本發(fā)明涉及牙齒制備領(lǐng)域，特別是一種激光輔助3D打印石墨烯牙齒的工藝。

背景技術(shù)：

3D打印以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

牙齒，作為一種對(duì)于牙體的的現(xiàn)代化的修復(fù)手段，是一種理想的修復(fù)體。牙齒在缺損或缺失牙的部位，用鑄造貴金屬作為支撐的內(nèi)核，再在其外部用烤瓷來(lái)達(dá)到與真牙的顏色和功能相仿的修復(fù)方法，旨在恢復(fù)牙體的形態(tài)功能，抗折力強(qiáng)且顏色、外觀逼真，表面光滑，耐磨性強(qiáng)不會(huì)變形，色澤穩(wěn)定，屬永久性修復(fù)體。

石墨烯是由碳原子構(gòu)成的二維片狀單層結(jié)構(gòu)的新型材料，其中的碳原子以sp2雜化軌道組成六角形呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)。石墨烯材料具備強(qiáng)的機(jī)械韌度、良好的耐酸堿性、很高的柔韌性、溫度穩(wěn)定性，尤其是其理論楊氏模量達(dá)1.0TPa，斷裂強(qiáng)度為130GPa，是極具潛力的牙冠基體材料。

激光熱處理是以高能量激光束快速掃描工件，使被照射的金屬或合金表面溫度以極快速度升高到相變點(diǎn)以上，激光束離開(kāi)被照射部位時(shí)，由于熱傳導(dǎo)作用，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進(jìn)行自冷淬火，得到較細(xì)小的硬化層組織，硬度一般高于常規(guī)淬火硬度。

結(jié)合石墨烯與激光熱處理處理，經(jīng)3D打印石墨烯牙齒，這不僅從實(shí)際上，而且從理論上也都有很大的意義。將石墨烯與激光熱處理的技術(shù)相結(jié)合，用于3D打印牙齒，不但可以加工具備緊密貼合人體牙床的牙齒，提高牙齒的耐磨、耐酸堿性及機(jī)械強(qiáng)度，而且通過(guò)激光照射區(qū)域瞬時(shí)的加熱，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)的淬火，提高牙冠金屬內(nèi)膽的表面粗糙度，從而保證石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽與外鑲烤瓷的結(jié)合力。

現(xiàn)階段傳統(tǒng)制備牙齒的方法包含：高溫融化、熱壓成型，交替冷卻、周期性驟熱處理等步驟。該法常常涉及手動(dòng)口腔印模術(shù)，而從從患者口內(nèi)取出托盤(pán)時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生倒凹，從而導(dǎo)致作出來(lái)的牙齒修復(fù)體不密合，影響舒適度、耐磨性、機(jī)械強(qiáng)度其使用壽命。另外在周期性驟熱處理的過(guò)程中，常常會(huì)因淬火不徹底的問(wèn)題，而消耗更多的熱能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光輔助3D打印石墨烯牙齒的工藝，克服了傳統(tǒng)牙齒的高能耗、加工時(shí)間長(zhǎng)、淬火不完全的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種激光輔助3D打印石墨烯牙齒的工藝，它包括如下步驟：

(1)3D打印牙冠金屬內(nèi)膽：選取牙冠金屬內(nèi)膽粉體基體材料比例為：Co:60-64％；Cr:25-30％；Mo:5-7％；Si:<1％；Mn<1％；Fe<0.8％；Ni<0.1％)；鋪粉層厚為15～25um，設(shè)置溫度為600-800℃，加熱1-2h，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度小于100um，升溫至900～1000℃，保持2-3h，冷卻至200～300℃，加入石墨烯，比例為W(基體):W(石墨烯)＝20：1-200:1；所設(shè)置的激光輔助3D制作牙冠金屬內(nèi)膽的工藝參數(shù)為：所用激光功率為100～500W，光斑直徑80～100um；設(shè)計(jì)的石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的尺寸為20～25mm×2～3mm×0.1～1.0mm，激光輻照持續(xù)時(shí)間為5～10s；

(2)在石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的外圍3D打印牙冠：選取硅酸鋰玻璃陶瓷、二氧化鍺、金剛砂粉、石墨粉、硅酸鋰，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度小于100um，升溫至700～1800℃，保持0.2-3h，冷卻至100～500℃，加入石墨烯，石墨烯比例為0.1-30％，球磨至粒度小于100um，采用3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印牙冠；采用激光進(jìn)行熱處理，所用激光功率為80～300W，光斑直徑50～300um，激光熱處理時(shí)間為0.5～10ms；

(3)3D外鑲烤瓷：選取外鑲烤瓷材料為市售氧化鉻瓷粉，經(jīng)1000～1400℃溶化后，在前面所述石墨烯牙冠的中間處外鑲1-2mm厚的氧化鉻烤瓷即得3D打印石墨烯牙齒。

本發(fā)明的有益效果如下：

所制備的材料克服了傳統(tǒng)牙齒的高能耗、加工時(shí)間長(zhǎng)、淬火不完全的問(wèn)題，該材料具備永久性的耐磨性和高的機(jī)械強(qiáng)度。在制備的過(guò)程中，所使用的熱處理步驟少，時(shí)間短，易于調(diào)控所制備的牙齒的性能與質(zhì)量，所使用的激光可以輻照到牙齒的任何部分，解決了盲孔和深孔的熱處理問(wèn)題。另外激光束輻照的面積可控，有利于加大熱處理的針對(duì)性。該制備過(guò)程中，引入石墨烯材料，提高了基體的機(jī)械強(qiáng)度及斷裂強(qiáng)度，有利于提高耐磨性及壽命。除此以外，通過(guò)瞬時(shí)淬火，提升了牙冠金屬內(nèi)膽的表面粗糙度，從而保證了外鑲烤瓷的結(jié)合力，有利于二者結(jié)合不強(qiáng)帶來(lái)的牙齒外部脫落問(wèn)題，口腔的臨床應(yīng)用上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

該技術(shù)結(jié)合石墨烯與激光熱處理技術(shù)，經(jīng)3D打印得高質(zhì)量石墨烯牙齒，所述的石墨烯添加至牙齒基體材料中，不改變基體材料本身的性能，降低牙齒熱膨脹系數(shù)，提高整體力學(xué)性能，所述的激光熱處理技術(shù)，以高強(qiáng)激光照射在牙齒材料上，用以提高其耐磨性、金瓷結(jié)合緊密度、材料的致密度，本發(fā)明基于激光可提供瞬時(shí)高溫、可控輻照、淬火時(shí)間短的特性，所打印的石墨烯牙齒不但能準(zhǔn)確貼合患者的牙床，而且具備高穩(wěn)定性、耐磨性及機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)金瓷結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試、熱膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)、表面粗糙度測(cè)試等多項(xiàng)測(cè)試均表明，使用該技術(shù)制得的石墨烯牙齒相對(duì)傳統(tǒng)材料，具有更優(yōu)秀的性能，具備產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展前途。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的激光輔助3D打印石墨烯牙齒的配方和工藝，它包括如下步驟：

(1)3D打印牙冠金屬內(nèi)膽：選取牙冠金屬內(nèi)膽粉體基體材料比例如下(Co:63％；Cr:25％；Mo:7％；Si:0.8％；Mn:0.8％；Fe:0.8％；Ni:0.08％)；鋪粉層厚為17um，設(shè)置溫度為680℃，加熱2h，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度為80um。升溫至980℃，保持2h，冷卻至280℃，加入石墨烯，比例為W(基體):W(石墨烯)＝120：1。所設(shè)置的激光輔助3D制作牙冠金屬內(nèi)膽的工藝參數(shù)如下：所用激光功率為198W，光斑直徑80～100um。所設(shè)計(jì)的石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的尺寸為23mm×2.8mm×0.5mm(長(zhǎng)×寬×高)，激光輻照持續(xù)時(shí)間為5s。

(2)石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的外圍3D打印牙冠：選取硅酸鋰玻璃陶瓷、二氧化鍺、金剛砂粉、石墨粉、硅酸鋰，以任意比例進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度小于100um，升溫至1400℃，保持0.7h，冷卻至100℃，加入石墨烯，石墨烯比例為1.3％，球磨至粒度小于70um，采用3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印牙冠。采用激光進(jìn)行熱處理，所用激光功率為190W，光斑直徑150um，激光熱處理時(shí)間為1s。

(3)3D外鑲烤瓷：選取外鑲烤瓷材料為市售氧化鉻瓷粉，經(jīng)1300℃溶化后，在前面所述石墨烯牙冠的中間處外鑲1.2mm厚的氧化鉻烤瓷即得3D打印石墨烯牙齒。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的激光輔助3D打印石墨烯牙齒的配方和工藝，它包括如下步驟：

(1)3D打印牙冠金屬內(nèi)膽：選取牙冠金屬內(nèi)膽粉體基體材料比例如下(Co:50％；Cr:28％；Mo:5％；Si:1.2％；Mn:0.8％；Fe:0.5％；Ni:0.1％)；鋪粉層厚為15um，設(shè)置溫度為720℃，加熱1.8h，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度為50um。升溫至880℃，保持2.8h，冷卻至120℃，加入石墨烯，比例為W(基體):W(石墨烯)＝80：1。所設(shè)置的激光輔助3D制作牙冠金屬內(nèi)膽的工藝參數(shù)如下：所用激光功率為200W，光斑直徑80um。所設(shè)計(jì)的石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的尺寸為22mm×2.6mm×0.5mm(長(zhǎng)×寬×高)，激光輻照持續(xù)時(shí)間為3s。

(2)在石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的外圍3D打印牙冠：選取硅酸鋰玻璃陶瓷、二氧化鍺、金剛砂粉、石墨粉、硅酸鋰，以任意比例進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度小于100um，升溫至1400℃，保持0.5h，冷卻至130℃，加入石墨烯，石墨烯比例為1.6％，球磨至粒度小于70um，采用3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印牙冠。采用激光進(jìn)行熱處理，所用激光功率為172W，光斑直徑150um，激光熱處理時(shí)間為1.3s。

(3)3D外鑲烤瓷：選取外鑲烤瓷材料為市售氧化鉻瓷粉，經(jīng)1400℃溶化后，在前面所述石墨烯牙冠的中間處外鑲1.3mm厚的氧化鉻烤瓷即得3D打印石墨烯牙齒。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的激光輔助3D打印石墨烯牙齒的配方和工藝，它包括如下步驟：

(1)3D打印牙冠金屬內(nèi)膽：選取牙冠金屬內(nèi)膽粉體基體材料比例如下(Co:46％；Cr:32％；Mo:6％；Si:0.6％；Mn:0.9％；Fe:1.5％；Ni:0.03％)；鋪粉層厚為14um，設(shè)置溫度為660℃，加熱2.3h，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度為70um。升溫至980℃，保持2h，冷卻至160℃，加入石墨烯，比例為W(基體):W(石墨烯)＝100：1。所設(shè)置的激光輔助3D制作牙冠金屬內(nèi)膽的工藝參數(shù)如下：所用激光功率為178W，光斑直徑85um。所設(shè)計(jì)的石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的尺寸為23mm×2.7mm×0.5mm(長(zhǎng)×寬×高)，激光輻照持續(xù)時(shí)間為5s。

(2)在石墨烯牙冠金屬內(nèi)膽的外圍3D打印牙冠：選取硅酸鋰玻璃陶瓷、二氧化鍺、金剛砂粉、石墨粉、硅酸鋰，以任意比例進(jìn)行混合，經(jīng)球磨機(jī)研磨至粉體粒度小于100um，升溫至1450℃，保持0.7h，冷卻至130℃，加入石墨烯，石墨烯比例為1.2％，球磨至粒度小于60um，采用3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印牙冠。采用激光進(jìn)行熱處理，所用激光功率為190W，光斑直徑150um，激光熱處理時(shí)間為2s。

(3)3D外鑲烤瓷：選取外鑲烤瓷材料為市售氧化鉻瓷粉，經(jīng)1300℃溶化后，在前面所述石墨烯牙冠的中間處外鑲1.2mm厚的氧化鉻烤瓷即得3D打印石墨烯牙齒。

以上所述的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡在本發(fā)明的精神和原則范圍內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。