戴宜君 董研 彭伟 何传鑫 袁喜根

SLM技术是3D打印技术的一种，在口腔修复领域被用于制作金属冠、金属支架、种植体等，为修复体成型提供了更为简单、准确的制作方法［1］。SLM技术制备的钴铬合金试件机械性能良好，其拉伸强度、屈服强度均大于或等于铸造钴铬合金［2－3］。SLM钴铬合金的金瓷结合力同样不逊色于铸造钴铬合金［4－5］。

密合性是评价固定修复体是否成功的重要指标，良好的密合性能减少微渗漏，降低继发龋的发生。修复体的密合性指修复体和预备后的基牙接触面的密合程度，包括边缘密合性和内部适合性［6］。关于SLM打印基底冠与铸造基底冠密合性的研究结果不尽相同，国内学者认为SLM基底冠边缘密合性优于铸造基底冠［7－8］，而国外研究者发现两者的边缘密合性及内部适合性无明显差异［9－10］，甚至 CAD／CAM基底冠边缘密合性高于SLM基底冠［11］；此外，对于密合性的测量及评价方法目前尚未统一。3D打印金属冠的设计直接影响打印成品的成型质量，设定不同的预留间隙冠就位后会获得不同的间隙距离。本研究在寻找最佳预留间隙的基础上，采用2种测量方法，对比SLM技术与CAD／CAM-铸造法制作的钴铬合金基底冠的密合性及两者的尺寸精度，为口腔固定修复体的制作、评价及临床应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料和设备

三维扫描仪（3Shape D700，丹麦）；SLM成型设备AM250、打印钴铬合金粉末（RENISHAW，英国），材料成分见表1；AFFINIA5切削机（重庆卓田齿克科技有限公司）；玻璃离子（GC-Fuji I，日本）；万能材料试验机（深圳瑞格尔3010）；扫描电子显微镜（Hitachi TM-1000，日本）。

1.2 金属基底冠预留间隙的选择

利用3Shape D700三维扫描仪激光扫描上颌第一磨牙全冠牙体制备标准树脂代型，获取基牙数据。基牙与金属基底冠之间的预留间隙分别设为30、40、50、60、70、80μm。在3Shape Dental System 2015软件中设计6组基底冠模型。

根据基底冠模型数据，实验组样本利用AM250制造，对照组利用AFFINIA5切削机制作基底冠蜡型，常规失蜡铸造6组基底冠，每组各2个。由同1名修复科专业医师对6组基底冠试戴，选择能够顺利就位的最小预留间隙。

1.3 金属基底冠的制备与分组

表1 打印钴铬合金粉末成分（平均粒度为16.58μm）Tab 1 Composition of cobalt chromium alloy powder（The average granularity is 16.58μm）

根据基牙数据，预留间隙为50μm，厚度为0.5 mm设计基底冠，采用2种方法制作钴铬合金基底冠，实验组及对照组每组各10个，打印参数见表2。

表2 SLM成形设备打印参数Tab 2 Printing parameter of SLM equipment

1.4 金属基底冠的“虚拟就位”

1.4.1 试戴与样本扫描 对2组基底冠进行编号（1－10）并试戴，每个基底冠随机对应一个标准树脂代型。分别扫描两组基牙、基底冠和冠就位后的整体模型，各获得3类数据。

1.4.2 样本“虚拟就位”及测量 将上述3类数据在3Shape Dental System 2015软件中“虚拟就位”（图1），以STL格式输出数据，导入Magics19.01软件，提取基牙表面及基底冠组织面边缘线。分别获取模型的近远中向截面及颊舌向截面，每个截面中对7个位点进行测量（图2），得到冠边缘和代型边缘之间的垂直距离，以反映边缘（1、7两点）及轴面（2、6两点）、面间隙距离（3、4、5三点）。

1.5 金属基底冠的粘接，间隙距离及冠厚度的测量

图1 “虚拟就位”过程Fig 1 Process of“virtual seating”

图2 金属基底冠“虚拟就位”后截面图Fig 2 Sections of the crowns after“virtual seating”

将树脂代型及基底冠放入准备好的尼龙底座中。玻璃离子粘接，手压使其就位于对应的基牙上，放置于万能材料试验机上，以F＝50 N的力持续加压5 min（图3），去除多余材料。

过基牙近远中中点，沿着牙长轴进行切割，每个截面选取7个位点（图4），在SEM下测量该位点的粘接剂厚度，及轴、面金属基底冠厚度。

图3 金属基底冠的粘接Fig 3 Adhesive process of the crowns to the base

图4 切割截面Fig 4 Cutting section

1.6 统计学处理

采用SPSS 17.0统计软件对所得数据进行统计学分析，分别对7个测量位点2组样本的间隙距离及轴、面冠厚度进行独立样本T检验；同时，比较2种测量方法在同一样本同测量位点获得的间隙距离，进行独立样本T检验，P＜0.05为显著性差异。

2 结 果

2.1 金属基底冠的预留间隙

试戴2种方法制作的不同预留间隙组的基底冠均发现：30μm组不能顺利就位；40μm组就位稍有困难，冠取下后可见基牙表面有磨损；50～80μm组均能够顺利就位，但80μm组探针检查边缘密合性较差，其余各组边缘密合性良好。因此将预留间隙设为50μm进行间隙距离的测量。

2.2 “虚拟就位”后基底冠与基牙之间的间隙距离

近远中向截面及颊舌向截面各测量点2组数据均无显著性差异（P＞0.05），但2个截面各测量点数据分布离散程度较大，标准差最大为34.10μm（图5）。

图5 “虚拟就位”后金属基底冠与基牙之间的间隙距离Fig 5 Gap distances of crowns and abutment teeth after“virtual seating”

2.3 冠厚度，粘接后金属基底冠与基牙之间的间隙距离

图6 SEM表面成像（×200）Fig 6 SEM surfaceview （×200）

SEM可观察到基底冠内表面并不光滑（图6），基底冠厚度测量结果见表3。2组基底冠厚度无明显差异，但SLM组误差相对较小。SLM组轴面尺寸精度高于CAD／CAM-铸造组，但面尺寸精度稍差。如图7所示，7个不同测量位点上，两组间隙距离均无显著性差异（P＞0.05）。将“虚拟就位”法与粘接切割法获得的间隙距离进行比较，发现无论是CAM／CAD-铸造组还是SLM组，同一样本的同一测量位点，两种方法获得的数据无显著性差异（P＞0.05）。

表3 金属基底冠厚度（n＝10）Tab 3 Thickness ofmetal based crowns （n＝10）

图7 粘接后金属基底冠与基牙之间的间隙距离比较Fig 7 Gap distances of crowns and abutment teeth after adhesion

3 讨 论

3.1 不同加工制造方法对全冠尺寸精度的影响

SLM技术是一种“增材制造”技术，与传统铸造法相比，省去了蜡型制作、安插铸道、蜡型包埋、铸造及切割铸件等多个环节，减少了加工时间和耗材，还将人为因素造成的误差降到最低。研究结果显示两种制备方法制得基底冠厚度无明显差异，SLM组尺寸精确度略高于CAD／CAM-铸造组，尤其是在轴面上，但面尺寸精度稍差。设计时的零件摆放方式造成轴面与面尺寸精度存在较大差异，Z轴方向精度误差稍大。SLM技术成型金属零件的最终成型质量，除外设计因素，还受多方面因素影响，如粉末粒度、铺粉厚度、激光功率、扫描速度及扫描间距等加工参数。在X-Y平面上激光能量密度会影响熔化道宽度，造成测量尺寸偏差。而在Z轴方向上，还受到铺粉厚度及粉末松装密度等影响，因此面尺寸误差相对较大。本研究在激光功率150W、加工层厚30μm、曝光时间50μs的条件下，得到的试件成型效果最佳。Khan等［12］比较不同扫描间距SLM成型黄金单冠的表面质量，发现扫描间距为75μm时得到的金属冠表面比50μm时更粗糙，且层与层之间有空隙生成。Hong等［13］学者发现在激光功率200 W、扫描速度128.6 mm／s条件下，扫描间距为100μm时得到的钴铬合金试件表面粗糙度较低。赵进炎等［14］发现增加小颗粒粉末比重，减小粉层厚度，加大激光能量都能降低金属表面粗糙度，提高致密度。改变SLM成型过程中的任一加工参数，都会影响最终成型的致密度、表面粗糙度、尺寸精度及机械性能等。而对于同一种材料，不同设备的最佳加工参数也不尽相同，不可一概而论。

CAD／CAM制造是一种“减材制造”技术，相对浪费材料。在金属修复体制作中可分为两类，切削蜡型再铸造或直接切割硬质金属，后者在切割过程对钻头磨损较大，需要不断更换钻头，提高了加工成本，故而应用较少。本研究采用CAD／CAM-铸造法，一次性完成多个修复体的蜡型制作，较传统铸造法缩短了加工时间，一定程度上避免了人工误差造成的蜡型制作不佳。CAD／CAM-铸造法避免了制作蜡型时人为因素造成的误差，但蜡型的变形、收缩，包埋材料的选择，铸道的设计等仍会影响金属基底冠尺寸精度。

SLM技术制备金属基底冠的尺寸精度能够满足临床要求，且较CAD／CAM-铸造法更稳定、精确。

3.2 2种修复体密合性评价方法的比较

一个合适的修复体对牙体及牙周组织的健康至关重要。美国牙科医学会标准规定，临床上可接受的边缘差异为25～40μm，但一般铸造修复体很难达到这一要求［15］，在临床上可接受的边缘差异的上限为80～150μm［16－17］。本研究中两种方法制作的金属基底冠的边缘密合性均满足该标准。从本研究的实验结果可知，面间隙距离较边缘及轴面间隙距离明显增大。这可能是由于标准牙体预备树脂代型轴面聚合度小，影响了粘接剂的排溢，从而造成粘接剂在面的堆积。而在“虚拟就位”过程中，由于存在配准偏差，有时会出现不同程度轴面重叠的情况，无法进行间隙距离的测量，从而不能真正模拟基底冠完全就位的状态。因此该方法获得的实验结果，尤其是面间隙距离均值及标准差偏大。

评价修复体密合性尤其是边缘密合性的方法很多，目前尚未找到最佳方法。截面间隙测量法可模拟实际临床情况，测量数据准确性较高。但需要破坏模型，不易重复，切割过程中有可能造成修复体与代型之间的分离［18］。近年来，少数学者利用数字化辅助方法得到代型与修复体的三维数据，“虚拟就位”后通过逆向工程软件提取两者的边缘线，二维截面上进行距离测量获得最终数据［19］。该方法不破坏模型且能够多次重复，但依赖于高精度的扫描设备，在配准“虚拟就位”的过程中存在一定误差，并且要求操作者能熟练应用相关软件，具有一定局限性。本研究将上述后2种方法相结合并进行比较，数字化“虚拟就位”法测得的数据虽与粘接切割截面测量法无明显差异，但数据分散，误差较大，不能精确反映出间隙距离。这可能是由于扫描设备精度欠佳、“虚拟就位”时配准存在较大误差，并不能完全模拟基底冠就位的真实情况，从而不能精确反映各样本的间隙厚度。虽然本研究中“虚拟就位”法测得的数据欠精确，但为评价修复体密合性提供了更加便捷的数字化定量评价方法。在今后的研究中还需提高设备扫描精度，精确配准点，寻找准确度更高的设计软件。

3.3 预留间隙的选择

选择合适的预留间隙可补偿金属收缩造成的临床修复体就位困难，也是设计基底冠的基础。间隙过小，直接影响基底冠的就位和粘接剂的排溢；间隙过大，易发生粘接剂的溶解及微渗漏等一系列现象而造成修复失败［20］。扫描石膏模型获得数字化模型数据之后，需在相应软件中进行基底冠的设计，CAD／CAM铸造基底冠设计时不仅需要预留出粘接剂的厚度，还需要考虑到在失蜡铸造的过程中，金属会发生不同程度的收缩。本研究中SLM钴铬合金基底冠的预留间隙恰好与CAD／CAM-铸造基底冠一致，均从50μm组开始能够顺利就位。但值得注意的是金属原料、加工设备及工艺不同，该间隙距离可能会发生改变，仍需要重新寻找合适的预留间隙。

4 结 论

SLM技术制备金属基底冠的密合性在临床可接受范围内，且该技术较CAD／CAM-铸造法制备的金属基底冠更加精确、稳定。“虚拟就位”法测量间隙距离为数字化评价修复体密合性奠定了基础，但测量精度尚有待提高。

［1］董研，姜献峰，袁喜根，等.3D打印赝复体可摘局部义齿支架的初步研究和临床应用［C］.中华口腔医学会第九次全国口腔修复学学术会议论文汇编.北京：2016.

［2］Jevremovic D，Puskar T，Kosec B，et al.The analysis of themechanical properties of F75 Co-Cr alloy for use in selective lasermelting（SLM）manufacturing of removable partial dentures（RPD）［J］.Metalurgija，2012，51（2）：171－174.

［3］Wu L，Zhu H，Gai X，et al.Evaluation of themechanical properties and porcelain bond strength of cobalt-chromium dental alloy fabricated by selective lasermelting［J］.JProsthet Dent，2014，111（1）：51－55.

［4］Zhang S，Li Y，Hao L，et al.Metal-ceramic bond mechanism of the Co-Cr alloy denture with original rough surface produced by selective lasermelting［J］.Chin JMech Eng，2014，27（1）：69－78.

［5］Xiang N，Xin XZ，Chen J，et al.Metal-ceramic bond strength of Co-Cr alloy fabricated by selective laser melting［J］.JDent，2012，40（6）：453－457.

［6］Kokubo Y，Ohkubo C，Tsumita M，et al.Clinicalmarginal and internal gaps of Procera All Ceram crowns［J］.JOral Rehabil，2005，32（7）：526－530.

［7］党玉琪，张春宝，王伟娜，等.选择性激光熔覆（SLM）制作钴铬合金冠的适合性研究［J］.实用口腔医学杂志，2015，31（3）：313－317.

［8］毛菁红，陈克南，高勃.电子束熔融（EBM）技术3D打印纯钛冠的适合性研究［J］.实用口腔医学杂志，2016，32（2）：173－177.

［9］Quante K，Ludwig K，Kern M.Marginal and internal fit of metal-ceramic crowns fabricated with a new laser melting technology［J］.DentMater，2008，24（10）：1311－1315.

［10］Ucar Y，Akova T，AkyilMS，etal.Internal fitevaluation of crowns prepared using a new dental crown fabrication technique：Laser-sintered Co-Cr crowns［J］.JProsthet Dent，2009，102（4）：253－259.

［11］Kim EH，Lee DH，Kwon SM，et al.A microcomputed tomography evaluation of themarginal fitof cobalt-chromium alloy copings fabricated by new manufacturing techniques and alloy systems［J］.J Prosthet Dent，2017，117（3）：393－399.

［12］Khan M，Dickens P.Selective lasermelting（SLM）of pure gold formanufacturing dental crowns［J］.Rapid Prototyping J，2014，20（6）：471－479.

［13］Hong MH，Min BK，Kwon TY.The influence of process parameters on the surface roughness of a 3D-Printed Co-Cr dental alloy produced via selective laser melting［J］.Applied Sciences-Basel，2016，6（12）：401－411.

［14］赵进炎，仇毅，刘富荣，等.SLM成型医用钴铬合金的表面粗糙度与致密度研究［J］.应用激光，2014，34（6）：524－527.

［15］Amin BM，Aras MA，Chitre V.A comparative evaluation of themarginal accuracy of crowns fabricated from four commercially available provisional materials：Anin vitrostudy［J］.Contemp Clin Dent，2015，6（2）：161－165.

［16］Fransson B，Øilo G，Gjeitanger R.The fitofmetal-ceramic crowns，a clinical study［J］.Dent Mater，1985，1（5）：197－199.

［17］McLean JW，von Fraunhofer JA.The estimation of cement film thickness by anin vivotechnique［J］.Br Dent J，1971，131（3）：107－111.

［18］Nawafleh NA，Mack F，Evans J，etal.Accuracy and reliability of methods to measure marginal adaptation of crowns and FDPs：A literature review［J］.JProsthodont，2013，22（5）：419－428.

［19］陈永刚，吕培军，王勇，等.全冠修复体边缘密合性的数字化辅助评价方法［J］.口腔医学，2011，31（6）：321－323.

［20］Hoang LN，Thompson GA，Cho SH，et al.Die spacer thickness reproduction for central incisor crown fabrication with combined computer-aided design and 3D printing technology：Anin vitrostudy［J］J Prosthet Dent，2015，113（5）：398－404.