科普長文｜CAD/CAM數字化制造在口腔牙科的應用

　　簡介：

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

　　口腔牙科正利用CAD/CAM數字化制造技術，迅速將長期以來以費時和幾乎完全手工制作而著名的過程數字化。借助最新的設計和制造技術，CAD/CAM數字化制造技術開啟了口腔牙科新時代，標志著更高效的程序、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數字化制造技術，包括其工作原理、涉及內容、優點、缺點以及相關技術。

　　CAD/CAM數字化制造技術在口腔牙科中的應用？

　　計算機輔助設計(CAD)是指使用軟件創建口腔牙科產品的數字三維模型，而非傳統的蠟模型制作方法。

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

　　CAD/CAM數字化制造在牙科中的應用涵蓋了使用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體或修復體等牙科產品。

　　簡而言之，牙醫或技術人員使用CAD軟件創建虛擬牙冠，并通過CAM過程進行數字化制造。如您所見，牙科CAD/CAM數字化制造相對于傳統方法更具可復制性和可擴展性。

　　口腔牙科CAD/CAM數字化制造技術的發展

　　口腔牙科CAD/CAM數字化制造技術的引入改變了口腔牙科診所和口腔牙科實驗室處理印模、設計和制造的方式。

　　在CAD/CAM 技術出現之前，牙醫會使用石膏或硅膠對患者的牙齒進行印模。牙醫或口腔牙科實驗室的技術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約，具體取決于最終產品的準確性。

　　口腔牙科CAD/CAM數字化制造技術及其相關技術使以前的手動流程變得更加數字化。

　　該過程的第一步可以直接在牙醫辦公室完成，牙醫使用口內三維掃描儀記錄患者牙齒的數字印模。生成的三維掃描結果可以發送到口腔牙科實驗室，技術人員在 CAD 軟件中打開它，并使用它來設計將要打印或銑削的口腔牙科部件的 3D 模型。

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

　　口腔智造：CAD/CAM數字化制造技術的優勢

　　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，無需購買或運輸印模或鑄件所需的材料。此外，CAD/CAM 技術還有助于解決牙科實驗室面臨的技術人員短缺問題，因為它們能夠每天為每位技術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行更少的就診，只需進行一次口腔內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 技術也提供了更高的產品質量。口內掃描儀、三維設計軟件、銑床(CNC Milling)和3D打印機的數字精度通常能夠產生更可預測和更符合患者需要的結果。此外，CAD/CAM 牙科還使診所更輕松地處理復雜的修復體。

　　CAD/CAM數字化制造技術在牙科的具體應用

　　口腔牙科CAD/CAM數字化制造技術應用主要是修復工作，即修復和更換腐爛、損壞或缺失的牙齒。 CAD/CAM 技術可用于制造各種口腔牙科產品，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 implant restorations

　　活動局部假牙(支架) Removable Partial Denture

　　總體而言，口腔牙科的CAD/CAM數字化制造技術很有吸引力，因為它更快、更容易，同時經常提供更好的結果。

　　口腔牙科CAD/CAM數字化制造的工作流程

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

　　1、準備：牙醫清除所有腐爛物，以確保患者的牙齒做好掃描和修復的準備。

　　2、掃描：牙醫使用手持式口內掃描儀捕獲患者牙齒和口腔的三維圖像。

　　3、設計：牙醫(或診所的其他成員)將三維掃描數據導入 CAD設計軟件，并創建修復產品的 3D模型。

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

　　5、精加工：此步驟取決于產品和材料的類型，但可能包括燒結、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：牙醫將修復修復體安裝在患者的口腔中。

　　1、三維掃描：數字化印模流程

　　數字印模是通過口內三維掃描儀制作的，這些掃描儀是一種薄而輕便的設備，可以直接置于患者口腔內，能在幾秒內掃描患者的牙齒。某些掃描儀甚至配備更薄的尖端，以適應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入CAD軟件進行設計，省去了中間步驟。相較于傳統的物理印象，數字圖像更為準確、更加詳細，且不容易出錯。

　　這一方法的另一個重要優勢在于牙醫可以確保確保咬合的質量并確保有足夠的咬合空間。此外，牙科技工室在牙醫準備和審核數字印模后，僅需數分鐘就可以收到數字印模，而不需要處理通常與物理印模的運送時間和費用有關的問題。

　　2、數字化設計：口腔牙科CAD工作流程

　　將三維掃描數據導入CAD軟件后，牙醫或設計專家可以使用該軟件創建牙冠、貼面、假牙或種植體等牙科產品。

　　這些軟件通常會引導用戶完成創建與患者的牙齒形狀、大小、輪廓和顏色相匹配的產品的過程。該軟件允許用戶調整厚度、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計。它還可以確定插入軸的路徑。許多CAD應用程序還使用人工智能(AI)來簡化、優化和自動化許多步驟，或者為用戶提供建議。

　　CAD 軟件還可以協助選擇材料，因為不同材料具有不同的彎曲強度、機械強度和半透明度組合。

　　3、加工編程：口腔牙科CAM工作流程

　　完成牙科產品的設計后，文件將被發送至CAM軟件，以控制3D打印機或CNC銑床。

　　根據CAM軟件和輸出設備的類型，生產可能完全自動進行，也可能需要技術人員啟動該過程。有些工廠配備了自己的CAM系統，而其他工廠可能會將CAD文件發送到外包制造的中心。

　　對于樹脂產品，如牙科模型、鑄造模型和手術導板，最常見的兩種3D打印技術是立體光刻(SLA)和數字光處理(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。一般來說，SLA更為精準，而DLP更快。取決于修復體類型，一種技術可能比另一種更為適宜。

　　這兩種方法都需要進行后處理，包括溶劑清洗或旋轉去除多余的樹脂，有時還需要去除支撐結構。

　　對于最終修復體通常是金屬制品，兩種最常見的3D打印技術是選擇性激光熔化(SLM)和直接金屬激光燒結(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都需要進行后處理熱處理，以確保材料保持其強度和形狀。

　　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品。CAM軟件的編程功能將數字3D文件轉換為刀具路徑，以最有效的方式切除周圍不必要的材料，同時保持速度、質量和運營成本的平衡。

　　大多數牙科銑床都是5軸系統，能夠生產非常復雜的零件，例如種植桿或全口橋。機床的第五軸允許銑床傾斜材料塊以到達底部和插入軸，這是3軸系統無法實現的。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、設計更加緊湊，以便在牙科診所中也能輕松實現工作。

　　材料：數字化制造能夠生產哪些口腔牙科產品？

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

　　烤瓷：可實現最佳美觀(外觀)，但前牙修復體強度較低

　　樹脂：在全覆蓋或部分覆蓋修復體中具有更大的靈活性

　　聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)：用于臨時修復體

　　陶瓷(二硅酸鋰)：在全覆蓋后牙修復體中具有高抗彎強度

　　氧化鋯：在牙冠和后牙修復體中具有卓越的機械強度

　　鈷鉻合金：用于 RPD支架、種植和正畸矯治器

　　CAD/CAM數字化制造與種植牙科

　　種植牙科專注于替代缺失的牙齒。種植系統通常由一個植入體構成，它被外科手術植入到患者的下顎，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牙科技術可以用于創建種植系統的每個部分，通常使用鈦材料進行植入體和連接柱的CNC銑削。根據其位置、牙醫的偏好和患者的預算，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數字化制造技術還可以用于制作咬合夾板，幫助患者避免在夜間磨牙，以及制作手術導板，這些是由樹脂制成的套筒，放置在患者的下顎上，以幫助外科醫生在正確的位置鉆植體。

　　牙科CAD/CAM數字化制造技術的缺點

　　與牙科領域的任何技術一樣，CAD/CAM數字化制造技術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、銑床和后處理設備等，可能相當高昂。

　　此外，使用CAD/CAM數字化制造技術需要學習曲線。如果沒有自動化解決方案的幫助，與數字文件準備和數據管理相關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牙科技術相對較新，通常不包含在技工的培訓課程中。

　　通常情況下，員工需要學習如何使用多種軟件工具，包括口腔內掃描、CAD和CAM。如果購買了新的銑床或3D打印機，員工可能還需要學習另一個軟件應用程序。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的牙科技工成為一項難題，尤其是對于大型診所或實驗室來說，更不用說擁有強大的CAD/CAM技能的高素質牙科技工。

　　未來展望：牙科CAD/CAM數字化制造自動化與AI

　　CAD/CAM牙科技術持續不斷地發展演進。由于這些技術是數字化的，牙科實驗室正在不斷改進其效率和易用性。

　　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

　　零件擺放

　　鏤空

　　打標

　　支撐結構設計

　　打印排版

　　切片和填充

　　在口腔牙科實驗室等大型企業中，人工智能可以自動化整個預生產工作流程。具體來說，軟件可以學習：

　　將零件分類為預定義的類別(牙冠、基臺、貼面等)

　　識別零件上的感興趣區域，并相應地應用標簽和支撐結構

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

　　最大化 2D 和 3D 排版生產密度

　　根據機器和技術人員的可用性、交貨日期和其他因素來計劃生產

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

　　口腔智造，簡化口腔牙科數字工作流程：AI與關鍵軟件

　　口腔牙科的CAD/CAM數字化制造技術已經使許多實驗室的口腔牙科生產變得更快、更容易，并且很可能會成為廣泛應用的生產方式。

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