维也纳工业大学Julia Anna Schönherr, Jürgen Stampfl:《牙科用硅酸锂玻璃陶瓷的3D光固化增材制造》
- 分类：资讯中心
- 发布时间：2022-06-09 14:41
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【概要描述】
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随着增材制造 (AM) 在工业生产中的兴起，不同的行业正在寻找一种方法，以从传统制造方法（如铣削或铸造）的优势中获益。逐层方法允许并行构建不同的复杂结构，同时定制零件，同时显着减少材料浪费。这对于高级陶瓷材料的加工特别有趣，因为这些材料通常需要定制和单个零件。关于陶瓷，与任何其他增材制造技术相比，光刻陶瓷制造 (LCM) 可提供最高的表面质量和可实现的精度，这对于满足牙科行业对准确性和可重复性的高要求是必要的。
维也纳工业大学的研究人员通过使用专门开发的基于数字光处理 (DLP) 的立体光刻打印机以及热脱脂和烧结工艺，获得了打印不同种类陶瓷和玻璃的专业知识。在牙科行业，玻璃陶瓷材料被广泛用于定制和美学修复。这项工作通过增材制造技术处理二硅酸锂，提供高密度 (>99%) 的全陶瓷部件，满足用作牙科修复体的要求。凭借超过 400 MPa 抗弯强度的出色机械性能、出色的半透明度和精度，贴面、牙冠甚至牙桥，尤其是前牙区域，可以重复打印、脱脂和烧结。
图1所示。本研究所用的二硅酸锂粉体的sem图像和粒度分布。粉末的粉碎导致尖锐的棱角不均的颗粒，可见于(a)。这导致了宽粒度分布(b)。较小的颗粒(细颗粒)破碎，而较大的颗粒(粗颗粒)一般有圆润的边缘。粉体性质影响浆料的流变性能，必须适应粉体批次。
译文：图2所示。LCM过程的不同重涂策略:(a)展示了在TU Wien建造和使用的立体光刻打印机的原理;采用旋转缸，有利于物料均匀化，提高成型速度。(b)为本研究使用的线性涂层体系。它允许使用更大的建筑平台，因此并行生产。此外，由透明导电层(ito层)组成的特殊材料缸可以将浆料加热至60°C (C)
图3所示。根据DIN EN SO 6872设置双轴弯曲强度测试。在(a)中，将厚度为b、半径为r3的测试血小板放置在三个支承球(半径为r1)上。两边放置PE纸(绿色虚线)。垂直于打印样品的建筑方向施加载荷P，见(b)。打印完成后通过磨削去除支撑结构。(关于这个图例中颜色的解释，读者可以参考本文的网页版本。)
图4所示。二硅酸锂浆料在30°C至60°C不同温度下的流变行为，以评估必要的加热实施。温度每升高10℃，动态粘度降低约50%。温度越高，初始流动阻力和后期剪切减薄效应减小甚至消失。
图5所示。二硅酸锂浆料的流变性能，填充同一粉体批次的不同组分。填充更大、更圆的颗粒(“粗粒”)的料浆比基材的粘度更低，初始流动阻力也更小。“细颗粒”中更小、更碎裂的颗粒会导致非常高的流动阻力，当颗粒沿流动方向排列时，阻力会降低
图7所示。烧结二硅酸锂零件的显微组织和透光性分析。左上(a)为抛光双轴弯曲强度测试板的断口，打印层厚为25 μm。打印过程无分层信息，零件内部无明显气孔、裂纹。用40% HF蒸汽蚀刻20 s后(b)， 500 nm左右的锂晶体清晰可见(c)。为了展示打印的牙齿修复体的高透明度，可以看到(d)在石膏模型上放置LCM制作的前冠。
图8所示。印刷层厚为50 μm的测试板的双向弯曲强度威布尔分布及表面光洁度的影响。(a)样品在烧制时进行测试，威布尔分布较窄，威布尔模量较高，为14.2。(b)为po样的威布尔分布。由于研磨过程，表面质量一般提高，导致更高的威布尔强度。但小的表面缺陷分布不均匀，导致威布尔模量较低，为5.2。
图9所示。抛光的二硅酸锂试样上的维氏硬度测量印模。断裂韧性可以通过测量裂纹长度c来估计。
图10所示。数字化打印后处理修复。通过LCM技术制作的门牙冠，被安装在建模材料(a)上，并通过口腔内扫描仪(iTero)再次数字化。扫描(b，蓝色)与原始打印的stl文件(b，橙色)进行比较。颜色表示与原始形状的偏差。绿色区域表示良好的配合，黄色和浅蓝色区域仍然可以接受。正偏差(红色)表示烧结(扫描)结构比stl文件大，负偏差(蓝色)表示较小。(如需解释此图图例中有关颜色的参考，读者可参考本文的网页版本。)
该研究使用立体光刻陶瓷制造(LCM)可重复打印致密和可靠的二硅酸锂玻璃陶瓷样品，满足牙科修复材料在力学性能和美学方面的高要求。烧结件的密度为理论密度的99.9%，表明孔隙率较低，表面质量(抛光)最高的样品的双轴弯曲强度可达430 MPa。研究成果以“Stereolithography-based additive manufacturing of lithium disilicate glass ceramic for dental applications” 为题发表在Materials Science & Engineering C。
论文原文链接为： //doi.org/10.1016/j.msec.2020.111180。
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