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3D和4D打印在牙科和颌面外科中的应用:打印技术、材料和应用

期刊:acta biomaterialiaDOI:10.1016/j.actbio.2020.12.044

这篇文档是一篇综述文章,发表于Acta Biomaterialia期刊,2021年出版。文章由Danial Khorsandi等多名作者共同撰写,作者来自多个研究机构,包括University of Barcelona、McMaster University、University of Sydney、Isfahan University of Technology等。文章的主题是3D和4D打印技术在牙科和颌面外科中的应用,涵盖了打印技术、材料及其在牙科中的具体应用。

文章的主要观点和内容:

  1. 3D和4D打印技术的概述
    文章首先介绍了3D和4D打印技术的基本概念。3D打印是一种增材制造技术,通过逐层堆积材料来制造复杂的三维物体。4D打印则在3D打印的基础上引入了时间维度,打印出的物体能够根据环境刺激(如温度、湿度、光等)改变形状或功能。近年来,3D和4D打印技术在牙科和颌面外科中的应用迅速发展,使得牙医能够定制设计和打印手术导板、临时和永久牙冠、正畸装置、种植体等。

  2. 3D打印技术在牙科中的应用
    文章详细介绍了多种3D打印技术及其在牙科中的应用,包括:

    • 立体光刻(Stereolithography, SLA):SLA是最早商业化的3D打印技术,通过光诱导聚合逐层构建物体。SLA在牙科中用于打印临时和永久牙冠、手术导板等。
    • 数字光处理(Digital Light Projection, DLP):DLP与SLA类似,但使用投影光源而非激光,打印速度更快,适用于打印较大物体。
    • 熔融沉积建模(Fused Deposition Modeling, FDM):FDM通过加热和挤出热塑性材料逐层构建物体,成本较低,适用于打印临时牙冠和牙桥。
    • 选择性激光烧结(Selective Laser Sintering, SLS):SLS使用激光烧结粉末材料,适用于打印金属种植体和牙科模型。
    • 光聚合物喷射(Photopolymer Jetting):该技术通过喷射光敏聚合物并逐层固化,适用于打印高精度的牙科模型和临时牙冠。
    • 粉末粘合剂打印(Powder Binder Printing):该技术使用液体粘合剂逐层粘合粉末材料,适用于打印牙科研究模型。
    • 计算轴向光刻(Computed Axial Lithography):这是一种新型的3D打印技术,能够一次性打印整个物体,而非逐层打印,打印速度更快。
  3. 4D打印技术在牙科中的应用
    4D打印技术通过使用智能材料,使打印出的物体能够根据环境刺激改变形状或功能。文章讨论了多种智能材料,包括形状记忆材料、磁响应材料、电响应材料、光响应材料等。4D打印技术在牙科中的应用尚处于实验阶段,但具有巨大的潜力,例如4D打印的牙科种植体可以根据口腔环境的变化自动调整形状,从而提高种植体的稳定性和功能性。

  4. 3D和4D打印材料
    文章详细介绍了用于3D和4D打印的材料,包括聚合物、金属和陶瓷。聚合物材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乳酸(PLA)等广泛用于牙科3D打印。金属材料如钛合金、钴铬合金等用于打印牙科种植体和牙桥。陶瓷材料如氧化锆、氧化铝等用于打印高强度的牙科修复体。此外,文章还讨论了智能材料在4D打印中的应用,如形状记忆聚合物、磁响应材料等。

  5. 3D和4D打印在牙科中的具体应用
    文章列举了3D和4D打印技术在牙科中的多种应用,包括:

    • 义齿打印:3D打印技术用于定制义齿基托和人工牙,提高了义齿的精度和舒适性。
    • 牙冠和牙桥打印:3D打印技术用于打印临时和永久牙冠、牙桥,减少了传统制作工艺的时间和成本。
    • 正畸装置打印:3D打印技术用于打印隐形矫治器(如Invisalign®),提高了矫治器的精度和舒适性。
    • 颌面外科手术导板:3D打印技术用于打印手术导板,提高了手术的精确性和安全性。
    • 硬组织和软组织工程:3D打印技术用于打印骨移植支架和软组织移植物,促进了组织再生和修复。
    • 药物递送系统:3D打印技术用于打印口腔药物递送装置,如含药口腔护具,实现了药物的局部释放。
  6. 3D和4D打印技术的挑战与未来展望
    文章指出,尽管3D和4D打印技术在牙科中取得了显著进展,但仍面临一些挑战,如打印材料的机械性能、表面质量和尺寸精度等。未来的研究应致力于开发新型打印材料、优化打印工艺、提高打印产品的性能和功能性。此外,4D打印技术在牙科中的应用尚处于实验阶段,需要进一步的研究和验证。

文章的意义和价值:
这篇综述文章全面总结了3D和4D打印技术在牙科和颌面外科中的应用,涵盖了多种打印技术、材料及其具体应用。文章为研究人员和临床医生提供了宝贵的信息,帮助他们了解3D和4D打印技术的最新进展和潜在应用。此外,文章还指出了当前技术的局限性和未来的研究方向,为该领域的进一步发展提供了重要的参考。

文章亮点:
1. 全面介绍了3D和4D打印技术在牙科中的应用,涵盖了多种打印技术和材料。
2. 详细讨论了智能材料在4D打印中的应用,展示了4D打印技术在牙科中的巨大潜力。
3. 提供了3D和4D打印技术在牙科中的具体应用案例,如义齿打印、牙冠打印、正畸装置打印等。
4. 指出了当前技术的局限性和未来的研究方向,为该领域的进一步发展提供了重要的参考。

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