【摘 要】CAD/CAM技术给口腔修复带来了一次变革，现在应用CAD/CAM减法系统可制作的修复体包括贴面、嵌体、冠、桥等，而且新的更先进的设备也在迅快的上市。最近一系列新的数字化口内扫描技术的应用佐证了生产成本的降低会保证以上进步的可持续性。关于修复体的制作，目前虽然是减法制造技术占主导地位，但加法制造技术的特有优势也和很明显，其影响必将逐渐加强。任何修复体都可能用数字化技术制作，并且可能更准确、快捷而廉价。本文回顾总结了如立体光固化成型、选区电子束熔化、激光粉末成形、立体喷墨打印、熔融沉积成型等加法制造技术的原理、优缺点及在口腔修复应用的现状。
【关键词】快速成型；应用进展
在过去的几十年中，牙科与材料发展的关系十分密切。牙科引领了医学对新材料和新技术的吸纳。而对新技术CAD/CAM的应用就是一个明证。CAD/CAM技术在70年代首次被Duret 和 Preston首次用于牙科[1]，随着计算机技术的不断进步，CAD/CAM得到了突飞猛进的发展。现在CAD/CAM技术已为多数齿科加工所接受，有些医生甚至在椅旁应用CAD/CAM[2]，CAD/CAM为口腔修复带来了一次变革。
1.CAD/CAM技术在牙科的发展
CAD/CAM技术的发展基于三个因素称为：数据采集、数据处理、数控加工。计算机处理数据能力的指数增长使以上三个领域发生了巨大进步，特别是最近市场推介的口内扫描系统（3M的 Lav C.O.S， 3Shape的 Trio 及Cadent的 iTero）更是其发展的例证。例如LavaTMC.O.S.每秒可采集30个数据集并即时建模。这样就可能不用取印模、灌模而直接建立口腔三维模型，并利用目前众多的激光扫描系统之一使模型的数字化。数字模型可用于设计修复体，现在有很多软件可设计牙科修复体如贴面、嵌体、冠、桥、局部义齿支架。
牙科CAD/CAM技术的进一步发展是从封闭向开放数据库系统的转变。过去数据采集、设计、加工设备构成一个独立封闭的体系，现在随着越来越多的技术逐渐开放，CAD/CAM系统的各个组成部分可分别购买了。这使CAD/CAM技术更加灵活，数据采集来源广泛（口内扫描、对颌或激光模型数字化、CT、MRI），设计软件与修复体（冠、桥，义齿支架、个性化种植体及基台）更加匹配。该转变的另一重要意义是可选择更广泛的加工程序及材料。这样人们就摆脱了目前多数牙科CAD/CAM系统应用的数控加工设备的束缚。
2.减法制造技术
牙科CAD/CAM最初是基于减法制造技术。人们对此最熟悉的就是计算机数控机床，用电动工具如锯、车床、铣床、钻床等锋利切割工具将材料切割成需要的几何形状，其全过程由计算机控制，这样从一块材料开始，机床切除不需要的部分来完成修复体。这种方法使加工时间大大缩短，而且常规方法制作困难或不能制作的情况也更加简单。这种技术现在已广泛发展出包括电火花加工，电化学加工，电子束加工，光化学加工，超声加工等在内的多个分支[3]。这些方法都是基于减法制造，其很大的缺点被切削浪费的材料多于成品所需材料，而且每次只能加工一件修复体[4]。而加法制造则可以克服切削法的这一弊端，且加法加工最大优势是可以形成复杂的内部空腔结构，并能同时加工多件修复体。
3.加法制造技术
加法制造的定义是：依据3D数据模型累加材料加工零件的过程，一般是依据计算机上构成的零件三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层面的二维轮廓，按这些轮廓，成形头选择性地逐层固化材料，形成各个截面轮廓并逐步顺序叠加形成三维零件。该方法特别适合用于定制个性化零件，而且材料浪费少。加法制造在1980年代开始用于加工机件原型、模型、铸模，并被命名为快速成型技术[2]，近年来加法制造技术逐渐成熟，广泛应用于多种行业，包括医学领域，可用于加法制造的材料包括高分子材料、金属、陶瓷等。而在口腔修复领域，由于需要针对每个患者各自制作个体化的修复体，加法制造表现出特有优势。
目前可能用于口腔修复的快速成型技术包括：立体光固化成型（Stereolithography SLA）、选区电子束熔化（Selective electron beam melting SEBM）、激光粉末成形（Laser powder forming）、立体喷墨打印（Inkjet printing）、熔融沉积成型（Fused deposition modeling FDM）。
3.1立体光固化（Stereolithography SLA）
SLA工艺也称光造型或立体光刻，SLA技术是基于液态光敏树脂的紫外光聚合原理工作的。液槽中盛满液态光固化树脂，紫外光束在在液态表面上聚焦扫描， 使光斑聚焦处液体固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个机件制造完毕，得到一个三维实体机件。
SLA在医学领域的应用是从基于CT数据制作人体解剖实体模型开始的，后用于外科手术中个体化植入物的设计制作如颅骨成形、眶底修复，而且主要是用于制作钛植入物的铸模或模型[5]，现在常规用于制作牙种植体手术导板，其应用范围逐渐扩展至临时冠桥及失蜡铸模的树脂模型制作[6]。
3.2选区电子束熔化（Selective electron beam melting SEBM）
SEBM是一种加工多孔结构金属零件的方法，这种方法是在高真空环境下以电子束逐层熔化金属粉末形成零件。由于电子束能量高，因此粉末熔化后结构致密、无气泡、强度高。该技术广泛应用于骨科及颌面外科个体化植入体的制作，可将多种合金材料（cp-titanium、 Ti-6Al-4V、Co/Cr）加工成高度多孔结构[7][8]，多孔或泡沫样结构可使合金的机械性能与骨更加匹配，尤其是弹性模量，这样可以减轻应力遮挡。另外，多孔结构利于骨向植体内生长，以提供植体稳固性。SEBM加工精确度为0.3-0.4mm，表面粗糙度Ra值达到25μm[8]，这可能更适合制作种植体而不宜用于冠、桥、义齿支架的制作。
3.3激光粉末成形（Laser powder forming）
基于激光的加法制造技术包括选择性激光熔化（selective laser meltingSLM）和选择性激光烧结（selective laser sintering SLS），将高能激光聚焦于由薄层粉末形成的基面，激光光斑处形成熔化池，粉末颗粒熔化融合，一个层面扫描完成后，工作基面下移一个层厚的高度，然后在其上添加新一层材料，如此重复累加，直至机件完成。该技术依据CAD数据可加工复杂几何结构的部件，因此被广泛应用。目前就如何区分两种术语名称仍无统一意见，加工高分子材料或陶瓷材料时通常称之为SLS，而加工金属材料时常用SLM或直接金属激光烧结（direct metal laser sintering DMLS）。
SLS/SLM较其它加法制造方式可应用的材料范围更为广泛，包括高分子材料如聚酰胺用于面部赝复体[9]，超大分子量聚乙烯、聚己酸内酯用于功能梯度支架[10]，高分子混合物如聚己酸内酯和药物形成缓释剂型[11]，羟磷灰石和聚乙烯聚酰胺用于个体化组织工程支架材料[12]；金属粉末材料如钢、钛、Co-Cr合金等。很多情况可以把大量零件集中于一个工作基面，使生产效率达到很高水平。这种技术已被广泛应用于构建各种骨内植入体包括牙种植体[13]，以及冠桥、可摘局部义齿支架[14]。但选择性激光烧结用于将瓷粉加工为零件仍有许多问题需要解决，但也有部分研究前景看好，如用一种多孔磷灰石-磷酸钙玻璃陶瓷构建骨支架[15]。
3.4立体喷墨打印（Inkjet printing）
立体喷墨打印是不依赖激光的成型技术，其原理类似于喷墨打印机，使用粉末材料和粘接剂，按原型或零件分层界面轮廓，喷头在每一层铺好的材料粉末层上选择性地喷射粘接剂，喷过粘接剂的路径材料被粘接在一起，其他则仍为松散粉末，层层粘接后得到三维空间实体。该技术已用于组织工程制作多孔聚磷酸钙，作为组织支架。
基于其工作原理，立体喷墨打印在口腔医学中的发展方向可能在复制牙模型、牙种植外科手术导板、牙齿护套甚至试戴用贴面（try-in veneers）等方面[16]。例如牙齿护套，这种方法的另一大特点是可以用两种性能完全不同的材料制作一个零件，因此有可能制作出有软硬及颜色不同区域的牙齿护套。
3.5熔融沉积成型（Fused deposition modeling FDM）
FDM工艺也是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC、蜡等）加热熔化进而堆积成型方法，其原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环累加，最终形成三维产品零件。生物绘图技术（bioplotter）就是依据FDM工艺的一种加工技术，也可以将多种原料复合打印成三维结构，可用于组织工程中组织器官打印研究[17]。但在口腔修复领域尚未见报道。
减法制造技术相比较，快速成型技术目前有加工速度慢，精确性和可靠性不高的缺点，但其优势也明显：（1）快速成型技术可以节约大量传统制造方式中所需技工人员，降低劳动力成本；（2）可以加工结构复杂的零件；（3）可以同时加工多个零件，节约时间；（4）材料浪费少甚至没有材料浪费，节约物质成本。关于修复体的制作，目前虽然是减法制造技术占主导地位，但加法制造技术的影响在改善了速度、精确性和可靠性后必将加强。原则上来说，没有一种技术能涵盖牙科治疗的全部。实际上任何义齿加工所制作的产品都可能用数字化技术制作，并且可能更准确、快捷而廉价。当快速成型制造技术能制作高质量的修复体时，口腔设备和材料可能会经历第二次变革。
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