Ученые сократили время 3D-печати зубных коронок со 100 часов до 30 минут

Исследователи из Техасского университета в Далласе разработали технологию, которая позволит стоматологам изготавливать постоянные 3D-печатные реставрации из диоксида циркония всего за один день. Диоксид циркония считается золотым стандартом для постоянных зубных протезов благодаря своей прочности и долговечности.

При поддержке Национального научного фонда (NSF) исследователи работают над коммерциализацией технологии для использования в коронках, мостах, винирах и других стоматологических реставрациях.

«Мы рады продвигать коммерциализацию 3D-печатных постоянных цельнокерамических реставраций из диоксида циркония, изготавливаемых непосредственно в кресле стоматолога, — заявил доктор Маджид Минари, профессор машиностроения в Школе инженерии и компьютерных наук Эрика Йонссона. — Поскольку коронки можно индивидуально напечатать для каждого пациента в тот же день, этот подход обеспечивает большую персонализацию, более быстрое лечение и возможность получить постоянную реставрацию за один визит».

Почему коронки из диоксида циркония сложно быстро напечатать на 3D-принтере

Зубные коронки — это защитные колпачки, которые надеваются на поврежденные или пораженные кариесом зубы. Коронки также могут использоваться для поддержки зубного моста, заменяющего отсутствующий зуб.

3D-печатные стоматологические реставрации становятся все более привлекательным вариантом, поскольку их можно точнее настраивать и подбирать под цвет зубов пациента. Процесс производства также может быть более эффективным, потенциально снижая затраты и количество отходов материала. Однако доступные в настоящее время коронки, напечатанные за один день, обычно изготавливаются из керамических смол, которые не обладают прочностью диоксида циркония.

Коронки из диоксида циркония, изготавливаемые за один день, уже предлагаются в некоторых стоматологических клиниках, но обычно они производятся фрезерованием, а не 3D-печатью. Фрезерование требует вырезания реставрации из цельного блока диоксида циркония. Такой подход может ограничивать сложность возможных конструкций и несет риск микротрещин во время фрезерования или спекания.

Исследователи UT Dallas и их коллеги решили одно из самых больших препятствий для производства реставраций из диоксида циркония с помощью 3D-печати. Их метод значительно сокращает время обработки, необходимое после выхода реставрации из принтера.

Исследователи описали эту технику в журнале Ceramics International. Прежде чем метод станет коммерчески доступным, он должен будет пройти клиническую валидацию и получить разрешение регулирующих органов.

Сокращение процесса с 20–100 часов до минут

После того как коронка из диоксида циркония напечатана на 3D-принтере, она должна пройти два важных этапа: удаление связующего и спекание.

Во время удаления связующего коронка медленно нагревается для удаления смолы, которая удерживает частицы диоксида циркония вместе во время печати. Традиционно этот этап может занимать от 20 до 100 часов. После удаления смолы коронка спекается. Этот процесс высокотемпературного обжига работает подобно обжигу глины в печи, заставляя частицы диоксида циркония сплавляться вместе, образуя плотный, затвердевший материал.

«Удаление связующего было узким местом в процессе, — сказал Минари, автор-корреспондент статьи. — Его нужно проводить очень медленно. Если ускорить процесс, полимер, который выжигается, превращается в газ, и если этот газ не может выйти, коронка может потрескаться или сломаться. Время удаления связующего от 20 до 100 часов неприемлемо для стоматологических услуг, оказываемых в тот же день. В результате постоянные 3D-печатные реставрации из диоксида циркония пока не доступны на коммерческом рынке».

Новая технология UT Dallas сокращает этап удаления связующего до менее чем 30 минут, что потенциально устраняет одно из главных препятствий для постоянных 3D-печатных стоматологических реставраций, изготавливаемых в день обращения.

Система сочетает улучшенную теплопередачу с пористым графитовым войлоком, который может достигать температуры выше 1400°C. Войлок окружает напечатанную реставрацию и дает газам, выделяемым смолой, возможность выйти наружу. В то же время вакуумная система удаляет эти газы из окружающей области.

«Именно сочетание всех этих особенностей обеспечивает работу технологии, — отметил Минари. — С нашей технологией, если практикующий врач хочет предложить 3D-печатную коронку из диоксида циркония в кресле, он может предоставить ее пациенту всего за несколько часов».

Путь к коммерческой стоматологии с обслуживанием в день обращения

Команда UT Dallas под руководством Минари сейчас работает с Pan-AM Dental Laboratory над коммерциализацией технологии. Сотрудничество недавно получило грант в размере 550 000 долларов (примерно 44 млн рублей) через программу NSF Partnerships for Innovation — Technology Translation.

В коммерциализации также участвуют 3DCeram Sinto Inc. из Гранд-Леджа, штат Мичиган, и доктор Амирали Зандинеджад, протезист из Арлингтона, штат Техас, бывший доцент стоматологического колледжа Техасского университета A&M.

Среди других участников, связанных с UT Dallas: Махди Мосадег, первый автор и аспирант по машиностроению; Моин Хакзад (PhD'25); аспирантка по химии Захра Сепаси; аспирант по машиностроению Кальян Нандигама; и доктор Голден Кумар, доцент кафедры машиностроения.

Помимо NSF, исследование также поддержано Управлением научных исследований ВВС США.

Источники: sciencedaily.com, University of Texas at Dallas