入额外的技术挑战，如保持产品的精度和强度。

14、综上所述，现有的使用传统3d打印技术制造陶瓷牙齿的方法存在精度、材料选择、表面处理、打印效率和后处理复杂度等方面的问题。这些问题限制了传统3d打印技术在高精度、高性能陶瓷牙齿制造方面的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高精度墨水直写3d打印陶瓷牙齿的方法及应用。

2、本发明是这样实现的，一种高精度墨水直写3d打印陶瓷牙齿的方法，包括以下步骤：

3、步骤一，制备适用于墨水直写3d打印的墨水；

4、步骤二，使用三维立体结构建模软件设计陶瓷牙齿形状；

5、步骤三，使用墨水直写3d打印机打印具有不同形状的陶瓷牙齿；

6、步骤四，将3d打印好的陶瓷牙齿放入炉中固化；

7、步骤五，将3d打印好的陶瓷牙齿放入烧结炉中烧结。

8、优选地，3d打印墨水的原料按照体积分数计包括30～40％无机陶瓷功能填料、40～50％主相液体、2～10％与主相不互溶的第二相溶剂和3～5％添加剂。

9、优选地，无机陶瓷功能填料包括二氧化锆、氧化铝、云母、无铅矿、二硅酸锂、二氧化硅、氧化铝硅酸钾、亮晶石、羟基磷灰石、磷酸钙或氟磷灰石中的任意一种或至少两种的组合。

10、优选地，主相液体包括水、丙烯酸酯、石蜡、蜂蜡、丙烯酰胺、n，n′-亚甲基双丙烯酰胺等材料中的任意一种或至少两种的组合。

11、优选地，与主相不互溶的第二相溶剂包括甲醇，水，乙醇，柠檬酸铵，多糖，dmf，乙二醇或丙三醇中的任意一种或至少两种的组合。

12、优选地，所述添加剂包括石蜡酯、硬蜡酯和蜂蜡中的任意一种或至少两种的组合。

13、使用空间三维设计软件为牙齿建模，包括切牙、犬牙、前臼齿、臼齿中的任意一种或至少两种的复合结构组合，陶瓷牙尺寸为0.1-30mm。

14、优选地，3d打印机气泵压力为5～100mpa；3d打印机打印速率为100～1000mm/s；3d打印机的喷嘴尺寸为50～1000μm。

15、优选地，固化温度100～800℃，时间为0.5～2h；烧结温度100～2000℃，时间为2～12h。

16、本发明的另一目的在于提供一种高精度墨水直写3d打印陶瓷牙齿的方法在生物口腔牙齿领域的应用。

17、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

18、第一，本发明制备适用于墨水直写3d打印的墨水；使用三维立体结构建模软件设计陶瓷牙齿形状；使用墨水直写3d打印机打印具有不同形状的陶瓷牙齿；将3d打印好的陶瓷牙齿放入炉中固化、烧结。

19、本发明中3d打印陶瓷牙齿精度高，结构形状可控，可根据实际需求设计切牙、犬牙、前臼齿、臼齿的形状。

20、本发明中3d打印过程中原料损耗小，有利于环保，可降低生产成本。

21、第二，本发明制备的3d打印陶瓷牙齿可以克服传统加工工艺造成脆性材料断裂的问题，同时实现特种陶瓷材料的加工，充分发挥陶瓷材料的生物惰性、与人体高度相容、不易引起炎症或过敏反应等特点。

22、本发明还能控制陶瓷牙齿孔隙率大小，满足机械性能与细胞生长，植入物固定等动态平衡。

23、第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明具有很高的商业价值和极大的发展前景，创造性的发明了可控陶瓷牙齿孔隙率的制造新方法，满足机械性能的同时，还可以调控结构允许细胞生长，克服了传统加工工艺的缺陷。

24、本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：本发明填补了传统制造陶瓷牙齿孔隙率不可控的技术空白，通过制备可供墨水直写3d打印的墨水成功实现了高精度3d打印孔隙率可调节，形状可设计的陶瓷牙齿。

25、本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：本发明解决了当前制造陶瓷牙齿机械性能与细胞生长不能动态平衡的技术难题。

26、本发明的技术方案克服了技术偏见：本发明克服了传统加工陶瓷牙齿不能使用墨水直写3d打印方法的技术偏见。

27、第四，本发明实施例提供的高精度墨水直写3d打印陶瓷牙齿的方法体现了在3d打印陶瓷牙齿领域的显著技术进步，主要体现在以下几个方面：

28、1)高度定制化的牙齿设计：使用三维立体结构建模软件设计陶瓷牙齿形状，允许高度定制化和精确匹配患者的具体牙齿需求，提高了牙齿修复和替换的适应性和舒适度。

29、2)高精度3d打印技术：通过墨水直写3d打印技术，能够精确地控制牙齿的形状和大小，确保了牙齿的精确性和逼真度，对于复杂的牙齿结构尤为关键。

30、3)优化的3d打印墨水配方：通过特定的墨水配方(包括主相液体、无机非金属颗粒、第二相液体和添加剂)，实现了对打印材料流动性和稳定性的优化，从而提高了打印过程的精确度和打印产品的质量。

31、4)适应性强的材料选择：提供了多种无机非金属材料的组合选择，如二氧化锆和氧化铝的组合等，这些材料具有良好的生物相容性和耐久性，适用于牙齿的长期使用。

32、5)烧结过程的改进：通过在特定烧结炉中的烧结过程，能够进一步提高陶瓷牙齿的硬度和耐用性，保证了产品的长期使用性能。

33、6)环境适应性：所述第二相液体的选择提供了更好的打印过程环境适应性，确保在不同的打印环境下都能保持墨水的稳定性。

34、综上所述，这种高精度墨水直写3d打印陶瓷牙齿的方法通过其创新的打印技术、优化的墨水配方和材料选择，提高了牙齿修复和替换的精度、逼真度和耐用性，同时确保了高度的定制化和适应性，体现出明显的技术进步。