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牙齿也能3D打印“新智造”提供“新方案”

添加时间:2024-05-23 23:14:42

  人类历史上绝大多数技术飞跃都是“精确度”的飞跃,米、分米、厘米、毫米……当技术涉及的尺度越小,我们的制造能力就越强。当人类点开微米制造的“技能树”,以前停留在理论上、图纸中的任务如今已能轻松实现。

  在杭州市西湖区泰利斯医疗科技的高科技工厂里,一台我国独有的大型喷墨3D打印机正以每秒亿滴的速度喷射纳米液态材料,万博max体育它正在制造单微米级高精度氧化锆牙冠。过去十年,作为一家自力更生的民营企业,泰利斯潜心攻关,成功开发出ACJ(AdvanceCustomizedJetting)喷墨定制技术,让我国在全球增材制造技术领域遥遥领先。

牙齿也能3D打印“新智造”提供“新方案”(图1)

  泰利斯的技术创新始于航空航天的发展需求。随着我国航空科技的迅速发展,新一代飞行器必须满足超高速、高空、长航时、超远航程的需求。为了提高可靠性,先进飞行器和发动机越来越多地增加钛合金、高强铝合金和超高强度钢等合金的用量,且结构越来越复杂,加工精度要求越来越高,但传统的铸件和锻件已经无法满足这样的精度需求。

  泰利斯正是在这一瓶颈期进入该领域,努力推动国际、国内技术合作,自主投入十年攻关增材制造领域最具领先理念的喷墨定制技术,实现了复杂金属构件(也包括其他材质)的无模具、快速、自由实体近净成形,同时确保成形构件的力学性能优于铸件与锻件,成为航空高性能复杂构件制造的重要技术途径。

  我们生活中许多高科技产品都来源于太空技术,泰利斯也将ACJ喷墨定制技术用于医疗健康领域的科技创新——Zrcoop“超级锆”就此诞生。

  “超级锆”即喷墨定制氧化锆。这里的“墨”是比喻,它是一种液态氧化锆,被当作“墨水”进行微米级逐层打印,从而实现1:1还原原生牙齿的修复(包括贴面、冠、嵌体、桥等)。

  “超级”在何处?目前常用的修复体是利用计算机CAD/CAM技术对氧化锆块进行切削和雕琢,比较新的技术还有光固化3D打印,这两种技术可将误差控制在几十微米至几百微米范围内。但处于口腔这样的特殊环境中,由于湿度、温度以及反复咀嚼刺激等因素,几十微米的误差经常会造成修复体的破裂。Zrcoop的“超级锆”将液态氧化锆与液态支撑材料以每秒亿滴进行高速喷射,实现2-10微米层厚打印,使纳米级液态材料精确而致密地结合,使所需的个性化定制产品一体成型,1:1还原数字化口腔扫描印模,让修复向完美更进一步。

牙齿也能3D打印“新智造”提供“新方案”(图2)

  因为精确,也产生了第二个“超级”之处——安全舒适。传统玻璃陶瓷类修复体需要经过喷砂、酸蚀、硅烷偶联等步骤与牙齿粘接,流程长,Zrcoop修复体则不需要这三个步骤,可以节省医生戴牙时间,减少患者恐惧感。Zrcoop修复体因为嵌合精准并且拥有独特的内部超表面微结构,因此可以选用更安全的粘结剂,同时还能达到更好的粘结强度。

  另外一个“超级”之处在于高效。在人类制造业发展的历史长河中,“规模化”与“定制化”是无法共生的悖论。泰利斯医疗科技位于杭州的全球智造研发中心总部占地面积超过1万平方米,每天每条生产线件定制化口腔修复产品,并且通过全球化布局将产品快速送达世界各地,真正实现了“高效的规模化定制智造”。

牙齿也能3D打印“新智造”提供“新方案”(图3)

  这是对所有医生的挑战:直面大自然的艺术品——人体,往往失之毫厘便会谬以千里。备牙量是口腔修复中一个常见指标,指的是在进行牙齿修复治疗前,需要从患者原有牙齿上去除的牙体组织的量。而牙基短小(因遗传、发育、万博max体育磨损、牙周病等原因造成)的患者经常会出现备牙量不足的情况,无法给修复体和粘结剂预留足够的空间。因此,很可能导致氧化锆修复体的局部会被设计得比较薄,在患者反复咬合后就容易发生破碎或脱落。

  雪上加霜的是,如果使用传统车针切削制作,本身比较薄的修复体会因为加工精度问题变得更薄。在一个实际案例中,患者备牙量(修复空间)是0.72毫米,大于理论最小修复空间0.6毫米,但由于切削工艺的物理限制,扩大了切削范围,产生了0.124毫米的空隙,设计出的氧化锆修复体厚度只有0.58毫米,于是造成了这位患者的牙冠碎裂了三次,脱落了两次。

  在医生与患者无计可施之际,选择了Zrcoop的喷墨定制氧化锆修复体,设计出的牙冠厚度达到了0.68毫米,加上粘结剂的厚度还富余出0.08毫米的空间做美观设计。此外,Zrcoop修复体的遮色能力也非常突出,即使0.5毫米的贴面颜色表现也很出色,在保证强度的前提下实现理想的颜色统一性。

牙齿也能3D打印“新智造”提供“新方案”(图4)

  锦上添花的是,Zrcoop修复体在每个贴片和冠的内部都打印出了超表面微结构,一举解决了行业氧化锆修复体粘接不牢的痛点。以前,用传统切削方式制作的修复体内部是比较光滑的,粘结面积有限,人们每天咀嚼上千次,在这种极端环境下,相当于“穿着平底鞋爬雪山”,很容易“打滑”开裂。现在,通过喷墨定制技术给修复体穿上了“专业登山鞋”,粘结面积成倍增加,机械嵌合能力大幅提升,进一步减小了脱落的可能,在实验室的500万次抗疲劳测试中,Zrcoop修复体的性能依然稳定无比。

  2023年5月,泰利斯医疗科技取得了行业首张Ⅲ类增材制造医疗器械产品注册证(国家药监局NMPA)。目前,还积极参与起草制定行业团体标准:行业首个“3D打印氧化锆种植体”(与上海交通大学附属第九人民医院联合起草,已颁布实施)及“增材制造美学瓷贴面”行业团体指南(正在参与起草中)。

  为了广泛分享这项先进的喷墨定制技术,进一步配合技工所提升效率,泰利斯医疗科技专门搭建了“泰云”数字化云平台,医院科室与口腔诊所可以便捷接入,快速开展临床设计合作、制订新的诊疗方案、提供椅旁服务等;此外,“泰云”平台还带来了椅旁培训、平台支持、数字采集以及售后服务等全方位合作支持。

  近期,北大口腔在口腔修复领域国际顶刊《口腔修复学杂志》(The Journal of Prosthetic Dentistry)的刊文评价:泰利斯制造的氧化锆修复冠产品,相较于使用切削SM或光固化(DLP)打印工艺,在尺寸精度及临床适应性上优势显著,边缘密合度更高,咬合效果更好,在临床范围内具有更高的潜在应用价值。

  中华口腔医学会全国修复专委会主任委员、四川大学华西口腔医学院教授于海洋亦表示,喷墨定制工艺是目前业内唯一可实现无创微创新修复的工艺技术,是行业呼唤的“新智造、新方案”。

  欧洲美容牙科学会终身荣誉会员、意大利种植修复学会创始成员MauroBazzoli来访参观时,对这项技术的发展给予充分肯定,并且表示十分愿意使用泰利斯Zrcoop产品。未来,杭州泰利斯医疗科技还将利用这一先进技术布局骨科、生物工程、神经外科等领域产品,致力于成为全品类数字化医疗器械智能制造的全球领导者。

牙齿也能3D打印“新智造”提供“新方案”(图5)

  事实上,增材制造作为一种先进的柔性制造技术,对于构建新质生产力有重要推动作用。它不仅改变了传统生产方式,还促进了产业的绿色优化升级,是未来制造业发展的重要方向之一,也是世界各国争相抢占的技术高地。泰利斯喷墨定制工艺集材料、设备、工艺、算法、产品于一体,实现了超高精度及任意个性化定制的需求,不仅适用于航空航天、医疗领域,也为汽车、电子、化工等绝大多数产业门类的技术创新带来了无限可能。

  杭州泰利斯在口腔科技领域的突破,便是例证。过去几十年,现代口腔修复的新技术、新材料绝大多数都发明于欧美,主要原因在于前三次工业革命为其提供了必要的技术基础。而随着中国成为第四次工业革命的领导者之一,更为先进的口腔技术与材料将集中现身东方,而“聪明牙医忠于完美”的故事也将在这里创作出一个完美的结尾,一颗牙用一辈子可能不再是难事。