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可摘义齿的铸造支架合金的未来（德）

日期：2023/11/10

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作者：
Roland Strietzel 博士，编外讲师（教授）
Jörg Fasel 贝格公司/德国

关键词：可融熔材料，CAD/Cast，钴铬合金“Wironit^®”，立体光刻技术，选择性激光熔覆技术（SLM），模型铸造义齿

由于人口发展，老年人的数量和人们的预期寿命都在逐步增加。同时医疗和口腔卫生保健状况也在不断得到改善，因此，无牙颌或者大量牙齿脱落情况的发生也被逐渐推迟。尽管如此，很大一部分人还是会出现牙齿缺失的情况。出于医学和美学的考量，都应将这些缺牙间隙关闭。原则上，这可以通过固定或者活动义齿进行修复。但是，当遇到大量牙齿缺失时，缺少基牙会导致固定修复体难以获得稳定的支持。因此，需要种植体来弥补这一缺失，卡环支架式的可摘义齿为此提供了一个可能的替代方案。但患者也要付出相对较高的费用。

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然而，用作活动义齿的金属支架需要满足很高的物理、化学和生物性能要求。这样，钴铬合金就进入了大家的视野，并且在这一领域被应用至今。德国BEGO公司在1953年推出了钴铬合金“Wironit^®”。从那时起，Wironit^®就一直在市场上销售。之后，首个Wironium^®合金也于1972年被引入市场。当时这种合金的特别之处在于，它的合金成分里含有氮，这使得支架的弹性可以得到很好的调整。此外，碳也可以被氮所取代。对于激光焊接来说，低碳含量有利于对支架进行扩展或者修理。

卡环式可摘义齿属于最简单的一种活动义齿类型（图1）。除了最基本的起稳定作用的基托部分外，还要重点考虑卡环。它们起到对抗拉力的作用。如果要摘下义齿，卡环就必须要向上弯曲，以便能够滑过牙齿的外形高点。在这种情况下，所施加的力不能引起超过0.2%的膨胀极限。解决这一困难的方法是，将卡环肩到卡环尖的半径呈递减方式设计（即“牛角形”）。这意味着卡环受力的部分要足够厚，但患者需要相对较小的力量来摘下义齿。

图1：卡环式可摘义齿早已在口腔修复领域被使用多年。经过认真仔细的设计，这种义齿可以被患者长期佩戴。

钴铬合金的特点是基于其高铬和钼含量而具有非常好的耐腐蚀行为。测量的低值是由于合金被氧化铬层钝化所致。钼支持在低pH值（见上文）和缺氧情况下的这种行为。这类情况可能存在于缝隙中，例如金属支架和树脂之间。除此之外，合金的生物兼容性取决于是否、哪些以及有多少离子被释放。使用高纯度的原材料来生产合金，能够确保大大减少患者接触潜在的有害物质的机会。

关于义齿铸造支架的合金成分引起过敏反应的报告相对来说比较少。除了理论上的考量和对文献的透彻研究外，BEGO还对合金进行了生物测试。他们将材料送到一个独立的测试机构，在那里委托一家商业牙科技工室制作了样品，然后进行相应的生物测试（如细胞和敏感测试）。测试机构所做的评估被记录在了生物证书中，牙科技师、牙医和患者可在www.bego.com获取该证书。

目前，牙科的合金支架制作技术还是以铸造为主。但是加工过程非常耗时，涉及的工作量也很大。其中最重要的两项工作是建模（蜡型）及支架的铸造和打磨。不过，通过新的工艺与流程，这些工作也变得容易起来。CAD/Cast技术代表了传统制造工艺和现代（数字化）CAD/CAM技术之间的桥梁。

CAD/Cast的操作过程包括：模型扫描，在CAD（计算机辅助设计）软件上设计支架。由于现代计算机强大的计算能力，可以非常快速地完成这一步骤。今天的CAD程序可以自动提供设计方案，牙科技师“只需”对设计建议进行优化。例如，当虚拟模型旋转时，可以实时计算就位道方向。在设计过程中可以选择不同的固位网。还可以对卡环进行个性化的设计和塑型（图2）。

图2：在CAD软件上设计义齿卡环支架。

之后，需要将软件设计的虚拟蜡型转换为可熔融材料。原则上，蜡或者复合材料均可用于此目的。加工方法是通过所谓的增材制造工艺来实现的。在这里，材料是逐层堆积的，例如用所谓的立体光刻技术。BEGO公司为此专门开发了用于牙科领域的设备—Varseo XS 3D打印机（图3）。

图3：Varseo XS 3D 打印机。

在包埋树脂模型（图4）时，最好使用专用的包埋材料（例如VarseoVest P^plus， BEGO公司），它能够应对树脂在炉中熔融时产生的比蜡型更高的膨胀值。这种膨胀可能会导致树脂型在铸圈内产生应力，从而造成裂纹和崩碎。这来自于复合材料的燃尽行为。蜡受热后会变软，并从铸圈内流出（如果倒置在预热炉中），并燃尽。复合材料则只是轻微的软化，但不会从铸圈流出。它们会持续地膨胀，直到分解。这会引起在铸圈内产生应力，进而导致包埋材产生裂缝和剥落。因此，使用能够满足这些特殊要求的包埋材料是有意义的。与传统的模型铸造程序相比，CAD/Cast程序的优点是能省去一些操作步骤，并且能够在一个铸圈内铸造多个修复体。在CAD/Cast程序中，铸造、打开包埋和打磨仍然是不能被替代的步骤。可以使用经过验证的铸造合金，而且牙科技工室已经很好地掌握了它的加工过程。

图4：在CAD/Cast方案中，将虚拟蜡型转换成VarseoWax，然后进行包埋和合金铸造。

SLM（选择性激光熔覆技术）是一种来自快速成型领域的增材制造工艺，它可以取代铸造方法，由BEGO公司于2001年引入德国牙科市场。通过这个工艺金属粉末被分层堆积或熔融，最后能够加工出具有非常细小颗粒的均匀结构，从而具备优质的机械和化学性能。这也是这个工艺可以被用于模型铸造的原因。

图5：经过后续处理完成的合金（Wironit^®）铸造支架。

与CAD/Cast过程一样，先扫描模型，再进行数字化建模。然后，该设计数据被发送到SLM设备上。必须以虚拟方式连接支持系统。之后，设计的支架型被数字化切割成水平层。加工过程从堆放均匀的粉末层开始，然后进行激光束烧结，根据数据规格逐层凝固。重复进行粉末层堆放和凝固的步骤，直到所有层都被转化为金属。通过SLM工艺，可以加工非常复杂的几何形状。因此，这个系统注定要被用于义齿支架的加工（图6）。