科普長文｜CAD/CAM數(shù)字化制造在口腔牙科的應(yīng)用

　　簡介：

　　CAD/CAM和3D打印技術(shù)的興起開啟了口腔牙科數(shù)字化新時代：舒適的病患體驗、高效的診治和高性價比義齒定制。本文中，生產(chǎn)專家Maxime Fontaine將深入探討 CAD/CAM 數(shù)字化制造技術(shù)在口腔牙科的工作原理、生產(chǎn)種類以及優(yōu)缺點(diǎn)。

　　口腔牙科正利用CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)，迅速將長期以來以費(fèi)時和幾乎完全手工制作而著名的過程數(shù)字化。借助最新的設(shè)計和制造技術(shù)，CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)開啟了口腔牙科新時代，標(biāo)志著更高效的程序、更精益的工作流程以及更卓越的患者體驗。

　　在本文中，我們將深入探討口腔牙科的CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)，包括其工作原理、涉及內(nèi)容、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)以及相關(guān)技術(shù)。

　　CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)在口腔牙科中的應(yīng)用？

　　計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)是指使用軟件創(chuàng)建口腔牙科產(chǎn)品的數(shù)字三維模型，而非傳統(tǒng)的蠟?zāi)Ｐ椭谱鞣椒ā?/p>

　　計算機(jī)輔助制造(CAM)是指由機(jī)器完成、并由軟件控制的CNC銑削和3D打印等技術(shù)，而非傳統(tǒng)的手工鑄造或陶瓷雕刻等工藝。

　　CAD/CAM數(shù)字化制造在牙科中的應(yīng)用涵蓋了使用CAD工具和CAM方法制造牙冠、假牙、嵌體、高嵌體、牙橋、貼面、種植體以及基臺修復(fù)體或修復(fù)體等牙科產(chǎn)品。

　　簡而言之，牙醫(yī)或技術(shù)人員使用CAD軟件創(chuàng)建虛擬牙冠，并通過CAM過程進(jìn)行數(shù)字化制造。如您所見，牙科CAD/CAM數(shù)字化制造相對于傳統(tǒng)方法更具可復(fù)制性和可擴(kuò)展性。

　　口腔牙科CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展

　　口腔牙科CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)的引入改變了口腔牙科診所和口腔牙科實驗室處理印模、設(shè)計和制造的方式。

　　在CAD/CAM 技術(shù)出現(xiàn)之前，牙醫(yī)會使用石膏或硅膠對患者的牙齒進(jìn)行印模。牙醫(yī)或口腔牙科實驗室的技術(shù)人員將使用這種印模用石膏制作模型。然后石膏模型將用于制造個性化假肢。從頭到尾，這個過程需要患者安排兩到三次預(yù)約，具體取決于最終產(chǎn)品的準(zhǔn)確性。

　　口腔牙科CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)使以前的手動流程變得更加數(shù)字化。

　　該過程的第一步可以直接在牙醫(yī)辦公室完成，牙醫(yī)使用口內(nèi)三維掃描儀記錄患者牙齒的數(shù)字印模。生成的三維掃描結(jié)果可以發(fā)送到口腔牙科實驗室，技術(shù)人員在 CAD 軟件中打開它，并使用它來設(shè)計將要打印或銑削的口腔牙科部件的 3D 模型。

　　即使牙醫(yī)使用物理印模，口腔牙科實驗室也可以利用 CAD 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，即通過桌面掃描儀將物理印模數(shù)字化，使其在 CAD 軟件中可用。

　　口腔智造：CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)的優(yōu)勢

　　鑒于 CAD/CAM 牙科速度更快且工作流程更為簡化，這對于牙科診所和實驗室而言也更具成本效益。例如，無需購買或運(yùn)輸印?；蜩T件所需的材料。此外，CAD/CAM 技術(shù)還有助于解決牙科實驗室面臨的技術(shù)人員短缺問題，因為它們能夠每天為每位技術(shù)人員制造更多的假體。

　　另一個顯著的好處是CAD/CAM 牙科通常需要患者進(jìn)行更少的就診，只需進(jìn)行一次口腔內(nèi)掃描和一次放置過程，使患者享受更便利的治療過程。此外，它也提高了患者的舒適度，因為他們可以接受數(shù)字掃描，避免了長時間咬合粘稠的海藻酸鹽材料并等待其凝固的不愉快過程。

　　此外，牙科 CAD/CAM 技術(shù)也提供了更高的產(chǎn)品質(zhì)量?？趦?nèi)掃描儀、三維設(shè)計軟件、銑床(CNC Milling)和3D打印機(jī)的數(shù)字精度通常能夠產(chǎn)生更可預(yù)測和更符合患者需要的結(jié)果。此外，CAD/CAM 牙科還使診所更輕松地處理復(fù)雜的修復(fù)體。

　　CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)在牙科的具體應(yīng)用

　　口腔牙科CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用主要是修復(fù)工作，即修復(fù)和更換腐爛、損壞或缺失的牙齒。 CAD/CAM 技術(shù)可用于制造各種口腔牙科產(chǎn)品，包括：

　　牙冠 Crowns

　　嵌體 Inlays

　　高嵌體 Onlays

　　貼面 Veneers

　　牙橋 Bridges

　　全口、半口假牙 Full and partial dentures

　　種植體修復(fù) implant restorations

　　活動局部假牙(支架) Removable Partial Denture

　　總體而言，口腔牙科的CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)很有吸引力，因為它更快、更容易，同時經(jīng)常提供更好的結(jié)果。

　　口腔牙科CAD/CAM數(shù)字化制造的工作流程

　　口腔牙科CAD/CAM數(shù)字化制造遵循簡單的流程，如果所有流程都在內(nèi)部完成，則可以在短短 45 分鐘內(nèi)完成。步驟通常包括：

　　1、準(zhǔn)備：牙醫(yī)清除所有腐爛物，以確?；颊叩难例X做好掃描和修復(fù)的準(zhǔn)備。

　　2、掃描：牙醫(yī)使用手持式口內(nèi)掃描儀捕獲患者牙齒和口腔的三維圖像。

　　3、設(shè)計：牙醫(yī)(或診所的其他成員)將三維掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入 CAD設(shè)計軟件，并創(chuàng)建修復(fù)產(chǎn)品的 3D模型。

　　4、生產(chǎn)：定制修復(fù)體(牙冠、貼面、假牙等)，并采用 3D打印或銑削方式生產(chǎn)修復(fù)體。

　　5、精加工：此步驟取決于產(chǎn)品和材料的類型，但可能包括燒結(jié)、染色、上光、拋光和燒制(對于陶瓷)，以確保精確的配合和外觀。

　　6、放置：牙醫(yī)將修復(fù)修復(fù)體安裝在患者的口腔中。

　　1、三維掃描：數(shù)字化印模流程

　　數(shù)字印模是通過口內(nèi)三維掃描儀制作的，這些掃描儀是一種薄而輕便的設(shè)備，可以直接置于患者口腔內(nèi)，能在幾秒內(nèi)掃描患者的牙齒。某些掃描儀甚至配備更薄的尖端，以適應(yīng)那些難以張大嘴巴的患者。

　　這些三維掃描儀使用視頻或LED燈快速捕獲患者牙齒和口腔的高分辨率、全彩圖像。掃描圖像可以直接導(dǎo)入CAD軟件進(jìn)行設(shè)計，省去了中間步驟。相較于傳統(tǒng)的物理印象，數(shù)字圖像更為準(zhǔn)確、更加詳細(xì)，且不容易出錯。

　　這一方法的另一個重要優(yōu)勢在于牙醫(yī)可以確保確保咬合的質(zhì)量并確保有足夠的咬合空間。此外，牙科技工室在牙醫(yī)準(zhǔn)備和審核數(shù)字印模后，僅需數(shù)分鐘就可以收到數(shù)字印模，而不需要處理通常與物理印模的運(yùn)送時間和費(fèi)用有關(guān)的問題。

　　2、數(shù)字化設(shè)計：口腔牙科CAD工作流程

　　將三維掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD軟件后，牙醫(yī)或設(shè)計專家可以使用該軟件創(chuàng)建牙冠、貼面、假牙或種植體等牙科產(chǎn)品。

　　這些軟件通常會引導(dǎo)用戶完成創(chuàng)建與患者的牙齒形狀、大小、輪廓和顏色相匹配的產(chǎn)品的過程。該軟件允許用戶調(diào)整厚度、角度、骨水泥間隙和其他變量，以確保正確的貼合和咬合。

　　CAD 軟件還可能包含特定工具，如接觸分析器、咬合檢查器、虛擬咬合架或解剖庫，所有這些工具都有助于改善設(shè)計。它還可以確定插入軸的路徑。許多CAD應(yīng)用程序還使用人工智能(AI)來簡化、優(yōu)化和自動化許多步驟，或者為用戶提供建議。

　　CAD 軟件還可以協(xié)助選擇材料，因為不同材料具有不同的彎曲強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和半透明度組合。

　　3、加工編程：口腔牙科CAM工作流程

　　完成牙科產(chǎn)品的設(shè)計后，文件將被發(fā)送至CAM軟件，以控制3D打印機(jī)或CNC銑床。

　　根據(jù)CAM軟件和輸出設(shè)備的類型，生產(chǎn)可能完全自動進(jìn)行，也可能需要技術(shù)人員啟動該過程。有些工廠配備了自己的CAM系統(tǒng)，而其他工廠可能會將CAD文件發(fā)送到外包制造的中心。

　　對于樹脂產(chǎn)品，如牙科模型、鑄造模型和手術(shù)導(dǎo)板，最常見的兩種3D打印技術(shù)是立體光刻(SLA)和數(shù)字光處理(DLP)。

　　通過SLA，激光束照射充滿液體樹脂的容器，從而固化選定的顆粒。DLP的工作原理與SLA相似，但使用數(shù)字光投影儀而不是激光。因此，DLP可以一次暴露整個層或樹脂，而SLA中使用的激光必須四處移動才能做到這一點(diǎn)。一般來說，SLA更為精準(zhǔn)，而DLP更快。取決于修復(fù)體類型，一種技術(shù)可能比另一種更為適宜。

　　這兩種方法都需要進(jìn)行后處理，包括溶劑清洗或旋轉(zhuǎn)去除多余的樹脂，有時還需要去除支撐結(jié)構(gòu)。

　　對于最終修復(fù)體通常是金屬制品，兩種最常見的3D打印技術(shù)是選擇性激光熔化(SLM)和直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)。這兩者的工作原理與SLA類似，但使用功率更高的激光來熔化金屬粉末并塑造最終的牙冠、牙橋、RPD框架或正畸器具。SLM和DMLS都需要進(jìn)行后處理熱處理，以確保材料保持其強(qiáng)度和形狀。

　　另一方面，銑削是一種減材工藝，通過去除固體塊或盤上的材料來制造牙科產(chǎn)品。CAM軟件的編程功能將數(shù)字3D文件轉(zhuǎn)換為刀具路徑，以最有效的方式切除周圍不必要的材料，同時保持速度、質(zhì)量和運(yùn)營成本的平衡。

　　大多數(shù)牙科銑床都是5軸系統(tǒng)，能夠生產(chǎn)非常復(fù)雜的零件，例如種植桿或全口橋。機(jī)床的第五軸允許銑床傾斜材料塊以到達(dá)底部和插入軸，這是3軸系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。值得注意的是，隨著CAD/CAM牙科市場的增長，這些銑床變得越來越小、設(shè)計更加緊湊，以便在牙科診所中也能輕松實現(xiàn)工作。

　　材料：數(shù)字化制造能夠生產(chǎn)哪些口腔牙科產(chǎn)品？

　　口腔牙科診所或口腔牙科實驗室使用的 CAM 設(shè)備類型很大程度上取決于產(chǎn)品所需的材料類型。常見的材料選擇包括：

　　烤瓷：可實現(xiàn)最佳美觀(外觀)，但前牙修復(fù)體強(qiáng)度較低

　　樹脂：在全覆蓋或部分覆蓋修復(fù)體中具有更大的靈活性

　　聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)：用于臨時修復(fù)體

　　陶瓷(二硅酸鋰)：在全覆蓋后牙修復(fù)體中具有高抗彎強(qiáng)度

　　氧化鋯：在牙冠和后牙修復(fù)體中具有卓越的機(jī)械強(qiáng)度

　　鈷鉻合金：用于 RPD支架、種植和正畸矯治器

　　CAD/CAM數(shù)字化制造與種植牙科

　　種植牙科專注于替代缺失的牙齒。種植系統(tǒng)通常由一個植入體構(gòu)成，它被外科手術(shù)植入到患者的下顎，通常位于牙齒根部所在的位置，還包括一個植入體連接柱，它附著在植入體上并穿過牙齦組織，以及一個牙冠。

　　CAD/CAM牙科技術(shù)可以用于創(chuàng)建種植系統(tǒng)的每個部分，通常使用鈦材料進(jìn)行植入體和連接柱的CNC銑削。根據(jù)其位置、牙醫(yī)的偏好和患者的預(yù)算，牙冠可以由鋯石、金屬陶瓷(PFM)、陶瓷(二硅酸鋰)或金制成。臨時牙冠(用于在最終牙冠制成時安放)可以由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或樹脂制成。

　　CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)還可以用于制作咬合夾板，幫助患者避免在夜間磨牙，以及制作手術(shù)導(dǎo)板，這些是由樹脂制成的套筒，放置在患者的下顎上，以幫助外科醫(yī)生在正確的位置鉆植體。

　　牙科CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)的缺點(diǎn)

　　與牙科領(lǐng)域的任何技術(shù)一樣，CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)也存在一些需要考慮的不足之處。對于牙科診所和實驗室而言，成本可能是一項障礙。初始投資，包括軟件、3D打印機(jī)、銑床和后處理設(shè)備等，可能相當(dāng)高昂。

　　此外，使用CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)需要學(xué)習(xí)曲線。如果沒有自動化解決方案的幫助，與數(shù)字文件準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)管理相關(guān)的手動工作可能很多，而這些工作對于牙科技工而言可能不太熟悉。這是因為CAD/CAM牙科技術(shù)相對較新，通常不包含在技工的培訓(xùn)課程中。

　　通常情況下，員工需要學(xué)習(xí)如何使用多種軟件工具，包括口腔內(nèi)掃描、CAD和CAM。如果購買了新的銑床或3D打印機(jī)，員工可能還需要學(xué)習(xí)另一個軟件應(yīng)用程序。更不用說目前的勞動力短缺可能會使尋找足夠的受過培訓(xùn)的牙科技工成為一項難題，尤其是對于大型診所或?qū)嶒炇襾碚f，更不用說擁有強(qiáng)大的CAD/CAM技能的高素質(zhì)牙科技工。

　　未來展望：牙科CAD/CAM數(shù)字化制造自動化與AI

　　CAD/CAM牙科技術(shù)持續(xù)不斷地發(fā)展演進(jìn)。由于這些技術(shù)是數(shù)字化的，牙科實驗室正在不斷改進(jìn)其效率和易用性。

　　最近的兩個例子包括人工智能(AI)和“智能自動化”。在一些先進(jìn)軟件上，AI被用來自動化所有的CAM步驟，包括：

　　文件分類和分區(qū)

　　零件擺放

　　鏤空

　　打標(biāo)

　　支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　打印排版

　　切片和填充

　　在口腔牙科實驗室等大型企業(yè)中，人工智能可以自動化整個預(yù)生產(chǎn)工作流程。具體來說，軟件可以學(xué)習(xí)：

　　將零件分類為預(yù)定義的類別(牙冠、基臺、貼面等)

　　識別零件上的感興趣區(qū)域，并相應(yīng)地應(yīng)用標(biāo)簽和支撐結(jié)構(gòu)

　　為零件的正確擺放方向提供建議(如最快打印角度、最佳表面質(zhì)量角度、最節(jié)約耗材角度等

　　最大化 2D 和 3D 排版生產(chǎn)密度

　　根據(jù)機(jī)器和技術(shù)人員的可用性、交貨日期和其他因素來計劃生產(chǎn)

　　這降低了牙科實驗室雇傭熟練的3D打印機(jī)和CNC銑床操作員的需求，同時通過最小化文件準(zhǔn)備和制造所需的時間，提高了這些系統(tǒng)的效率。在這個快速增長的市場中，通過更少的員工從這些機(jī)器中提取更多的價值對于最大化盈利至關(guān)重要。

　　口腔智造，簡化口腔牙科數(shù)字工作流程：AI與關(guān)鍵軟件

　　口腔牙科的CAD/CAM數(shù)字化制造技術(shù)已經(jīng)使許多實驗室的口腔牙科生產(chǎn)變得更快、更容易，并且很可能會成為廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)方式。

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