三维打印与铣削技术制备整体式氧化锆修复体的断裂抗力及表面特性对比研究

本研究针对传统减材制造技术(铣削)制备氧化锆修复体存在材料浪费严重的问题，通过对比评价增材制造(3D打印)与铣削技术制备的3 mol%氧化钇稳定氧化锆(Y-TZP)全冠的断裂抗力、表面粗糙度和显微硬度。研究采用数字光处理(DLP)技术打印24个氧化锆全冠，与铣削组进行对比测试，结果显示3D打印氧化锆具有相当的断裂抗力(2693.6±225.6 N vs 2786.3±160.5 N，P=0.26)，但表面粗糙度(Ra 0.52±0.09 μm vs 0.28±0.03 μm，P<0.001)和显微硬度(1355.1±34.1 VHN vs 1657.2±32.7 VHN，P<0.001)较差。该研究为临床选择氧化锆修复体制造技术提供了重要实验依据，发表于《BMC Oral Health》。

　　

在当代修复牙科领域，氧化锆陶瓷因其卓越的美学性能和机械强度备受青睐。传统采用计算机辅助设计与制造(CAD-CAM)铣削技术制备氧化锆修复体，却面临高达90%材料浪费的困境。随着3D打印技术的兴起，数字光处理(DLP)等增材制造(AM)技术为氧化锆修复体的高效制备带来了新希望，但其机械性能和表面特性是否满足临床需求仍缺乏系统研究。

为解决这一关键问题，亚历山大大学牙学院保守牙科系的Rogina M.Hassan研究团队在《BMC Oral Health》发表了一项开创性研究。该团队通过对比3D打印与铣削技术制备的3 mol%氧化钇稳定四方氧化锆多晶体(3Y-TZP)全冠的性能差异，为临床技术选择提供了重要依据。

研究采用的主要技术方法包括：1) 使用环氧树脂模拟牙体制备24个实验模型；2) 通过5轴铣床(CORiTEC 150i)和DLP打印机(CeraFab S65)分别制备氧化锆全冠；3) 5000次热循环模拟6个月口腔环境老化；4) 万能试验机测试断裂抗力；5) 接触式轮廓仪测量表面粗糙度参数(Ra、Rz、Rp、Rv)；6) 维氏硬度计测定显微硬度；7) 扫描电镜(SEM)进行断口形貌分析。

研究结果部分显示：

1. 断裂抗力与威布尔分析
   铣削组氧化锆全冠平均断裂抗力为2786.3±160.5 N，略高于3D打印组的2693.6±225.6 N，但差异无统计学意义(P=0.26)。威布尔分析表明铣削组具有更高的威布尔模量(19.5 vs 12.1)和特征强度(2859.1 N vs 2798.6 N)，显示更好的可靠性。

1. 断口形貌分析
   SEM观察显示铣削组样品呈现典型的脆性断裂特征，可见断裂镜面、放射状裂纹和扭转裂纹线，表明裂纹扩展过程中存在阻力。而3D打印组则显示出明显的层间分离和孔隙，这是增材制造过程中树脂去除和烧结收缩导致的固有缺陷。

1. 表面粗糙度
   铣削组在所有粗糙度参数(Ra、Rz、Rp、Rv)上均显著优于3D打印组(P<0.001)。未上釉的3D打印氧化锆Ra值达0.52±0.09 μm，是铣削组(0.28±0.03 μm)的近两倍。上釉处理后，两组表面粗糙度均显著改善，3D打印组Ra降至0.40±0.05 μm(P=0.001)，铣削组降至0.23±0.02 μm(P<0.001)。

2. 显微硬度
   铣削氧化锆的维氏硬度值(1657.2±32.7 VHN)显著高于3D打印组(1355.1±34.1 VHN)(P<0.001)，这归因于铣削用氧化锆块体在制备过程中经受的高压致密化处理。

研究结论与讨论部分指出，虽然3D打印氧化锆展现出与铣削产品相当的断裂抗力，能够满足正常咬合力(450-520 N)的需求，但其较低的威布尔模量、较高的表面粗糙度和较低的显微硬度提示临床应用中可能存在风险。值得注意的是，采用45°打印方向和25 μm层厚的DLP技术参数有效改善了打印产品的层间结合强度，这是获得良好机械性能的关键。上釉处理可显著改善3D打印氧化锆的表面粗糙度，部分弥补了增材制造的固有缺陷。

该研究的临床意义在于：1) 证实了DLP技术制备氧化锆修复体的可行性；2) 明确了当前3D打印氧化锆在表面特性方面的局限性；3) 为优化打印参数(如层厚、打印方向)提供了实验依据；4) 建议对上釉后处理工艺进行标准化。未来研究应关注不同打印技术(SLA、SLS等)的性能差异，以及长期临床效果的验证，以推动3D打印氧化锆在牙科修复中的广泛应用。