3D打印纯钛基托材料的力学性能研究

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目的:纯钛基托材料制作的义齿有质量轻薄、佩戴舒适、不易损坏、安全无毒等优异特性,在临床修复过程中获得了医患的一致认可。纯钛基托材料的加工工艺一般有以下三种:铸造工艺、铣削工艺、3D打印工艺。本文对以上三种加工工艺制作纯钛试件的力学性能、加工效率及合格率进行了研究,了解不同加工方式的优缺点,为临床上纯钛基托材料加工工艺的选择提供参考依据。传统铸造工艺在包埋铸造过程中极易受外界因素影响,易产生微孔、裂纹、砂眼等制造缺陷,工序繁琐复杂,加工效率缓慢。铣削工艺是将整块原材料进行铣削成形的减材工艺,原材料被铣削下来的部分通常无法回收利用,造成原材料的浪费。3D打印工艺是将金属粉末逐层打印、堆叠成形的增材工艺,这种制造方式,相较于传统铸造工艺,能够减少制造缺陷,相较于铣削工艺,又能提高原材料的利用率。而且,3D打印技术还能加工更复杂的空间结构,加工精度也更高,其工艺流程与其他工艺流程迥异,可以对多个试件同时进行打印加工,加工效率也显著提升。正是由于3D打印有着诸多的优势,因此3D打印在未来临床领域的应用中有着更好的发展潜力。不同加工制作方式的加工程序不同,其形成的微观形态及晶相表现也不相同,最终得到工件的力学性能也有较大的差异[1]。因此对这三种不同加工方式(铸造、铣削、3D打印)的试件进行力学性能测试是十分必要的,了解3D打印工艺的优势,同时客观认识3D打印技术存在的不足,为3D打印技术的优化及发展提供方向。通过对比加工时间及成件合格率,可推测三种加工方式在实际临床应用中的优劣势。方法:1.试件制备:选取钛元素含量都在99%以上的原材料,按铸造、铣削、3D打印三种不同方式加工,制作相同尺寸的薄板型力学性能测试试件,分为铸造组、铣削组、3D打印组,每组六个拉伸试件。2.影像学检查:对制作成功的试件进行影像学检查,筛除有明显制造缺陷的试件。3.力学性能测试:室温下,将三组(铸造组、铣削组、3D打印组)试件于万能拉伸实验机上进行拉断,统计每个试件的抗拉强度、延伸率及弹性模量。4.加工成件时间及合格率计算:统计三组时间加工所需时间及成件合格率。5.统计学分析。结论:1.3D打印组的抗拉强度的平均值为628.11 Mpa,铣削组的平均值为885.04MPa,铸造组的平均值378.12 MPa,经统计学分析,3D打印组的抗拉强度优于铸造组(P<0.05),而弱于铣削组(P<0.05)。2.3D打印组的延伸率的平均值为31.1%,铣削组的平均值为16.5%,铸造组的平均值为11.9%,经统计学分析,3D打印组的延伸率优于铸造组及铣削组(P<0.05)。3..3D打印组的弹性模量的平均值为101.34 Mpa,铣削组的平均值为108.16MPa,铸造的平均值102.54 MPa,经统计学分析,3D打印组的弹性模量低于铣削组(P<0.05),与铸造组无明显差异(P>0.05)。4.3D打印的单件加工总时长3h,铣削的单件加工总时长为7h,铸造的单件加工23h,3D打印的加工时长最短,加工效率更高,3D打印组及铣削组试件的合格率为100%,而铸造组试件合格率为60%,3D打印及铣削工艺的试件合格率高于铸造工艺。
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