德克萨斯大学开发超快速热脱脂工艺，可加快3D打印氧化锆牙齿修复体生产

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2025年10月20日，德克萨斯大学达拉斯分校(UT Dallas)的研究人员开发出一种技术，使牙医能够在数小时内（而不是数天）3D 打印永久性氧化锆牙冠和其他修复体。相关研究成果以题为“Single-step thermal debinding forceramics vat photopolymerization in less than 30 minutes”的论文发表在《陶瓷国际》杂志上。本研究项目得到了美国国家科学基金会(NSF) 和美国空军科学研究办公室的支持，已获得美国国家科学基金会创新伙伴关系-技术转化项目提供的 55 万美元奖励（拨款编号2431684），用于支持商业化。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.05.206

陶瓷真空光聚合(VPP) 3D 打印技术以生产高分辨率、高质量的陶瓷部件而闻名，尤其是在牙科行业。然而，由于陶瓷VPP 中的粘合剂含量高（40–60 vol%），热脱脂(TD) 工艺耗时耗能，限制了广泛应用。本研究的重点则在于加速后处理的脱脂流程，这一过程需要去除打印过程中将氧化锆颗粒粘合在一起的树脂粘合剂。传统上，这一阶段可能需要长达100个小时，因为必须逐渐烧掉树脂以防止出现裂纹。本研究展示了一种用于 VPP 制造的氧化锆部件的超快速热脱脂 (UFTD) 工艺，可在 30 分钟内完全去除粘合剂。

除了德克萨斯大学达拉斯分校之外， Pan-AM 牙科实验室、3DCeram Sinto以及阿灵顿修复牙科专家、德克萨斯 A&M 大学牙科学院前副教授 Amirali Zandinejad 博士也做出了努力。

△由德克萨斯大学达拉斯分校研究人员的技术打造的成品牙冠。照片来自德克萨斯大学达拉斯分校。

氧化锆牙齿修复的周转速度更快

氧化锆是牙齿修复中最坚固的材料之一，常用于制作牙冠、牙桥和贴面。然而，目前通过3D打印制作的当日牙冠通常由耐用性较差的树脂基陶瓷制成。这些也可以通过铣削在一天内完成，铣削是一种减材技术，从一整块氧化锆上雕刻出牙冠。但这种工艺限制了设计的灵活性，并且可能在制造过程中造成微裂纹。通过使用能够达到 2,550°F 以上温度的多孔石墨并与真空系统相结合，研究人员发现加热过程中释放的气体可以安全逸出，从而防止了之前限制 3D 打印氧化锆修复的裂缝。

脱脂后，打印好的牙冠需要经过烧结，这是一个高温步骤，将氧化锆颗粒熔合成致密的固体形状，适合永久性牙科修复。研究人员表示，缩短的处理时间可以让牙医在一次就诊中，使用诊所设备打印并安装氧化锆牙冠。

本项目负责人、德克萨斯大学达拉斯分校机械工程教授马吉德·米纳里博士指出，冗长的脱脂阶段是实现氧化锆同日打印的主要障碍。他表示，新工艺结合了传热和真空系统，能够有效排出气体，无需耗费数天的烧尽时间。

研究人员指出，新的脱脂方法在应用于牙科实践之前仍需临床测试和监管部门的批准。如果得到验证，这项技术将能够简化定制化永久性氧化锆修复体的生产，并改变牙科材料的制造方式。

加快牙齿修复工作流程

3D打印在牙科领域的应用已被证实能够缩短周转时间。例如，波士顿微制造公司（Boston Micro Fabrication ）的牙科部门UltraThineer报告称，他们使用3D打印的无需准备的氧化锆贴面，修复了一位36岁患有磨牙症、牙齿过度突出、牙齿变色和前牙磨损的患者。他们采用数字化微笑设计，设计了16个BL3色超薄贴面，以改善牙齿排列、对称性和亮度，同时保留牙釉质。

4小时的治疗过程包括仔细清洁、酸蚀、硅烷处理和光固化粘接，以确保牢固的粘接力和边缘完整性。治疗结束后，患者佩戴了咬合保护器并转诊至睡眠监测中心。该病例展示了如何通过牙釉质保护、咬合控制和数字化规划来实现持久自然的美观效果。

在欧洲，奥地利陶瓷 3D 打印公司Lithoz在去年的芝加哥 LMT 实验室日上展示了与Ivoclar合作开发的锂二硅酸盐材料的新进展。这种新材料使用 IPS e.max 粉末生产定制的大型牙齿修复体。通过基于光刻技术的陶瓷制造 (LCM) 工艺，Lithoz制造了薄至 0.3 毫米的 3D打印贴面和可复制天然牙齿的半透明牙冠。一台 CeraFab System S65 医疗打印机每次运行最多可打印 50 个修复体，相当于每天约 350 个，且无材料浪费，效率比传统技术高出约八倍。