【太孚美®】牙科3D打印钛合金粉末 产品优势4：不同牙科金属的性能对比

1.引言

成都优材科技有限公司自主研发和生产的牙科激光选区熔化钛合金粉末--【太孚美^®】已分别于2020年1月和2月取得三类医疗器械注册证和生产许可证，这标志着牙科钛合金激光3D打印正式进入合规化和市场化的新时代。优材科技致力于为广大的牙科3D打印加工客户提供优质的粉末原材料，并提供全面的技术支持。

优秀的品质和严格的审查决定了【太孚美^®】本身的市场认可度，对比众多的粉末品牌和合金种类，【太孚美^®】粉末有何特点和优势呢？优材科技将从粉末球形度、粉末流动性、化学纯度、成型牙科修复体耐久性（金相组织和疲劳）、不同金属材料的性能对比、不同成型工艺的对比、成型卡环性能优势、义齿加工企业应用实例、临床病例介绍等方面分享【太孚美^®】的优势。本篇文章将把激光3D打印后【太孚美^®】的性能与其余牙科金属性能进行对比。

2.常见牙科金属种类

材料学是对口腔修复学影响最大的学科之一，口腔应用材料学的发展，对口腔修复质量的提高起到了不可取代的作用。

义齿制作用的金属材料可以分为贵金属、半贵金属和贱金属三大类，其中贱金属性价比较高，而且随着牙科材料的不断研发和改进，很多贱金属的生物安全性和可靠性都在提升，贱金属也成为了目前义齿制作行业最常用的种类，其中钴铬合金、纯钛和钛合金是目前最常见的牙科贱金属种类，那这三种金属在性能上有何区别呢？

2.1不同牙科金属力学性能对比

牙科金属材料的力学性能至关重要，因为制作出的义齿修复体需要在强度、硬度、塑性和回弹性方面满足相应的要求，才能安全可靠的应用在口腔修复领域。

为了更准确对比三种金属材料的性能，减少成型工艺对最终成型材料力学性能的影响。本研究选用目前市场上三种金属材料，统一采用激光选区熔化成型工艺，最后再对比成型后的性能。

图1 力学测试件的成型照片

表1 不同牙科金属材料成型后的力学性能对比

从以上对比表格可以看出，纯钛及钛合金的密度仅为钴铬合金的一半，属于轻量化的牙科金属；低密度的牙科修复体能够减少口内异物感；此外，钛及钛合金的导热性仅为钴铬合金的六分之一，因此, 牙科钛修复体具有保护牙髓、避免冷热刺激的作用。此外，TC4钛合金弹性模量与人体硬组织最接近，屈服强度又高，可发生的弹性变形要远超钴铬合金，在临床上就变现出良好的回弹性。

纯钛及钛合金都是常见的轻量化牙科金属材料，纯钛虽然具有较高的延伸率，可塑性较强，但是纯钛的强度和硬度较低，口内长期使用容易变形，固位力下降明显。而TC4钛合金相比纯钛，具有较高强度和硬度的同时，兼具弹性和塑性，更匹配口腔临床使用的要求，耐久性更好。

2.2不同牙科金属耐腐蚀性能对比

金属材料长期处于口腔环境中，难于避免会有金属离子析出。因此牙科金属材料需要具有一定的耐腐蚀性，尽可能减少金属离子析出，减少安全健康隐患。

本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的耐腐蚀性。

其中重庆医科大学的文献《口腔用生物金属材料的耐蚀性能》根据不同材料的金属离子析出范围，将金属材料分成了三类，如表2所示，纯钛、TC4钛合金和钴铬合金都属于较少溶出量种类，7天溶出离子总量都低于9μg/cm2。

表2 不同金属材料浸泡溶出离子总量

其中【太孚美^®】金属粉末材料经过激光3D打印后，对成型实体进行了耐腐蚀性实测，测试结果表明：在37℃、7天释放到指定溶液中的总金属离子为5.6μg/cm2，具有较优的耐腐蚀性，达到了贵金属的耐腐蚀性水平。

2.3 不同牙科金属生物相容性对比

本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的生物相容性。

其中文献《口腔金属材料安全性、相容性以及功能性的评价》研究显示钛金属及其合金材料耐磨损性能强、细胞相容性好、耐腐蚀性能强，是首选的应用材料，其次是贵金属合金材料和钴铬合金材料。

文献《钴铬合金与钛合金修复材料的细胞相容性研究》表明钴铬合金对HGF细胞具有一定的细胞毒性，而钛合金细胞相容性良好。

从下表的文献结果汇总也可以发现，钛合金材料在经过3D打印成型后具有较好的生物安全性。

表3 钛合金3D打印生物相容性文献研究汇总

为了验证【太孚美^®】金属材料的生物安全性，本研究进行了一系列的测试：

首先将【太孚美^®】金属粉末通过激光3D打印成型出测试片，进行了包括细胞毒、急性毒和亚慢毒等在内的六个大项、八个小项的生物相容性测试，结果如下图所示，所有的结果都呈现阴性和无毒性，呈现了较好的生物相容性。

表4 太孚美^®粉末成型片 生物相容性测试结果

此外，为了进一步验证【太孚美^®】的生物安全性，本研究继续测试了粉末及其成型修复体磨屑的细胞毒性，测试结果均为无细胞毒性。

3.总结

1、相关的实测数据和研究文献都表明，TC4钛合金材料在力学性能、耐腐蚀性和生物相容性方面都具有明显的优势，其在临床上变现为优良的回弹性，稳定的固位力和良好的生物相容性。

2、测试和对比表明，【太孚美^®】金属粉末是一种通过激光3D打印成型牙科活动支架的绝佳材料。

4.参考文献

[1]《口腔用生物金属材料的耐蚀性能》

[2]《口腔金属材料安全性、相容性以及功能性的评价》

[3]《钴铬合金与钛合金修复材料的细胞相容性研究》

[4]《选区激光熔化成型医用Ti-6Al-4V合金的组织和性能研究》

[5]《选区激光熔化TC4生物腐蚀和生物相容性分析》

[6]《基于数字化设计和3D打印的颌骨缺损赝复体修复及3D打印金属材料细胞毒性的初步研究》

[7]《基于选择性激光熔融技术的赝复体支架打印及金属试件细胞毒性的研究》

[8]《选择性激光烧结制备多孔钛的机械性能与生物相容性研究》

[9]《应用个性化钛合金修复体和同种异体下颌骨修复比格犬下颌骨缺损的比较研究》

[10]《Biocompatibility of Bespoke 3D-Printed Titanium Alloy Plates for Treating Acetabular Fractures》

[11]《Metallic powder-bed based 3D printing of cellular scaffolds for orthopaedic implants: A state-of-the-art review on manufacturing， topological design， mechanical properties and biocompatibility》

[12]《Laser beam melting 3D printing of Ti6Al4V based porous structured dental implants: fabrication， biocompatibility analysis and photoelastic study》