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學(xué)術(shù)分享丨DIW墨水直寫3D打印半透明氧化鋯牙假體

發(fā)布時(shí)間：2025-05-27 瀏覽量：分享到：

學(xué)術(shù)分享丨DIW直寫3D打印半透明氧化鋯牙假體

研究背景

氧化鋯（ZrO?）是一種重要的陶瓷材料，以其優(yōu)異的機(jī)械性能、高耐腐蝕性、高硬度和生物相容性聞名。現(xiàn)有牙科修復(fù)體制造方法依賴CAD/CAM銑削技術(shù)，存在材料浪費(fèi)、污染問題，且難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高透光性和機(jī)械性能結(jié)合。

里約熱內(nèi)盧州立大學(xué)在《Journal of Manufacturing Processes》發(fā)表研究，開發(fā)5mol%氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯膠體墨水，驗(yàn)證DIW墨水直寫3D打印技術(shù)潛力。

研究內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)方法

開發(fā)高固含量（42體積%）的5Y-PSZ陶瓷墨水，采用膠體法配制，添加羧甲基纖維素（CMC）和聚乙烯亞胺（PEI）。

通過優(yōu)化打印參數(shù)、干燥過程及脫脂燒結(jié)工藝，調(diào)控墨水流變性能，獲得優(yōu)異性能的致密陶瓷部件。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)打印簡單幾何樣品，表征機(jī)械和光學(xué)性能。結(jié)果顯示材料高致密性、優(yōu)異力學(xué)性能，5Y-PSZ立方晶相結(jié)構(gòu)確保高透光性。

制造兩個(gè)解剖學(xué)牙齒模型，驗(yàn)證技術(shù)可行性。

研究方法及數(shù)據(jù)

圖1：用于打印5Y-PSZ陶瓷的最終處理和致密化的預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)工藝安排。

圖2：a) 鋯石粉末的掃描電子顯微鏡（SEM）形貌；b) X射線衍射圖譜，其中：I) 整體譜圖和 II) 聚焦于四方/立方峰分裂區(qū)域；c) 用于陶瓷墨水的5Y-PSZ粉末的膨脹測量（膨脹儀）結(jié)果。

圖3：a) 黏度與剪切速率的關(guān)系；b) 振幅掃描曲線；c) 含有42體積百分比固體負(fù)載的5Y-PSZ陶瓷墨水（添加劑包括CMC和PEI）擠出的細(xì)絲。

圖4：通過直接 ink 噴?。―IW）制備并在1600°C下燒結(jié)2小時(shí)的5Y-PSZ樣品（圓盤、棒材和解剖模型）的相對(duì)密度。

圖5：a) 燒結(jié)后的5Y-PSZ打印部件的X射線衍射（XRD）圖譜；b) 詳細(xì)的2θ區(qū)域，從33°到39°以及從72°到77°。

圖6：在1600°C燒結(jié)2小時(shí)后的DIW制備的5Y-PSZ樣品的掃描電子顯微鏡（SEM）微觀圖像。

圖7：通過DIW墨水直寫陶瓷3D打印獲得的5Y-PSZ燒結(jié)樣品的韋布爾分布圖。

圖8：通過機(jī)器人鑄造（robocasting）加工的5Y-PSZ樣品的斷裂面；a) 和 d) 圖為最低彎曲強(qiáng)度（σ = 210 MPa）樣品的橫截面；c) 和 d) 圖為最高彎曲強(qiáng)度（σ = 372 MPa）樣品的橫截面。

圖9：不同厚度的燒結(jié)5Y-PSZ樣品的對(duì)比度比。

圖10：a) 齒科修復(fù)體的3D打印過程；b) 預(yù)燒結(jié)齒科修復(fù)體樣品的表面精加工過程；c) 打印表面在加工前后的表面精加工比較，以及燒結(jié)后加工樣品的透光性。

圖11：燒結(jié)后的5Y-PSZ樣品的掃描電子顯微鏡（SEM）微觀圖像：a) 來自直接墨水書寫（DIW）工藝的表面細(xì)節(jié)；b) 由牙科專業(yè)人士進(jìn)行解剖調(diào)整后的表面細(xì)節(jié)。

關(guān)鍵結(jié)論

技術(shù)潛力

DIW墨水直寫3D打印技術(shù)展現(xiàn)制造牙科修復(fù)體的可打印潛力，優(yōu)化美學(xué)效果
墨水特性

墨水流變特性支持0.25毫米噴嘴擠出，制造牙科解剖結(jié)構(gòu)
機(jī)械性能

機(jī)械性能符合ISO 6872-19標(biāo)準(zhǔn)3類，平均相對(duì)密度94-95%
透光性

透光性低于傳統(tǒng)方法（99%密度樣品）

森工3D打印機(jī)功能分析

該研究（文章）使用了3D打印機(jī)哪些功能（模塊）

該研究（文章）使用了3D打印機(jī)哪些功能（模塊）:

森工3D打印在該類研究中功能匹配情況

森工3D打印機(jī)在該類研究中功能匹配情況:

要適配該類研究森工3D打印機(jī)需定制哪些功能

要適配該類研究森工3D打印機(jī)需定制哪些功能:

森工3D打印機(jī)已有功能模塊對(duì)該類研究應(yīng)用設(shè)想

森工3D打印機(jī)已有功能模塊對(duì)該類研究應(yīng)用設(shè)想:

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3. 支持自調(diào)配材料，靈活適應(yīng)科研實(shí)驗(yàn)要求；
4. 少量材料即可打印測試，高效產(chǎn)出，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本；
5. 支持多噴頭多通道多材料多模式打??；
6. 支持各種外場輔助功能拓展和定制。

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